一種柔性直流輸電系統(tǒng)及其直流故障處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于柔性輸配電技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種柔性直流輸電系統(tǒng)直流故障處理方法。
【背景技術(shù)】
[0002]用于柔性直流輸電的模塊化多電平換流器(Modular Multilevel Converter，MMC)可以采用不同拓?fù)涞淖幽K(Sub Modu 1 e，SM)，常見(jiàn)的有半橋模塊、全橋模塊和雙子模塊。
[0003]當(dāng)直流接地故障發(fā)生時(shí)，全橋模塊和雙子模塊組成的柔性直流輸電系統(tǒng)可以通過(guò)器件閉鎖的方式將模塊電容串入故障回路中提供反向電壓，從而起到抑制故障電流的作用。半橋模塊不具備上述功能，故半橋模塊在直流接地故障發(fā)生時(shí)，會(huì)有比較大的故障電流流過(guò)器件，目前常用的方式為斷開(kāi)交流開(kāi)關(guān)來(lái)阻斷直流電流，但是一旦斷開(kāi)交流開(kāi)關(guān)，整個(gè)系統(tǒng)處于停運(yùn)狀態(tài)，增加了系統(tǒng)的停機(jī)時(shí)間。
[0004]因此對(duì)于直流故障，更傾向于不斷開(kāi)交流斷路器，而是通過(guò)斷開(kāi)直流斷路器來(lái)切斷直流故障電流。這樣柔直系統(tǒng)仍然和交流系統(tǒng)連接，系統(tǒng)可以處于待機(jī)狀態(tài)或者STATC0M狀態(tài)，可以為交流系統(tǒng)提供無(wú)功支撐。對(duì)于瞬時(shí)故障系統(tǒng)可以快速恢復(fù)，對(duì)于永久故障，直流斷路器斷開(kāi)之后可以對(duì)線(xiàn)路進(jìn)行檢修，檢修結(jié)束之后系統(tǒng)可以再次合上斷路器開(kāi)始工作。后一種方案可以縮短停機(jī)時(shí)間。目前采用的具體策略是，當(dāng)發(fā)生單極接地故障后，系統(tǒng)閉鎖，打開(kāi)直流斷路器，等待故障消除后，合上直流斷路器，解鎖系統(tǒng)。以上策略有一個(gè)問(wèn)題，在打開(kāi)直流斷路器時(shí)，交流側(cè)流入故障點(diǎn)的電流突然失去流入故障點(diǎn)的通路后會(huì)同過(guò)交流系統(tǒng)的其他兩相回流，這個(gè)電流流經(jīng)半橋模塊上面的二極管對(duì)電容進(jìn)行充電，會(huì)導(dǎo)致電容電壓過(guò)壓和二極管過(guò)流的問(wèn)題。
[0005]如圖1所示，當(dāng)單極接地故障發(fā)生時(shí)，如圖1中Fault處所示，電流會(huì)流入故障點(diǎn)，此時(shí)電流的路徑對(duì)于A相來(lái)說(shuō)，其中由于晶閘管此時(shí)是沒(méi)有開(kāi)通的，故故障電流通過(guò)半橋模塊的下面的二極管流通，其余兩相的情況類(lèi)似，A、B、C三相電流的大小根據(jù)交流電壓的相位決定，電壓較大的一相的電流也較大。
[0006]發(fā)生單極接地故障之后，系統(tǒng)會(huì)通過(guò)直流電壓和直流電流或者其變化率進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)直流電壓低于某一閾值并且直流電流或者其變化率高于某一個(gè)閾值之后，即判斷系統(tǒng)發(fā)生單極接地故障。
[0007]系統(tǒng)判斷單極接地故障發(fā)生后，首先發(fā)出指令閉鎖所有的IGBT，同時(shí)導(dǎo)通晶閘管，同時(shí)發(fā)出斷開(kāi)直流斷路器的指令，半導(dǎo)體器件接到指令之后會(huì)立刻動(dòng)作，IGBT被閉鎖，同時(shí)晶閘管開(kāi)通，直流斷路器由于是機(jī)械裝置，故直流開(kāi)關(guān)的斷開(kāi)有一定的延時(shí)，
[0008]當(dāng)IGBT閉鎖，晶閘管導(dǎo)通，直流開(kāi)關(guān)還沒(méi)有斷開(kāi)時(shí)，故障電流繼續(xù)流入故障點(diǎn)，而且呈現(xiàn)增大的趨勢(shì)，此時(shí)換流閥中的橋臂電流會(huì)流過(guò)二極管和晶閘管，二者是并聯(lián)關(guān)系，故通過(guò)電阻的比值進(jìn)行分壓，通常選取晶閘管的導(dǎo)通電阻遠(yuǎn)小于二極管，故大部分故障電流流經(jīng)晶閘管，保護(hù)了二極管，
[0009]經(jīng)過(guò)一定的延時(shí)之后，直流斷路器打開(kāi)，直流斷路器的打開(kāi)使得故障電流流入故障點(diǎn)的路徑突然被切斷，此時(shí)由交流側(cè)流向故障點(diǎn)的電流不能突變，必然會(huì)產(chǎn)生新的電流回路，假如此時(shí)A相流入故障點(diǎn)的電流最大，那么A相流入故障點(diǎn)的電流被切斷后，會(huì)通過(guò)B、C兩相構(gòu)成回路;此時(shí)IGBT是閉鎖的，所以電流會(huì)流經(jīng)半橋模塊上面的二極管，上面的二極管沒(méi)有晶閘管進(jìn)行分流，當(dāng)該電流較大時(shí)會(huì)發(fā)生過(guò)流故障，電流會(huì)進(jìn)入模塊電容，給模塊電容充電，同時(shí)當(dāng)該電流較大時(shí)，模塊電容的電壓會(huì)超過(guò)門(mén)限，形成過(guò)壓故障。相應(yīng)的仿真波形如圖2所示，圖2中自上而下分別是交流電流的波形，橋臂電流的波形和模塊電壓的波形，圖2a為交流電流Ia_pocc，Ib_pocc，Ic_pocc，圖2b為C相上橋臂電流IcP，橋臂電流流過(guò)晶閘管的電流I cPT，橋臂電流流過(guò)二極管的電流I CTO，以及流過(guò)泄放電流的電流I_DC_BRK_R;圖2c為C相上橋臂的模塊電壓DC_SM_UC_REC;從波形中可以看到橋臂電流處于臨界過(guò)流狀態(tài)，模塊電壓已經(jīng)出現(xiàn)過(guò)壓?jiǎn)栴}。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明的目的在于提供一種柔性直流輸電系統(tǒng)及其直流故障處理方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)處理直流故障容易導(dǎo)致電容電壓過(guò)壓和二極管過(guò)流的問(wèn)題。
[0011 ]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0012]本發(fā)明一種柔性直流輸電系統(tǒng)，包括A、B、C三相換流閥，其中每相換流閥均分為上橋臂和下橋臂，上橋臂和下橋臂均分別由若干子模塊級(jí)聯(lián)而成；由A、B、C三相換流閥組成的輸電系統(tǒng)一側(cè)連接交流電網(wǎng)，另一側(cè)連接直流架空線(xiàn)，由A、B、C三相換流閥組成的輸電系統(tǒng)與直流架空線(xiàn)連接之間接入泄放電阻R。
[0013]進(jìn)一步的，泄放電阻R通過(guò)開(kāi)關(guān)Kr連接于直流架空線(xiàn)。
[0014]進(jìn)一步的，上橋臂和下橋臂采用的子模塊均為半橋模塊，其中每相換流閥的半橋模塊的下管并聯(lián)一個(gè)晶閘管以處理直流故障的過(guò)流問(wèn)題。
[0015]進(jìn)一步的，兩柔性直流輸電系統(tǒng)并聯(lián)組成兩端柔性直流輸電系統(tǒng)。
[0016]一種用于上述的柔性直流輸電系統(tǒng)的直流故障處理方法，包括以下步驟:
[0017]步驟I，檢測(cè)判定柔性直流輸電系統(tǒng)是否發(fā)生單極接地故障；
[0018]步驟2，判定故障發(fā)生后柔性直流輸電系統(tǒng)給出閉鎖半橋模塊中的IGBT的指令，在閉鎖IGBT信號(hào)發(fā)出的同時(shí)，給出晶閘管開(kāi)通信號(hào)以及給出泄放電阻R切入信號(hào)；
[0019]步驟3，在泄放電阻R切入后，斷開(kāi)直流斷路器，當(dāng)直流斷路器的斷開(kāi)后，大部分電流轉(zhuǎn)移至泄放電阻R支路，只有極少的電流通過(guò)B、C相回流；
[0020]步驟4，當(dāng)電流減小后，斷開(kāi)泄放電阻R;
[0021]步驟5，經(jīng)過(guò)延時(shí)Th后，直流斷路器的開(kāi)關(guān)會(huì)試圖重新閉合，如果是瞬時(shí)故障，且故障已經(jīng)清除，則系統(tǒng)解鎖重新啟動(dòng)；如果故障還沒(méi)有清除，等待下一次重新閉合直流斷路器，經(jīng)過(guò)若干次重合直流斷路器都不成功后會(huì)判斷故障為永久故障，確保斷開(kāi)直流斷路器。
[0022]進(jìn)一步的，步驟2中泄放電阻R的開(kāi)關(guān)動(dòng)作經(jīng)過(guò)延時(shí)Tr被投入系統(tǒng)中，延時(shí)Tr為5ms ο
[0023]進(jìn)一步的，步驟3在泄放電阻R切入信號(hào)給出后經(jīng)過(guò)延時(shí)Td之后，直流斷路器的斷開(kāi)需要經(jīng)過(guò)延時(shí)Tb才打開(kāi)，延時(shí)Tb為5ms，其中Tr小于Tb與Td之和。
[0024]進(jìn)一步的，步驟3給出泄放電阻R切入信號(hào)的同時(shí)給出直流斷路器斷開(kāi)的信號(hào)，泄放電阻R的開(kāi)關(guān)動(dòng)作經(jīng)過(guò)延時(shí)Ta，泄放電阻R才被投入系統(tǒng)中，直流斷路器的斷開(kāi)需要經(jīng)過(guò)延時(shí)Tc，直流斷路器打開(kāi)，其中Ta小于Tc。
[0025]進(jìn)一步的，延時(shí)Th為150ms。
[0026]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益的技術(shù)效果:
[0027]本發(fā)明一種柔性直流輸電系統(tǒng)，包括A、B、C三相換流閥，其中每相換流閥均分為上橋臂和下橋臂，上橋臂和下橋臂均分別由若干子模塊級(jí)聯(lián)而成；由A、B、C三相換流閥組成的輸電系統(tǒng)一側(cè)連接交流電網(wǎng)，另一側(cè)連接直流架空線(xiàn)，通過(guò)在輸電系統(tǒng)與直流架空線(xiàn)連接之間接入泄放電阻R，使得直流斷路器斷開(kāi)之后原本通過(guò)模塊中IGBT回流的故障電流流入了泄放電阻，從而避免了模塊中IGBT過(guò)流以及該電流對(duì)模塊電容進(jìn)行充電造成的過(guò)壓?jiǎn)栴}。
[0028]進(jìn)一步的，泄放電阻R通過(guò)開(kāi)關(guān)Kr連接于直流架空線(xiàn)，能夠通過(guò)開(kāi)關(guān)控制泄放電阻R的切入與斷開(kāi)，不用的時(shí)候能夠及時(shí)斷開(kāi)泄放電阻R。
[0029 ] 一種柔性直流輸電系統(tǒng)及其直流故障處理方法，通過(guò)加入泄放電阻R，并控制泄放電阻在直流斷路器打開(kāi)之前投入系統(tǒng)，直流斷路器打開(kāi)之后，電阻持續(xù)一段時(shí)間，待故障電流減小到過(guò)流門(mén)限值