MMC直流电压保护的改进方法技术

一种MMC直流电压保护的改进方法，属于高压直流输电技术领域。本发明专利技术的目的是通过增加交流电压作为直流电压保护的闭锁判据，以实现解决直流保护误动事故的MMC直流电压保护的改进方法。本发明专利技术步骤是通过对MMC‑HVDC系统数学模型进行定性分析确定直流电压保护的闭锁判据，确定直流电压保护中交流电压整定值Uac_set，改进直流电压保护。本发明专利技术在深化MMC‑HVDC数学建模的基础上，进一步对MMC‑HVDC交流系统故障时的直流保护配置进行深入地研究具有明显的工程应用价值和现实意义。

【技术实现步骤摘要】
MMC直流电压保护的改进方法
本专利技术属于高压直流输电

技术介绍
基于模块化多电平换流器的高压直流输电技术（MMC-HVDC）作为一种新型的柔性直流输电技术，研究时间较短，实际工程应用较匮乏，需要对该技术进行深入研究。当前可供参考的文献资料主要侧重于MMC-HVDC系统的建模仿真、调制策略等稳态控制机理，对于保护方面的研究也多关注在直流侧的故障分析。在模块化多电平高压柔性直流输电系统中，交流系统与直流系统分别配置保护。当直流系统发生故障时，直流保护迅速切除故障，以保证直流设备免于损坏；同理，交流保护在交流系统发生故障后迅速工作，同时直流保护应该不动作。但是，由于交流故障引起的直流暂态和直流故障具有相似性，并且直流保护原理与整定方法具有不完善性，交流故障发生时可能引起直流保护误动。根据柔性直流输电工程现场反馈的情况来看，交流故障发生时，直流保护误动的事故时有发生，对系统的安全运行造成了威胁。因此，在深化MMC-HVDC数学建模的基础上，进一步对MMC-HVDC交流系统故障时的直流保护配置进行深入地研究具有明显的工程应用价值和现实意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是通过增加交流电压作为直流电压保护的闭锁判据，以实现解决直流保护误动事故的MMC直流电压保护的改进方法。本专利技术步骤是：步骤1：通过对MMC-HVDC系统数学模型进行定性分析确定直流电压保护的闭锁判据：步骤1-1：根据基尔霍夫定律可得MMC交流回路等效方程：式（1）中：其中uj为交流电压，ij为交流电流，upj、unj分别为j相上、下桥臂电压，udc为直流电压，L0为桥臂电感，R0为桥臂电阻，j=a,b,c，是对交流电流ij的微分；步骤1-2：根据式（1）推导出直流电压udc的等效方程式：步骤1-3：根据电路原理分析，得到上下桥臂投入的总电容电压公式：其中uj为交流电压，udiffj为第j相内部不平衡电压降；步骤1-4：根据上述公式（2），推导出MMC-HVDC发生交流侧故障时引起直流电压udc下降的同时三相交流电压有效值也减小，但是直流故障不会引起交流电压有效值减小，因此提出将交流电压作为直流电压保护的闭锁判据，当交流电压低于整定值直流电压保护闭锁；步骤2：确定直流电压保护中交流电压整定值Uac_set，改进直流电压保护：步骤2-1：计算并比较MMC-HVDC发生包括单相接地短路故障、两相短路故障、两相接地短路故障、三相短路故障在内的交流故障时交流电压有效值，选取其中最大值Uacmax1；步骤2-2：MMC-HVDC发生直流侧发生故障时交流电压不受影响，为交流系统输出电压Uac2；步骤2-3：选取交流电压整定值Uac_set，其中步骤2-4：在MMC-HVDC直流电压保护中引入交流电压整定值Uac_set，测量交流电压Uac,当Uac＜Uac_set时直流电压保护闭锁，解决了交流故障容易造成直流电压保护误动的问题。本专利技术在PSCAD/EMTDC仿真平台中搭建MMC-HVDC仿真模型，其验证方法:步骤3-1：搭建数学模型，在此基础上在PSCAD/EMTDC中搭建11电平的MMC-HVDC双端系统仿真模型，并为系统配置直流电压保护、交流电压保护等柔直工程常用保护；步骤3-2：对MMC-HVDC双端系统仿真模型进行包括单相接地短路故障、两相短路故障、两相接地短路故障、三相短路故障在内的交流故障仿真，故障点设置在变压器一次侧，故障发生后直流电压保护发生了误动，故仿真结果验证了交流故障可以引起直流电压保护误动；步骤3-3：增加交流电压作为直流电压保护的闭锁判据，即在仿真模型中增加一个比较逻辑，当实际交流电压小于交流电压整定值时，将直流电压保护闭锁，仿真结果显示这一改进措施有效的避免了直流故障造成交流电压保护误动的情况，验证了该改进方法具有可行性。本专利技术步骤2-1中单相接地故障时：计算交流电压有效值，以A相为故障相，即UA=0,非故障相电压公式计算如下：式中EA是故障相对地电压，Z0、Z1、Z2是从故障点看进去的零序、正序、负序阻抗，是复数因子。即发生单相接地故障时，Uacmax1=UB=UC。本专利技术在深化MMC-HVDC数学建模的基础上，进一步对MMC-HVDC交流系统故障时的直流保护配置进行深入地研究具有明显的工程应用价值和现实意义。本专利技术以MMC-HVDC交流系统故障下直流保护的暂态响应为切入点，系统分析了交流系统故障对直流保护造成的影响，梳理出实际柔性直流输电工程中的经常配置的几种直流保护方式，并提出了三相短路故障造成直流电压保护误动的机理以及相应的改进措施，为进一步提升直流系统保护的可靠性提供指导。本专利技术提供的直流电压保护的改进方法一定程度上解决了交流系统故障造成直流电压保护误动的问题，具有推广价值。附图说明图1是MMC-HVDC单站系统拓扑图；图2是MMC交流侧单相接地故障等值电路图；图3是MMC交流侧两相接地故障等值电路图；图4是MMC交流侧三相接地故障等值电路图；图5是三相短路故障时交流电压波形图；图6是直流断线故障时交流电压波形图；图7是MMC-HVDC保护配置图；图8是改进后的保护模型图；图9是三相短路故障时直流电压波形图（整流侧定直流电压控制）；图10是三相短路故障时直流电压波形图（逆变侧定直流电压控制）。具体实施方式本专利技术由于交流故障引起的直流暂态和直流故障具有相似性，并且直流保护原理与整定方法具有不完善性，交流故障发生时可能引起直流保护误动。根据柔性直流输电工程现场反馈的情况来看，交流故障发生时，直流保护误动的事故时有发生，对系统的安全运行造成了威胁。为了解决上述技术问题，本专利技术提出一种改进的MMC直流电压保护判据，主要内容是增加交流电压作为直流电压保护的闭锁判据。所述方法包括下述步骤：1、一种通过增加闭锁判据改进MMC直流电压保护的方法，主要内容是增加交流电压作为直流电压保护的闭锁判据，其特点是在交流系统故障时能够避免因故障特征相似性引起的保护误动。所述方法包括下述步骤：步骤1：通过对MMC-HVDC系统数学模型进行定性分析确定直流电压保护的闭锁判据。步骤1-1：根据基尔霍夫定律可得MMC交流回路等效方程：式（1）中：其中uj为交流电压，ij为交流电流，upj、unj分别为j相上、下桥臂电压，udc为直流电压，L0为桥臂电感，R0为桥臂电阻，是对交流电流ij的微分。步骤1-2：根据式（1）推导出直流电压udc的等效方程式：步骤1-3：根据电路原理分析，得到上下桥臂投入的总电容电压公式：其中uj为交流电压，udiffj为第j相内部不平衡电压降。步骤1-4：根据上述公式（2），推导出MMC-HVDC发生交流侧故障时引起直流电压udc下降的同时三相交流电压有效值也减小，但是直流故障不会引起交流电压有效值减小，因此提出将交流电压作为直流电压保护的闭锁判据，当交流电压低于整定值直流电压保护闭锁。步骤2：确定直流电压保护中交流电压整定值Uac_set，改进直流电压保护。步骤2-1：计算并比较MMC-HVDC发生包括单相接地短路故障、两相短路故障、两相接地短路故障、三相短路故障在内的交流故障时交流电压有效值，选取其中最大值Uacmax1。以单相接地故障为例，计算交流电压有效值，以A相为故障相，即UA=0,非故障相电压公式计算如本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种MMC直流电压保护的改进方法，其特征在于：其步骤是：步骤1：通过对MMC‑HVDC系统数学模型进行定性分析确定直流电压保护的闭锁判据：步骤1‑1：根据基尔霍夫定律可得MMC交流回路等效方程：

【技术特征摘要】
1.一种MMC直流电压保护的改进方法，其特征在于：其步骤是：步骤1：通过对MMC-HVDC系统数学模型进行定性分析确定直流电压保护的闭锁判据：步骤1-1：根据基尔霍夫定律可得MMC交流回路等效方程：式(1)中：其中uj为交流电压，ij为交流电流，upj、unj分别为j相上、下桥臂电压，udc为直流电压，L0为桥臂电感，R0为桥臂电阻，j＝a,b,c，是对交流电流ij的微分；步骤1-2：根据式(1)推导出直流电压udc的等效方程式：步骤1-3：根据电路原理分析，得到上下桥臂投入的总电容电压公式：其中uj为交流电压，udiffj为第j相内部不平衡电压降；步骤1-4：根据上述公式(2)，推导出MMC-HVDC发生交流侧故障时引起直流电压udc下降的同时三相交流电压有效值也减小，但是直流故障不会引起交流电压有效值减小，因此提出将交流电压作为直流电压保护的闭锁判据，当交流电压低于整定值直流电压保护闭锁；步骤2：确定直流电压保护中交流电压整定值Uac_set，改进直流电压保护：步骤2-1：计算并比较MMC-HVDC发生包括单相接地短路故障、两相短路故障、两相接地短路故障、三相短路故障在内的交流故障时交流电压有效值，选取其中最大值Uacmax1；步骤2-2：MMC-HVDC发生直流侧发生故障时交流电压不受影响，为交流系统输出电压Uac2；步骤2-3：选取交流电压整定值Uac_set，其中

【专利技术属性】
技术研发人员：李国庆，娄剑，王鹤，王振浩，于华楠，刘芮彤，杨滢璇，韩子娇，
申请(专利权)人：东北电力大学，国网辽宁省电力公司电力科学研究院，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：吉林,22