柔直控制系統暫時閉鎖後再次解鎖次數超值跳閘方法與流程

2023-09-22 03:14:15 2

本發明屬於電力電子控制技術領域，尤其涉及一種柔性直流控制系統暫時性閉鎖後再次解鎖次數超值跳閘方法。

背景技術：

基於模塊化多電平換流器(即MMC，以下簡稱MMC)的柔性直流換流閥技術憑藉其具有有功無功可獨立調節、無需大容量的無功補償和濾波器、不會出現換相失敗、受端可連接於無源系統等優點，主要應用於新能源發電系統聯網、異步電網連接等場合。

柔性直流輸電系統一般採用模塊化多電平換流器作為一次設備，MMC由6個橋臂(本申請以下簡稱換流閥橋臂)組成，每個橋臂由一個電抗器L和N個子模塊(SM)串聯而成。MMC電路高度模塊化，能夠通過增減接入換流器的子模塊的數量來滿足不同的功率和電壓等級要求，便於實現集成化設計，縮短項目周期，節約成本。

柔性直流輸電系統在聯接變網側交流故障時，由於控制系統採樣延時、通訊延時、控制裝置內部鏈路延時等因素，在額定功率運行下，聯接變網側發生故障，易造成換流閥橋臂電流過流。目前行業內一般採取橋臂過流後直接閉鎖換流閥並跳閘，將換流閥和交流系統隔離，以保護換流閥設備，此種方式降低了柔性直流輸電技術在應對交流系統故障的穿越率，未完全發揮基於MMC的柔直直流輸電技術。

技術實現要素：

本發明的目的在於提供一種柔性直流控制系統發生暫時性閉鎖後再次解鎖次數超限跳閘方法，既能提高基於MMC柔性直流輸電技術的故障穿越功能，又能可靠保護換流閥設備。

本發明具體採用以下技術方案：

一種柔性直流控制系統暫時閉鎖後再次解鎖次數超限跳閘方法，柔性直流輸電系統基於模塊化多電平換流器實現；其特徵在於：

當極控系統判斷聯接變網側交流系統發生短路故障後，由閥控系統判斷橋臂電流是否大於換流閥設備保護定值，若大於，則觸發閥控系統暫時性閉鎖，並通知極控系統閉鎖，當閥控系統和極控系統閉鎖後，橋臂電流逐漸衰減到小於換流閥設備保護定值時，閥控系統暫時性閉鎖狀態消失，閥控系統解鎖後允許極控系統延時設定時間後再次解鎖，通過換流閥為交流系統提供無功；

當聯接變網側發生交流系統故障導致閥控系統和極控系統重複發生暫時性閉鎖和解鎖流程，閥控系統和極控系統解閉鎖次數超限時，極控系統實現閉鎖跳閘功能。

一種柔性直流控制系統暫時閉鎖後再次解鎖次數超限跳閘方法，柔性直流輸電系統是基於模塊化多電平換流器實現，聯接變網側發生交流系統故障時，當換流閥橋臂電流大於設定的過流閾值即換流閥設備保護定值，閥控系統觸發暫時性閉鎖，閥控系統閉鎖後通知極控系統閉鎖；當聯接變網側故障消失或橋臂電流小於設定的過流閾值時，閥控系統和極控系統先後解除閉鎖；其特徵在於，所述柔性直流控制系統暫時閉鎖後再次解鎖次數超限跳閘方法包括以下步驟：

步驟1：判斷換流閥是否在解鎖狀態，如果是則進入第(2)步，否則重複步驟1；

步驟2：採集聯接變網側交流電壓；

步驟3：判斷聯接變網側交流電壓變化量是否超出設定的交流電壓閾值範圍或變化率高於設定的變化率閾值，如果是則進入第(4)步，否則返回步驟2；

步驟4：閥控系統實時採集換流閥橋臂電流並判斷換流閥橋臂電流是否大於換流閥設備保護定值，如果是，則閥控系統時性閉鎖，並通知極控系統閉鎖，進入步驟4，否則返回步驟2；

步驟5：閥控系統實時採集當前的換流閥橋臂電流，判斷換流閥橋臂電流是否衰減以至返回換流閥設備保護定值範圍內，如果是，則進入步驟6；否則，重複步驟5；

步驟6：閥控系統暫時性閉鎖信號消失，閥控系統解鎖並通知極控系統延時設定時間T後進行解鎖；

步驟7：統計該次聯接變網側故障期間，導致柔性直流控制系統完成暫時性閉鎖、解鎖循環的次數，如果次數超過設定限值則進入步驟8，否則返回步驟1；

步驟8：通過極控系統實現閉鎖跳閘功能，跳開聯接變兩側斷路器。

本發明進一步包括以下優選方案：

在步驟3中，交流電壓閾值範圍為0.8Upu-1.2pUu；交流電壓變化量閾值為0.01Upu/5ms-0.05Upu/5ms，其中1Upu表示交流電壓額定值。

在步驟4中，換流閥設備橋臂電流過流保護定值即過流閾值的取值範圍為1.15Ipu～1.5Ipu，其中1Ipu表示IGBT額定工作電流。

在步驟5中，換流閥設備橋臂電流恢復定值即恢復閾值的取值範圍為30A-100A。

在步驟6中，所述設定時間T為15ms。

在步驟7中，一次聯接變網側故障期間，導致柔性直流控制系統完成暫時性閉鎖、解鎖循環次數的設定限值為2～5次。

本發明有益效果：

提高了基於MMC換流閥的在聯接變交流系統故障時候的故障穿越成功率，提高了換流閥的可用率。

附圖說明：

圖1是本發明柔性直流輸電系統裝置結構示意圖；

圖2是本發明一種柔直控制系統暫時性閉鎖後再次解鎖次數超值跳閘方法流程圖；

圖3是監控系統、極控系統、保護系統和閥控系統的對應連接關係圖。

具體實施方式

為使本發明的技術方案，控制優點更加明確，下面將結合附圖對本發明做詳細的解釋說明。

為方便讀者理解本發明的技術方案，首先對與本申請方案有關的技術術語解釋如下：

在柔性直流輸電系統中，直流控制保護系統和換流閥是實現交直流轉換的核心設備。與傳統直流類似，直流控制保護系統通過閥控系統實現對換流閥的控制。

柔性直流輸電系統是一個複雜的多輸入多輸出系統，為了提高其運行的可靠性，按照分層設計原則將控制保護系統劃分為三層：監控層、極控系統和極保護層、I/O層(含閥控系統，見圖3)，極控系統與保護系統是光纖點對點連接，極控系統和閥控系統是光纖點對點連接，閥控系統驅動換流閥的SM的動作。本文檔描述暫時性閉鎖超限跳閘功能主要對應極控系統和閥控系統。

監控層：實現站內直流單元的控制起停、順序控制，全站所有斷路器、隔離開關等設備的控制、監視、測量、報警、記錄、遠傳、以及參數/定值的設定等功能。通過冗餘的計算機網絡將不同層級的控制保護設備統一連接起來。

極控系統：即換流器控制，主要完成有功功率控制、無功功率控制、直流電壓控制、內環電流控制、調製電壓生產等功能。

閥控系統：主要完成橋臂環流抑制控制、MMC模塊觸發、最低電平逼近控制等。

MMC：模塊化多電平換流器

本發明實施例的介紹是基於主電路採用聯接變壓器及模塊化多電平換流器的拓撲結構(見圖1)，柔性直流輸電系統包括聯接變壓器1、充電電阻2、橋臂電抗器3、級聯的MMC子模塊4，他們依靠A/B/C三相電纜連接，形成電氣連接系統。

運行參數包括聯接變網側電壓5、聯接變閥側電流6、啟動迴路電流7、換流閥上橋臂電流8、換流閥下橋臂電流9、正極電流10、負極電流11。

一種柔直控制系統暫時性閉鎖後再次解鎖跳閘方法步驟如附圖2所示，包括以下步驟：

步驟1：換流閥是否在解鎖狀態，如果已經解鎖則進入步驟(2)，否則循環判斷步驟1；

步驟2：極控系統實時採集聯接變網側電壓；

步驟3：極控系統判斷聯接變網側交流電壓是否超出設定的交流電壓閾值範圍或變化率高於設定的變化率閾值，如果是則進入第(4)步，否則返回第(2)步；

交流電壓閾值範圍為0.8Upu-1.2pUu；交流電壓變化量閾值為0.01Upu/5ms-0.05Upu/5ms，其中1Upu表示交流電壓額定值。

步驟4：閥控系統實時採集換流閥橋臂電流，並判斷換流閥橋臂電流是否大於換流閥設備保護定值，如果是，則閥控系統暫時性閉鎖，並通知極控系統閉鎖，進入第(5)步；否則返回第(2)步。

換流閥設備橋臂電流過流保護定值即過流閾值的取值範圍為1.15Ipu～1.5Ipu，其中1Ipu表示IGBT額定工作電流，若大於則閥控系統判定啟動暫時性閉鎖。

步驟5：閥控系統實時採集換流閥橋臂電流，並判斷換流閥橋臂電流衰減到換流閥設備恢復定值，如果是，進入第(6)步；否則返回第(2)步。

換流閥設備橋臂電流恢復定值即電流恢復閾值的取值範圍為30A-60A。

步驟6：極控系統記錄閥控系統傳遞過來的暫時性閉鎖信號次數，並閉鎖換流閥，同時延時T時間再次發解鎖命令，並進入第(7)步。

所述設定時間T為15ms。

步驟7：極控系統在持續的一次交流系統故障內，判斷閥控系統觸發的暫時性閉鎖次數超過n次，則進入第(8)步；否則返回第(1)步。一次聯接變網側故障期間，導致柔性直流控制系統完成暫時性閉鎖、解鎖循環次數n的設定限值為2～5次。

步驟8：極控系統跳開斷路器，將交流系統與MMC隔離。

申請人結合說明書附圖對本發明的實施例做了詳細的說明與描述，但是本領域技術人員應該理解，以上實施例僅為本發明的優選實施方案，詳盡的說明只是為了幫助讀者更好地理解本發明精神，而並非對本發明保護範圍的限制，相反，任何基於本發明的發明精神所作的任何改進或修飾都應當落在本發明的保護範圍之內。