[發明專利]用于柔性直流輸電系統直流側過電壓保護裝置及保護方法

有效

• 申請號: 201310120747.6
• 申請日: 2013-04-09
• 公開（公告）號: CN103187722A
• 公開（公告）日: 2013-07-03
• 發明（設計）人: 荊平;邱宇峰;周飛;陸振綱
• 申請（專利權）人: 國家電網公司;國網智能電網研究院
• 主分類號: H02H9/06
• 分類號: H02H9/06
• 代理公司: 北京安博達知識產權代理有限公司 11271
• 代理人: 徐國文

技術領域

本發明涉及柔性直流輸電系統領域，具體涉及一種用于柔性直流輸電系統直流側過電壓保護裝置及保護方法。

背景技術

柔性直流輸電是一種新型的高壓直流輸電技術，其通過電壓源型變流器，在水電廠或火電廠等電源處，將傳統交流電變為直流電，通過架空線或電纜等傳輸線，將電力送至遠方負荷處。與傳統高壓直流輸電相比，具有可控性強，潮流反轉容易，無需無功補償等優點。

柔性直流輸電系統由三部分組成，包括位于電源和負荷處的兩個換流站，及連接兩站的直流電纜或架空線，其中核心設備是柔性直流換流閥，其安全性需要通過保護系統獲得可靠的保證。

換流站中有一個可在交流線路I及直流線路8間切換的換流閥5，包括貫穿于交流線路I及直流線路8間的功率半導體閥9，通過這樣的功率半導體閥將電力參數在交流和直流之間轉換。此外，交流線路I與交流線路II之間有一個換流變壓器3，它在交流線路I閥側為星型接法，其中性點通過電阻6接地。

柔性直流換流站故障一般分為交流側故障、直流側故障及換流閥故障三種，交、直流側故障保護由站控系統（由電壓互感器、電流互感器、交直流側濾波器保護、變壓器保護等組件組成）實現。

目前柔性直流換流站內直流保護系統主要通過直流欠壓、過壓保護來判斷直流系統故障情況，在換流站內部交流線路I單相接地故障或直流線路發生單極接地短路故障時，另一極的直流線路8電壓可能會提高到正常運行電壓的1.5～2倍，功率半導體閥可能會承受過高的故障電壓而損壞。

傳統功率半導體閥9保護措施主要并聯無間隙MOV。該保護方法通常將無間隙MOV并聯在功率半導體閥9的兩端，利用MOV的電壓電流非線性特性，將可能產生過電壓的能量通過MOV消耗掉，從而使被保護設備免受過壓的沖擊，但該方法存在動作參數難以整定、能量應力過大、導通無法控制等缺陷。而其它傳統線路保護裝置如旁路晶閘管開關存在結構復雜，動作時間慢、承受過電流能力低等缺點。針對上述問題，在直流線路上增加本發明的保護裝置可以有效降低直流線路過電壓，避免對換流閥閥體內部造成損害。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明的目的是提供一種用于柔性直流輸電系統直流側過電壓保護裝置及保護方法，保護裝置7采用過壓或強制擊穿元件提高過電壓保護性能，很好地解決了柔性直流輸電系統故障引起的過電壓問題。

通常交流線路發生單相接地故障或直流線路發生單極接地短路故障時，另一極直流線路電壓會升高。根據預先定義的電壓，調整接地擊穿間隙，當電壓小于設定擊穿電壓時，保護裝置不導通，直流系統可正常傳送功率，而一旦過電壓達到設定值，保護裝置被擊穿，產生電火花，電流通過該間隙被導入大地，抑制直流側過電壓，避免換流閥閥體和直流線路因過電壓而損壞。

本發明的目的是采用下述技術方案實現的：

一種用于柔性直流輸電系統直流側過電壓保護裝置，所述保護裝置包含在柔性直流換流站1，包括在交流線路I與直流線路8間切換的柔性直流換流閥5，所述交流線路I與交流線路II之間設有換流變壓器3，所述換流變壓器3在交流線路I閥側為星型連接，其中性點通過電阻6接地；所述換流變壓器3在交流線路II網側為三角型或星型連接；

其改進之處在于，所述保護裝置7并聯在直流線路8的正、負極，用于在在交流線路I或直流線路8發生故障導致直流線路8過電壓或當閥基控制器檢測到直流線路8任一極發生短路故障時，進行動作引開故障電流，抑制直流線路8過電壓水平，保護換流閥閥體9。

優選的，所述保護裝置7采用如火花間隙的快速導通元件；所述火花間隙接地。

優選的，所述換流閥5為三相六橋臂結構；每個橋臂均由換流閥閥體9組成；所述換流閥閥體9采用半導體開關元件實現，包括可關斷的半導體器件（如IGBT、IGET、IGCT或GTO）以及與其反并聯的二極管。

本發明基于另一目的提供的一種用于柔性直流輸電系統直流側過電壓保護方法，其改進之處在于，所述方法用的保護裝置7并聯于直流線路8的正、負極；所述方法包括下述步驟：

A、檢測直流線路是否發生故障，所述故障包括交流線路I單相接地故障、直流線路8單極接地短路故障和雙極短路故障；

B、當發生交流線路I單相接地故障或直流線路單極接地故障時，火花間隙兩端電壓升高至擊穿電壓，擊穿火花間隙；

或當火花間隙的控制裝置檢測到直流線路雙極短路故障時，所述控制裝置向續流間隙發送觸發命令，強制觸發續流間隙，將火花間隙擊穿；

火花間隙擊穿后將故障電流引至大地；