一種柔性直流換流站內故障開關配置及清除方法與流程

2023-05-17 23:29:56

本發明屬於電力系統柔性輸電和柔性交流輸電領域，具體涉及一種柔性直流換流站內故障開關配置及清除方法。

背景技術：

柔性直流輸電和新一代柔性交流輸電採用電壓源換流器，可以獨立調節有功和無功，提高交流系統的輸電能力。在可再生能源的發電併網、孤島城市供電以及交流系統互聯等應用領域，具有明顯的競爭力。隨著電力電子器件和控制技術的進步，柔性直流輸電和柔性交流輸電系統容量和電壓等級越來越高。

柔性直流輸電為了維持直流電壓穩定，需要設置採用交流閥側接地或直流側接地鉗位直流電壓。直流側接地方式有直流側單極接地、高阻直流側高阻接地等方式。隨著柔性直流輸電電壓等級越來越高，採用真雙極拓撲結構形式在減少單個換流單元子模塊級聯數目的達到大容量傳輸功率的目的。雙極柔性直流輸電系統結構通常採用直流側接地，直流側直接接地產生如下問題，當換流站閥側和橋臂發生接地或短路故障時，與直流側接地系統形成迴路，交流電流中疊加直流偏執，導致流過網側開關電流無過零點，從而導致交流開關無法跳開，有可能損壞機械開關和換流閥等設備。

專利cn201510999677.5提出利用旁路換流閥非故障相的下橋臂子模塊來減小交流電流的直流偏執，其方法是針對單相接地故障，且先閉鎖換流閥後再次觸發換流閥子模塊，在故障情況下，電流快速突變，換流閥閉鎖後再次觸發，要求故障判斷準確，閥控系統執行迅速可靠，存在較大風險，是對開關器件的考驗。目前柔性直流換流站一般採用網側配置交流開關(qf1)而閥側不配置開關(qf2)，即使閥側配置開關(qf2)，閥側開關更不進行故障選相，更不與網側開關(qf1)配合通過時序配合來解決換流站內接地故障交流電流不過零帶來的無法跳開交流開關並損害交流開關得問題。

以往交流保護一般故障選相是先選擇故障相跳閘，非故障相不跳閘，更不能解決針對直流側接地帶來的換流站內故障引起的交流電流不過零開關無法分斷問題。

為了實現可靠的解決直流側接地帶來的換流站內發生不對稱故障時交流無法拉斷問題，保證機械開關和換流站設備的安全，避免開關跳不開造成故障擴大化，本發明提出柔性直流換流站內配合網側開關(qf1)和閥側開關(qf2)，網側開關與閥側開關配合，檢出出換流站內接地故障後，通過閥側分相開關，先跳閥側非故障相，再跳網側開關，從而在保證交流開關安全的情況下快速有效的清除了換流站內故障。

技術實現要素：

本發明的目的在於，提出適用於直流側接地布置換流站內故障開關配置及清除方法。柔性直流換流站內除配置配合網側開關(qf1)外，增設閥側分相開關(qf2)，網側開關與閥側開關相互配合，保護系統識別出換流站內接地故障和故障相後，先跳閥側非故障相，再跳網側開關，從而在保證交流開關安全的情況下快速有效的清除了換流站內故障，實現換流站內故障真正清除，確保換流站設備安全運行及防止故障擴大影響。

為了達到上述目的，本發明的解決方案是：

一種柔性直流換流站內故障開關配置及清除方法，柔性直流換流站分別配置網側開關(qf1)和閥側分相開關(qf2)，檢測出換流站內故障時，先跳閥側非故障相開關，再跳網側開關，實現換流站內故障清除。具體故障清除方法如下：

1)換流站內發生故障，保護系統識別出故障相和非故障相；

2)t1時刻發出非故障相閥側開關(qf2)跳閘指令；

3)t2時刻發出網側開關(qf1)跳閘指令；

4)t1與t2整定關係為t1≤t2。

5)網側開關(qf1)跳開△t後發出閥側開關故障相跳閘指令。

一種柔性直流換流站內故障開關配置及清除方法，進一步的，保護系統可採用差動保護檢測得到故障相或閥側低電壓過流來判斷故障位置和故障相。

一種柔性直流換流站內故障開關配置及清除方法，進一步地，t1取值範圍為0到10s，t2取值範圍為0到15s，△t取值範圍為0到∞。

一種柔性直流換流站內故障開關配置及清除方法，配置的閥側開關(qf2)是分相開關。

一種柔性直流換流站內故障開關配置及清除方法，換流站內故障區域主要指範圍為同步電壓us和正極母線和負極母線之間區域故障。

附圖說明

圖1是本發明中開關位置示意圖和故障換流站站內故障區域示意圖。

圖2是閥側故障僅跳網側開關故障電流波形圖。

圖3是閥側故障通過網側開關和閥側開關配合跳閘故障電流波形圖。

具體實施方式

以下將結合附圖及具體實施例，對本發明的技術方案進行詳細說明。

本發明針對直流側接地系統換流站內故障進行研究，確認開關配置和清除方法。閉合圖1中qs5接地開關實現換流閥接地。

一般柔性直流輸電換流站，配置網側開關(qf1)而不配置閥側開關(qf2)。除非採用三繞組變壓器的某些換流站配置閥側開關(qf2)，變壓器第三繞組為站用電供電，配置閥側開關(qf2)的目的是為了實現換流閥檢修時，變壓器可以繼續運行。

圖1中：us網側同步電壓，is網側電流，qf1網側開關，qf2閥側分相開關，ivt變壓器閥側套管電流，qf3旁路開關，uv閥側電壓，ivc閥側電流，idp直流母線電流，idne中性母線電流。

以極1換流閥c相f1或f2位置接地故障為例進行說明，換流閥側交流連接區0.02s時刻f1故障後網側電流和閥側電流如圖2所示，圖2中is_a、is_b、is_c分別為網側三相電流，ivc_a、ivc_b、ivc_c分別為閥側電流，由圖2知，故障時網側電流a相與b相不過零，如果僅僅配置網側開關(qf1)而不配置閥側開關(qf2)，在0.08s時刻發開關跳閘命令，由圖2知，因為b相電流不過零，網側開關需要開關跳閘指令發送越140ms後才能拉開，而此過程中因無過零點強制斷開開關qf1，將造成開關觸頭等損害，同時故障不能有效清除。

針對換流站內閥側故障，分析發現非故障相閥側電流存在過零點，通過一系列計算分析，閥側加裝分相開關qf2，檢測到換流站內故障後，先跳閥側非故障相電流，因非故障相閥側存在過零點可以跳開相應閥側開關qf2，將實現閥側非故障相與故障點隔離，然後此時網側電流將過零，此時再跳網側開關，即實現故障隔離，也不會造成故障開關設備損壞。

具體步驟如下：

1、柔性直流換流站除網側開關(qf1)外，增設配置閥側分相開關(qf2)

2、換流站內控制保護系統可以依靠ivt於ivc之間差動電流(ivt-ivc)大於設定值idelt，idelt取額定值1.0pu，認為故障位置在換流站內閥側，其為故障相，否則為非故障相。

3、檢測識別出故障位置和故障相後。換流閥控制保護系統延時t1時間發出閥側開關(qf2)非故障相跳閘指令，t1設定在(0-10s)內。

4、換流站內控制保護系統延時t2時間發出網側開關qf1，t2設定在(0-15s)內。

5、t1與t2整定關係為t1≤t2。

6、網側開關跳開後，延時△t時間發出閥側開關(qf2)的故障相跳閘指令，△t設定在(0-∞s)內。

7、經過上述步驟，三相qf1、qf2開關跳開，故障清除且不會損壞開關。

按照本發明提出的一種柔性直流換流站內故障開關配置及清除方法，閥側接地故障後，故障清除波形如圖3所示，0.02s發生故障，0.06s發出閥側非故障相跳閘命令，延時1ms發出網側開關跳閘指令，開關命令發出20ms內實現故障清除，不存在故障開關分斷不開而導致開關損壞和故障無法清除問題。

本發明以換流閥側交流連接區f1或f2單相接地故障為實施例進行介紹實施方案，但本發明不限於單相接地故障，其適用於換流站內其它接地故障和短路故障的清除方法，例如橋臂電抗器接地等故障。

以上實施例僅為說明本發明的技術思想，不能以此限定本發明的保護範圍，凡是按照本發明提出的技術思想，在技術方案基礎上所做的任何改動，均落入本發明保護範圍之內。