一种真双极柔性直流输电工程的单极故障隔离系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种真双极柔性直流输电工程的单极故障隔离系统，其特征在于：其包括一故障隔离装置，其包括分别设置在极I、极II的MMC下桥臂相连的中性母线上的电流互感器和中性母线区、设置在金属回线上的中性线差动保护装置；极I中性母线区包括直流转换开关、两直流隔刀、直流转换开关与直流隔刀之间的中性母线直流电压、直流转换开关与另一直流隔刀间的单极中性母线直流电流、两直流隔刀两侧的接地闸刀；极II保护装置与极I保护装置结构相同；中性线差动保护装置包括第一、第二隔离闸刀、金属回线直流电流，第一隔离闸刀通过换流站入地电流接地，第二隔离闸刀一侧通过接地闸刀接地。本实用新型专利技术可以广泛应用于真双极柔性直流输电工程。

【技术实现步骤摘要】
一种真双极柔性直流输电工程的单极故障隔离系统
本技术涉及柔性直流输电领域，特别是关于一种真双极柔性直流输电工程的单极故障隔离系统。
技术介绍
柔性直流输电是传统高压直流输电技术之外的一种新型直流输电技术，它区别于传统高压直流输电技术的特点在于其采用全控型(可受控导通与关断)的半导体器件——IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor，绝缘栅双极型晶体管)进行交直流转换，而传统高压直流输电技术采用半控型(可受控导通而不能受控关断)的半导体器件——晶闸管进行交直流转换，需要依靠交流电力系统向其提供的外部电压协助关断晶闸管，确保交直流转换正常进行。目前，国际上高压大容量柔性直流输电工程多采用模块化多电平换流器(ModularMultilevelConverter,MMC)作为换流元件，柔性直流输电技术和传统高压直流输电技术共同点在于均设置有正负极(极I为正极，极II为负极)，且一般采用正负极同时对称运行方式。柔性直流输电工程设置送端和受端两个换流站，且每个换流站均采用双极主接线连接方式。如图1、图2所示，现有的柔性直流输电工程中送端和受端两个换流站通常采用的双极主接线连接方式是两直线电缆分别将两换流站的换流器件连接，使两个换流站之间形成回路。双极主回路结构分两种，一种为双极大地运行方式(如图1所示)，两个换流站的低压出线直接接地，没有金属回流线，而是采用大地作为电流回线，采用此种连接方式理论上极I和极II正常对称运行时，通过极I的电流i1和通过极II的电流i2应该是数值一样，方向相反，这样通过极I和极II的电流就可以相互抵消，大地中的不平衡电流i1+i2＝0，可以防止入地电流对两端换流站之间的工业设施(如金属管道、电力设施)造成影响。然而，由于这种接线方式没有金属回流线，因此，一极发生故障停运后，另外一个正常工作极由于没有电流回路，导致正常工作极无法继续工作，也需要停运，直流系统传输功率完全失去。另一种为双极金属运行方式(如图2所示)，两个换流站的低压出线共用一条低压电缆作为金属回流线，极I和极II正常对称运行时，金属回流线上没有电流，在一极出现故障停运后，另外一个正常工作极和金属回流线组成单极回路，柔性直流输电工程转换成单极金属回线运行方式可以正常运行。然而，在世界上第一个真双极柔性直流输电工程——厦门±320kV柔性直流科技示范工程的系统联调试验过程中发现，在一极换流器或直流线路出现接地故障停运后，故障点仍持续存在很大的故障电流流入大地，故障点无法隔离，导致另外一极无法继续正常工作，两极同时停运，失去了真双极主接线形式的作用和意义。
技术实现思路
针对上述问题，本技术的目的是提供一种真双极柔性直流输电工程的单极故障隔离系统，通过设计真双极模块化多电平柔性直流输电工程故障后控制策略，实现单极故障后系统迅速将故障点隔离，使得直流系统不停运，双极工程自动切换成单极接线方式运行，有效提高工程运行的可靠性。为实现上述目的，本技术采取以下技术方案：一种真双极柔性直流输电工程的单极故障隔离系统，其包括送端换流站、受端换流站及其控制保护系统，其特征在于：其包括一故障隔离装置，所述故障隔离装置包括依次设置在由所述送端换流站和受端换流站内的极I的MMC下桥臂引出的中性母线上的电流互感器和极I中性母线区、由所述送端换流站和受端换流站内的极II的MMC下桥臂引出的另一中性母线上的另一电流互感器和极II中性母线区、以及设置在与两中性母线出口相连的金属回线上的中性线差动保护装置；所述极I中性母线区包括直流转换开关、设置在所述直流转换开关两侧的第一、第二两直流隔刀、设置在所述直流转换开关与所述第一直流隔刀之间的中性母线直流电压、设置在所述直流转换开关与所述第二直流隔刀之间的单极中性母线直流电流、设置在所述第一直流隔刀两侧的两接地闸刀以及设置在所述第二直流隔刀前侧的另一接地闸刀；所述极II保护装置与极I保护装置结构相同；所述中性线差动保护装置包括依次设置在所述金属回线上的第一隔离闸刀、金属回线直流电流和第二隔离闸刀，所述第一隔离闸刀通过换流站入地电流接地，所述第二隔离闸刀一侧设置有接地闸刀。本技术由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本技术通过对柔性直流输电工程各种直流故障类型的仿真，研究了故障电流的发展形态和衰减过程，进而重新设计了真双极柔性直流输电工程双极区的主接线方式和主设备参数，使直流故障的迅速隔离满足硬件条件。2、本技术根据直流故障性质和主接线形式，提出了换流站故障后的隔离策略，实现一极换流站出现故障后系统转为单极金属回线方式继续运行，保证50％的额定功率输送能力，避免直流功率完全失去给交流电网带来剧烈冲击。综上所述，本技术可以广泛应用于真双极柔性直流输电领域。附图说明图1是现有真双极柔性直流输电工程双极大地运行方式示意图；图2是现有真双极柔性直流输电工程双极金属运行方式示意图；图3是双极金属运行方式发生单极故障后故障电流的流通回路示意图；图4是本技术真双极柔性直流输电工程的单极故障系统的双极区主接线示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本技术进行详细的描述。如图3所示，真双极柔性直流输电工程双极金属接线方式在正常运行时，极I阀侧出现单相接地故障(两相、三相故障原理相同)，直流保护检测到极I故障后，将极I闭锁停运，并跳开极I交流侧进线开关，系统运行方式由双极金属回线运行方式转换为极II单极金属回线运行方式。但是，由于换流站各桥臂的MMC子模块中IGBT配置有反并联的二极管，虽然IGBT已经闭锁被关断，但反并联的二极管的导通方向和极II工作电流的方向一致，因此极II的正常工作电流可以通过极I下桥臂的反并联二极管流入极I换流器阀侧的接地故障点，经过大地回路从金属回线的固定接地点流出，从而形成了大地回线和金属回线并联的运行方式。故障点持续有大电流流入大地，对设备不利，也极有可能造成换流站工作人员人身伤害。同时导致故障点无法伴随极I的闭锁停运而隔离。如图4所示，当极I阀侧出现故障时，极II的工作电流一部分通过P1.WN区(极I中性母线区)的IDNE(单极中性母线直流电流)流向极I下桥臂流入大地。中性线差动保护是判别IDME(金属回线直流电流)和极I、极II的IDNE的差值，极I闭锁之后，延时600ms清零极I的IDNE采样。中性线差动保护变为判别IDME和极II中IDNE的差值。由于，已经被清零的极I的IDNE实际上仍存在数值，所以导致中性线差动保护动作，将极II闭锁。从而出现单极故障引发双极停运的后果。基于上述分析，本技术提供的一种真双极柔性直流输电工程的单极故障隔离系统，包括送端换流站、受端换流站、故障隔离装置以及控制保护系统。送端和受端换流站均包括极I、极II两个单极，每个单极均含有一个独立的MMC换流阀，且与高压极母线相连的MMC换流阀桥臂称为两极的上桥臂，与中性母线相连的MMC换流阀桥臂称为两极的下桥臂。送端换流站和受端换流站的中性母线出口至双极区共用一条低压电缆作为金属回流线，构成真双极柔性直流输电双极金属运行系统。故障隔离装置包括依次设置在由两端换流站内极I的MMC下桥臂引出的中性母线上的电流互感器(IDNC)和极I中性母线区(P1.W本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种真双极柔性直流输电工程的单极故障隔离系统，其包括送端换流站、受端换流站及其控制保护系统，其特征在于：其包括一故障隔离装置，所述故障隔离装置包括依次设置在由所述送端换流站和受端换流站内的极I的MMC下桥臂引出的中性母线上的电流互感器和极I中性母线区、由所述送端换流站和受端换流站内的极II的MMC下桥臂引出的另一中性母线上的另一电流互感器和极II中性母线区、以及设置在与两中性母线出口相连的金属回线上的中性线差动保护装置；所述极I中性母线区包括直流转换开关、设置在所述直流转换开关两侧的第一、第二两直流隔刀、设置在所述直流转换开关与所述第一直流隔刀之间的中性母线直流电压、设置在所述直流转换开关与所述第二直流隔刀之间的单极中性母线直流电流、设置在所述第一直流隔刀两侧的两接地闸刀以及设置在所述第二直流隔刀前侧的另一接地闸刀；所述极II保护装置与极I保护装置结构相同；所述中性线差动保护装置包括依次设置在所述金属回线上的第一隔离闸刀、金属回线直流电流和第二隔离闸刀，所述第一隔离闸刀通过换流站入地电流接地，所述第二隔离闸刀一侧设置有接地闸刀。

【技术特征摘要】
1.一种真双极柔性直流输电工程的单极故障隔离系统，其包括送端换流站、受端换流站及其控制保护系统，其特征在于：其包括一故障隔离装置，所述故障隔离装置包括依次设置在由所述送端换流站和受端换流站内的极I的MMC下桥臂引出的中性母线上的电流互感器和极I中性母线区、由所述送端换流站和受端换流站内的极II的MMC下桥臂引出的另一中性母线上的另一电流互感器和极II中性母线区、以及设置在与两中性母线出口相连的金属回线上的中性线差动保护装置；所述极I中性母线区包括直流转换开关、设置在所...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴延坤，马玉龙，陈东，乐波，蒲莹，王赞，武炬臻，郭洪英，赵爱军，卢亚军，苏云生，尹健，张云晓，厉璇，程炜，
申请(专利权)人：国家电网公司，国网北京经济技术研究院，中国电力技术装备有限公司，国网浙江省电力公司，
类型：新型
国别省市：北京,11