一种直流输电高压换流站保护方法技术

一种直流输电高压换流站保护方法，应用于输变电领域的直流输电高压换流站保护，将高压换流站出现的故障分为换流站系统级、变流器装置级和单元变流器级３个层级进行设计，当直流输电系统出现故障时，系统通过故障库对故障进行分型和调用，然后根据不同的故障类型对故障进行分级，并进行相应的处理，对故障进行相应报警和动作。本发明专利技术所提供的保护方法能够对高压换流站进行分级的全方位保护，在故障发生时系统能够快速查询故障类型，然后根据系统保护层级，对故障做出相应判断和动作，可靠有效地保护了直流输电系统，能够最大限度地减小高压换流站瞬时扰动对直流输电系统冲击的影响。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种直流输电保护方法，尤其是一种应用于输变电领域的直流输电高压换流站分级保护方法，该保护方法也可以用于小规模分散性可再生能源(如风力，太阳 能等)发电场并网，敏感负荷供电，城市负荷中心供电，海上钻井平台供电，孤岛供电。
技术介绍
随着国家对于可再生清洁能源的大力开发和利用，能源结构的不断优化，伴随着 风能、太阳能等可再生能源利用规模的不断扩大，其固有的分散性、小型性、远离负荷中心 等特点不断显现出来。而采用传统的输电技术则带来了投资规模大，输电效率低等一系列 不利因素。另一方面，变流技术是建设资源节约型和环境友好型社会的一项关键技术。基 于变流技术的输电技术具有小型、高效、控制灵活的特点，经济效益和环保价值可观，能有 效的减少输电线路电压降落和闪变，提高了电能质量。 随着交流电力系统的发展，交流输电固有的一些缺点也逐渐显现出来，例如交流 远距离输电的稳定性问题等。而传统直流输电在某些领域具有交流输电不可比拟的优势， 例如远距离输电、大系统非同步互联等。近年来我国的直流输电技术发展迅速，其输电容量 和输电距离目前均已跨入世界领先水平。直流输电系统传输容量大、技术复杂，其保护尤为 重要，它比交流保护反应更快、配置更复杂。直流输电系统保护包括换流站和线路保护，换 流站同时与交流和直流系统相连，故其保护在直流保护中最重要也最复杂。认真研究换流 站保护的配置和原理，可提高直流输电系统运行的可靠性、可用率和经济效益。 直流输电换流站保护包括交流和直流保护，而直流保护通常包括滤波器、换流变 压器、换流器、极和中性线等保护，其中核心部件换流器的保护包括滤波器保护、IGBT过流 /过热保护、变流器输入电流保护、变流器输出过压保护、变流器输出欠压保护等内容。 但是传统直流输电仍有许多不足之处，例如不能向小容量交流系统及不含旋转电 机的负荷供电；换流器产生的谐波次数低、容量大；换流器吸收较多的无功功率，换流站投 资大等。直流输电系统的高压换流站型式也比较复杂，对于运行时的安全性应予以绝对保 证，一旦出现任何故障，应立即予以保护，并防止故障扩大。 现有的高压换流站保护主要包括保护分区原则、故障类型、动作出口类型等内容。提出高压直流工程的直流保护方案，保护系统的保护算法原则、判据等。 现有的直流输电高压换流站保护方案主要包括以下两个方面 (1)交流侧保护交流侧主设备的保护，即换流变压器保护，此保护装置采用常规 的主变压器保护。但对交流滤波器和并联电容器则应采用专门设计的滤波器和电容器组的 保护装置。交流侧保护主要包括变压器差动保护、交流过电流保护、交流滤波器过负荷保 护、交流滤波器和并联电容器组的不平衡保护。 (2)直流侧保护直流侧保护是高压直流输电的专用保护装置。直流侧保护主要 包括直流短路保护、直流过流保护、换相失败保护、直流谐波保护、滞后角过大保护、直流 差动保护、直流过电压保护、直流线路接地保护、电极线路开路保护等。 因此对直流输电保护系统提出下列要求需要有较大范围的保护区，即要求电力 系统所有设备均须置于保护区内。它与超高压交流输电系统一样，当发生故障时，要求各种 保护在故障时应快速可靠地动作。除此以外，高压直流输电系统中还应设置某些保护，能最 大限度地减小系统瞬时扰动对系统冲击的影响，还应设置反映设备故障性质的保护，以便 于运行人员及时排除故障。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有直流输电保护方法的不足，提供一种能够正确快速可靠处理直流输电高压换流站的相关故障，以达到在故障时快速可靠地动作，有效保护高压 换流站的目的。本专利技术的另一 目的在于提供一种能够最大限度地减小高压换流站瞬时扰动 对直流输电系统冲击的影响，能够反映设备故障性质的保护，以便于运行人员及时排除故 障的直流输电高压换流站保护方法。 本专利技术提供的是通过下述技术方案来实现 的 —种直流输电高压换流站保护方法，将高压换流站出现的故障保护分为换流站系统级保护、变流器装置级保护和单元变流器级保护3个层级进行设计，通过外部采集的数字输入量和模拟输入量，分析当前高压换流站的实时状态，当直流输电系统出现故障时，系统通过故障库对故障进行分型和调用，然后根据不同的故障类型对故障进行分级，判断故障的轻重，并采取相应的保护策略进行处理，对故障进行相应的报警和动作。 作为本专利技术进一步的实施方式，换流站系统级保护对包括主断路器和线路负载在内的故障进行保护，变流器装置级保护对包括移向变压器、上层控制器、功率单元和水冷却装置在内的故障进行保护，单元变流器级保护对包括单元变流器在内的故障进行保护。 作为本专利技术进一步的实施方式，所述保护方法包括上层控制器保护和各功率单元内部的单元控制器保护，各功率单元内部的单元控制器完成下层的功率单元变流器的保护；上层控制器接收下层的功率单元变流器的故障信息和实时数据，发送直流输电系统的故障数据记录，同时完成直流输电系统的保护功能。 作为本专利技术进一步的实施方式，所述高压换流站保护方法将直流输电高压换流站 的交流侧和直流侧分别予以保护，当直流输电系统出现故障需要保护时，通过32位微处理 器+双DSP对故障保护进行控制，三个CPU并行工作，32位微处理器负责出口逻辑、通讯、人 机对话，两个DSP负责保护运算。 作为本专利技术进一步的实施方式，所述系统保护功能包括交流侧变压器保护、直流 输电线路的保护、系统水冷装置控制与保护、实施下层功率单元变流器的故障保护，当发生 系统过压、欠压或短路、接地、缺相故障时，封锁变频器，跳主断路器开关；过流、过载或过热 时首先降功运行，如故障依然存在，封锁变频器，跳主断路器开关。 作为本专利技术进一步的实施方式，所述保护方法采用独立的启动元件，包括启动和 保护动作出口跳闸两种方式，杜绝由系统硬件故障引起的误动作，采用双主、双后备的配 置，换流变压器保护以及交流滤波器、电容器、电抗器采用单独保护。 作为本专利技术进一步的实施方式，所述系统级包括以下步骤当发生严重故障时，封 锁所有变流器脉冲，同时发出跳主断路器信号；当发生中等故障时，封锁变流器装置级触发5脉冲，将故障信息送入系统级保护系统，严重时发出跳主断路器信号；当发生轻故障时，系 统降功运行，同时将故障信息送入装置级保护系统。 作为本专利技术进一步的实施方式，所述换流站系统级保护包括 (1)在系统故障诊断中发现测试系统测试的参数超出试验项目允许的保护值范 围，进行提示性告警，由试验操作人员依据试验项目规定进行处理； (2)数字电源单元与上位机发生通信故障、数字电源发生不可继续运行的故障、在 进行电励磁同步电机试验时励磁电源故障等必须停机的故障时，系统根据预设的程序向各 功能单元发布停机指令，功能单元根据预设的程序停机； (3)在进行试验的过程中，某个功能单元发生故障而不影响试验项目的继续进行 时，由上位机向该单元发布脱离指令，该单元脱离试验进行检查和复位，同时试验继续进 行。 作为本专利技术进一步的实施方式，所述变流器装置级保护包括测试系统故障保护、励磁电源故障保护和数字电源故障保护，其中， 所述测试系统故障保护包括以下步骤 (1)当发生传感器回路故障时，向上位机送故障信息，由上位机调度进行故障保护 处理； (2)当发生通信故障时，本功能单元进行复位处理，尝试本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种直流输电高压换流站保护方法，其特征在于：将高压换流站出现的故障保护分为换流站系统级保护、变流器装置级保护和单元变流器级保护３个层级进行设计，通过外部采集的数字输入量和模拟输入量，分析当前高压换流站的实时状态，当直流输电系统出现故障时，系统通过故障库对故障进行分型和调用，然后根据不同的故障类型对故障进行分级，判断故障的轻重，并采取相应的保护策略进行处理，对故障进行相应的报警和动作。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：周细文，敬华兵，王小方，李军，章辉，罗文广，何伯钧，范伟，黄志国，袁光君，
申请(专利权)人：株洲变流技术国家工程研究中心有限公司，
类型：发明
国别省市：43[中国|湖南]