[发明专利]一种全桥MMC-HVDC直流故障分类检测与保护方法

说明书

技术领域

本发明属于输配电技术领域，尤其涉及一种全桥MMC-HVDC直流故障分类检测与保护方法。

背景技术

近年来，电压源换流器VSC在高压直流输电HVDC领域受到越来越广泛的关注及应用，但由于输出电平数的限制，其输出性能较差，存在开关器件直接串联导致的动态、静态均压问题和高开关频率导致的高开关损耗等问题。由西门子公司提出的模块化多电平换流器MMC，将电容与开关器件视为一个整体来构建子模块，使用子模块串联的方法提升换流器的电压及功率等级，输出特性好，具有较低的总谐波畸变率，适用于VSC-HVDC输电领域。模块化多电平换流器子模块分为半桥型HB-MMC和全桥型FB-MMC结构。全桥型模块化多电平换流器子模块FB-MMC结构相对于半桥型模块化多电平换流器子模块HBMMC会成倍的增加投资以及损耗，但全桥型模块化多电平换流器子模块FB-MMC可以输出负电平，从而提高换流器交流出口电压，使其高于直流电压的一半，提高直流电压利用率；并且由于拓扑结构的不同，全桥型模块化多电平换流器子模块FB-MMC结构具有穿越直流故障的能力。

柔性直流输电直流系统故障一般分为单极接地故障、断线故障以及两极短路故障，三种故障发生后的故障特征各不相同。针对不同故障的故障特征，本发明设计了一种故障分类检测方法，可以区别上述三种直流故障，并给出相应的保护配合方法。其中，针对两极短路故障，半桥型模块化多电平换流器子模块HB-MMC与全桥型模块化多电平换流器子模块FB-MMC的拓扑结构决定了闭锁换流站后的短路电流通路不同。半桥型模块化多电平换流器子模块HB-MMC需闭锁换流站后立即断开交流断路器，防止交流系统通过二极管继续馈入短路电流，若要重新启动系统需要重合闸等过程，恢复时间较长；而全桥型模块化多电平换流器子模块FB-MMC闭锁换流站后，交直流系统隔离，无需断开交流系统断路器，可以在故障消除后解锁换流站，使系统继续正常运行。

发明内容

本发明针对全桥型模块化多电平高压直流输电FB-MMC-HVDC直流系统故障进行研究，提出了一种全桥MMC-HVDC直流故障分类检测与保护方法。

一种全桥MMC-HVDC直流故障分类检测与保护方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

步骤1：在高压直流输电系统的直流侧设置故障监测点；

步骤2：确定直流输电直流系统故障分类检测判据；

步骤3：根据故障监测点监测到不同的故障，确定分类故障保护方案；

步骤4：根据确定的故障保护方案，对高压直流输电系统进行在线监测保护。

步骤1中，由于在高压直流输电系统中，直流侧故障监测点通常设置在换流站直流侧出口处，因此针对两端双极高压直流输电系统，共四个故障监测点，监测各监测点的电压和电流，共8个测量信息，实时监测各监测点的测量信息作为故障判据，以区分故障类型。

步骤2中，直流输电直流系统故障分类检测判据为：

1)直流单极接地故障

故障特征为故障极电压与0的差值绝对值小于第一阈值，非故障极电压升高到其初值的2倍，有功功率正常传输。针对此类故障，同时检测两极电压，若两极电压的值超出第二阈值，则说明检测到单极接地故障的发生。

2)直流断线故障

故障特征为功率传输中断，直流电流降为0。针对此类故障，同时检测两端直流电流，若两端直流电流的值超出第三阈值，则说明检测到直流断线故障的发生。

3)直流两极短路故障

故障特征为子模块电容放电，交流侧馈入短路电流，监测点电压与0的差值绝对值小于第四阈值，监测点电流大幅度升高。针对此类故障，检测正负两极电压，若正负两极电压的值超出第五阈值，则说明检测到直流两极短路故障的发生。

步骤3中，针对设置故障监测点监测到不同的故障，对直流输电系统采取不同的保护方法：

a)直流单极接地故障

若为短时故障且直流线路具备承受过电压的能力，则可允许系统继续运行；若为长期故障，则跳开交流侧断路器进行检修。

b)直流断线故障

此类故障为长期故障，一旦检测到发生此类故障，需闭锁两端换流站，并跳开交流侧断路器进行检修。

c)直流两极短路故障

短时故障时，闭锁换流站后无需跳开交流断路器，待故障消失后，解锁换流站，使系统恢复运行；若为长期故障，则跳开交流侧断路器进行检修。