一种多端柔性直流配电系统保护装置和保护方法与流程

本发明属于电力系统，涉及一种直流配电系统保护装置和保护方法，尤其是一种多端柔性直流配电系统保护装置和保护方法。

背景技术：

1、柔性直流电网中相邻直流线路保护动作的低离散性和直流断路器自身性能不完善的现状使得电流保护难以实现保护的选择性。距离保护应用于柔性直流系统时面临的关键问题在于快速而精确的阻抗测量，阻抗计算往往需要较长的数据窗(如1/2工频周期)，不满足柔性直流电网对保护动作速度的要求。电流差动保护其动作速动性很难被柔性直流电网接受。虽然现有技术中针对直流系统侧故障的保护方法研究颇多，但由于直流系统侧故障时间短，故障时峰值电流可达额定电流的10-20倍，直流断路器需在几个ms时间内切断如此大的电流，对保护动作时间要求高，导致直流系统侧保护成本和制造难度都很高,很难满足柔性直流电网对保护速动性、选择性的要求。

2、现有技术中提出在直流线路两端串入限流电路(current limiting circuit,clc)的方法对故障电流进行限制(后文称其为clc法)，当系统发生极间短路故障时，clc法电路图如图2所示，图2中最左侧为换流站，c表示电容，l代表电感，r代表电阻，b代表断路器，黑色粗箭头示意短路故障，it与其周边箭头代表从换流桥流出故障电流及其流向，lr为限流电感；t1、t2为晶闸管，受断路器控制；rr为耗能电阻，为故障开断时存储在电感中的暂态能量提供释放回路。电容c并联在换流桥两端，断路器b也串接在其后，图中l和r表示模拟线路上的电阻和电感。

3、系统正常运行时，晶闸管t1、晶闸管t2不导通，流过限流电感lr的电流为直流，因此电感值为0，限流装置不消耗电能。当发生线路故障时，限流电感lr的电感值增大，限制故障电流的上升，同时直流断路器开断时触发晶闸管t1、晶闸管t2导通，为电感电流提供续流回路，进一步限制故障电流。但是，此clc法在故障发生后，由于换流站并未及时被隔离，导致会有少许电流馈入换流站，严重时会导致换流站直接闭锁。

4、经检索，未发现与本发明相同或相似的现有技术中的专利文献。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种多端柔性直流配电系统保护装置和保护方法，能够在保护装置动作前，先采取对故障电流进行限制，进而为保护装置争取时间，降低保护成本。

2、本发明解决其现实问题是采取以下技术方案实现的：

3、一种多端柔性直流配电系统保护装置，包括：快速控制开关s1、出口电容c、第一clc装置、第二clc装置、第一断路器b1、第二断路器b2、线路等效电阻r1和r2、线路等效电感l1和l2；

4、换流桥出口正极依次串联快速控制开关s1、第一clc装置、第一断路器b1、等效电阻r1和等效电感l1；

5、该换流桥出口负极依次串联第二clc装置、第二断路器b2、等效电阻r2和等效电感l2。

6、所述出口电容c并联在换流桥正负极两端，该出口电容c一端连接于快速控制开关s1和第一clc装置之间，另一端连接于换流桥出口负极与第二clc装置之间。

7、而且，所述第一clc装置和第二clc装置包括：第一晶闸管t1、第二晶闸管t2、耗能电阻rr和限流电感lr；第一晶闸管t1与第二晶闸管t2并联后与耗能电阻rr串联后再与限流电感lr并联后串接在换流桥两端。

8、一种多端柔性直流配电系统保护方法，包括以下步骤：

9、步骤1、系统正常运行时，晶闸管t1、t2不导通，流过限流电感lr的电流为直流，电感值为0，第一clc装置和第二clc装置不消耗电能；

10、步骤2、故障瞬间，由故障选线算法迅速判断出故障线路，同时断开快速控制开关s1；

11、步骤3、触发晶闸管t1、t2导通，使第一clc装置和第二clc装置接入电路中，当发生线路故障时，限流电感lr的电感值增大，限制故障电流的上升，同时第一断路器b1和第二断路器b2开断时触发晶闸管t1、t2导通，为电感电流提供续流回路。

12、而且，所述第一clc装置和第二clc装置能够增大电压过零点的时刻。

13、而且，所述第一断路器b1和第二断路器b2开断的时间要求为：

14、故障发生时刻为t0，直流侧电容的电压vdc下降到零的时刻为t1：

15、

16、式中，π为圆周率常数，ω表示故障电压角频率，γ如式(2)：

17、γ＝arctan[(v0ω0csinβ)/(v0ω0ccosβ-i0)]                      (2)

18、式中，l值为l1或者l2，l1＝l2，v0和i0表示故障时，电容器两侧电压值，和线路电流值；c为换流桥出口并联电容值；ω0表示故障发生时电压角频率；

19、假设快速开关s1的动作时刻为t11，计算断路器的开断时间δt1：

20、δt1＝t11-t1                                      (3)

21、其中,δt1为时间裕量，用以保证所述电压源型换流站的换流器在所述直流侧电容的电压下降到零的时刻t1之前被隔离。

22、本发明的优点和有益效果为：

23、1、本发明提出一种多端柔性直流配电系统保护装置，构造简单，能够降低成本，其中快速控制开关s1能够防止故障电流馈入换流桥，避免换流站闭锁。

24、2、本发明提出一种多端柔性直流配电系统保护方法，通过clc装置对故障电流进行限流，断路器b配合动作，使得该保护装置能够满足柔性直流电网对保护速动性、选择性的要求。

技术特征：

1.一种多端柔性直流配电系统保护装置，其特征在于：包括：快速控制开关s1、出口电容c、第一clc装置、第二clc装置、第一断路器b1、第二断路器b2、线路等效电阻r1和r2、线路等效电感l1和l2；

2.根据权利要求1所述的一种多端柔性直流配电系统保护装置，其特征在于：所述第一clc装置和第二clc装置包括：第一晶闸管t1、第二晶闸管t2、耗能电阻rr和限流电感lr；第一晶闸管t1与第二晶闸管t2并联后与耗能电阻rr串联后再与限流电感lr并联后串接在换流桥两端。

3.一种多端柔性直流配电系统保护方法，其特征在于：包括以下步骤：

4.根据权利要求3所述的一种多端柔性直流配电系统保护方法，其特征在于：所述第一clc装置和第二clc装置能够增大电压过零点的时刻。

5.根据权利要求3所述的一种多端柔性直流配电系统保护方法，其特征在于：所述第一断路器b1和第二断路器b2开断的时间要求为：

技术总结
本发明涉及一种多端柔性直流配电系统保护装置和保护方法，包括：快速控制开关S1、出口电容C、第一CLC装置、第二CLC装置、第一断路器B1、第二断路器B2、线路等效电阻R1和R2、线路等效电感L1和L2。本发明能够在保护装置动作前，先采取对故障电流进行限制，进而为保护装置争取时间，降低保护成本。

技术研发人员：刘婧妍,吴俣,刘士骏,王海,孙宝祝,梁呼群,张钊,朱雪雯,刘鹊晨,郭鑫博,高毅,脱勇,江奕静,王亚东,孙佳文,焦龙,李健新,赵风松,张燕宏,韩斌,杨得博,赵长伟,黄旭,高强伟,杨国朝,刘伟,骈睿珺,王治博,刘扬,张晓航,李广敏,沈佳星
受保护的技术使用者：国网天津市电力公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15