多端直流系统分区协调保护策略

发布时间：2019-09-09 14:14

【摘要】：针对多端直流系统的故障保护问题,首先分析了直流故障特性及多端直流系统保护难点,总结了现有多端直流系统故障保护方法。然后,基于一种典型的多端直流系统拓扑结构,以使用最少数量直流断路器为目标,提出了多端直流系统区域保护划分原则和分区保护策略。该方法将直流故障区域通过直流断路器与非故障区域进行隔离,从而使非故障区域可以继续维持正常运行,而故障区域则通过换流站交流侧断路器和直流侧开关进行保护和隔离。最后,通过MATLAB/Simulink仿真平台建模及仿真分析,验证了多端直流系统分区保护的有效性和经济性。
【图文】：

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呃拢嘀蛘呶锢硇运鸹怠⒌缙鈌αΑ⒌缋吕匣犸突肪?压力等［20］。当发生直流故障时，由于直流电容放电导致电流显著增加，交流侧电流通过续流二极管馈入多端直流系统，从而可能造成电力电子器件的损坏［21］。对于多端直流系统而言，单个直流故障如果不能正确定位并及时切除，可能导致整个直流系统的崩溃，与其相连的所有换流站也都会因过电流保护动作而切除(闭锁)，进而导致整个系统停运的时间更长。以最严重的直流极间短路故障为例，在1．1s时施加一个永久的直流极间短路故障，MMC在故障发生1ms后闭锁。图1给出了直流极间短路故障期间的半桥MMC的简化等效电路，图2给出了系统在整个故障过程中的响应曲线。图1直流极间短路故障期间半桥MMC的简化等效电路Fig．1Simplifiedequivalentcircuitsofhalf-bridgeMMCduringDCpole-to-polefault图2半桥MMC在直流极间短路故障下的响应曲线Fig．2Ｒesponsecurvesfromahalf-bridgeMMCduringDCpole-to-polefault图2(a)为直流母线电压的故障响应曲线，可以看出，直流极间故障发生后，直流母线电压迅速崩溃。图2(b)为直流母线电流的故障响应曲线，可以看出，换流器直流电流迅速增大，其变化速率与换流变压器漏感和桥臂电抗有关。图2(c)和(d)分别为换流器上、下桥臂电流的故障响应曲线，换流器桥臂电流都是负的，这证实了在直流故障期间交流侧向直流侧的馈流流经反并联二极管。图2(e)为交流侧电流的故障响应曲线，可以看出，在故障期间交流网会馈入很大的交流电流，故障电流幅值取决于交流系统短路阻抗以及桥臂等效电抗值大校1．2现有直流故障保护方法通过文献调研，目前直流侧故障主要有以下3种保护方法。1)交流断路器法目前，利用交流断路器切断故障电流是已投运的VSC

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线路两端的直流断路器将断开，从而切除该故障直流线路。但是这种保护方法会带来以下问题。1)所需要的直流断路器数量多，保护成本高，损耗大。2)由于多端直流系统中的故障电流上升速度快，一旦多端直流系统发生故障后，直流断路器可能难以正确识别故障区和非故障区，并正确断开故障直流线路，因而难以满足多端直流系统保护的选择性及可靠性要求。考虑上述问题，本文提出对多端直流系统实行分区保护策略，以实现既可以减少直流断路器的使用数量，又能确保多端直流系统的故障切除及非故障区域的正常运行的目标。图3为多端直流系统分区保护策略的示意图，其中，各直流区域通过直流线路相连，且直流线路上安装直流断路器。直流区域可以是不同的拓扑结构，如单个直流换流站、两端直流系统、星形或环形多端直流系统。图3多端直流系统分区保护策略示意图Fig．3Schematicdiagramofpartition-basedprotectionstrategyformulti-terminalDCsystem对于分区保护策略而言，其正确使用的前提是划分适当的直流区域，划分应遵循如下两个原则。1)直流区域的总功率不超过预设上限值，即保证当任一直流区域(图3中直流区域1，2，，3中的一个)因区内直流故障被隔离后，所损失的传输功率107吴婧，等多端直流系统分区协调保护策略
【作者单位】：清华大学电机工程与应用电子技术系;新能源与储能运行控制国家重点实验室(中国电力科学研究院);斯克莱德大学电子与电气工程学院;
【分类号】：TM721.1

【参考文献】