一种无联结变压器的分区互联装置单极接地故障保护方法
【专利摘要】本发明提供一种无联结变压器的分区互联装置单极接地故障保护方法，包括：正极发生单极接地故障时对分区互联装置进行保护；负极发生单极接地故障时对分区互联装置进行保护。本发明提供的无联结变压器的分区互联装置单极接地故障保护方法，可以有效地解决直流单极接地故障引起的交流电压畸变问题，并且使得交流电流中的直流偏置电流快速衰减为零，确保交流断路器正常断开。
【专利说明】
一种无联结变压器的分区互联装置单极接地故障保护方法
技术领域
[0001]本发明涉及柔性直流输电技术，具体涉及一种无联结变压器的分区互联装置单极接地故障保护方法。
【背景技术】
[0002]随着电力系统的发展，城市电网传输功率的增长，城市电网必须增建更高电压等级的输电线路。随着高一级电压电网的发展，传输负荷不断增大，电磁环网问题已经成为电力系统严重的事故隐患，给电网运行带来很多问题。
[0003]消除电磁环网的常规办法是将其解环，实现电网分区运行。常规解环方法虽然可解决电磁环网运行带来的短路电流超标、稳定性降低等问题，但是也会降低电网运行的可靠性和灵活性。
[0004]与基于相控换相技术的电流源换流器型高压直流输电不同，柔性直流输电中的换流器为电压源换流器(VSC)，其最大的特点在于采用了可关断器件(通常为IGBT)和高频调制技术。
[0005]通过调节换流器出口电压的幅值和与系统电压之间的功角差，可以独立地控制输出的有功功率和无功功率。这样，通过对两端换流站的控制，就可以实现两个交流网络之间有功功率的相互传送，同时两端换流站还可以独立调节各自所吸收或发出的无功功率，从而对所联的交流系统给予无功支撑。
【发明内容】
[0006]本发明提供一种无联结变压器的分区互联装置单极接地故障保护方法，通过快速闭合子模块的旁路开关，可以有效地解决直流单极接地故障引起的交流电压畸变问题，并且使得交流电流中的直流偏置电流快速衰减为零，确保交流断路器正常断开。
[0007]为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案:
[0008]本发明提供一种无联结变压器的分区互联装置单极接地故障保护方法，包括:
[0009]正极发生单极接地故障时对分区互联装置进行保护；
[0010]负极发生单极接地故障时对分区互联装置进行保护。
[0011 ]所述分区互联装置包括一次设备和二次设备；
[0012]所述一次设备包括送端电压源换流器、受端电压源换流器和直流连接装置，所述送端电压源换流器通过直流连接装置与受端电压源换流器连接；
[0013]所述二次设备包括控制保护系统；
[0014]所述控制保护系统控制一次设备中的送端电压源换流器、受端电压源换流器和直流连接装置的正常运行。
[0015]所述送端电压源换流器的交流侧通过交流断路器QFl与送端交流系统相连，所述受端电压源换流器的交流侧通过交流断路器QF2与受端交流系统相连。
[0016]所述直流连接装置包括第一直流连接装置和第二直流连接装置；
[0017]所述送端电压源换流器的正极直流侧与所述第一直流连接装置的一端相连，所述第一直流连接装置的另一端与受端电压源换流器的正极直流侧相连;所述送端电压源换流器的负极直流侧与第二直流连接装置的一端相连，所述第二直流连接装置的另一端与受端电压源换流器的负极直流侧相连。
[0018]所述送端电压源换流器和受端电压源换流器均采用模块化多电平换流器；
[0019]模块化多电平换流器的每个桥臂均由若干个子模块串联而成，子模块包括IGBT1、IGBT2、二极管Dl、二极管D2、电容器C、旁路开关SB和保护晶闸管SD;
[0020]所述二极管Dl与IGBTl反并联，组成D1//IGBT1支路，所述D1//IGBT1支路与电容器C串联，组成D1//IGBT1-C支路；
[0021]所述二极管D2与IGBT2反并联，组成D2//GBT2支路；所述D1//IGBT1-C支路、D2//GBT2支路、旁路开关SB、保护晶闸管SD并联。
[0022]所述正极发生单极接地故障时对分区互联装置进行保护包括:
[0023]闭锁送端电压源换流器和受端电压源换流器，并且导通保护晶闸管SD;
[0024]闭合上桥臂子模块的旁路开关；
[0025]断开交流断路器QFl和交流断路器QF2。
[0026]所述负极发生单极接地故障时对分区互联装置进行保护包括:
[0027]闭锁送端电压源换流器和受端电压源换流器，并且导通保护晶闸管SD;
[0028]闭合下桥臂子模块的旁路开关；
[0029]断开交流断路器QFl和交流断路器QF2。
[0030]所述第一直流连接装置和第二直流连接装置均包括隔离开关QS12、接地刀闸QS11、接地刀闸QS13、第一避雷器F41、第二避雷器F42、第一电压互感器TV31、第二电压互感器TV32、第一电流互感器TA71和第二电流互感器TA72。
[0031]所述第一避雷器F41、第一电压互感器TV31、接地刀闸QSll并联，组成F41//TV31//QS11支路;所述F41//TV31//QS11支路一端同时连接第一电流互感器TA71和隔离开关QS12，
其另一端接地；
[0032 ] 所述第二避雷器F42、第二电压互感器TV32、接地刀闸QS13并联，组成F42//TV32//QS12支路;所述F42//TV32//QS12支路一端同时连接第二电流互感器TA72和隔离开关QS12，
其另一端接地；
[0033]所述第一电流互感器了471、？41//1'￥31//0311支路、隔离开关0312、？42//1'￥32//QS12支路、第二电流互感器TA72串联。
[0034]与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有以下有益效果:
[0035](I)闭合子模块旁路开关可以消除交流电压畸变，彻底解决直流故障对交流系统的影响；
[0036](2)旁路开关闭合时间只会影响交流断路器断开时间，因此旁路开关闭合时间要求并不严格；
[0037](3)由于闭锁后桥臂不存在充电电流，因此旁路开关闭合时的离散特性不会造成单个子模块过压；
[0038](4)通过快速闭合子模块的旁路开关，解决了直流单极接地故障引起的交流电压畸变问题和交流电流直流偏置问题。
【附图说明】
[0039]图1是本发明实施例中无联结变压器的分区互联装置拓扑结构图；
[0040]图2是本发明实施例中子模块拓扑结构图；
[0041 ]图3是现有技术中传统控制保护方法交流电流仿真波形图；
[0042]图4是本发明实施例中交流系统电流仿真波形图。
【具体实施方式】
[0043]下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
[0044]以柔性直流输电技术为基础的分区互联装置在原来需要开环运行的电网两端采用背靠背柔性直流换流站相连接，由此构成软环网运行。分区互联装置不仅能够传输功率，实现环网运行，同时还能够参与电网电压调节、提供动态无功支撑。除此之外，通过分区互联装置构成的软环网还具有降低环网短路电流、故障后的负荷转移可控的优点。
[0045]无联结变压器的分区互联装置故障特性与现有柔性直流输电系统存在很大差别。当直流侧发生单极接地故障时，即使换流器闭锁直流分量也会进入交流系统，引起交流电压畸变、交流电流直流偏置，可能导致交流断路器无法正常开断，严重威胁交流系统安全稳定运行。因此，研究无联结变压器的分区互联装置直流单极接地故障控制保护方法具有重要意义。
[0046]本发明提供一种无联结变压器的分区互联装置单极接地故障保护方法，包括:
[0047]正极发生单极接地故障时对分区互联装置进行保护；
[0048]负极发生单极接地故障时对分区互联装置进行保护。
[0049]所述分区互联装置包括一次设备和二次设备；
[0050]如图1，所述一次设备包括送端电压源换流器、受端电压源换流器和直流连接装置，所述送端电压源换流器通过直流连接装置与受端电压源换流器连接；
[0051 ]所述二次设备包括控制保护系统；
[0052]所述控制保护系统控制一次设备中的送端电压源换流器、受端电压源换流器和直流连接装置的正常运行。
[0053]所述送端电压源换流器的交流侧通过交流断路器QFl与送端交流系统相连，所述受端电压源换流器的交流侧通过交流断路器QF2与受端交流系统相连。
[0054]所述直流连接装置包括第一直流连接装置和第二直流连接装置；
[0055]所述送端电压源换流器的正极直流侧与所述第一直流连接装置的一端相连，所述第一直流连接装置的另一端与受端电压源换流器的正极直流侧相连;所述送端电压源换流器的负极直流侧与第二直流连接装置的一端相连，所述第二直流连接装置的另一端与受端电压源换流器的负极直流侧相连。
[0056]所述送端电压源换流器和受端电压源换流器均采用模块化多电平换流器；
[0057]模块化多电平换流器的每个桥臂均由若干个子模块串联而成，子模块包括IGBT1、IGBT2、二极管Dl、二极管D2、电容器C、旁路开关SB和保护晶闸管SD;
[0058]所述二极管Dl与IGBTl反并联，组成D1//IGBT1支路，所述D1//IGBT1支路与电容器C串联，组成D1//IGBT1-C支路；
[0059]所述二极管D2与IGBT2反并联，组成D2//GBT2支路；所述D1//IGBT1-C支路、D2//GBT2支路、旁路开关SB、保护晶闸管SD并联。
[0060]所述正极发生单极接地故障时对分区互联装置进行保护包括:
[0061]闭锁送端电压源换流器和受端电压源换流器，并且导通保护晶闸管SD;
[0062]闭合上桥臂子模块的旁路开关；
[0063]断开交流断路器QFl和交流断路器QF2。
[0064]所述负极发生单极接地故障时对分区互联装置进行保护包括:
[0065]闭锁送端电压源换流器和受端电压源换流器，并且导通保护晶闸管SD;
[0066]闭合下桥臂子模块的旁路开关；
[0067]断开交流断路器QFl和交流断路器QF2。
[0068]所述第一直流连接装置和第二直流连接装置均包括隔离开关QS12、接地刀闸QS11、接地刀闸QS13、第一避雷器F41、第二避雷器F42、第一电压互感器TV31、第二电压互感器TV32、第一电流互感器TA71和第二电流互感器TA72。
[0069]所述第一避雷器F41、第一电压互感器TV31、接地刀闸QS11并联，组成F41//TV31//QS11支路;所述F41//TV31//QS11支路一端同时连接第一电流互感器TA71和隔离开关QS12，
其另一端接地；
[0070]所述第二避雷器F42、第二电压互感器TV32、接地刀闸QS13并联，组成F42//TV32//QS12支路;所述F42//TV32//QS12支路一端同时连接第二电流互感器TA72和隔离开关QS12，
其另一端接地；
[0071]所述第一电流互感器了471、？41//1'￥31//0311支路、隔离开关0312、？42//1'￥32//QS12支路、第二电流互感器TA72串联。
[0072]如图3，在t= l.5s时分区互联装置发生直流单极接地故障，采用传统闭锁换流器的方法无法隔离直流故障，导致直流分量进入交流系统，引起交流电流直流偏置，交流断路器无法正常动作。
[0073]如图4，在t= 2.0s时，分区互联装置采用本专利提出的控制保护方法，交流电流中的直流分量逐渐降低，交流电流恢复正常，交流断路器可以正常断开。
[0074]最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员参照上述实施例依然可以对本发明的【具体实施方式】进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。
【主权项】
1.一种无联结变压器的分区互联装置单极接地故障保护方法，其特征在于，包括: 正极发生单极接地故障时对分区互联装置进行保护； 负极发生单极接地故障时对分区互联装置进行保护。2.根据权利要求1所述的无联结变压器的分区互联装置单极接地故障保护方法，其特征在于，所述分区互联装置包括一次设备和二次设备； 所述一次设备包括送端电压源换流器、受端电压源换流器和直流连接装置，所述送端电压源换流器通过直流连接装置与受端电压源换流器连接； 所述二次设备包括控制保护系统； 所述控制保护系统控制一次设备中的送端电压源换流器、受端电压源换流器和直流连接装置的正常运行。3.根据权利要求2所述的无联结变压器的分区互联装置单极接地故障保护方法，其特征在于，所述送端电压源换流器的交流侧通过交流断路器QFl与送端交流系统相连，所述受端电压源换流器的交流侧通过交流断路器QF2与受端交流系统相连。4.根据权利要求3所述的无联结变压器的分区互联装置单极接地故障保护方法，其特征在于，所述直流连接装置包括第一直流连接装置和第二直流连接装置； 所述送端电压源换流器的正极直流侧与所述第一直流连接装置的一端相连，所述第一直流连接装置的另一端与受端电压源换流器的正极直流侧相连;所述送端电压源换流器的负极直流侧与第二直流连接装置的一端相连，所述第二直流连接装置的另一端与受端电压源换流器的负极直流侧相连。5.根据权利要求4所述的无联结变压器的分区互联装置单极接地故障保护方法，其特征在于，所述送端电压源换流器和受端电压源换流器均采用模块化多电平换流器； 模块化多电平换流器的每个桥臂均由若干个子模块串联而成，子模块包括IGBTl、IGBT2、二极管Dl、二极管D2、电容器C、旁路开关SB和保护晶闸管SD; 所述二极管Dl与IGBTl反并联，组成D1//IGBT1支路，所述D1//IGBT1支路与电容器C串联，组成D1//IGBT1-C支路； 所述二极管D2与IGBT2反并联，组成D2//GBT2支路;所述D1//IGBT1-C支路、D2//GBT2支路、旁路开关SB、保护晶闸管SD并联。6.根据权利要求5所述的无联结变压器的分区互联装置单极接地故障保护方法，其特征在于，所述正极发生单极接地故障时对分区互联装置进行保护包括: 闭锁送端电压源换流器和受端电压源换流器，并且导通保护晶闸管SD; 闭合上桥臂子模块的旁路开关； 断开交流断路器QFl和交流断路器QF2。7.根据权利要求5所述的无联结变压器的分区互联装置单极接地故障保护方法，其特征在于，所述负极发生单极接地故障时对分区互联装置进行保护包括: 闭锁送端电压源换流器和受端电压源换流器，并且导通保护晶闸管SD; 闭合下桥臂子模块的旁路开关； 断开交流断路器QFl和交流断路器QF2。8.根据权利要求4所述的无联结变压器的分区互联装置单极接地故障保护方法，其特征在于，所述第一直流连接装置和第二直流连接装置均包括隔离开关QS12、接地刀闸QS11、接地刀闸QS13、第一避雷器F41、第二避雷器F42、第一电压互感器TV31、第二电压互感器TV32、第一电流互感器TA71和第二电流互感器TA72。9.根据权利要求8所述的无联结变压器的分区互联装置单极接地故障保护方法，其特征在于，所述第一避雷器F41、第一电压互感器TV31、接地刀闸QSll并联，组成F41//TV31//QS11支路;所述F41//TV31//QS11支路一端同时连接第一电流互感器TA71和隔离开关QS12，其另一端接地； 所述第二避雷器F42、第二电压互感器TV32、接地刀闸QSl 3并联，组成F42//TV32//QS12支路;所述F42//TV32//QS12支路一端同时连接第二电流互感器TA72和隔离开关QS12，其另一端接地； 所述第一电流互感器TA7UF41//TV31//QS11支路、隔离开关QS12、F42//TV32//QS12支路、第二电流互感器TA72串联。
【文档编号】H02H7/26GK106099873SQ201610509917
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月30日
【发明人】周杨, 李强, 许韦华, 阳岳希, 别晓玉, 李泓志, 陈平, 李洪涛, 于希娟
【申请人】全球能源互联网研究院, 国家电网公司, 国网北京市电力公司