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基于改进VSC的环形直流微网无断路器切除方法技术

技术编号:22567517 阅读:58 留言:0更新日期:2019-11-16 13:06
本发明专利技术涉及一种基于改进VSC的环形直流微网无断路器切除方法,利用三支晶闸管替代VSC换流器三相中的三只同侧桥臂中的反并联二极管,系统故障后,首先闭锁改进VSC中全部IGBT以提供直流侧故障特征进行故障定位,故障定位结束后撤销所述的三只晶闸管的导通信号,最迟半个工频周期过后改进VSC即实现自关断,在直流侧线路电流持续过零后,即可跳开故障线路两端隔离开关,实现故障隔离。

A circuit breaker free cut-off method for ring DC microgrid based on improved VSC

The invention relates to an improved VSC based ring-shaped DC microgrid without circuit breaker cut-off method. Three thyristors are used to replace the anti parallel diodes in the same side bridge arms of three phases of VSC converter. After system failure, first block all IGBTs in the improved VSC to provide DC side fault features for fault location, and then cancel the conduction signal of the three thyristors after fault location At the latest, after half a power frequency cycle, the improved VSC can realize self closing. After the line current at the DC side continues to pass zero, the disconnectors at both ends of the fault line can be tripped to realize fault isolation.

【技术实现步骤摘要】
基于改进VSC的环形直流微网无断路器切除方法
本专利技术属于电力系统继电保护领域,具体涉及一种基于VSC拓扑变换的环形直流微网无断路器切除策略。
技术介绍
随着社会经济的增长与人类环保意识的增强,在电力与能源行业中新能源目前已成为广泛关注的热点,得到大规模推广。此外,一些直流负荷如诸如电动汽车、变频设备、LED照明灯、信息设备等的使用比例日益增加。而基于采用脉宽调制(pulsewidthmodulation,PWM)的电压源型变流器(VoltageSourceConverter,VSC)来实现与交流系统混联的直流微网,作为主网、分布式电源与直流负荷更高效率的接入形式,具有效率高、供电容量大、抗干扰性好、可靠性高、电能损耗低等优点,受到了国内外学者的广泛关注。然而继电保护技术作为其应用瓶颈,仍处在理论研究阶段。在有关保护技术研究的众多方向中,故障隔离方式已成为学者们研究的重点。传统的基于直流断路器动作的故障切除方案虽然能实现快速故障隔离,然而由于目前直流断路器研制成本高昂,在支路繁多的低压直流电网中大规模应用会相应的增加系统的建设运行成本。因此,研究一种不基于断路器的故障切除策略,对于继电保护方案的理论设计、实际应用以及提高系统运行的经济性和可靠性具有重要意义,是低压直流系统发展与推广的迫切需求。配合精准的故障定位方法,继电保护装置能够快速地实现故障处理功能,从而提高系统运行的经济性与供电的可靠性。
技术实现思路
本专利技术针对基于两电平VSC运行的低压直流系统,提供一种基于VSC的环形直流微网无断路器切除策略,相较已有基于直流断路器切除故障的保护策略,本专利技术所提的故障切除策略无需配置断路器,仅依靠配置在环形直流系统线路两端的快速隔离开关即可实现故障隔离;相较已有的基于VSC拓扑与快速隔离开关配合的握手法,本专利技术仅需对传统两电平VSC三相桥臂中的三只同侧桥臂进行改造,无需断开VSC交流侧断路器,仅依靠其本身拓扑结构的故障电流自关断能力,即可实现交直流两侧电气隔离,大大缩短了故障恢复的时间,对于提高系统运行的可靠性具有重要意义。技术方案如下:一种基于改进VSC的环形直流微网无断路器切除方法,利用三支晶闸管替代VSC换流器三相中的三只同侧桥臂中的反并联二极管,系统故障后,首先闭锁改进VSC中全部IGBT以提供直流侧故障特征进行故障定位,故障定位结束后撤销所述的三只晶闸管的导通信号,最迟半个工频周期过后改进VSC即实现自关断,在直流侧线路电流持续过零后,即可跳开故障线路两端隔离开关,实现故障隔离。2、根据权利要求1所述的一种环形直流微网无断路器切除方法,其具体执行如下:(1)系统发生极间故障后,在改进VSC直流侧出口电容检测到该电容支路上的电流达到预设阈值时,同时向改进VSC中所有IGBT发送闭锁信号。(2)改进VSC三相桥臂与直流侧电容支路中的IGBT与在接收到闭锁信号后的几百微秒内完成闭锁,改进VSC变为三相不控整流电路,此后直流侧线路进行故障定位;(3)经过固定延时后,撤销改进VSC内部三只晶闸管的导通信号,经过一段时间后,三相中三支同侧桥臂的晶闸管全部关断,改进VSC截止导通,直流侧电流出现持续过零;(4)此后根据故障定位结果,跳开故障线路两侧隔离开关,实现故障隔离,解锁IGBT与晶闸管,恢复系统正常运行。本专利技术相对于现有的技术有以下优点:1、相较已有基于直流断路器切除故障的保护策略,本专利技术所提的故障切除策略无需配置断路器,仅依靠配置在环形直流系统线路两端的快速隔离开关即可实现故障隔离,最大限度地降低了直流微网的建设运行成本,对于提高系统运行的经济性具有重要意义。2、相较已有的基于VSC拓扑与快速隔离开关配合的握手法,本专利技术所提的故障切除策略仅需对传统两电平VSC三相桥臂中的三只同侧桥臂进行改造,无需断开VSC交流侧断路器,仅依靠其本身拓扑结构的故障电流自关断能力,即可实现交直流两侧电气隔离,大大缩短了故障恢复的时间,对于提高系统运行的可靠性具有重要意义。附图说明图1为具有故障自关断能力的VSC拓扑结构;图2为VSC自关断过程图;图3为VSC三相电流变化过程图。图4为切除策略动作时序图。具体实施方式下面结合附图和实例对本专利技术作进一步的详细说明。图1所示为本专利技术所提的故障切除方案中的核心元件—VSC的拓扑结构,可以看到相比于传统VSC拓扑,本专利技术在传统VSC拓扑基础上,仅利用三支晶闸管替代传统VSC三相中的三只同侧(同上或同下)桥臂中的反并联二极管,在保证其可靠关断的前提下,最大程度上节约了VSC的建设成本。图2为新型VSC拓扑结构自关断过程图。图3为新型VSC三相电流变化过程图。图4为切除策略动作时序图。一种基于VSC拓扑变换的环形直流微网无断路器切除策略,具体关断过程如下:1.当系统发生故障,当VSC直流侧出口电容检测到该电容支路上的电流达到其预设阈值时,向VSC中所有IGBT与晶闸管发送闭锁信号,VSC自关断过程启动,该过程1~2ms左右完成。2.VSC三相桥臂与直流侧电容支路中的IGBT在接收到闭锁信号后几百微秒内完成闭锁,电容支路完成切除,避免了直流侧电容的放电与能量损失。此时VSC变为三相控整流电路,此后直流侧线路进行故障定位。3.10ms后故障定位结束,经过一段时间延时VSC将闭锁内部晶闸管导通信号。假设故障隔离阶段开始前VSC交流侧a、b、c三相的电流方向分别为图2所示的方向,本文使用三只晶闸管替代a、b、c三相的三只上桥臂为例进行详细说明:对于在图2中b、c两相的两支只上桥臂晶闸管而言,系统故障前均已处于反向截止状态,系统故障后,撤销其导通信号则b、c两相的两支只上桥臂晶闸管将不再导通,且由于b相电流的首先衰减到零,故此后b相不再导通,此时如图2过程一所示;此后a、c两相将构成单相不控整流回路继续向直流侧馈流,此时如图2过程二所示,在此过程中,c相上桥臂晶闸管一直导通,电流不断衰减,当a相交流侧电感电流减小到0候,a相上桥臂晶闸管由于导通信号已被撤销,则会立即关断,此时如图2过程三所示。此时,a、b、c三相上桥臂晶闸管全部截止导通,VSC自关断过程结束,VSC不再向直流侧馈流,该过程持续时间将小于20ms。需要说明的是,当使用晶闸管替代反并联二极管的数量少于3支时,VSC三相六只桥臂支路中至少有两只二极管可与交流电源构成回路,无法起到自关断的功能,进而继续向直流侧故障点馈流;而当使用晶闸管替代反并联二极管的数量大于3支时,与本专利技术所提拓扑相比,不仅会加大VSC运行的通态损耗,而且考虑到晶闸管成本高于二极管,将会增加系统的建设运行成本,故本文最终取晶闸管数量为三只,且为保证VSC可靠关断,安装位置取三相桥臂同侧(同为上桥臂或同为下桥臂)。4.此后根据故障定位结果,跳开故障线路两侧隔离开关,实现故障隔离,解锁IGBT与晶闸管,恢复系统正常运行。综上所述,可得VSC拓扑结构自关断过程图如图2所示,V本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于改进VSC的环形直流微网无断路器切除方法,利用三支晶闸管替代VSC换流器三相中的三只同侧桥臂中的反并联二极管,系统故障后,首先闭锁改进VSC中全部IGBT以提供直流侧故障特征进行故障定位,故障定位结束后撤销所述的三只晶闸管的导通信号,最迟半个工频周期过后改进VSC即实现自关断,在直流侧线路电流持续过零后,即可跳开故障线路两端隔离开关,实现故障隔离。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于改进VSC的环形直流微网无断路器切除方法,利用三支晶闸管替代VSC换流器三相中的三只同侧桥臂中的反并联二极管,系统故障后,首先闭锁改进VSC中全部IGBT以提供直流侧故障特征进行故障定位,故障定位结束后撤销所述的三只晶闸管的导通信号,最迟半个工频周期过后改进VSC即实现自关断,在直流侧线路电流持续过零后,即可跳开故障线路两端隔离开关,实现故障隔离。


2.根据权利要求1所述的一种环形直流微网无断路器切除方法,其具体执行如下:
(1)系统发生极间故障后,在改进VSC直流侧出口电容检测...

【专利技术属性】
技术研发人员:薛士敏刘存甲李蒸陆俊弛
申请(专利权)人:天津大学
类型:发明
国别省市:天津;12

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