[发明专利]一种模块化多电平多端柔性直流系统直流故障处理方法

说明书

技术领域

本发明属于电力系统柔性直流输电技术领域，具体涉及一种模块化多电平多端柔性直流系统直流故障处理方法。

背景技术

用于柔性直流输电的模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter，MMC)采用目前国际上较为流行的新型模块化多电平拓扑结构。其是一种新兴起的适用于柔性直流输电技术的电压源换流器，具有对期间一直出发动态均压要求低、扩展性好、输出电压波形品质高、开关频率低、运行损耗低等诸多优点。模块化多电平式柔性直流输电在建立多端系统方面比基于晶闸管的传统直流输电系统有更强的优势，如从根本上消除了换相失败、一站故障后其余几个站可以正常运行、省去了滤波器、占地面积小等。其核心单元——子模块(Sub Module，SM)是由两个带有反并联二极管的可关断的电力电子开关器件和一个电容器构成的半桥结构。多端模块化多电平换流器的基本拓扑结构如图1所示，其由三个相单元(Phase Module或Phase Unit)组成，每个相单元包含上下对称的换流桥臂(Converter Leg)，而每个换流桥臂又由多个子模块和一个桥臂电抗器串联而成。多端连接方式与两电平和三电平柔性直流输电方式相同，采用T接换流站并联方式连接。

多端模块化多电平柔性直流输电系统直流侧故障时，特别需注意直流侧线路接线方式,及时、正确的处理直流故障,把故障影响降到最低，从而保证换流站内设备安全和直流系统的安全稳定运行。由于多端并联连接的直流网络中，柔性直流输电直流侧暂时故障的动态过程特性与两端系统一致，可采取相同的处理措施，可跳开交流线路断路器隔离故障。此时，整个多端柔性直流输电系统停运，与交流系统失去联系。各个端的换流站均闭锁跳闸，影响范围广。

直流侧暂时故障时，为了抑制换流站设备的过流，保证设备安全，通常采用直接闭锁换流器跳交流侧断路器的方法实现。目前，浙江大学徐政等人申请的申请号为201110251630.2，名称为“一种具有处理直流故障功能的多电平换流器”的专利提出通过采用全桥换流器拓扑并在直流侧设置直流故障处理单元的方法实现，当直流侧发生短路故障，系统能够自限制清除直流故障电流，可实现系统暂时性故障的及时处理。但不适用于模块化多电平结构，且未提及多端系统。

在徐政的另一篇专利，申请号为201210064542.6，名称为“一种具有直流故障自清除能力的双极直流输电系统”的专利中提出通过建立柔直双极结构形式，采用故障时单级故障闭锁，而健全极运行不受影响的方法。该方法提高了系统可靠性，且该结构采用中间引出接地点，易于系统分期建设和增容扩建，同时接地支路为在单极大地回线运行方式下的系统提供电流回流通路。但该方案故障时按照永直流久性故障处理，且未涉及多端系统的故障处理方法。同时，该方法改变柔直拓扑结构较大，不适用于模块化多电平拓扑结构。

上述两种方法均是基于两端换流站的故障处理过程，且均未考虑到暂时性直流故障的故障恢复问题。

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多端柔性直流系统直流故障处理方法，简单易行、可靠，减小了暂时性直流故障对多个换流站的影响，有效保证了暂时性故障清除后的系统及时恢复运行，同时保障设备运行安全。

本发明的多端柔性直流系统是指至少有两个的柔性直流输电系统通过直流线路连接。

本发明提供的一种模块化多电平多端柔性直流系统直流故障处理方法，其改进之处在于，所述方法包括如下步骤：

（1）继电保护装置实时检测多端柔性直流系统，若检测到直流故障点后，跳开该直流线路两端的断路器，各站的换流器均保持运行状态；

（2）将跳开的断路器合闸，检测故障是否消失，若故障未消失，则再次跳开断路器，否则进行步骤（3）；

（3）所述直流线路投入使用，系统正常运行。

其中，步骤（1）所述继电保护装置检测直流故障点的方法包括：

1）当直流线路两端断路器处的继电保护装置检测出该直流线路两端电流方向相反，则判断为故障线路；

2）当直流线路两端断路器处的继电保护装置检测出电流方向相同，但该条直流线路电压与另一极直流电压绝对值差值较大，且流过两个断路器的电流数值不相等时，则判断为故障线路。

其中，步骤（1）所述检测到直流故障点后，跳开该直流线路两端的断路器时，若所述断路器的切断时间过长（时间过长是指断路器的切断时间不能抑制直流故障的过流，即切断时间大于产生过流的时间），则闭锁换流站清除暂时故障，其步骤包括：

①闭锁各端换流器，但交流线路的断路器继续运行；