一种海上风电集中柔性直流送出系统的保护方法与流程

本发明涉及一种海上风电集中柔性直流送出系统的保护方法，属于电力保护。

背景技术：

1、针对海上风电柔性直流集中送出的工况，该工况下往往需要多台换流变升压接入电网。为了节约成本，n台换流变的总额定额定容量一般仅略大于系统输送的总额定容量，因此在n-1的情况下，剩余的换流变总额定容量一般小于系统输送的总额定容量。同理陆上换流站的送出线路，为了节约成本，n条送出线路的总额定容量一般仅略大于系统输送的总额定容量，因此在n-1的情况下，剩余的线路总额定容量一般小于系统输送的总额定容量。

2、以目前igbt设备的参数以及国内目前先进技术情况，一般柔性直流系统的参数为±500kv/2ka，折算输送容量为2100mva，一般500kv的变压器的容量都不超过1000mva，因此会需要2台以上。但是本专利也不仅限于2100mva，只要是容量大导致需要多台换流变或多条送出线路，且送出线路或者陆上换流变n-1时会过载均可以使用。

3、针对陆上换流变或者送出线路n-1的工况，该工况下剩余的换流变和线路将会通过n/(n-1)倍的功率(电流)。若要保证送出线路的导线和陆上换流变不损坏，提出n-1保护系统。

技术实现思路

1、为了解决上述现有技术中存在的问题，本发明提出了一种海上风电集中柔性直流送出系统的保护方法。

2、本发明的技术方案如下：

3、一方面，本发明提供了一种海上风电集中柔性直流送出系统的保护方法，包括如下步骤：

4、当海上风电集中柔性直流送出系统中第一设备发生故障时，电路功率转移至其余n-1台设备上，判断n-1台设备中每一个设备的输送功率是否满足大于该设备的极限输送功率；

5、若满足则对该设备采取保护措施，判断第一设备中的断路器三相是否处于分位，若处于分位且非手分闭锁，则启动过载保护判断；所述过载保护判断为判断第一设备的输送电流是否满足小于对应设备的额定输送电流，若满足则判定第一设备断开；

6、对n-1台设备中每一台设备进行电流采样，得到采样电流，将采样电流与整定电流进行比较；若采样电流小于整定电流值，则不启动逻辑环节；反之，根据预设的延时时长启动逻辑环节：

7、通过断开设备所对应的风机支路中的断路器，使该线路的输送功率下降；其中包括通过断开断路器的时间间隔逻辑来保护海上风电集中柔性直流送出系统。

8、作为优选，所述断开断路器的时间间隔逻辑的步骤具体为：

9、确定n-1台设备中每一台设备需要切除功率的百分比，具体如下式所示：

10、

11、其中，illn-1为第n-1台设备的输送电流，ill1e为第一设备的额定输送电压；

12、计算整个海上风电集中柔性直流送出系统中陆上换流变压器的总切除功率百分比，具体公式如下所示：

13、

14、其中，plf为海上风电集中柔性直流送出系统中陆上换流器总的送出功率，plbzi为第i台陆上换流变压器第三绕组功率；

15、计算风机单位切除百分比，具体公式如下所示：

16、

17、其中，x为海上风机接入回路数；

18、计算海上换流变压器的风机支路中风机功率占比，具体公式如下所示：

19、

20、其中，j表示第j台海上换流变压器，m表示第m回风机支路，m为风机支路的总数；n1为海上换流变压器的总数；phfjm为海上第j台海上换流变压器的第m回风机支路的送出功率；

21、将风机单位切除百分比作为中心参考值，依次统计并累加功率占比与之最接近的风机支路，使累加功率占比值大于整个海上风电集中柔性直流送出系统中陆上换流变压器的总切除功率百分比，并记录统计需要切除的所有风机支路；

22、发送跳闸命令至所有需要切除的风机支路中的断路器；判断所有需要切除的风机支路的断路器是否处于分位，且判断对应间隔的电流是否降低至其额定电流的0.1倍，若所有对应间隔存在间隔未跳开则再次发送跳闸命令；反之，则判断第n-1条送出线路的输送电流是否小于与对应的额定电流的1.05倍；若符合则保护完成，反之，重新回到断开断路器的时间间隔逻辑。

23、作为优选，所述风电集中柔性直流送出系统包括陆上换流站、直流海缆、海上换流站和海上风机；所述陆上换流站包括陆上换流变压器和送出线路；所述海上换流站包括海上换流变压器；所述海上风机包括海上换流变压器和与之对应的风机支路。

24、另一方面，本发明还提供一种海上风电集中柔性直流送出系统的保护系统，包括：

25、系统功率n-1模块，当海上风电集中柔性直流送出系统中第一设备发生故障时，电路功率转移至其余n-1台设备上，判断n-1台设备中每一个设备的输送功率是否满足大于该设备的极限输送功率；

26、故障设备断开判断模块，若满足则对该设备采取保护措施，判断第一设备中的断路器三相是否处于分位，若处于分位且非手分闭锁，则启动过载保护判断；所述过载保护判断为判断第一设备的输送电流是否满足小于该对应设备的额定输送电流；若满足则判定第一设备断开；

27、设备保护模块，对n-1台设备中每一台设备进行电流采样，得到采样好的采样电流，将采样电流与整定电流进行比较；若采样电流小于整定电流值，则不启动逻辑环节；反之，根据预设的延时时长启动逻辑；所述预设的延时时长启动逻辑为通过断开设备所对应的风机支路中的断路器，使该线路的输送功率下降；其中包括通过断开断路器的时间间隔逻辑来保护海上风电集中柔性直流送出系统。

28、作为优选，所述断开断路器的时间间隔逻辑的步骤具体为：

29、确定n-1台设备中每一台设备需要切除功率的百分比，具体如下式所示：

30、

31、其中，illn-1为第n-1台设备的输送电流，ill1e为第一设备的额定输送电压；

32、计算整个海上风电集中柔性直流送出系统中陆上换流变压器的总切除功率百分比，具体公式如下所示：

33、

34、其中，plf为海上风电集中柔性直流送出系统中陆上换流器总的送出功率，plbzi为第i台陆上换流变压器第三绕组功率；

35、计算风机单位切除百分比，具体公式如下所示：

36、

37、其中，x为海上风机接入回路数；

38、计算海上换流变压器的风机支路中风机功率占比，具体公式如下所示：

39、

40、其中，j表示第j台海上换流变压器，m表示第m回风机支路，m为风机支路的总数；n1为海上换流变压器的总数；phfjm为海上第j台海上换流变压器的第m回风机支路的送出功率；

41、将风机单位切除百分比作为中心参考值，依次统计并累加功率占比与之最接近的风机支路，使累加功率占比值大于整个海上风电集中柔性直流送出系统中陆上换流变压器的总切除功率百分比，并记录统计需要切除的所有风机支路；

42、发送跳闸命令至所有需要切除的风机支路中的断路器；判断所有需要切除的风机支路的断路器是否处于分位，且判断对应间隔的电流是否降低至其额定电流的0.1倍，若所有对应间隔存在间隔未跳开则再次发送跳闸命令；反之，则判断第n-1条送出线路的输送电流是否小于与对应的额定电流的1.05倍；若符合则保护完成，反之，重新回到断开断路器的时间间隔逻辑。

43、作为优选，所述风电集中柔性直流送出系统包括陆上换流站、直流海缆、海上换流站和海上风机；所述陆上换流站包括陆上换流变压器和送出线路；所述海上换流站包括海上换流变压器；所述海上风机包括海上换流变压器和与风机支路。

44、再一方面，本发明还提供一种电子设备，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如本发明任一实施例所述的一种海上风电集中柔性直流送出系统的保护系统方法。

45、再一方面，本发明还提供一种计算机可读介质，用于存储一个或者多个程序，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，使得所述一个或多个处理器实现如本发明任一实施例所述的一种海上风电集中柔性直流送出系统的保护系统方法。

46、本发明具有如下有益效果：

47、1、本发明采用跳开海上风机间隔的方式来实现对于陆上送出线路或者换流变n-1时快速降低其运行电流，实现对送出线路导线或者陆上换流变的保护，减少送出线路和陆上换流变的额定电流参数。

48、2、本发明可以适用于任意送出线路或者陆上换流变跳开情况，其保护策略和逻辑相同。

49、3、本发明可以不选择增大送出线路导线总截面以及增大换流变额定电流参数，使导线和设备可以满足n-1工况下长时间运行，仅需要对导线或者设备提出短时过负荷要求，其中导线可以采用耐热导线，价格约为普通导线的1.2倍，若经过计算n-1时仅过载500ms导线可满足要求也可继续采用普通导线；变压器基本不需要提高造价；因此送出线路导线+陆上换流变整体的造价仅需要上升约1.15或者不上升倍，相较于直接提高导线和设备额定负载节约造价约25％～50％，效益显著。