一種無聯(lián)結(jié)變壓器的分區(qū)互聯(lián)裝置單極接地故障保護(hù)方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種無聯(lián)結(jié)變壓器的分區(qū)互聯(lián)裝置單極接地故障保護(hù)方法，包括：正極發(fā)生單極接地故障時對分區(qū)互聯(lián)裝置進(jìn)行保護(hù)；負(fù)極發(fā)生單極接地故障時對分區(qū)互聯(lián)裝置進(jìn)行保護(hù)。本發(fā)明提供的無聯(lián)結(jié)變壓器的分區(qū)互聯(lián)裝置單極接地故障保護(hù)方法，可以有效地解決直流單極接地故障引起的交流電壓畸變問題，并且使得交流電流中的直流偏置電流快速衰減為零，確保交流斷路器正常斷開。
【專利說明】
一種無聯(lián)結(jié)變壓器的分區(qū)互聯(lián)裝置單極接地故障保護(hù)方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及柔性直流輸電技術(shù)，具體涉及一種無聯(lián)結(jié)變壓器的分區(qū)互聯(lián)裝置單極接地故障保護(hù)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，城市電網(wǎng)傳輸功率的增長，城市電網(wǎng)必須增建更高電壓等級的輸電線路。隨著高一級電壓電網(wǎng)的發(fā)展，傳輸負(fù)荷不斷增大，電磁環(huán)網(wǎng)問題已經(jīng)成為電力系統(tǒng)嚴(yán)重的事故隱患，給電網(wǎng)運(yùn)行帶來很多問題。
[0003]消除電磁環(huán)網(wǎng)的常規(guī)辦法是將其解環(huán)，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)分區(qū)運(yùn)行。常規(guī)解環(huán)方法雖然可解決電磁環(huán)網(wǎng)運(yùn)行帶來的短路電流超標(biāo)、穩(wěn)定性降低等問題，但是也會降低電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性和靈活性。
[0004]與基于相控?fù)Q相技術(shù)的電流源換流器型高壓直流輸電不同，柔性直流輸電中的換流器為電壓源換流器(VSC)，其最大的特點(diǎn)在于采用了可關(guān)斷器件(通常為IGBT)和高頻調(diào)制技術(shù)。
[0005]通過調(diào)節(jié)換流器出口電壓的幅值和與系統(tǒng)電壓之間的功角差，可以獨(dú)立地控制輸出的有功功率和無功功率。這樣，通過對兩端換流站的控制，就可以實(shí)現(xiàn)兩個交流網(wǎng)絡(luò)之間有功功率的相互傳送，同時兩端換流站還可以獨(dú)立調(diào)節(jié)各自所吸收或發(fā)出的無功功率，從而對所聯(lián)的交流系統(tǒng)給予無功支撐。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明提供一種無聯(lián)結(jié)變壓器的分區(qū)互聯(lián)裝置單極接地故障保護(hù)方法，通過快速閉合子模塊的旁路開關(guān)，可以有效地解決直流單極接地故障引起的交流電壓畸變問題，并且使得交流電流中的直流偏置電流快速衰減為零，確保交流斷路器正常斷開。
[0007]為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采取如下技術(shù)方案:
[0008]本發(fā)明提供一種無聯(lián)結(jié)變壓器的分區(qū)互聯(lián)裝置單極接地故障保護(hù)方法，包括:
[0009]正極發(fā)生單極接地故障時對分區(qū)互聯(lián)裝置進(jìn)行保護(hù)；
[0010]負(fù)極發(fā)生單極接地故障時對分區(qū)互聯(lián)裝置進(jìn)行保護(hù)。
[0011 ]所述分區(qū)互聯(lián)裝置包括一次設(shè)備和二次設(shè)備；
[0012]所述一次設(shè)備包括送端電壓源換流器、受端電壓源換流器和直流連接裝置，所述送端電壓源換流器通過直流連接裝置與受端電壓源換流器連接；
[0013]所述二次設(shè)備包括控制保護(hù)系統(tǒng)；
[0014]所述控制保護(hù)系統(tǒng)控制一次設(shè)備中的送端電壓源換流器、受端電壓源換流器和直流連接裝置的正常運(yùn)行。
[0015]所述送端電壓源換流器的交流側(cè)通過交流斷路器QFl與送端交流系統(tǒng)相連，所述受端電壓源換流器的交流側(cè)通過交流斷路器QF2與受端交流系統(tǒng)相連。
[0016]所述直流連接裝置包括第一直流連接裝置和第二直流連接裝置；
[0017]所述送端電壓源換流器的正極直流側(cè)與所述第一直流連接裝置的一端相連，所述第一直流連接裝置的另一端與受端電壓源換流器的正極直流側(cè)相連;所述送端電壓源換流器的負(fù)極直流側(cè)與第二直流連接裝置的一端相連，所述第二直流連接裝置的另一端與受端電壓源換流器的負(fù)極直流側(cè)相連。
[0018]所述送端電壓源換流器和受端電壓源換流器均采用模塊化多電平換流器；
[0019]模塊化多電平換流器的每個橋臂均由若干個子模塊串聯(lián)而成，子模塊包括IGBT1、IGBT2、二極管Dl、二極管D2、電容器C、旁路開關(guān)SB和保護(hù)晶閘管SD;
[0020]所述二極管Dl與IGBTl反并聯(lián)，組成D1//IGBT1支路，所述D1//IGBT1支路與電容器C串聯(lián)，組成D1//IGBT1-C支路；
[0021]所述二極管D2與IGBT2反并聯(lián)，組成D2//GBT2支路；所述D1//IGBT1-C支路、D2//GBT2支路、旁路開關(guān)SB、保護(hù)晶閘管SD并聯(lián)。
[0022]所述正極發(fā)生單極接地故障時對分區(qū)互聯(lián)裝置進(jìn)行保護(hù)包括:
[0023]閉鎖送端電壓源換流器和受端電壓源換流器，并且導(dǎo)通保護(hù)晶閘管SD;
[0024]閉合上橋臂子模塊的旁路開關(guān)；
[0025]斷開交流斷路器QFl和交流斷路器QF2。
[0026]所述負(fù)極發(fā)生單極接地故障時對分區(qū)互聯(lián)裝置進(jìn)行保護(hù)包括:
[0027]閉鎖送端電壓源換流器和受端電壓源換流器，并且導(dǎo)通保護(hù)晶閘管SD;
[0028]閉合下橋臂子模塊的旁路開關(guān)；
[0029]斷開交流斷路器QFl和交流斷路器QF2。
[0030]所述第一直流連接裝置和第二直流連接裝置均包括隔離開關(guān)QS12、接地刀閘QS11、接地刀閘QS13、第一避雷器F41、第二避雷器F42、第一電壓互感器TV31、第二電壓互感器TV32、第一電流互感器TA71和第二電流互感器TA72。
[0031]所述第一避雷器F41、第一電壓互感器TV31、接地刀閘QSll并聯(lián)，組成F41//TV31//QS11支路;所述F41//TV31//QS11支路一端同時連接第一電流互感器TA71和隔離開關(guān)QS12，
其另一端接地；
[0032 ] 所述第二避雷器F42、第二電壓互感器TV32、接地刀閘QS13并聯(lián)，組成F42//TV32//QS12支路;所述F42//TV32//QS12支路一端同時連接第二電流互感器TA72和隔離開關(guān)QS12，
其另一端接地；
[0033]所述第一電流互感器了471、？41//1'￥31//0311支路、隔離開關(guān)0312、？42//1'￥32//QS12支路、第二電流互感器TA72串聯(lián)。
[0034]與最接近的現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的技術(shù)方案具有以下有益效果:
[0035](I)閉合子模塊旁路開關(guān)可以消除交流電壓畸變，徹底解決直流故障對交流系統(tǒng)的影響；
[0036](2)旁路開關(guān)閉合時間只會影響交流斷路器斷開時間，因此旁路開關(guān)閉合時間要求并不嚴(yán)格；
[0037](3)由于閉鎖后橋臂不存在充電電流，因此旁路開關(guān)閉合時的離散特性不會造成單個子模塊過壓；
[0038](4)通過快速閉合子模塊的旁路開關(guān)，解決了直流單極接地故障引起的交流電壓畸變問題和交流電流直流偏置問題。
【附圖說明】
[0039]圖1是本發(fā)明實(shí)施例中無聯(lián)結(jié)變壓器的分區(qū)互聯(lián)裝置拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖；
[0040]圖2是本發(fā)明實(shí)施例中子模塊拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖；
[0041 ]圖3是現(xiàn)有技術(shù)中傳統(tǒng)控制保護(hù)方法交流電流仿真波形圖；
[0042]圖4是本發(fā)明實(shí)施例中交流系統(tǒng)電流仿真波形圖。
【具體實(shí)施方式】
[0043]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0044]以柔性直流輸電技術(shù)為基礎(chǔ)的分區(qū)互聯(lián)裝置在原來需要開環(huán)運(yùn)行的電網(wǎng)兩端采用背靠背柔性直流換流站相連接，由此構(gòu)成軟環(huán)網(wǎng)運(yùn)行。分區(qū)互聯(lián)裝置不僅能夠傳輸功率，實(shí)現(xiàn)環(huán)網(wǎng)運(yùn)行，同時還能夠參與電網(wǎng)電壓調(diào)節(jié)、提供動態(tài)無功支撐。除此之外，通過分區(qū)互聯(lián)裝置構(gòu)成的軟環(huán)網(wǎng)還具有降低環(huán)網(wǎng)短路電流、故障后的負(fù)荷轉(zhuǎn)移可控的優(yōu)點(diǎn)。
[0045]無聯(lián)結(jié)變壓器的分區(qū)互聯(lián)裝置故障特性與現(xiàn)有柔性直流輸電系統(tǒng)存在很大差別。當(dāng)直流側(cè)發(fā)生單極接地故障時，即使換流器閉鎖直流分量也會進(jìn)入交流系統(tǒng)，引起交流電壓畸變、交流電流直流偏置，可能導(dǎo)致交流斷路器無法正常開斷，嚴(yán)重威脅交流系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。因此，研究無聯(lián)結(jié)變壓器的分區(qū)互聯(lián)裝置直流單極接地故障控制保護(hù)方法具有重要意義。
[0046]本發(fā)明提供一種無聯(lián)結(jié)變壓器的分區(qū)互聯(lián)裝置單極接地故障保護(hù)方法，包括:
[0047]正極發(fā)生單極接地故障時對分區(qū)互聯(lián)裝置進(jìn)行保護(hù)；
[0048]負(fù)極發(fā)生單極接地故障時對分區(qū)互聯(lián)裝置進(jìn)行保護(hù)。
[0049]所述分區(qū)互聯(lián)裝置包括一次設(shè)備和二次設(shè)備；
[0050]如圖1，所述一次設(shè)備包括送端電壓源換流器、受端電壓源換流器和直流連接裝置，所述送端電壓源換流器通過直流連接裝置與受端電壓源換流器連接；
[0051 ]所述二次設(shè)備包括控制保護(hù)系統(tǒng)；
[0052]所述控制保護(hù)系統(tǒng)控制一次設(shè)備中的送端電壓源換流器、受端電壓源換流器和直流連接裝置的正常運(yùn)行。
[0053]所述送端電壓源換流器的交流側(cè)通過交流斷路器QFl與送端交流系統(tǒng)相連，所述受端電壓源換流器的交流側(cè)通過交流斷路器QF2與受端交流系統(tǒng)相連。
[0054]所述直流連接裝置包括第一直流連接裝置和第二直流連接裝置；
[0055]所述送端電壓源換流器的正極直流側(cè)與所述第一直流連接裝置的一端相連，所述第一直流連接裝置的另一端與受端電壓源換流器的正極直流側(cè)相連;所述送端電壓源換流器的負(fù)極直流側(cè)與第二直流連接裝置的一端相連，所述第二直流連接裝置的另一端與受端電壓源換流器的負(fù)極直流側(cè)相連。
[0056]所述送端電壓源換流器和受端電壓源換流器均采用模塊化多電平換流器；
[0057]模塊化多電平換流器的每個橋臂均由若干個子模塊串聯(lián)而成，子模塊包括IGBT1、IGBT2、二極管Dl、二極管D2、電容器C、旁路開關(guān)SB和保護(hù)晶閘管SD;
[0058]所述二極管Dl與IGBTl反并聯(lián)，組成D1//IGBT1支路，所述D1//IGBT1支路與電容器C串聯(lián)，組成D1//IGBT1-C支路；
[0059]所述二極管D2與IGBT2反并聯(lián)，組成D2//GBT2支路；所述D1//IGBT1-C支路、D2//GBT2支路、旁路開關(guān)SB、保護(hù)晶閘管SD并聯(lián)。
[0060]所述正極發(fā)生單極接地故障時對分區(qū)互聯(lián)裝置進(jìn)行保護(hù)包括:
[0061]閉鎖送端電壓源換流器和受端電壓源換流器，并且導(dǎo)通保護(hù)晶閘管SD;
[0062]閉合上橋臂子模塊的旁路開關(guān)；
[0063]斷開交流斷路器QFl和交流斷路器QF2。
[0064]所述負(fù)極發(fā)生單極接地故障時對分區(qū)互聯(lián)裝置進(jìn)行保護(hù)包括:
[0065]閉鎖送端電壓源換流器和受端電壓源換流器，并且導(dǎo)通保護(hù)晶閘管SD;
[0066]閉合下橋臂子模塊的旁路開關(guān)；
[0067]斷開交流斷路器QFl和交流斷路器QF2。
[0068]所述第一直流連接裝置和第二直流連接裝置均包括隔離開關(guān)QS12、接地刀閘QS11、接地刀閘QS13、第一避雷器F41、第二避雷器F42、第一電壓互感器TV31、第二電壓互感器TV32、第一電流互感器TA71和第二電流互感器TA72。
[0069]所述第一避雷器F41、第一電壓互感器TV31、接地刀閘QS11并聯(lián)，組成F41//TV31//QS11支路;所述F41//TV31//QS11支路一端同時連接第一電流互感器TA71和隔離開關(guān)QS12，
其另一端接地；
[0070]所述第二避雷器F42、第二電壓互感器TV32、接地刀閘QS13并聯(lián)，組成F42//TV32//QS12支路;所述F42//TV32//QS12支路一端同時連接第二電流互感器TA72和隔離開關(guān)QS12，
其另一端接地；
[0071]所述第一電流互感器了471、？41//1'￥31//0311支路、隔離開關(guān)0312、？42//1'￥32//QS12支路、第二電流互感器TA72串聯(lián)。
[0072]如圖3，在t= l.5s時分區(qū)互聯(lián)裝置發(fā)生直流單極接地故障，采用傳統(tǒng)閉鎖換流器的方法無法隔離直流故障，導(dǎo)致直流分量進(jìn)入交流系統(tǒng)，引起交流電流直流偏置，交流斷路器無法正常動作。
[0073]如圖4，在t= 2.0s時，分區(qū)互聯(lián)裝置采用本專利提出的控制保護(hù)方法，交流電流中的直流分量逐漸降低，交流電流恢復(fù)正常，交流斷路器可以正常斷開。
[0074]最后應(yīng)當(dāng)說明的是:以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對其限制，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員參照上述實(shí)施例依然可以對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行修改或者等同替換，這些未脫離本發(fā)明精神和范圍的任何修改或者等同替換，均在申請待批的本發(fā)明的權(quán)利要求保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種無聯(lián)結(jié)變壓器的分區(qū)互聯(lián)裝置單極接地故障保護(hù)方法，其特征在于，包括: 正極發(fā)生單極接地故障時對分區(qū)互聯(lián)裝置進(jìn)行保護(hù)； 負(fù)極發(fā)生單極接地故障時對分區(qū)互聯(lián)裝置進(jìn)行保護(hù)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無聯(lián)結(jié)變壓器的分區(qū)互聯(lián)裝置單極接地故障保護(hù)方法，其特征在于，所述分區(qū)互聯(lián)裝置包括一次設(shè)備和二次設(shè)備； 所述一次設(shè)備包括送端電壓源換流器、受端電壓源換流器和直流連接裝置，所述送端電壓源換流器通過直流連接裝置與受端電壓源換流器連接； 所述二次設(shè)備包括控制保護(hù)系統(tǒng)； 所述控制保護(hù)系統(tǒng)控制一次設(shè)備中的送端電壓源換流器、受端電壓源換流器和直流連接裝置的正常運(yùn)行。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的無聯(lián)結(jié)變壓器的分區(qū)互聯(lián)裝置單極接地故障保護(hù)方法，其特征在于，所述送端電壓源換流器的交流側(cè)通過交流斷路器QFl與送端交流系統(tǒng)相連，所述受端電壓源換流器的交流側(cè)通過交流斷路器QF2與受端交流系統(tǒng)相連。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的無聯(lián)結(jié)變壓器的分區(qū)互聯(lián)裝置單極接地故障保護(hù)方法，其特征在于，所述直流連接裝置包括第一直流連接裝置和第二直流連接裝置； 所述送端電壓源換流器的正極直流側(cè)與所述第一直流連接裝置的一端相連，所述第一直流連接裝置的另一端與受端電壓源換流器的正極直流側(cè)相連;所述送端電壓源換流器的負(fù)極直流側(cè)與第二直流連接裝置的一端相連，所述第二直流連接裝置的另一端與受端電壓源換流器的負(fù)極直流側(cè)相連。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的無聯(lián)結(jié)變壓器的分區(qū)互聯(lián)裝置單極接地故障保護(hù)方法，其特征在于，所述送端電壓源換流器和受端電壓源換流器均采用模塊化多電平換流器； 模塊化多電平換流器的每個橋臂均由若干個子模塊串聯(lián)而成，子模塊包括IGBTl、IGBT2、二極管Dl、二極管D2、電容器C、旁路開關(guān)SB和保護(hù)晶閘管SD; 所述二極管Dl與IGBTl反并聯(lián)，組成D1//IGBT1支路，所述D1//IGBT1支路與電容器C串聯(lián)，組成D1//IGBT1-C支路； 所述二極管D2與IGBT2反并聯(lián)，組成D2//GBT2支路;所述D1//IGBT1-C支路、D2//GBT2支路、旁路開關(guān)SB、保護(hù)晶閘管SD并聯(lián)。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的無聯(lián)結(jié)變壓器的分區(qū)互聯(lián)裝置單極接地故障保護(hù)方法，其特征在于，所述正極發(fā)生單極接地故障時對分區(qū)互聯(lián)裝置進(jìn)行保護(hù)包括: 閉鎖送端電壓源換流器和受端電壓源換流器，并且導(dǎo)通保護(hù)晶閘管SD; 閉合上橋臂子模塊的旁路開關(guān)； 斷開交流斷路器QFl和交流斷路器QF2。7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的無聯(lián)結(jié)變壓器的分區(qū)互聯(lián)裝置單極接地故障保護(hù)方法，其特征在于，所述負(fù)極發(fā)生單極接地故障時對分區(qū)互聯(lián)裝置進(jìn)行保護(hù)包括: 閉鎖送端電壓源換流器和受端電壓源換流器，并且導(dǎo)通保護(hù)晶閘管SD; 閉合下橋臂子模塊的旁路開關(guān)； 斷開交流斷路器QFl和交流斷路器QF2。8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的無聯(lián)結(jié)變壓器的分區(qū)互聯(lián)裝置單極接地故障保護(hù)方法，其特征在于，所述第一直流連接裝置和第二直流連接裝置均包括隔離開關(guān)QS12、接地刀閘QS11、接地刀閘QS13、第一避雷器F41、第二避雷器F42、第一電壓互感器TV31、第二電壓互感器TV32、第一電流互感器TA71和第二電流互感器TA72。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的無聯(lián)結(jié)變壓器的分區(qū)互聯(lián)裝置單極接地故障保護(hù)方法，其特征在于，所述第一避雷器F41、第一電壓互感器TV31、接地刀閘QSll并聯(lián)，組成F41//TV31//QS11支路;所述F41//TV31//QS11支路一端同時連接第一電流互感器TA71和隔離開關(guān)QS12，其另一端接地； 所述第二避雷器F42、第二電壓互感器TV32、接地刀閘QSl 3并聯(lián)，組成F42//TV32//QS12支路;所述F42//TV32//QS12支路一端同時連接第二電流互感器TA72和隔離開關(guān)QS12，其另一端接地； 所述第一電流互感器TA7UF41//TV31//QS11支路、隔離開關(guān)QS12、F42//TV32//QS12支路、第二電流互感器TA72串聯(lián)。
【文檔編號】H02H7/26GK106099873SQ201610509917
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月30日
【發(fā)明人】周楊, 李強(qiáng), 許韋華, 陽岳希, 別曉玉, 李泓志, 陳平, 李洪濤, 于希娟
【申請人】全球能源互聯(lián)網(wǎng)研究院, 國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)北京市電力公司