一種無聯結變壓器的分區互聯裝置單極接地故障保護方法
【專利摘要】本發明提供一種無聯結變壓器的分區互聯裝置單極接地故障保護方法，包括：正極發生單極接地故障時對分區互聯裝置進行保護；負極發生單極接地故障時對分區互聯裝置進行保護。本發明提供的無聯結變壓器的分區互聯裝置單極接地故障保護方法，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】
一種無聯結變壓器的分區互聯裝置單極接地故障保護方法
技術領域
[0001]本發明涉及柔性直流輸電技術，具體涉及一種無聯結變壓器的分區互聯裝置單極接地故障保護方法。
【背景技術】
[0002]隨著電力系統的發展，城市電網傳輸功率的增長，城市電網必須增建更高電壓等級的輸電線路。隨著高一級電壓電網的發展，傳輸負荷不斷增大，電磁環網問題已經成為電力系統嚴重的事故隱患，給電網運行帶來很多問題。
[0003]消除電磁環網的常規辦法是將其解環，實現電網分區運行。常規解環方法雖然可解決電磁環網運行帶來的短路電流超標、穩定性降低等問題，但是也會降低電網運行的可靠性和靈活性。
[0004]與基于相控換相技術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)，其最大的特點在于采用了可關斷器件(通常為IGBT)和高頻調制技術。
[0005]通過調節換流器出口電壓的幅值和與系統電壓之間的功角差，可以獨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，就可以實現兩個交流網絡之間有功功率的相互傳送，同時兩端換流站還可以獨立調節各自所吸收或發出的無功功率，從而對所聯的交流系統給予無功支撐。
【發明內容】
[0006]本發明提供一種無聯結變壓器的分區互聯裝置單極接地故障保護方法，通過快速閉合子模塊的旁路開關，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]為了實現上述發明目的，本發明采取如下技術方案:
[0008]本發明提供一種無聯結變壓器的分區互聯裝置單極接地故障保護方法，包括:
[0009]正極發生單極接地故障時對分區互聯裝置進行保護；
[0010]負極發生單極接地故障時對分區互聯裝置進行保護。
[0011 ]所述分區互聯裝置包括一次設備和二次設備；
[0012]所述一次設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]所述二次設備包括控制保護系統；
[0014]所述控制保護系統控制一次設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行。
[0015]所述送端電壓源換流器的交流側通過交流斷路器QFl與送端交流系統相連，所述受端電壓源換流器的交流側通過交流斷路器QF2與受端交流系統相連。
[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相連;所述送端電壓源換流器的負極直流側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極直流側相連。
[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SB和保護晶閘管SD;
[0020]所述二極管Dl與IGBTl反并聯，組成D1//IGBT1支路，所述D1//IGBT1支路與電容器C串聯，組成D1//IGBT1-C支路；
[0021]所述二極管D2與IGBT2反并聯，組成D2//GBT2支路；所述D1//IGBT1-C支路、D2//GBT2支路、旁路開關SB、保護晶閘管SD并聯。
[0022]所述正極發生單極接地故障時對分區互聯裝置進行保護包括:
[0023]閉鎖送端電壓源換流器和受端電壓源換流器，并且導通保護晶閘管SD;
[0024]閉合上橋臂子模塊的旁路開關；
[0025]斷開交流斷路器QFl和交流斷路器QF2。
[0026]所述負極發生單極接地故障時對分區互聯裝置進行保護包括:
[0027]閉鎖送端電壓源換流器和受端電壓源換流器，并且導通保護晶閘管SD;
[0028]閉合下橋臂子模塊的旁路開關；
[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，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，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0312、？42//1'￥32//QS12支路、第二電流互感器TA72串聯。
[0034]與最接近的現有技術相比，本發明提供的技術方案具有以下有益效果:
[0035](I)閉合子模塊旁路開關可以消除交流電壓畸變，徹底解決直流故障對交流系統的影響；
[0036](2)旁路開關閉合時間只會影響交流斷路器斷開時間，因此旁路開關閉合時間要求并不嚴格；
[0037](3)由于閉鎖后橋臂不存在充電電流，因此旁路開關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，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是本發明實施例中無聯結變壓器的分區互聯裝置拓撲結構圖；
[0040]圖2是本發明實施例中子模塊拓撲結構圖；
[0041 ]圖3是現有技術中傳統控制保護方法交流電流仿真波形圖；
[0042]圖4是本發明實施例中交流系統電流仿真波形圖。
【具體實施方式】
[0043]下面結合附圖對本發明作進一步詳細說明。
[0044]以柔性直流輸電技術為基礎的分區互聯裝置在原來需要開環運行的電網兩端采用背靠背柔性直流換流站相連接，由此構成軟環網運行。分區互聯裝置不僅能夠傳輸功率，實現環網運行，同時還能夠參與電網電壓調節、提供動態無功支撐。除此之外，通過分區互聯裝置構成的軟環網還具有降低環網短路電流、故障后的負荷轉移可控的優點。
[0045]無聯結變壓器的分區互聯裝置故障特性與現有柔性直流輸電系統存在很大差別。當直流側發生單極接地故障時，即使換流器閉鎖直流分量也會進入交流系統，引起交流電壓畸變、交流電流直流偏置，可能導致交流斷路器無法正常開斷，嚴重威脅交流系統安全穩定運行。因此，研究無聯結變壓器的分區互聯裝置直流單極接地故障控制保護方法具有重要意義。
[0046]本發明提供一種無聯結變壓器的分區互聯裝置單極接地故障保護方法，包括:
[0047]正極發生單極接地故障時對分區互聯裝置進行保護；
[0048]負極發生單極接地故障時對分區互聯裝置進行保護。
[0049]所述分區互聯裝置包括一次設備和二次設備；
[0050]如圖1，所述一次設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 ]所述二次設備包括控制保護系統；
[0052]所述控制保護系統控制一次設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行。
[0053]所述送端電壓源換流器的交流側通過交流斷路器QFl與送端交流系統相連，所述受端電壓源換流器的交流側通過交流斷路器QF2與受端交流系統相連。
[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相連;所述送端電壓源換流器的負極直流側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極直流側相連。
[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SB和保護晶閘管SD;
[0058]所述二極管Dl與IGBTl反并聯，組成D1//IGBT1支路，所述D1//IGBT1支路與電容器C串聯，組成D1//IGBT1-C支路；
[0059]所述二極管D2與IGBT2反并聯，組成D2//GBT2支路；所述D1//IGBT1-C支路、D2//GBT2支路、旁路開關SB、保護晶閘管SD并聯。
[0060]所述正極發生單極接地故障時對分區互聯裝置進行保護包括:
[0061]閉鎖送端電壓源換流器和受端電壓源換流器，并且導通保護晶閘管SD;
[0062]閉合上橋臂子模塊的旁路開關；
[0063]斷開交流斷路器QFl和交流斷路器QF2。
[0064]所述負極發生單極接地故障時對分區互聯裝置進行保護包括:
[0065]閉鎖送端電壓源換流器和受端電壓源換流器，并且導通保護晶閘管SD;
[0066]閉合下橋臂子模塊的旁路開關；
[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，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，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0312、？42//1'￥32//QS12支路、第二電流互感器TA72串聯。
[0072]如圖3，在t= l.5s時分區互聯裝置發生直流單極接地故障，采用傳統閉鎖換流器的方法無法隔離直流故障，導致直流分量進入交流系統，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，分區互聯裝置采用本專利提出的控制保護方法，交流電流中的直流分量逐漸降低，交流電流恢復正常，交流斷路器可以正常斷開。
[0074]最后應當說明的是:以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非對其限制，所屬領域的普通技術人員參照上述實施例依然可以對本發明的【具體實施方式】進行修改或者等同替換，這些未脫離本發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明的權利要求保護范圍之內。
【主權項】
1.一種無聯結變壓器的分區互聯裝置單極接地故障保護方法，其特征在于，包括: 正極發生單極接地故障時對分區互聯裝置進行保護； 負極發生單極接地故障時對分區互聯裝置進行保護。2.根據權利要求1所述的無聯結變壓器的分區互聯裝置單極接地故障保護方法，其特征在于，所述分區互聯裝置包括一次設備和二次設備； 所述一次設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； 所述二次設備包括控制保護系統； 所述控制保護系統控制一次設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行。3.根據權利要求2所述的無聯結變壓器的分區互聯裝置單極接地故障保護方法，其特征在于，所述送端電壓源換流器的交流側通過交流斷路器QFl與送端交流系統相連，所述受端電壓源換流器的交流側通過交流斷路器QF2與受端交流系統相連。4.根據權利要求3所述的無聯結變壓器的分區互聯裝置單極接地故障保護方法，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相連;所述送端電壓源換流器的負極直流側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極直流側相連。5.根據權利要求4所述的無聯結變壓器的分區互聯裝置單極接地故障保護方法，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SB和保護晶閘管SD; 所述二極管Dl與IGBTl反并聯，組成D1//IGBT1支路，所述D1//IGBT1支路與電容器C串聯，組成D1//IGBT1-C支路； 所述二極管D2與IGBT2反并聯，組成D2//GBT2支路;所述D1//IGBT1-C支路、D2//GBT2支路、旁路開關SB、保護晶閘管SD并聯。6.根據權利要求5所述的無聯結變壓器的分區互聯裝置單極接地故障保護方法，其特征在于，所述正極發生單極接地故障時對分區互聯裝置進行保護包括: 閉鎖送端電壓源換流器和受端電壓源換流器，并且導通保護晶閘管SD; 閉合上橋臂子模塊的旁路開關； 斷開交流斷路器QFl和交流斷路器QF2。7.根據權利要求5所述的無聯結變壓器的分區互聯裝置單極接地故障保護方法，其特征在于，所述負極發生單極接地故障時對分區互聯裝置進行保護包括: 閉鎖送端電壓源換流器和受端電壓源換流器，并且導通保護晶閘管SD; 閉合下橋臂子模塊的旁路開關； 斷開交流斷路器QFl和交流斷路器QF2。8.根據權利要求4所述的無聯結變壓器的分區互聯裝置單極接地故障保護方法，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.根據權利要求8所述的無聯結變壓器的分區互聯裝置單極接地故障保護方法，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，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，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QS12、F42//TV32//QS12支路、第二電流互感器TA72串聯。
【文檔編號】H02H7/26GK106099873SQ201610509917
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月30日
【發明人】周楊, 李強, 許韋華, 陽岳希, 別曉玉, 李泓志, 陳平, 李洪濤, 于希娟
【申請人】全球能源互聯網研究院, 國家電網公司, 國網北京市電力公司