一种柔性直流输电系统直流故障的保护方法与流程

本发明属于电力系统柔性直流输电技术领域，具体涉及一种柔性直流输电系统直流故障的保护方法。

背景技术：

柔性直流输电采用电压源换流器，可以独立调节有功和无功的输出，提高交流系统的输电能力，在可再生能源的发电并网、孤岛城市供电以及交流系统互联等应用领域，具有明显的竞争力。随着电力电子器件和控制技术的进步，柔性直流输电系统容量和电压等级越来越高。

柔性直流输电系统多采用半桥mmc结构的子模块，当系统发生直流侧故障时，由于续流二极管的存在，且交流开关跳开较慢，导致桥臂电流依然过大，从而损害换流阀的二极管。因而，半桥mmc会在下管二极管旁并联晶闸管，发生故障时，通过导通晶闸管，保护换流阀。

在现有的柔性直流输电系统保护配置中，通过欠压过流保护、直流突变量保护等检测直流侧故障，来实现晶闸管的投入逻辑。这些保护均引入了直流电压量作为辅助判据。但由于直流电压在故障瞬间变化抖动过大，其判据不易选择。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对现有技术不足,提供一种柔性直流输电系统直流故障的保护方法，实现保护的快速动作，以完成闭锁换流阀，触发子模块晶闸管导通等动作逻辑，保护换流阀半导体器件。

为了达成上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种柔性直流输电系统直流故障的保护方法，包括：检测每个桥臂的电流，当任一桥臂电流大于第一阈值的时间超过第一延时时间，则闭锁换流阀；当检测到柔性直流输电系统非交流侧、阀侧故障且任一桥臂电流大于第二阈值的时间超过第二延时时间，则闭锁换流阀，同时触发导通子模块晶闸管，所述第二阈值大于第一阈值。

进一步地，通过检测桥臂电流的差动电流大小，检测柔性直流输电系统非交流侧、阀侧故障，判据如下：

|ibpa+ibpb+ibpc-(ibna+ibnb+ibnc)|≤idset，其中ibpa、ibpb、ibpc为换流阀上桥臂a、b、c三相瞬时值电流，ibna、ibnb和ibnc为换流阀下桥臂a、b、c三相瞬时值电流，k1idn≤idset≤k2idn，0<k1≤k2≤1，idset为保护定值，idn为直流电流额定值；

当判据满足时间超过第三延时时间，判定为柔性直流输电系统非交流侧、阀侧故障。

进一步地，通过检测直流正负极电流或者极、中性线的电流的差流，检测柔性直流输电系统非交流侧、阀侧故障，判据如下：

|idp-idn|≤idset,其中k1idn≤idset≤k2idn，0<k1≤k2≤1，idp为直流正极电流，idn为直流负极电流或中性线电流，idset为保护定值，idn为直流电流额定值；

当判据满足时间超过第三延时时间，判定为柔性直流输电系统非交流侧、阀侧故障。

进一步地，所述柔性直流输电系统，为对称单极拓扑或者是双极拓扑。

进一步地，对于对称单极拓扑，直流侧故障为双极短路故障；对于双极拓扑，直流侧故障包含：双极短路故障、单极接地故障、单极对金属中线故障。

本发明的有益效果为：本发明结合柔性直流输电系统的直流故障特征，采集桥臂电流，通过换流阀上、下桥臂电流大小、方向等判据，实现保护的快速动作，以完成闭锁换流阀，触发子模块晶闸管导通等动作逻辑，保护换流阀半导体器件。

附图说明

图1柔性直流输电系统拓扑；

图2子模块结构图。

具体实施方式

以下将结合附图及具体实施例，对本发明的技术方案进行详细说明。

柔性直流输电系统主要有对称单极、双极2种拓扑。对称单极的柔性直流输电系统发生直流侧双极短路故障、双极柔性直流输电系统发生直流侧单极接地、单极对金属回线、双极短路等故障时，桥臂电流会远超换流阀半导体器件的额定电流值，为保护柔性直流输电系统中换流阀的半导体器件，本发明结合柔性直流输电系统的直流故障特征，采集桥臂电流，通过换流阀上、下桥臂电流大小、方向等判据，实现保护的快速动作，以完成闭锁换流阀，触发子模块晶闸管导通等动作逻辑，保护换流阀半导体器件。

实施例1：

柔性直流输电系统直流故障的保护方法，利用桥臂电流差流、直流电流的差流来辅助判断是交流侧故障还是直流侧故障。

检测每个桥臂的电流ibpa、ibpb、ibpc、ibna、ibnb和ibnc，当任一桥臂电流|ib|>ibset1，超过延时时间t1，则闭锁换流阀；当检测到柔性直流输电系统非交流侧、阀侧故障且|ib|>ibset2，超过延时时间t2，则闭锁换流阀，同时触发导通子模块晶闸管。其中，ibpa、ibpb、ibpc为换流阀上桥臂a、b、c三相瞬时值电流，ibna、ibnb和ibnc为换流阀下桥臂a、b、c三相瞬时值电流，ib为任一换流阀桥臂电流，ibset2≥ibset1≥ibn，ibset1，ibset2为第一阈值和第二阈值，ibn为桥臂电流瞬时值额定值。

通过检测桥臂电流的差动电流大小，检测柔性直流输电系统非交流侧、阀侧故障，判据如下：

|ibpa+ibpb+ibpc-(ibna+ibnb+ibnc)|≤idset，延时时间为td1，其中k1idn≤idset≤k2idn，0<k1≤k2≤1，idset为保护定值，idn为直流电流额定值，当判据满足时间超过延时时间td1，判定为柔性直流输电系统非交流侧、阀侧故障。

实施例2：

柔性直流输电系统直流故障的保护方法，利用桥臂电流差流、直流电流的差流来辅助判断是交流侧故障还是直流侧故障。

检测每个桥臂的电流ibpa、ibpb、ibpc、ibna、ibnb和ibnc，当任一桥臂电流|ib|>ibset1，超过延时时间t1，则闭锁换流阀；当检测到柔性直流输电系统非交流侧、阀侧故障且|ib|>ibset2，超过延时时间t2，则闭锁换流阀，同时触发导通子模块晶闸管。其中，ibpa、ibpb、ibpc为换流阀上桥臂a、b、c三相瞬时值电流，ibna、ibnb和ibnc为换流阀下桥臂a、b、c三相瞬时值电流，ib为任一换流阀桥臂电流，ibset2≥ibset1≥ibn，ibset1，ibset2为第一阈值和第二阈值，ibn为桥臂电流瞬时值额定值。

通过检测直流正负极电流或者极、中性线的电流的差流，检测柔性直流输电系统非交流侧、阀侧故障，判据如下：

|idp-idn|≤idset,延时时间为td1，其中k1idn≤idset≤k2idn，0<k1≤k2≤1，idp为直流正极电流，idn为直流负极电流或中性线电流，idset为保护定值，idn为直流电流额定值；当判据满足时间超过延时时间td1，判定为柔性直流输电系统非交流侧、阀侧故障。

上述实施例中的柔性直流输电系统，可以是对称单极拓扑，也可以为双极拓扑。

实施例3：

对于对称单极拓扑，直流侧故障为双极短路故障；对于双极拓扑，直流侧故障至少包含：双极短路故障、单极接地故障、单极对金属中线故障等。图1是柔性直流输电系统拓扑，并显示了拓扑中的桥臂电流、直流侧电流，图2为半桥子模块的结构图；按照本发明中所述方法，对图1所示模块化多电平换流器的保护配置及动作策略进行说明：

(1)检测每个桥臂的桥臂电流ibpa、ibpb、ibpc、ibna、ibnb、ibnc；

(2)检测直流侧的电流idp和idnc；

(3)当任一桥臂电流|ib|>ibset1，超过延时时间t1，则闭锁换流阀；

(3)当|ib|>ibset2且|ibpa+ibpb+ibpc-(ibna+ibnb+ibnc)|≤idset时，即任意一桥臂电流的绝对值大于第二阈值ibset2且6个桥臂电流的差流绝对值小于设定动作定值idset时，认为是直流侧故障，闭锁、触发晶闸管导通、跳交流进线开关；或者：

当|ib|>ibset2且|idp-idn|≤idset时，即任意一桥臂电流的绝对值大于第二阈值ibset2且正负极电流的差流绝对值小于设定动作定值idset时，认为是直流侧故障，闭锁、触发晶闸管导通、跳交流进线开关。

以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。