[发明专利]用于柔性直流输电系统直流侧过电压保护装置及保护方法

说明书

技术领域

本发明涉及柔性直流输电系统领域，具体涉及一种用于柔性直流输电系统直流侧过电压保护装置及保护方法。

背景技术

柔性直流输电是一种新型的高压直流输电技术，其通过电压源型变流器，在水电厂或火电厂等电源处，将传统交流电变为直流电，通过架空线或电缆等传输线，将电力送至远方负荷处。与传统高压直流输电相比，具有可控性强，潮流反转容易，无需无功补偿等优点。

柔性直流输电系统由三部分组成，包括位于电源和负荷处的两个换流站，及连接两站的直流电缆或架空线，其中核心设备是柔性直流换流阀，其安全性需要通过保护系统获得可靠的保证。

换流站中有一个可在交流线路I及直流线路8间切换的换流阀5，包括贯穿于交流线路I及直流线路8间的功率半导体阀9，通过这样的功率半导体阀将电力参数在交流和直流之间转换。此外，交流线路I与交流线路II之间有一个换流变压器3，它在交流线路I阀侧为星型接法，其中性点通过电阻6接地。

柔性直流换流站故障一般分为交流侧故障、直流侧故障及换流阀故障三种，交、直流侧故障保护由站控系统（由电压互感器、电流互感器、交直流侧滤波器保护、变压器保护等组件组成）实现。

目前柔性直流换流站内直流保护系统主要通过直流欠压、过压保护来判断直流系统故障情况，在换流站内部交流线路I单相接地故障或直流线路发生单极接地短路故障时，另一极的直流线路8电压可能会提高到正常运行电压的1.5～2倍，功率半导体阀可能会承受过高的故障电压而损坏。

传统功率半导体阀9保护措施主要并联无间隙MOV。该保护方法通常将无间隙MOV并联在功率半导体阀9的两端，利用MOV的电压电流非线性特性，将可能产生过电压的能量通过MOV消耗掉，从而使被保护设备免受过压的冲击，但该方法存在动作参数难以整定、能量应力过大、导通无法控制等缺陷。而其它传统线路保护装置如旁路晶闸管开关存在结构复杂，动作时间慢、承受过电流能力低等缺点。针对上述问题，在直流线路上增加本发明的保护装置可以有效降低直流线路过电压，避免对换流阀阀体内部造成损害。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种用于柔性直流输电系统直流侧过电压保护装置及保护方法，保护装置7采用过压或强制击穿元件提高过电压保护性能，很好地解决了柔性直流输电系统故障引起的过电压问题。

通常交流线路发生单相接地故障或直流线路发生单极接地短路故障时，另一极直流线路电压会升高。根据预先定义的电压，调整接地击穿间隙，当电压小于设定击穿电压时，保护装置不导通，直流系统可正常传送功率，而一旦过电压达到设定值，保护装置被击穿，产生电火花，电流通过该间隙被导入大地，抑制直流侧过电压，避免换流阀阀体和直流线路因过电压而损坏。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

一种用于柔性直流输电系统直流侧过电压保护装置，所述保护装置包含在柔性直流换流站1，包括在交流线路I与直流线路8间切换的柔性直流换流阀5，所述交流线路I与交流线路II之间设有换流变压器3，所述换流变压器3在交流线路I阀侧为星型连接，其中性点通过电阻6接地；所述换流变压器3在交流线路II网侧为三角型或星型连接；

其改进之处在于，所述保护装置7并联在直流线路8的正、负极，用于在在交流线路I或直流线路8发生故障导致直流线路8过电压或当阀基控制器检测到直流线路8任一极发生短路故障时，进行动作引开故障电流，抑制直流线路8过电压水平，保护换流阀阀体9。

优选的，所述保护装置7采用如火花间隙的快速导通元件；所述火花间隙接地。

优选的，所述换流阀5为三相六桥臂结构；每个桥臂均由换流阀阀体9组成；所述换流阀阀体9采用半导体开关元件实现，包括可关断的半导体器件（如IGBT、IGET、IGCT或GTO）以及与其反并联的二极管。

本发明基于另一目的提供的一种用于柔性直流输电系统直流侧过电压保护方法，其改进之处在于，所述方法用的保护装置7并联于直流线路8的正、负极；所述方法包括下述步骤：

A、检测直流线路是否发生故障，所述故障包括交流线路I单相接地故障、直流线路8单极接地短路故障和双极短路故障；

B、当发生交流线路I单相接地故障或直流线路单极接地故障时，火花间隙两端电压升高至击穿电压，击穿火花间隙；

或当火花间隙的控制装置检测到直流线路双极短路故障时，所述控制装置向续流间隙发送触发命令，强制触发续流间隙，将火花间隙击穿；

火花间隙击穿后将故障电流引至大地；