一种柔性直流输电系统的故障保护方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种柔性直流输电的技术领域，具体的来说，是一种柔性直流输电系统的故障保护方法。
【背景技术】
[0002]柔性直流输电系统通常与交流系统相联。当交流系统不正常运行或故障时，不可避免地会对VSC的换流器等设备产生不良影响。柔性直流输电系统多运行在高电压、大电流、强干扰的环境下，其换流站内部的某些部件也可能受到干扰或因某些原因发生损坏。
[0003]通常情况下，送电端交流系统发生故障后，直流电压均下降，直流电流均下降，并随着故障的严重程度加大下降幅度也增加；受电端交流系统发生故障时，直流电压均会上升，在三相故障时出现过电压现象。交流电流会随着故障的严重性不同，增大的幅度不同，并且故障期间均会出现三相不平衡等畸变现象。
[0004]换流器件发生各种故障后，直流电压均下降，并接近于O ;送电端直流电流反向增加，出现负极性电流。各桥臂上的电流根据故障点的位置不同而不同，故障桥臂电流激增，非故障桥臂电流有所增加。
[0005]直流线路发生故障时，直流电压根据故障性质不同变化幅度将不同，在出现极间短路故障时，直流电压将变为O ;直流电流增加并流向故障点，会出现过电流现象。
[0006]为了保证柔性直流输电系统能够长期安全可靠运行，必须实现在交流系统发生各类故障或换流站内部某些设备发生故障时，其它未受损设备自身不受损害，必要时还要为故障的交流系统给予及时的救援。
【发明内容】
[0007]基于现有技术的不足，本发明提供一种柔性直流输电系统的故障保护方法，该方法通过分区保护与加装保护装置进行保护，其中分区保护通过对直流线路和换流器进行分区保护，加装保护装置包括加装过压抑制器、滤波器以及过流抑制器，即对不同故障位置以及不同故障类型分别进行保护。
[0008]根据故障类型的不同，柔性直流输电系统在保护启动后，分别采取以下策略来消除故障:报警；暂态电流抑制；永久闭锁；交流断路器跳闸；锁定交流断路器；极隔离；启动失灵保护等。
[0009]报警:通过报警来告知运行人员有异常发生，但报警不会影响系统运行。
[0010]暂态电流抑制:阻止脉冲送入过电流相的IGBT，在电流恢复至正常水平后，脉冲信号再触发导通(基于某相暂时锁住)。过电压保护则暂时锁住三相瞬时脉冲。
[0011]永久闭锁:关断送入所有IGBT器件的控制信号，从而立即阻止功率的传输。
[0012]交流断路器跳闸:能隔离交流系统与换流设备之间的连接。阻止交流系统向换流变阀侧转移故障。此外，交流电压源的消除，能避免换流阀承受不必要的电压应力，特别是在阀器件已经遭受严重的过流应力情况下。
[0013]锁定交流断路器:当交流断路器跳闸指令发出后，锁住断路器的指令将启动。阻止断路器在确定跳闸之后出现关闭现象。可人工设置锁定断路器指令。
[0014]极隔离:其动作结果是隔离直流侧(正极和负极)电缆，正常关断由人工设置，而故障发生时则通过保护指令自动实现。
[0015]启动失灵保护:在跳闸指令送入交流断路器回路的同时，断路器失灵保护指令启动。如果交流断路器在接收到跳闸指令一定时间后未能正常打开，则断路器失灵保护启动，使得断路器再跳闸或跳开另一断路器。
[0016]柔性直流输电系统的故障分区保护
直流线路保护区，直流线路用于电能的传输，通常有架空线和电力电缆线路。针对输电线路的重要性，配置相应的保护，主要对直流电缆故障和不正常直流电压进行监测等。
[0017]直流线路保护方式有行波保护:用于检测两站之间的直流线路的故障，通过控制系统清除故障电流后，在故障清除后恢复功率输送。电压和电流可以看作以一定幅值和速度传播的前行波与反射波。当线路发生故障时，会产生峰值故障电流，该波会在输电线路上传播，根据波阻抗以及采样的电压与电流值就可以判断出是否发生直流线路故障。保护起动后，暂时闭锁PWM脉冲信号，一定延时后，故障解除则重新触发脉冲，未解除则永久闭锁，然后跳开交流侧断流器，进行极隔离，并启动失灵保护，之后锁定交流断路器。
[0018]直流线路突变量保护:用于检测两站之间的直流线路上的金属性和高阻接地故障，通过控制系统清除故障电流后，在故障清除后恢复功率输送。如果直流电压的幅值变化及变化率均超过整定值，且电流变化率也超过整定值，则判断为线路故障。保护起动后，暂时闭锁PWM脉冲信号，一定延时后，故障解除则重新触发脉冲，未解除则永久闭锁，然后跳开交流侧断流器，进行极隔离，并启动失灵保护，之后锁定交流断路器。
[0019]直流线路微分欠压保护:检测直流电压和电流，并有微分和欠电压两种不同的保护动作条件，相互结合提高保护动作的正确性。通过设置较高的微分整定值和较低的欠电压水平，再考虑适当延时来避免误动。保护起动后，暂时闭锁PWM脉冲信号，一定延时后，故障解除则重新触发脉冲，未解除则永久闭锁，然后跳开交流侧断流器，进行极隔离，并启动失灵保护，之后锁定交流断路器。
[0020]直流线路纵差保护:检测直流线路上的行波和微分欠压保护不能检测到的高阻接地短路故障。作为行波保护的后备保护，对线路高阻抗接地故障，其保护原理为比较本站及对侧站的直流电流，如果大于整定值，保护将延时启动。保护起动后，暂时闭锁PWM脉冲信号，一定延时后，故障解除则重新触发脉冲，未解除则永久闭锁，然后跳开交流侧断流器，进行极隔离，并启动失灵保护，之后锁定交流断路器。
[0021 ] 换流器保护区。在VSC-HVDC系统中，换流器保护区保护的主要对象就是换流器件、直流电容器和直流母线等。换流阀是核心器件，主要配置有阀短路保护、换流器过流保护、IGBT状态监测等。
[0022]阀短路保护:保护整个换流阀；用于阀短路故障和换流变阀侧相间故障，避免发生短路时换流阀遭受过应力。保护检测阀交流侧的电流和直流极电流，并对两电流进行比较，超过整定值保护起动，并判断送电端直流电流是否反极性。保护起动后，闭锁PWM脉冲信号，即闭锁换流器，然后跳开交流侧断流器，进行极隔离，并启动失灵保护，之后锁定交流断路器。
[0023]换流器直流差动保护:检测换流器保护范围内的接地故障，并将故障换流器退出运行。比较换流器两极之间的电流差值。保护整定分两段，为快速不灵敏段和慢速灵敏段。动作时间根据保护整定值不同而不同。保护起动后，闭锁PWM脉冲信号，即闭锁换流器，然后跳开交流侧断流器，进行极隔离，并启动失灵保护，之后锁定交流断路器。
[0024]IGBT状态检测:对IGBT元件进行状态检测。通过换流阀的阀控单元监测IGBT的du/dt来判断器件是否损坏。进而判断器件损害个数。当损害数量为一定数目时给出告警；当超过阈值时跳开换流变压器网侧断路器，并进行极隔离。
[0025]换流器本体保护:检测换流器冷却系统是否正常、阀是否过负荷等监测换流阀温度、测量直流侧电流、换流变阀侧电流、电压等值来实现。失去备用时报警，功能失效时起动相应的保护跳闸信号
直流电容器不平衡保护:保护直流侧电容器，