[发明专利]一种柔性直流输电系统直流故障的保护方法

说明书

本发明提供一种柔性直流输电系统直流故障的保护方法，柔性直流输电系统主要有对称单极、双极2种拓扑。对称单极的柔性直流输电系统发生直流侧双极短路故障、双极柔性直流输电系统发生直流侧单极接地、单极对金属回线、双极短路等故障时，桥臂电流会远超换流阀半导体器件的额定电流值，为保护柔性直流输电系统中换流阀的半导体器件，本发明结合柔性直流输电系统的直流故障特征，采集桥臂电流，通过换流阀上、下桥臂电流大小、方向等判据，实现保护的快速动作，以完成闭锁换流阀，触发子模块晶闸管导通等动作逻辑，保护换流阀半导体器件。

技术领域

本发明属于电力系统柔性直流输电技术领域，具体涉及一种柔性直流输电系统直流故障的保护方法。

背景技术

柔性直流输电采用电压源换流器，可以独立调节有功和无功的输出，提高交流系统的输电能力，在可再生能源的发电并网、孤岛城市供电以及交流系统互联等应用领域，具有明显的竞争力。随着电力电子器件和控制技术的进步，柔性直流输电系统容量和电压等级越来越高。

柔性直流输电系统多采用半桥MMC结构的子模块，当系统发生直流侧故障时，由于续流二极管的存在，且交流开关跳开较慢，导致桥臂电流依然过大，从而损害换流阀的二极管。因而，半桥MMC会在下管二极管旁并联晶闸管，发生故障时，通过导通晶闸管，保护换流阀。

在现有的柔性直流输电系统保护配置中，通过欠压过流保护、直流突变量保护等检测直流侧故障，来实现晶闸管的投入逻辑。这些保护均引入了直流电压量作为辅助判据。但由于直流电压在故障瞬间变化抖动过大，其判据不易选择。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术不足,提供一种柔性直流输电系统直流故障的保护方法，实现保护的快速动作，以完成闭锁换流阀，触发子模块晶闸管导通等动作逻辑，保护换流阀半导体器件。

为了达成上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种柔性直流输电系统直流故障的保护方法，包括：检测每个桥臂的电流，当任一桥臂电流大于第一阈值的时间超过第一延时时间，则闭锁换流阀；当检测到柔性直流输电系统非交流侧、阀侧故障且任一桥臂电流大于第二阈值的时间超过第二延时时间，则闭锁换流阀，同时触发导通子模块晶闸管，所述第二阈值大于第一阈值。

进一步地，通过检测桥臂电流的差动电流大小，检测柔性直流输电系统非交流侧、阀侧故障，判据如下：

|IBPA+IBPB+IBPC-(IBNA+IBNB+IBNC)|≤ID_set，其中IBPA、IBPB、IBPC为换流阀上桥臂A、B、C三相瞬时值电流，IBNA、IBNB和IBNC为换流阀下桥臂A、B、C三相瞬时值电流，k₁ID_N≤ID_set≤k₂ID_N，0k₁≤k₂≤1，ID_set为保护定值，ID_N为直流电流额定值；

当判据满足时间超过第三延时时间，判定为柔性直流输电系统非交流侧、阀侧故障。

进一步地，通过检测直流正负极电流或者极、中性线的电流的差流，检测柔性直流输电系统非交流侧、阀侧故障，判据如下：

|IDP-IDN|≤ID_set,其中k₁ID_N≤ID_set≤k₂ID_N，0k₁≤k₂≤1，IDP为直流正极电流，IDN为直流负极电流或中性线电流，ID_set为保护定值，ID_N为直流电流额定值；

当判据满足时间超过第三延时时间，判定为柔性直流输电系统非交流侧、阀侧故障。