[发明专利]一种模块化多电平柔性直流系统直流故障过电压抑制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种直流线路故障下应用的控制方法，具体涉及一种模块化多电平柔性直流系统直流故障过电压抑制方法。

背景技术

柔性直流技术相对于常规直流技术来说，其谐波含量低，不需要滤波器，能够灵活的控制有功和无功输出，不需要无功补偿装置，同时不会发生换相失败，占地小，各方面的优异性能使其受到较多的关注，近年来，模块化多电平技术的产生更为柔性直流技术提出了一种更易于扩展的拓扑结构，因此，世界上的柔性直流工程量呈现爆发性的增长，我国的柔性直流技术也有了长足的进步。

模块化多电平换流器由6个桥臂组成，每个桥臂由多个子模块（Submodule,SM）串联而成，子模块是由两个IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)及电容器组成的半桥结构，其工作原理是通过IGBT器件的开通和关断，将电容投入电路或者退出电路，合理的控制多个子模块的投入和退出，就可以在交直流侧形成稳定的电压，从而形成稳定的系统工作点进行功率传输。由于采用叠加逼近的方法，其谐波含量很低，没有无功需求，性能较现有的常规直流技术相对灵活。

与常规直流输电技术相比，柔性直流输电技术价格相对昂贵，这是因为柔性直流采用IGBT器件，同时，为了降低直流线路故障概率，目前的系统大多采用电缆输电技术，两者的价格均相对较高。因此，合理的设计系统参数，提出有效的方法降低设备参数要求裕度，就成为降低系统造价的关键因素。

直流线路单极对地故障是对柔性直流电缆耐压要求相对较高的几种故障之一。现有的柔性直流输电技术采用单极对称结构，正常运行时，柔性直流含有两根电缆，正极电缆的对地电压为+Ud/2，负极电缆的对地电压为-Ud/2，均为电缆的额定电压水平，然而，当发生直流线路单极对地故障时，故障极电缆通过故障点放电，电位被迅速箝位为零，此时，由于换流阀由多组电容串联而成，健全极电缆的电压会被该电容迅速充电，经过一定的暂态过程箝位为额定值的2倍，更严重的是，在暂态过程中，由于电缆被震荡充电，该过电压甚至接近额定值的3倍，对电缆的耐压水平提出了很大的要求，如果不采取其他措施，即使安装避雷器，其过压水平仍在2倍以上，处于相对较高的水平。这种过电压必须通过一定的手段抑制来降低设备的绝缘要求，从而减小系统造价及占地等。

可参考的原有解决方案仅有常规直流的过压保护措施，其一般采取的措施是通过控制保护策略，结合避雷器设计来抑制故障下的过电压水平。

然而，由于常规直流的过电压原理和柔性直流截然不同，其故障保护策略设计也完全不同，因此两者不可能套用相应的控制保护策略设计和相应的抑制措施。

对于柔性直流技术本身来说，目前报导的传统的解决方案一般为：首先通过相应的电压电流变化趋势确定故障类型，然后将闭锁脉冲发送到换流阀，从而实现换流阀的闭锁，最后系统发送跳闸命令至交流断路器，跳开断路器隔离故障。相应故障下的过电压通过各个位置的避雷器动作配合来进行抑制。

该方法的问题在于，由于充电电压过高，造成即使避雷器动作，能够抑制到的过压水平仍然不尽如人意，同时即使在闭锁跳闸以后，直流设备仍然要长时间承受残留的电缆电压，因此通过更合理有效的措施来降低过电压，极为必要。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种模块化多电平柔性直流系统直流故障过电压抑制方法，该方法有效降低直流线路单极接地故障下的过电压水平，从而降低了对直流场设备和换流阀的绝缘设计要求，有效降低系统绝缘造价，优化了系统相关性能。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

一种模块化多电平柔性直流系统直流故障过电压抑制方法，其改进之处在于，所述方法包括下述步骤：

A、检测直流线路故障；

B、检测到故障后，降低直流电压设定参数水平；

C、设定送端站传输功率反向；

D、闭锁换流阀；

E、跳开直流线路断路器。

其中，所述步骤A中，通过检测直流线路正负极电压和正负极电流参数数值的变化，或正负极电压和正负极电流参数上升速率的变化来检测故障；所述故障为单极接地故障。

其中，所述步骤B中，检测到故障以后，通过模块化多电平柔性直流系统的控制系统发送保护动作命令，换流站接收到保护动作命令以后，降低直流电压设定参数水平，降低水平在0.7~1之间。