一种基于装置配合的柔性直流电网的保护方法及系统制造方法及图纸

本发明专利技术提供的一种基于装置配合的柔性直流电网的保护方法及系统，包括：基于反推法，确定直流断路器的保护配置原则；基于直流断路器、DC/DC变换器和直流断路器保护配置原则，确定柔性直流电网的保护策略。本发明专利技术提出的基于反推法的直流断路器保护配置原则，有效减轻了全直流断路器保护法带来的造价高和损耗大的问题，而基于直流断路器和DC/DC变换器配合的保护策略，可以快速有效地隔离故障区域(或线路)，且非故障部分可以继续维持正常运行。

A Protection Method and System for Flexible DC Power Grid Based on Device Coordination

【技术实现步骤摘要】
一种基于装置配合的柔性直流电网的保护方法及系统
本专利技术涉及直流电网安全与保护领域，具体涉及一种基于装置配合的柔性直流电网的保护方法及系统。
技术介绍
柔性直流电网技术是解决大规模新能源汇集、远距离输送和大范围消纳的有效方法之一。其中，模块化多电平换流器(MMC，ModularMultilevelConverter)由于具有功率双向流动、不存在换相失败、有功无功功率快速解耦控制等特点，成为构建柔性直流电网换流站的首选技术方案。虽然传统的半桥型MMC柔性直流电网具有诸多优点，但其仍面临许多待解决的技术问题，特别是直流故障下的电网保护问题。由于柔性直流电网的阻抗很小，且半桥型MMC中存在续流二极管，因此直流故障电流上升速度快，从而给柔性直流电网带来严重影响，所以要求柔性直流电网的保护必须在短时间内(几毫秒内)能够快速响应，并有选择性地正确动作。随着直流断路器(DCCB，DirectCurrentCircuitBreaker)研究的深入和成熟，现有技术大多考虑在各条直流线路两端安装直流断路器的方法来进行直流侧故障的保护。但是，直流断路器制造成本较高、运行损耗较大，因此考虑对直流断路器在直流电网中进行合理优化配置，以实现保护性能和保护成本比值的最大化。对于柔性直流电网的保护而言，其在满足保护要求的同时，还应实现投资成本的最小化，这就要求在进行电网规划时，合理配置保护装置。众所周知，最简单的直流电网直流线路的直流断路器保护配置方法是在每条直流线路的两端加装直流断路器，其保护原理是一旦直流线路发生故障，故障直流线路两端的直流断路器将断开，从而切除该故障直流线路，但是该保护配置方法明显不具备经济性，所需要的直流断路器数量多，保护成本高，损耗大，尤其是形成复杂直流电网情况下，直流断路器的需求将成倍增加，严重影响工程的投资成本；另一种保护方法中的“握手原则”(handshakingmethod)是基于交流断路器和直流开关配合使用的，而分区保护方法并没有考虑到不同多端直流系统的应用场景和保护要求。因此，需要综合考虑保护技术性和经济性要求的优化保护方法仍然是亟待研究的问题。
技术实现思路
本专利技术针对柔性直流电网的直流故障保护问题，提出了一种基于装置配合的柔性直流电网的保护方法及系统。一种基于装置配合的柔性直流电网的保护方法，其包括：基于反推法，确定直流断路器的保护配置原则；基于直流断路器、DC/DC变换器和直流断路器保护配置原则，确定柔性直流电网的保护策略。基于反推法，确定直流断路器的保护配置原则，包括：在柔性直流电网中每条直流线路的两端设置直流断路器；基于预先设定的柔性直流电网的优先保护目标，删除非必要的直流断路器。基于直流断路器、DC/DC变换器和直流断路器保护配置原则，确定柔性直流电网的保护策略，包括：若直流断路器附加电感上电压超出第一预设电压，则直流断路器所在的直流线路或直流母线发生故障，直流断路器触发跳闸信号，等待第一预设时间后断开；如果模块化多电平换流器桥臂的电流超出保护阈值时，则设于直流线路上的直流变换器闭锁，直流变换器根据设置为直流电压控制方式；如果交流断路器的电流超出第二预设电压，则与交流断路器相连的模块化多电平换流器发生直流线路或直流母线故障，向交流断路器发送跳闸信号，等待第二预设时间后断开。第一预设电压为10kV；保护阈值为1.5倍的模块化多电平换流器桥臂的电流额定值；第二预设电压为2倍的交流断路器的电流额定值；第一预设时间为3ms；第二预设时间为100ms。优先保护目标包括：减少故障期间柔性直流电网的功率损失；避免柔性直流电网的供电中断；减少直流断路器的使用数量。一种基于装置配合的柔性直流电网的保护系统，其包括：保护配置原则模块，用于基于反推法，确定直流断路器的保护配置原则；保护策略模块，用于基于直流断路器、DC/DC变换器和直流断路器保护配置原则，确定柔性直流电网的保护策略。保护配置原则模块，包括：直流断路器设置子模块和直流断路器删除子模块；直流断路器设置子模块，用于在柔性直流电网中每条直流线路的两端设置直流断路器；直流断路器删除子模块，用于基于预先设定的柔性直流电网的优先保护目标，删除非必要的直流断路器。保护策略模块，包括：第一预设子模块、保护阈值子模块和第二预设子模块；第一预设子模块，用于若直流断路器附加电感上电压超出第一预设电压，则直流断路器所在的直流线路或直流母线发生故障，直流断路器触发跳闸信号，等待第一预设时间后断开；保护阈值子模块，用于如果模块化多电平换流器桥臂的电流超出保护阈值时，则设于直流线路上的直流变换器闭锁，直流变换器根据设置为直流电压控制方式；第二预设子模块，用于如果交流断路器的电流超出第二预设电压，则与交流断路器相连的模块化多电平换流器发生直流线路或直流母线故障，向所述交流断路器发送跳闸信号，等待第二预设时间后断开。第一预设电压为10kV；保护阈值为1.5倍的模块化多电平换流器桥臂的电流额定值；第二预设电压为2倍的交流断路器的电流额定值；第一预设时间为3ms；第二预设时间为100ms。优先保护目标包括：减少故障期间柔性直流电网的功率损失；避免柔性直流电网的供电中断；减少直流断路器的使用数量。与最接近的现有技术相比，本专利技术提供的技术方案具有以下有益效果：1.本专利技术提出的基于反推法的直流断路器保护配置原则，有效减轻了全直流断路器保护法带来的造价高和损耗大的问题，而基于直流断路器和DC/DC变换器配合的保护策略，可以快速有效地隔离故障区域(或线路)，且非故障部分可以继续维持正常运行；2.本专利技术可以在实现直流电网的优先保护目标和可靠性的前提下，一定程度地减少直流断路器的使用数量，进而降低直流电网的投资成本。附图说明图1为本专利技术方法的设计流程图；图2为本专利技术CIGREB4标准直流电网的拓扑结构和保护配置图；图3为本专利技术Line1发生直流极间短路故障时的故障特性仿真结果；其中：图3(a)为DCS1系统各直流变换器的电压电流，图3(b)为DCS2系统各直流变换器的电压电流，图3(c)为DCS3系统各直流变换器的电压电流；图4为本专利技术Line11发生直流极间短路故障时的故障特性仿真结果；其中：图4(a)为DCS1系统各直流变换器的电压电流，图4(b)为DCS2系统各直流变换器的电压电流，图4(c)为DCS3系统各直流变换器的电压电流；图5为本专利技术Line5发生直流极间短路故障时的故障特性仿真结果；其中：图5(a)为DCS1系统各直流变换器的电压电流，图5(b)为DCS2系统各直流变换器的电压电流，图5(c)为DCS3系统各直流变换器的电压电流。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步详细说明。实施例1如图1所示，本专利技术采用基于反推法的配置原则，具体如下：1)在每条直流线路的两端加装直流断路器；2)根据该直流电网的应用场景和技术需求，拟定适用于该直流电网的保护目标；3)逐条分析各直流线路发生故障的情况，根据拟定的优先保护目标来删除非必要的直流断路器，从而达到最优的技术经济指标。在上述直流断路器保护配置原则的基础上，提出了如下的基于直流断路器和DC/DC变换器配合的保护策略：1)使用本地测量装置监测直流断路器附加电感上的电压和MMC桥臂上的电流；2)如果某直流断路器附加电感上电压超出预本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于装置配合的柔性直流电网的保护方法，其特征在于，包括：基于反推法，确定直流断路器的保护配置原则；基于直流断路器、DC/DC变换器和所述直流断路器保护配置原则，确定所述柔性直流电网的保护策略。

【技术特征摘要】
1.一种基于装置配合的柔性直流电网的保护方法，其特征在于，包括：基于反推法，确定直流断路器的保护配置原则；基于直流断路器、DC/DC变换器和所述直流断路器保护配置原则，确定所述柔性直流电网的保护策略。2.根据权利要求1所述的保护方法，其特征在于，所述基于反推法，确定直流断路器的保护配置原则，包括：在所述柔性直流电网中每条直流线路的两端设置所述直流断路器；基于预先设定的所述柔性直流电网的优先保护目标，删除非必要的所述直流断路器。3.根据权利要求1所述的保护方法，其特征在于，所述基于直流断路器、DC/DC变换器和所述直流断路器保护配置原则，确定所述柔性直流电网的保护策略，包括：若直流断路器附加电感上电压超出第一预设电压，则所述直流断路器所在的直流线路或直流母线发生故障，所述直流断路器触发跳闸信号，等待第一预设时间后断开；如果模块化多电平换流器桥臂的电流超出保护阈值时，则设于所述直流线路上的直流变换器闭锁，所述直流变换器根据设置为直流电压控制方式；如果交流断路器的电流超出第二预设电压，则与所述交流断路器相连的所述模块化多电平换流器发生直流线路或直流母线故障，向所述交流断路器发送跳闸信号，等待第二预设时间后断开。4.根据权利要求3所述的保护方法，其特征在于，所述第一预设电压为10kV；所述保护阈值为1.5倍的所述模块化多电平换流器桥臂的电流额定值；所述第二预电压为2倍的所述交流断路器的电流额定值；所述第一预设时间为3ms；所述第二预设时间为100ms。5.根据权利要求2所述的保护方法，其特征在于，所述优先保护目标包括：减少故障期间所述柔性直流电网的功率损失；避免所述柔性直流电网的供电中断；减少所述直流断路器的使用数量。6.一种基于装置配合的柔性直流电网的保护系统，其特征在于，包括：保护配置原则模块，...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚良忠，李琰，魏春霞，王志冰，刘超，吴婧，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院有限公司，国家电网公司，国网浙江省电力有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11