[发明专利]适用新能源接入的直流输电网区域保护系统及实现方法

说明书

技术领域

本发明涉及直流输电技术领域，尤其涉及一种适用新能源接入的直流输电网区域保护系统。

背景技术

多端直流输电(Multi-terminal HVDC，MTDC)是直流电网发展的初级阶段，是由 3个以上换流站，通过串联、并联或混联方式连接起来的输电系统，能够实现多电源供电和多落点受电。多端直流输电系统可以解决多电源供电或多落点受电中电力传输、无功电压控制等技术问题，还可以联络多个交流系统或将交流系统分成多个孤立运行的电网对电力系统的灵活运行具有十分重要的意义。

多电压等级多端直流输电网包含换流站、交流系统、直流变压器和直流输电线路四大部分，其中任何一部分发生故障都有可能影响到整个直流输电系统运行的可靠性及有关设备的安全。当直流输电系统所连接的交流输电系统或者直流输电系统发生故障时，系统中各个设备或组件都有可能承受过电压、过电流、过热等不正常应力。如果没有及时有效的保护，可能会迫使整个系统退出运行，甚至会损坏换流站及直流变换器中最昂贵的全控电力电子器件或其他重要部件，由此造成系统不能快速恢复运行，给用户造成更大的经济损失。

多电压等级直流输电网中任何一部分发生故障都有可能影响设备安全，及整个直流输电系统运行的可靠性。必要的继电保护配置方法可保证直流输电网的安全、稳定运行。在故障后能及时检测并故障定位，进行故障处理或清除，缩小事故范围。

但由于直流电网和传统交流电网在故障后的系统响应特性上有很大不同。首先，由于直流电网中的关键设备均为具有调节能力的电力电子装置，其响应特性对系统的整体响应特性影响较大；而交流电网中，除了发电机是旋转设备外，其余均为静止设备，FACTS装置的应用只是改善了系统的潮流分布，动态调节响应特性，而不能改变交流系统自身的响应惯性；其次，直流电网中快速调节的电力电子装置使得整个系统故障后能以毫秒级乃至微秒级的速度快速响应，最后，直流电网的各个装置在控制策略上均已协调控制，从而在故障后的输出能参照其他元件的状态，进行基于全网安全稳定的协调响应。基于以上直流电网的特点，决定了直流电网的保护和交流电网有很大的不同：

（1）故障后，直流电网各个关键设备根据系统功能定位，能快速根据装置控制策 略进行快速调节；

直流电网自身的系统特点及故障特性，要求相应的相关保护装置能以微秒级 的速度响应启动保护；

为了保证保护的快速性和可靠性，加快就地保护装置和区域直流电网之间的信息交互，保护层数不宜过多。

另外直流输电网和传统电网一样，电网中关键设备的元件保护一般均以清除内部故障为主要目的，通过保护动作实现故障隔离，各电力设备的主保护相互独立，不顾及元件故障被切除以后，剩余电力系统中的潮流转移引起的不良后果。目前的两端及多端直流系统的继电保护装置控制判据，大都是基于本地量构成，反映的只是本地换流站或者线路的运行状态，不能反映较大区域电网的安全运行水平情况。

综上原因，现有的成熟的交流系统的保护策略与方法已经不适用直流输电网，现急需一种适用于新能源接入的多电压等级直流输电网的保护方法。

发明内容

为了解决上述现有问题的不足，本发明提出了一种适用新能源接入的直流输电网区域保护系统及实现方法，提出了基于分层、分区、开放式的直流输电网区域保护方法。

本发明的技术方案是：一种适用新能源接入的直流输电网区域保护系统，包括相互通信的系统监控层、区域决策层、本地元件保护及测量单元层，所述区域决策层位于所述系统监控层下部，所述本地元件保护及测量单元层位于所述系统监控层下部。

优选的，所述本地元件保护及测量单元层包括若干变电站和与所述变电站连接的本地测量单元，所述本地测量单元用于实时采集就地保护信息，保护相关算法的运算，得出故障的基本测量信息，并将这些中间测量结果向上层所述区域决策层传送，接受并执行上层决策单元的决策结果。

优选的，所述区域决策层包括区域决策单元，所述区域决策单元用于监控本区域内本地测量单元的运行状态，同时接收另外相邻区域决策单元所传递的信息。

优选的，所述区域决策单元与所述本地测量单元通过光纤连接。

优选的，所述系统监控层包括系统监控中心模块，用于负责实时协调和监控各保护区域间关键联络线各电气量的实时显示、故障事件的记录以及各保护定值的修改，实时掌握区域电网的关键保护信号，同时将这些关键信息进行处理后，下传至各地的区域决策单元。

适用新能源接入的直流输电网区域保护系统的实现方法，包括如下步骤，