多端柔性直流输电系统的直流故障判断方法及控制方法
多端柔性直流输电系统的直流故障判断方法及控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电力系统输配电技术领域，更具体地，设及一种多端柔性直流输电系 统的直流故障判断方法及控制方法。
【背景技术】
[0002] 随着模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)的发展，模块化 多电平换流器已越来越多地应用于直流直流输电。现有的MMC大都采用半桥型子模块，发生 直流故障时需要闭锁IGBTQnsulated Gate Bipolar Transistor,绝缘栅双极型晶体管） 的触发脉冲W防止子模块电容通过IGBT放电从而因过电流而损毁IGBTdIGBT闭锁后，匪C工 作于不控整流状态，MMC所联接的交流系统通过二极管给直流故障点持续地提供故障电流， 为了防止过电流损毁MMC的二极管，需要开断MMC的交流断路器，而开断MMC的交流断路器将 大大降低基于MMC的高压直流输电(MMC-HVDC)的供电可靠性。为此，为了提高MMC-HVDC的供 电可靠性，现有的匪C-HVDC大都采用直流电缆作为输电介质，从而大大降低匪C-HVDC发生 直流故障的可能性。
[0003] 随着MMC技术的发展，MMC也将逐步应用于架空直流输电线路，但架空直流输电线 路的导线暴露于空气中，直流故障时有发生。为了开断直流故障，现有技术中一般都是在直 流线路两端安装直流断路器，从而对直流故障进行开断。
[0004] 但是，由于直流线路不存在阻抗，发生直流故障时，直流故障电流将快速上升，MMC 采用现有控制时，尽管即使在直流线路上安装了直流断路器，直流故障期间，MMC仍有可能 闭锁从而延缓了直流故障清除后，MMC恢复供电的速度。而且，现有的MMC控制逻辑，在MMC闭 锁的同时会发出开断MMC交流断路器的指令，从而进一步延缓MMC在直流故障清除后恢复供 电的速度。
[0005] 另外，直流断路器一般安装在直流输电线路的两侧，多端柔性直流系统的故障保 护系统需要确保某条直流线路发生直流故障时只开断故障线路两侧的直流断路器，非故障 线路两侧的直流断路器状态应不受影响，即使得多端柔性直流系统的保护具有选择性，为 了达到上述选择性要求，通常需要实时监测并比较直流线路两侧的直流电流，当直流电流 都为从外部系统流入线路内部时，则判断该条线路发生了直流故障，需要开断线路两侧的 直流断路器。由于需要比较线路两侧的物理量，常规的故障判断方法需要依赖于通讯系统， 而通讯系统会带来延迟，在此延迟内，直流故障电流会持续上升，导致MMC更易经受过电流， 为了减小过电流，需要更快速的直流故障判断方法。
【发明内容】
[0006] 针对现有技术的W上缺陷或改进需求，本发明提供了一种多端柔性直流输电系统 的直流故障控制方法，通过优化的设置使桥臂电流减小或使桥臂电流不流过IGBT，从而防 止直流故障时开断MMC的交流断路器，大大提高采用架空线路的MMC在直流故障清除后恢复 供电的速度。
[0007] 本发明还提供了一种多端柔性直流输电系统的直流故障的判断方法，其通过优化 的设计利用直流电压的突变率作为判断指标，从而可W对直流故障作出快速准确的判断， 便于及时进行故障处理和控制，从而减小MMC承受过电流的风险。
[0008] 为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供一种多端柔性直流输电系统的直 流故障控制方法，用于对基于模块化多电平换流器的直流输电系统中的直流故障进行处 理，W提高其在故障清除后恢复供电的速度，其特征在于，该方法包括减小直流故障期间模 块化多电平换流器的桥臂电流，使得模块化多电平换流器故障期间不闭锁;或者直流故障 期间短时闭锁模块化多电平换流器但不开断交流断路器，待直流故障清除后解锁模块化多 电平换流器；W此方式避免开断交流断路器而带来的时间延迟，从而实现在故障清除后可 W快速恢复供电。
[0009] 作为本发明的进一步优选，所述减小模块化多电平换流器的桥臂电流包括减小桥 臂电流的直流分量和/或减小桥臂电流的交流分量。
[0010] 作为本发明的进一步优选，所述减小桥臂电流的直流分量通过增大直流断路器限 流电感的电感值实现。
[0011] 作为本发明的进一步优选，所述减小桥臂电流的交流分量通过在发生直流故障时 在直流断路器动作时间内将模块化多电平换流器的交流电流指令值置零实现。
[0012] 作为本发明的进一步优选，还可W在直流输电线路两端额外串联一定的直流电 感。
[0013] 按照本发明的另一个方面，提供一种多端柔性直流输电系统的直流故障控制方 法，用于对基于模块化多电平换流器的直流输电系统中的直流故障进行处理，W提高其在 故障清除后恢复供电的速度，其特征在于，该方法包括增大直流断路器限流电感的电感值 W减小模块化多电平换流器的桥臂电流的直流分量，从而减小直流故障电流的上升速率， 进而减小直流断路器开断故障线路期间直流故障电流增加的值，W此方式使得模块化多电 平换流器不闭锁，从而提升故障清除后恢复供电的速度。
[0014] 作为本发明的进一步优选，还可W在直流输电线路两端额外串联一定的直流电 感。
[0015] 作为本发明的进一步优选，同时还可W在直流故障期间在直流断路器动作时间内 将模块化多电平换流器的交流电流指令值置零。
[0016] 按照本发明的又一个方面，提供一种多端柔性直流输电系统的直流故障控制方 法，用于对基于模块化多电平换流器的直流输电系统中的直流故障进行处理，W提高其在 故障清除后恢复供电的速度，其特征在于，该方法包括发生直流故障期间在直流断路器动 作时间内将模块化多电平换流器的交流电流指令值置零，从而降低模块化多电平换流器的 桥臂电流，W此方式使得模块化多电平换流器不闭锁，从而提升故障清除后恢复供电的速 度。
[0017] 作为本发明的进一步优选，在故障清除后，重新恢复模块化多电平换流器的交流 电流值至额定指令值，W实现正常供电。
[0018] 作为本发明的进一步优选，还可W同时增大直流断路器限流电感的电感值W减小 桥臂电流的直流分量。
[0019] 作为本发明的进一步优选，还可W在直流输电线路两端额外串联一定的直流电 感。
[0020] 作为本发明的进一步优选，所述直流故障通过监测直流断路器靠近线路侧的直流 电压的突变率进行快速判断，即在突变率超过阔值时判断该直流线路内部发生了直流故 障，其中，将当前直流电压值与经过一阶滞后环节滤波的直流电压值做差，并将差值除W - 阶滞后环节的时间常数即得到所述突变率。
[0021] 按照本发明的再一个方面，提供一种多端柔性直流输电系统的直流故障控制方 法，用于对基于模块化多电平换流器的直流输电系统中的直流故障进行处理，W提高其在 故障清除后恢复供电的速度，其特征在于，在发生直流故障时短时间闭锁模块化多电平换 流器，但不发出开断交流断路器的指令，使得电流不流过模块化多电平换流器的绝缘栅双 极晶体管，从而提升故障清除后恢复供电的速度。
[0022] 作为本发明的进一步优选，在故障清除后重新解锁模块化多电平换流器，W此方 式实现快速恢复供电。
[0023] 作为本发明的进一步优选，所述闭锁模块化多电平换流器是闭锁其绝缘栅双极晶 体管。
[0024] 作为本发明的进一步优选，还可W同时增大直流断路器限流电感的电感值W减小 桥臂电流的直流分量。
[0025] 作为本发明的进一步优选，还可W直流故障期间在直流断路器动作时间内将模块 化多电平换流器的交流电流指令值置零。
[0026] 作为本发明的进一步优选，还可W在直流输电线路两端额外串联一定的直流电 感。
[0027] 作为本发明的进一步优选，所述直流故障通过监测直流断路器靠近线路侧的直流 电压的突变率进行快速判断，即在突变率超过阔值时判断该直流线路内部发生了直流故 障，其中，将当前直流电压值与经过一阶滞后环节滤波的直流电压值做差，并将差值除W - 阶滞后环节的时间常数即得到所述突变率。
[0028] 按照本发明的又一个方面，提供一种多端柔性直流输电系统的直流故障的快速判 断方法，其用于实现对基于模块化多电平换流器的直流输电系统中的直流故障进行快速判 断，W便于及时清除故障并快速恢复供电，其特征在于，该方法包括监测直流断路器靠近线 路侧的直流电压的突变率，并在突变率超过阔值时判断该直流线路内部发生了直流故障， 其中，将当前直流电压值与经过一阶滞后环节滤波的直流电压值做差，并将差值除W-阶 滞后环节的时间常数即得到所述突变率。
[0029] 作为本发明的进一步优选，所述阔值应满足使得能区分输电线路内部直流故障和 输电线路外部直流故障。
[0030] 总体而言，通过本发明所 构思的W上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有 益效果：
[0031] (1)相比于常规的开断交流断路器从而隔离直流故障的方案，本发明所提供的方 案由于不需要开断交流断路器，从而可W将MMC故障后恢复供电所需的时间从数十秒降低 至数十毫米从而大大提高了 MMC在故障后恢复供电的速度；
[0032] (2)相比于发生直流故障时，匪C不做额外控制的方法，本发明通过对MMC的控制W 及直流断路器参数的协调，可W防止MMC闭锁，从而避免交流断路器的开断，提高了MMC在故 障后恢复供电的速度；
[0033] (3)相比于采用常规设计直流断路器限流电感值的方法，本发明虽然需要在一定 程度上增大直流断路器限流电感，但由于可W防止MMC闭锁从而大大提高了系统供电可靠 性；
[0034] (4)本发明的方案中可W通过采取在直流故障期间对MMC进行闭锁，但不发出不开 断交流断路器的指令，使得交流断路器不开断，从而大大提高MMC在故障后恢复供电的速 度；
[0035] (5)相比于常规的直流故障判断方法，本发明提供的直流故障判断方法只需要监 测本地两侧的直流电压，无需依赖于通讯从而大大提高故障判断速度，减小MMC承受过电流 的风险。
【附图说明】
[0036] 图1是MMC直流故障时的等值电路；
[0037] 图2是无附加直流电感时，用于测试直流故障在输电线路传播特性的电路；
[003引图3是无附加直流电感时，发生直流故障时各量侧点的直流电压；
[0039] 图4是本发明一个实施例中含附加直流电感时，用于测试直流故障在输电线路传 播特性的电路；
[0040] 图5是本发明一个实施例中含附加直流电感时，发生直流故障时各量侧点的直流 电压；
[0041] 图6是本发明一个实施例中直流电压突变率产生逻辑；
[0042] 图7是本发明一个实施例中四端口多端柔性直流系统中直流断路器、直流电感和 直流电压突变率量测点的位置示意。
【具体实施方式】
[0043] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，W下结合附图及实施例，对 本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用W解释本发明，并 不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所设及到的技术特征只要 彼此之间未构成冲突就可W相互组合。
[0044] 本发明的多端柔性直流输电系统的直流故障控制方法，用于对基于模块化多电平 换流器的直流输电系统中的直流故障进行处理，W提高其在故障清除后恢复供电的速度。 该方法通过减小模块化多电平换流器的桥臂电流而使其闭锁或通过使桥臂电流不流过模 块化多电平换流器的绝缘栅双极晶体管且同时使其不发出开断模块化多电平换流器的交 流断路器的指令，W此方式使得在直流故障时交流断路器不开断，从而可在故障清除后可 实现快速恢复供电。
[0045] 具体来说，图1给出了MMC直流故障时的等值电路，其中lac、Vac分别为A相的交流 电流和交流电压，Ip和In分别为A相上桥臂和下桥臂的电流，L0为桥臂电感，Ldc为直流断路 器的限流电感，Idc为直流电流。记lac和化C的瞬时值为：
[0046] Iac = Imcos( ω t+白 i) (1)
[0047] 化c = Vmcos( ω t+目V) (2)
[004引其中Im和Vm分别为lac和Vac的最大值，ω为角频率，目i和θν分别为lac和Vac的相 角。其中Vm可进一步表述为：
[0049] Vm=MVdc/2 (3)
[0050] 式(3)中，Μ为调制比，其典型值为0.9。由公式(1)-(3)可得交流侧有功功率为：
[0化 1 ]
(4)
[0化2] 直流功率表达式为：
[0053] Pdc = VdcIdc (5)
[0054] 式(4)与(5)的值相等，可得
[0化5]
(6)
[0056]假设MMC的环流被充分抑制，上、下桥臂电流的表达式为：
[0化9]其中iz'at为桥臂电流的交流分量，为桥臂电流的直流分量。
[0060]将(1)、（6)代入(7)和(8)可得
[0063] 取典型值M = 0.9,目v =目V，式(9)-(10)可进一步简化为：
[0066] 由式（11)-(12)可得，MMC桥臂电流中，交流分量的峰值约为直流分量峰值的2.22 倍。发生直流故障时，只要匪C不处于闭锁状态，匪C可W控制其交流侧电流至指令值，而直 流电流将主要由直流断路器的限流电感限制。为了防止MMC的IGBT(绝缘栅双极晶体管)不 因过电流烧毁，需要减小流经IGBT的电流(即减小桥臂电流或使桥臂电流不流过IGBT)。
[0067] 按照本发明一个实施例所构建的一种多端柔性直流输电系统的直流故障控制方 法，其通过增大直流电感值从而减小桥臂电流的直流分量，即减小桥臂电流，使得可w减小 直流故障时直流电流上升率，防止MMC闭锁，
[0068]本实施例中，具体确定直流限流电感值，可通过如下过程进行。记直流线路极对地 电压的额定值为Vd。。，直流线路额定直流电流为Id。。，混合式直流断路器机械开关的动作时 间为Tcb，若要在直流断路器隔离直流故障期间将直流电流限制在KildcnW内，其中Κι为过电 流倍数，则直流断路器限流电感Ldc的求取方法推导如下：
[00例假定直流故障期间，直流断路器的直流电压维持在Vdcn，Tcb时间内，直流电流的上 升量为：
[0070]
社巧
[OOW 欲使IdG小于KlIdGn，则有
[0072] (idcn+AIdcXKlIdcn (14)
[0073] 将(13)代入(14)可得
[0074]
(15)
[0075] 式（15)为直流限流电感的初步设计公式，实际使用时可在式（15)的基础上，适当 增加或减小所设计的电感值，通过仿真验证最终确定电感值。
[0076] 本发明的另一实施例中，通过直流故障期间将MMC的交流电流指令值置零从而减 小交流分量，降低桥臂电流，进而可防止MMC闭锁，并在故障清除后重新恢复MMC交流电流值 至额定指令值。
[0077] 在另一个实施例中，通过直流故障期间短期闭锁MMC但不开断MMC的交流断路器从 而提高故障清除后恢复供电的速度。即检测到直流故障后短时闭锁MMC的IGBT，但不给MMC 的交流断路器发开断指令，使得电流不流过IGBT，待故障清除后重新解锁MMC的IGBT。
[0078] 短时间可W是监测到直流故障到直流故障被直流断路器完全隔离所持续的时间， 实际使用设定闭锁的时间可在此时间基础上进一步考虑一定的裕度。
[0079] 按照本发明的另一实施例，提供一种直流故障判断方法，用于实现对基于模块化 多电平换流器的直流输电系统中的直流故障进行快速判断，W便于及时清除故障并快速恢 复供电。例如在本发明上述进行减小交流电流W及闭锁IGBT的实施例中，一般优选需要进 行快速判断直流故障。
[0080] 图3示例了对图2所示的800km直流输电线路，开关Kf It在0.2s合闽时(模拟故障发 生），各量测点的直流电压波形，可知，由于故障W电磁波的形式传播，电压Vdc4将先下降， 其次是Vdc3,其次是Vdc2,依次后推，尽管各直流电压均有下降，但从图3无法看出VdcO~ Vdc4的明显区别。图4为在各段直流线路首端装设了直流电感后的测试电路，图5为开关 Kf It在0.2s合闽的各量测点电压波形，可知，在故障传播至量测点时，Vdc4和Vdc3会急剧下 降，而Vdc2、Vdcl及VdcO下降均比较缓慢（即下降斜率较小），可W看出，直流电感可W平滑 直流故障发生时，直流电压的下降速率。可W看出，通过电压突变率是可W判断直流线路是 否发生直流故障。
[0081] 具体来说，即在直流电压突变率超过设定阔值，即认为发生直流故障。其中电压突 变率监测环节的原理为将直流电压值及经过一阶滞后环节滤波的直流电压值做差，将差值 除W-节滤波环节的时间常数即得到直流电压突变率。图6为电压突变率产生环节，其中 Vdc为电感靠近线路侧的直流电压，S为直流电压突变率，Tfil为滤波时间常数。
[0082] 用于进行突变率比较的阔值应该能明显区分输电线路内部直流故障和输电线路 外部直流故障。一个优选实施例中，阔值通过如下方式确定，即在输电线路内部与输电线路 外部分别施加直流故障，阔值需低于输电线路发生直流故障得到的电压突变率的最低值， 并且高于输电线路外部发生直流故障时监测到的电压突变率最高值。
[0083] 实际上，上述各实施例中，为达到更好的技术效果，相应技术手段是可W相互组合 或相互配合，例如通过增大直流断路器限流电感的电感值的同时，还可W同时采取直流故 障期间在直流断路器动作时间内将模块化多电平换流器的交流电流指令值置零。在采取直 流故障期间在直流断路器动作时间内将模块化多电平换流器的交流电流指令值置零的方 式时，同时增大线路中直流断路器限流电感的电感值。也可W在采取直流故障期间短时间 闭锁模块化多电平换流器但不发出开断交流断路器的指令的技术手段时，在直流断路器动 作时间内将模块化多电平换流器的交流电流指令值置零，和/或增大直流断路器限流电感 的电感值W减小桥臂电流的直流分量。相应地，为更好地恢复供电，优选上述各实施例中对 于直流故障的检测或判断采用本发明实施例的直流故障快速判别方法，从而使得直流断路 器能快速监测到直流故障进而缩短隔离直流故障的总时间。
[0084] 当然，上述各实施例中，还可W保持在线路两端额外串联一定的直流电感。如图7， 图7的实施例给出了一种兼具了提高直流故障判断速度和防止MMC闭锁的多端柔性直流系 统综合保护方法，其原理为当直流断路器的直流限流电感数值不够时，在线路两端额外串 联一定的直流电感，通过两侧直流限流电感靠近线路侧的直流电压的突变率是否超标判断 直流线路是否发生直流故障，同时利用直流断路器的电感W及额外增加的直流电感限制故 障发生时的故障电流。
[0085] 本领域的技术人员容易理解，W上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用W 限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含 在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种多端柔性直流输电系统的直流故障控制方法，用于对基于模块化多电平换流器 的直流输电系统中的直流故障进行处理，以提高其在故障清除后恢复供电的速度，其特征 在于，该方法包括减小直流故障期间模块化多电平换流器的桥臂电流，使得模块化多电平 换流器故障期间不闭锁;或者直流故障期间短时闭锁模块化多电平换流器但不开断交流断 路器，待直流故障清除后解锁模块化多电平换流器；以此方式避免开断交流断路器而带来 的时间延迟，从而实现在故障清除后可以快速恢复供电。2. 根据权利要求1所述的一种多端柔性直流输电系统的直流故障控制方法，其中，所述 减小模块化多电平换流器的桥臂电流包括减小桥臂电流的直流分量和/或减小桥臂电流的 交流分量。3. 根据权利要求2所述的一种多端柔性直流输电系统的直流故障控制方法，其中，所述 减小桥臂电流的直流分量通过增大直流断路器限流电感的电感值实现。4. 根据权利要求2或3所述的一种多端柔性直流输电系统的直流故障控制方法，其中， 所述减小桥臂电流的交流分量通过在发生直流故障时在直流断路器动作时间内将模块化 多电平换流器的交流电流指令值置零实现。5. 根据权利要求1-4中任一项所述的一种多端柔性直流输电系统的直流故障控制方 法，其中，还可以在直流输电线路两端额外串联直流电感。6. -种多端柔性直流输电系统的直流故障控制方法，用于对基于模块化多电平换流器 的直流输电系统中的直流故障进行处理，以提高其在故障清除后恢复供电的速度，其特征 在于，该方法包括增大直流断路器限流电感的电感值以减小模块化多电平换流器的桥臂电 流的直流分量，从而减小直流故障电流的上升速率，进而减小直流断路器开断故障线路期 间直流故障电流增加的值，以此方式使得模块化多电平换流器不闭锁，从而提升故障清除 后恢复供电的速度。7. 根据权利要求6所述的一种多端柔性直流输电系统的直流故障控制方法，其中，还可 以在直流输电线路两端额外串联直流电感。8. 根据权利要求6或7所述的一种多端柔性直流输电系统的直流故障控制方法，其中， 同时还可以在直流故障期间在直流断路器动作时间内将模块化多电平换流器的交流电流 指令值置零。9. 一种多端柔性直流输电系统的直流故障控制方法，用于对基于模块化多电平换流器 的直流输电系统中的直流故障进行处理，以提高其在故障清除后恢复供电的速度，其特征 在于，该方法包括发生直流故障期间在直流断路器动作时间内将模块化多电平换流器的交 流电流指令值置零，从而降低模块化多电平换流器的桥臂电流，以此方式使得模块化多电 平换流器不闭锁，从而提升故障清除后恢复供电的速度。10. 根据权利要求9所述的一种多端柔性直流输电系统的直流故障控制方法，其中，在 故障清除后，重新恢复模块化多电平换流器的交流电流值至额定指令值，以实现正常供电。11. 根据权利要求9或10所述的一种多端柔性直流输电系统的直流故障控制方法，其 中，还可以同时增大直流断路器限流电感的电感值以减小桥臂电流的直流分量。12. 根据权利要求9-11中任一项所述的一种多端柔性直流输电系统的直流故障控制方 法，其中，还可以在直流输电线路两端额外串联直流电感。13. 根据权利要求9-12中任一项所述的一种多端柔性直流输电系统的直流故障控制方 法，其中，所述直流故障通过监测直流断路器靠近线路侧的直流电压的突变率进行快速判 断，即在突变率超过阈值时判断该直流线路内部发生了直流故障，其中，将当前直流电压值 与经过一阶滞后环节滤波的直流电压值做差，并将差值除以一阶滞后环节的时间常数即得 到所述突变率。14. 一种多端柔性直流输电系统的直流故障控制方法，用于对基于模块化多电平换流 器的直流输电系统中的直流故障进行处理，以提高其在故障清除后恢复供电的速度，其特 征在于，在发生直流故障时短时间闭锁模块化多电平换流器，但不发出开断交流断路器的 指令，使得电流不流过模块化多电平换流器的绝缘栅双极晶体管，从而提升故障清除后恢 复供电的速度。15. 根据权利要求14所述的一种多端柔性直流输电系统的直流故障控制方法，其中，在 故障清除后重新解锁模块化多电平换流器，以实现快速恢复供电。16. 根据权利要求14或15所述的一种多端柔性直流输电系统的直流故障控制方法，其 中，所述闭锁模块化多电平换流器是闭锁其绝缘栅双极晶体管。17. 根据权利要求14-16中任一项所述的一种多端柔性直流输电系统的直流故障控制 方法，其中，还可以同时增大直流断路器限流电感的电感值以减小桥臂电流的直流分量。18. 根据权利要求14-17中任一项所述的一种多端柔性直流输电系统的直流故障控制 方法，其中，还可以直流故障期间在直流断路器动作时间内将模块化多电平换流器的交流 电流指令值置零。19. 根据权利要求14-18中任一项所述的一种多端柔性直流输电系统的直流故障控制 方法，其中，还可以在直流输电线路两端额外串联直流电感。20. 根据权利要求14-19中任一项所述的一种多端柔性直流输电系统的直流故障控制 方法，其中，所述直流故障通过监测直流断路器靠近线路侧的直流电压的突变率进行快速 判断，即突变率超过阈值时判断该直流线路内部发生直流故障，其中，将当前直流电压值与 经过一阶滞后环节滤波的直流电压值做差，并将差值除以一阶滞后环节的时间常数即得到 所述突变率。21. -种多端柔性直流输电系统的直流故障的快速判断方法，其用于实现对基于模块 化多电平换流器的直流输电系统中的直流故障进行快速判断，以便于及时清除故障并快速 恢复供电，其特征在于，该方法包括监测直流断路器靠近线路侧的直流电压的突变率，并在 突变率超过阈值时判断该直流线路内部发生了直流故障，其中，将当前直流电压值与经过 一阶滞后环节滤波的直流电压值做差，并将差值除以一阶滞后环节的时间常数即得到所述 突变率。22. 根据权利要求21所述的一种多端柔性直流输电系统的直流故障的快速判断方法， 其中，所述阈值应满足能区分输电线路内部直流故障和输电线路外部直流故障。
【专利摘要】本发明公开了种多端柔性直流输电系统的直流故障控制方法，其通过增大直流电感值从而减小直流故障时直流电流上升率，防止MMC闭锁，或者直流故障期间将MMC的交流电流指令值置零从而降低桥臂电流防止MMC闭锁；或者直流故障期间短期闭锁MMC但不开断MMC的交流断路器从而提高故障清除后恢复供电的速度；本发明还公开了一种多端柔性直流输电系统直流故障判断方法，通过量测直流电感线路侧直流电压突变率，在突变率的绝对值超过一定阈值时即判断发生了直流故障。本发明可防止直流故障时开断MMC的交流断路器，大大提高采用架空线路的MMC在直流故障清除后恢复供电的速度，同时可对直流故障作出快速准确的判断，便于及时进行故障处理和控制，从而减小MMC承受过电流的风险。
【IPC分类】H02H9/02, H02H7/26, G01R31/00
【公开号】CN105490258
【申请号】CN201510967851
【发明人】蒋霖, 胡济州, 程杰, 陶芬, 文劲宇, 谢竹君, 张峻榤
【申请人】国网湖北省电力公司, 湖北省电力勘测设计院, 华中科技大学
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2015年12月21日
【技术领域】
[0001] 本发明属于电力系统输配电技术领域，更具体地，设及一种多端柔性直流输电系 统的直流故障判断方法及控制方法。
【背景技术】
[0002] 随着模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)的发展，模块化 多电平换流器已越来越多地应用于直流直流输电。现有的MMC大都采用半桥型子模块，发生 直流故障时需要闭锁IGBTQnsulated Gate Bipolar Transistor,绝缘栅双极型晶体管） 的触发脉冲W防止子模块电容通过IGBT放电从而因过电流而损毁IGBTdIGBT闭锁后，匪C工 作于不控整流状态，MMC所联接的交流系统通过二极管给直流故障点持续地提供故障电流， 为了防止过电流损毁MMC的二极管，需要开断MMC的交流断路器，而开断MMC的交流断路器将 大大降低基于MMC的高压直流输电(MMC-HVDC)的供电可靠性。为此，为了提高MMC-HVDC的供 电可靠性，现有的匪C-HVDC大都采用直流电缆作为输电介质，从而大大降低匪C-HVDC发生 直流故障的可能性。
[0003] 随着MMC技术的发展，MMC也将逐步应用于架空直流输电线路，但架空直流输电线 路的导线暴露于空气中，直流故障时有发生。为了开断直流故障，现有技术中一般都是在直 流线路两端安装直流断路器，从而对直流故障进行开断。
[0004] 但是，由于直流线路不存在阻抗，发生直流故障时，直流故障电流将快速上升，MMC 采用现有控制时，尽管即使在直流线路上安装了直流断路器，直流故障期间，MMC仍有可能 闭锁从而延缓了直流故障清除后，MMC恢复供电的速度。而且，现有的MMC控制逻辑，在MMC闭 锁的同时会发出开断MMC交流断路器的指令，从而进一步延缓MMC在直流故障清除后恢复供 电的速度。
[0005] 另外，直流断路器一般安装在直流输电线路的两侧，多端柔性直流系统的故障保 护系统需要确保某条直流线路发生直流故障时只开断故障线路两侧的直流断路器，非故障 线路两侧的直流断路器状态应不受影响，即使得多端柔性直流系统的保护具有选择性，为 了达到上述选择性要求，通常需要实时监测并比较直流线路两侧的直流电流，当直流电流 都为从外部系统流入线路内部时，则判断该条线路发生了直流故障，需要开断线路两侧的 直流断路器。由于需要比较线路两侧的物理量，常规的故障判断方法需要依赖于通讯系统， 而通讯系统会带来延迟，在此延迟内，直流故障电流会持续上升，导致MMC更易经受过电流， 为了减小过电流，需要更快速的直流故障判断方法。
【发明内容】
[0006] 针对现有技术的W上缺陷或改进需求，本发明提供了一种多端柔性直流输电系统 的直流故障控制方法，通过优化的设置使桥臂电流减小或使桥臂电流不流过IGBT，从而防 止直流故障时开断MMC的交流断路器，大大提高采用架空线路的MMC在直流故障清除后恢复 供电的速度。
[0007] 本发明还提供了一种多端柔性直流输电系统的直流故障的判断方法，其通过优化 的设计利用直流电压的突变率作为判断指标，从而可W对直流故障作出快速准确的判断， 便于及时进行故障处理和控制，从而减小MMC承受过电流的风险。
[0008] 为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供一种多端柔性直流输电系统的直 流故障控制方法，用于对基于模块化多电平换流器的直流输电系统中的直流故障进行处 理，W提高其在故障清除后恢复供电的速度，其特征在于，该方法包括减小直流故障期间模 块化多电平换流器的桥臂电流，使得模块化多电平换流器故障期间不闭锁;或者直流故障 期间短时闭锁模块化多电平换流器但不开断交流断路器，待直流故障清除后解锁模块化多 电平换流器；W此方式避免开断交流断路器而带来的时间延迟，从而实现在故障清除后可 W快速恢复供电。
[0009] 作为本发明的进一步优选，所述减小模块化多电平换流器的桥臂电流包括减小桥 臂电流的直流分量和/或减小桥臂电流的交流分量。
[0010] 作为本发明的进一步优选，所述减小桥臂电流的直流分量通过增大直流断路器限 流电感的电感值实现。
[0011] 作为本发明的进一步优选，所述减小桥臂电流的交流分量通过在发生直流故障时 在直流断路器动作时间内将模块化多电平换流器的交流电流指令值置零实现。
[0012] 作为本发明的进一步优选，还可W在直流输电线路两端额外串联一定的直流电 感。
[0013] 按照本发明的另一个方面，提供一种多端柔性直流输电系统的直流故障控制方 法，用于对基于模块化多电平换流器的直流输电系统中的直流故障进行处理，W提高其在 故障清除后恢复供电的速度，其特征在于，该方法包括增大直流断路器限流电感的电感值 W减小模块化多电平换流器的桥臂电流的直流分量，从而减小直流故障电流的上升速率， 进而减小直流断路器开断故障线路期间直流故障电流增加的值，W此方式使得模块化多电 平换流器不闭锁，从而提升故障清除后恢复供电的速度。
[0014] 作为本发明的进一步优选，还可W在直流输电线路两端额外串联一定的直流电 感。
[0015] 作为本发明的进一步优选，同时还可W在直流故障期间在直流断路器动作时间内 将模块化多电平换流器的交流电流指令值置零。
[0016] 按照本发明的又一个方面，提供一种多端柔性直流输电系统的直流故障控制方 法，用于对基于模块化多电平换流器的直流输电系统中的直流故障进行处理，W提高其在 故障清除后恢复供电的速度，其特征在于，该方法包括发生直流故障期间在直流断路器动 作时间内将模块化多电平换流器的交流电流指令值置零，从而降低模块化多电平换流器的 桥臂电流，W此方式使得模块化多电平换流器不闭锁，从而提升故障清除后恢复供电的速 度。
[0017] 作为本发明的进一步优选，在故障清除后，重新恢复模块化多电平换流器的交流 电流值至额定指令值，W实现正常供电。
[0018] 作为本发明的进一步优选，还可W同时增大直流断路器限流电感的电感值W减小 桥臂电流的直流分量。
[0019] 作为本发明的进一步优选，还可W在直流输电线路两端额外串联一定的直流电 感。
[0020] 作为本发明的进一步优选，所述直流故障通过监测直流断路器靠近线路侧的直流 电压的突变率进行快速判断，即在突变率超过阔值时判断该直流线路内部发生了直流故 障，其中，将当前直流电压值与经过一阶滞后环节滤波的直流电压值做差，并将差值除W - 阶滞后环节的时间常数即得到所述突变率。
[0021] 按照本发明的再一个方面，提供一种多端柔性直流输电系统的直流故障控制方 法，用于对基于模块化多电平换流器的直流输电系统中的直流故障进行处理，W提高其在 故障清除后恢复供电的速度，其特征在于，在发生直流故障时短时间闭锁模块化多电平换 流器，但不发出开断交流断路器的指令，使得电流不流过模块化多电平换流器的绝缘栅双 极晶体管，从而提升故障清除后恢复供电的速度。
[0022] 作为本发明的进一步优选，在故障清除后重新解锁模块化多电平换流器，W此方 式实现快速恢复供电。
[0023] 作为本发明的进一步优选，所述闭锁模块化多电平换流器是闭锁其绝缘栅双极晶 体管。
[0024] 作为本发明的进一步优选，还可W同时增大直流断路器限流电感的电感值W减小 桥臂电流的直流分量。
[0025] 作为本发明的进一步优选，还可W直流故障期间在直流断路器动作时间内将模块 化多电平换流器的交流电流指令值置零。
[0026] 作为本发明的进一步优选，还可W在直流输电线路两端额外串联一定的直流电 感。
[0027] 作为本发明的进一步优选，所述直流故障通过监测直流断路器靠近线路侧的直流 电压的突变率进行快速判断，即在突变率超过阔值时判断该直流线路内部发生了直流故 障，其中，将当前直流电压值与经过一阶滞后环节滤波的直流电压值做差，并将差值除W - 阶滞后环节的时间常数即得到所述突变率。
[0028] 按照本发明的又一个方面，提供一种多端柔性直流输电系统的直流故障的快速判 断方法，其用于实现对基于模块化多电平换流器的直流输电系统中的直流故障进行快速判 断，W便于及时清除故障并快速恢复供电，其特征在于，该方法包括监测直流断路器靠近线 路侧的直流电压的突变率，并在突变率超过阔值时判断该直流线路内部发生了直流故障， 其中，将当前直流电压值与经过一阶滞后环节滤波的直流电压值做差，并将差值除W-阶 滞后环节的时间常数即得到所述突变率。
[0029] 作为本发明的进一步优选，所述阔值应满足使得能区分输电线路内部直流故障和 输电线路外部直流故障。
[0030] 总体而言，通过本发明所 构思的W上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有 益效果：
[0031] (1)相比于常规的开断交流断路器从而隔离直流故障的方案，本发明所提供的方 案由于不需要开断交流断路器，从而可W将MMC故障后恢复供电所需的时间从数十秒降低 至数十毫米从而大大提高了 MMC在故障后恢复供电的速度；
[0032] (2)相比于发生直流故障时，匪C不做额外控制的方法，本发明通过对MMC的控制W 及直流断路器参数的协调，可W防止MMC闭锁，从而避免交流断路器的开断，提高了MMC在故 障后恢复供电的速度；
[0033] (3)相比于采用常规设计直流断路器限流电感值的方法，本发明虽然需要在一定 程度上增大直流断路器限流电感，但由于可W防止MMC闭锁从而大大提高了系统供电可靠 性；
[0034] (4)本发明的方案中可W通过采取在直流故障期间对MMC进行闭锁，但不发出不开 断交流断路器的指令，使得交流断路器不开断，从而大大提高MMC在故障后恢复供电的速 度；
[0035] (5)相比于常规的直流故障判断方法，本发明提供的直流故障判断方法只需要监 测本地两侧的直流电压，无需依赖于通讯从而大大提高故障判断速度，减小MMC承受过电流 的风险。
【附图说明】
[0036] 图1是MMC直流故障时的等值电路；
[0037] 图2是无附加直流电感时，用于测试直流故障在输电线路传播特性的电路；
[003引图3是无附加直流电感时，发生直流故障时各量侧点的直流电压；
[0039] 图4是本发明一个实施例中含附加直流电感时，用于测试直流故障在输电线路传 播特性的电路；
[0040] 图5是本发明一个实施例中含附加直流电感时，发生直流故障时各量侧点的直流 电压；
[0041] 图6是本发明一个实施例中直流电压突变率产生逻辑；
[0042] 图7是本发明一个实施例中四端口多端柔性直流系统中直流断路器、直流电感和 直流电压突变率量测点的位置示意。
【具体实施方式】
[0043] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，W下结合附图及实施例，对 本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用W解释本发明，并 不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所设及到的技术特征只要 彼此之间未构成冲突就可W相互组合。
[0044] 本发明的多端柔性直流输电系统的直流故障控制方法，用于对基于模块化多电平 换流器的直流输电系统中的直流故障进行处理，W提高其在故障清除后恢复供电的速度。 该方法通过减小模块化多电平换流器的桥臂电流而使其闭锁或通过使桥臂电流不流过模 块化多电平换流器的绝缘栅双极晶体管且同时使其不发出开断模块化多电平换流器的交 流断路器的指令，W此方式使得在直流故障时交流断路器不开断，从而可在故障清除后可 实现快速恢复供电。
[0045] 具体来说，图1给出了MMC直流故障时的等值电路，其中lac、Vac分别为A相的交流 电流和交流电压，Ip和In分别为A相上桥臂和下桥臂的电流，L0为桥臂电感，Ldc为直流断路 器的限流电感，Idc为直流电流。记lac和化C的瞬时值为：
[0046] Iac = Imcos( ω t+白 i) (1)
[0047] 化c = Vmcos( ω t+目V) (2)
[004引其中Im和Vm分别为lac和Vac的最大值，ω为角频率，目i和θν分别为lac和Vac的相 角。其中Vm可进一步表述为：
[0049] Vm=MVdc/2 (3)
[0050] 式(3)中，Μ为调制比，其典型值为0.9。由公式(1)-(3)可得交流侧有功功率为：
[0化 1 ]
(4)
[0化2] 直流功率表达式为：
[0053] Pdc = VdcIdc (5)
[0054] 式(4)与(5)的值相等，可得
[0化5]
(6)
[0056]假设MMC的环流被充分抑制，上、下桥臂电流的表达式为：
[0化9]其中iz'at为桥臂电流的交流分量，为桥臂电流的直流分量。
[0060]将(1)、（6)代入(7)和(8)可得
[0063] 取典型值M = 0.9,目v =目V，式(9)-(10)可进一步简化为：
[0066] 由式（11)-(12)可得，MMC桥臂电流中，交流分量的峰值约为直流分量峰值的2.22 倍。发生直流故障时，只要匪C不处于闭锁状态，匪C可W控制其交流侧电流至指令值，而直 流电流将主要由直流断路器的限流电感限制。为了防止MMC的IGBT(绝缘栅双极晶体管)不 因过电流烧毁，需要减小流经IGBT的电流(即减小桥臂电流或使桥臂电流不流过IGBT)。
[0067] 按照本发明一个实施例所构建的一种多端柔性直流输电系统的直流故障控制方 法，其通过增大直流电感值从而减小桥臂电流的直流分量，即减小桥臂电流，使得可w减小 直流故障时直流电流上升率，防止MMC闭锁，
[0068]本实施例中，具体确定直流限流电感值，可通过如下过程进行。记直流线路极对地 电压的额定值为Vd。。，直流线路额定直流电流为Id。。，混合式直流断路器机械开关的动作时 间为Tcb，若要在直流断路器隔离直流故障期间将直流电流限制在KildcnW内，其中Κι为过电 流倍数，则直流断路器限流电感Ldc的求取方法推导如下：
[00例假定直流故障期间，直流断路器的直流电压维持在Vdcn，Tcb时间内，直流电流的上 升量为：
[0070]
社巧
[OOW 欲使IdG小于KlIdGn，则有
[0072] (idcn+AIdcXKlIdcn (14)
[0073] 将(13)代入(14)可得
[0074]
(15)
[0075] 式（15)为直流限流电感的初步设计公式，实际使用时可在式（15)的基础上，适当 增加或减小所设计的电感值，通过仿真验证最终确定电感值。
[0076] 本发明的另一实施例中，通过直流故障期间将MMC的交流电流指令值置零从而减 小交流分量，降低桥臂电流，进而可防止MMC闭锁，并在故障清除后重新恢复MMC交流电流值 至额定指令值。
[0077] 在另一个实施例中，通过直流故障期间短期闭锁MMC但不开断MMC的交流断路器从 而提高故障清除后恢复供电的速度。即检测到直流故障后短时闭锁MMC的IGBT，但不给MMC 的交流断路器发开断指令，使得电流不流过IGBT，待故障清除后重新解锁MMC的IGBT。
[0078] 短时间可W是监测到直流故障到直流故障被直流断路器完全隔离所持续的时间， 实际使用设定闭锁的时间可在此时间基础上进一步考虑一定的裕度。
[0079] 按照本发明的另一实施例，提供一种直流故障判断方法，用于实现对基于模块化 多电平换流器的直流输电系统中的直流故障进行快速判断，W便于及时清除故障并快速恢 复供电。例如在本发明上述进行减小交流电流W及闭锁IGBT的实施例中，一般优选需要进 行快速判断直流故障。
[0080] 图3示例了对图2所示的800km直流输电线路，开关Kf It在0.2s合闽时(模拟故障发 生），各量测点的直流电压波形，可知，由于故障W电磁波的形式传播，电压Vdc4将先下降， 其次是Vdc3,其次是Vdc2,依次后推，尽管各直流电压均有下降，但从图3无法看出VdcO~ Vdc4的明显区别。图4为在各段直流线路首端装设了直流电感后的测试电路，图5为开关 Kf It在0.2s合闽的各量测点电压波形，可知，在故障传播至量测点时，Vdc4和Vdc3会急剧下 降，而Vdc2、Vdcl及VdcO下降均比较缓慢（即下降斜率较小），可W看出，直流电感可W平滑 直流故障发生时，直流电压的下降速率。可W看出，通过电压突变率是可W判断直流线路是 否发生直流故障。
[0081] 具体来说，即在直流电压突变率超过设定阔值，即认为发生直流故障。其中电压突 变率监测环节的原理为将直流电压值及经过一阶滞后环节滤波的直流电压值做差，将差值 除W-节滤波环节的时间常数即得到直流电压突变率。图6为电压突变率产生环节，其中 Vdc为电感靠近线路侧的直流电压，S为直流电压突变率，Tfil为滤波时间常数。
[0082] 用于进行突变率比较的阔值应该能明显区分输电线路内部直流故障和输电线路 外部直流故障。一个优选实施例中，阔值通过如下方式确定，即在输电线路内部与输电线路 外部分别施加直流故障，阔值需低于输电线路发生直流故障得到的电压突变率的最低值， 并且高于输电线路外部发生直流故障时监测到的电压突变率最高值。
[0083] 实际上，上述各实施例中，为达到更好的技术效果，相应技术手段是可W相互组合 或相互配合，例如通过增大直流断路器限流电感的电感值的同时，还可W同时采取直流故 障期间在直流断路器动作时间内将模块化多电平换流器的交流电流指令值置零。在采取直 流故障期间在直流断路器动作时间内将模块化多电平换流器的交流电流指令值置零的方 式时，同时增大线路中直流断路器限流电感的电感值。也可W在采取直流故障期间短时间 闭锁模块化多电平换流器但不发出开断交流断路器的指令的技术手段时，在直流断路器动 作时间内将模块化多电平换流器的交流电流指令值置零，和/或增大直流断路器限流电感 的电感值W减小桥臂电流的直流分量。相应地，为更好地恢复供电，优选上述各实施例中对 于直流故障的检测或判断采用本发明实施例的直流故障快速判别方法，从而使得直流断路 器能快速监测到直流故障进而缩短隔离直流故障的总时间。
[0084] 当然，上述各实施例中，还可W保持在线路两端额外串联一定的直流电感。如图7， 图7的实施例给出了一种兼具了提高直流故障判断速度和防止MMC闭锁的多端柔性直流系 统综合保护方法，其原理为当直流断路器的直流限流电感数值不够时，在线路两端额外串 联一定的直流电感，通过两侧直流限流电感靠近线路侧的直流电压的突变率是否超标判断 直流线路是否发生直流故障，同时利用直流断路器的电感W及额外增加的直流电感限制故 障发生时的故障电流。
[0085] 本领域的技术人员容易理解，W上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用W 限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含 在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种多端柔性直流输电系统的直流故障控制方法，用于对基于模块化多电平换流器 的直流输电系统中的直流故障进行处理，以提高其在故障清除后恢复供电的速度，其特征 在于，该方法包括减小直流故障期间模块化多电平换流器的桥臂电流，使得模块化多电平 换流器故障期间不闭锁;或者直流故障期间短时闭锁模块化多电平换流器但不开断交流断 路器，待直流故障清除后解锁模块化多电平换流器；以此方式避免开断交流断路器而带来 的时间延迟，从而实现在故障清除后可以快速恢复供电。2. 根据权利要求1所述的一种多端柔性直流输电系统的直流故障控制方法，其中，所述 减小模块化多电平换流器的桥臂电流包括减小桥臂电流的直流分量和/或减小桥臂电流的 交流分量。3. 根据权利要求2所述的一种多端柔性直流输电系统的直流故障控制方法，其中，所述 减小桥臂电流的直流分量通过增大直流断路器限流电感的电感值实现。4. 根据权利要求2或3所述的一种多端柔性直流输电系统的直流故障控制方法，其中， 所述减小桥臂电流的交流分量通过在发生直流故障时在直流断路器动作时间内将模块化 多电平换流器的交流电流指令值置零实现。5. 根据权利要求1-4中任一项所述的一种多端柔性直流输电系统的直流故障控制方 法，其中，还可以在直流输电线路两端额外串联直流电感。6. -种多端柔性直流输电系统的直流故障控制方法，用于对基于模块化多电平换流器 的直流输电系统中的直流故障进行处理，以提高其在故障清除后恢复供电的速度，其特征 在于，该方法包括增大直流断路器限流电感的电感值以减小模块化多电平换流器的桥臂电 流的直流分量，从而减小直流故障电流的上升速率，进而减小直流断路器开断故障线路期 间直流故障电流增加的值，以此方式使得模块化多电平换流器不闭锁，从而提升故障清除 后恢复供电的速度。7. 根据权利要求6所述的一种多端柔性直流输电系统的直流故障控制方法，其中，还可 以在直流输电线路两端额外串联直流电感。8. 根据权利要求6或7所述的一种多端柔性直流输电系统的直流故障控制方法，其中， 同时还可以在直流故障期间在直流断路器动作时间内将模块化多电平换流器的交流电流 指令值置零。9. 一种多端柔性直流输电系统的直流故障控制方法，用于对基于模块化多电平换流器 的直流输电系统中的直流故障进行处理，以提高其在故障清除后恢复供电的速度，其特征 在于，该方法包括发生直流故障期间在直流断路器动作时间内将模块化多电平换流器的交 流电流指令值置零，从而降低模块化多电平换流器的桥臂电流，以此方式使得模块化多电 平换流器不闭锁，从而提升故障清除后恢复供电的速度。10. 根据权利要求9所述的一种多端柔性直流输电系统的直流故障控制方法，其中，在 故障清除后，重新恢复模块化多电平换流器的交流电流值至额定指令值，以实现正常供电。11. 根据权利要求9或10所述的一种多端柔性直流输电系统的直流故障控制方法，其 中，还可以同时增大直流断路器限流电感的电感值以减小桥臂电流的直流分量。12. 根据权利要求9-11中任一项所述的一种多端柔性直流输电系统的直流故障控制方 法，其中，还可以在直流输电线路两端额外串联直流电感。13. 根据权利要求9-12中任一项所述的一种多端柔性直流输电系统的直流故障控制方 法，其中，所述直流故障通过监测直流断路器靠近线路侧的直流电压的突变率进行快速判 断，即在突变率超过阈值时判断该直流线路内部发生了直流故障，其中，将当前直流电压值 与经过一阶滞后环节滤波的直流电压值做差，并将差值除以一阶滞后环节的时间常数即得 到所述突变率。14. 一种多端柔性直流输电系统的直流故障控制方法，用于对基于模块化多电平换流 器的直流输电系统中的直流故障进行处理，以提高其在故障清除后恢复供电的速度，其特 征在于，在发生直流故障时短时间闭锁模块化多电平换流器，但不发出开断交流断路器的 指令，使得电流不流过模块化多电平换流器的绝缘栅双极晶体管，从而提升故障清除后恢 复供电的速度。15. 根据权利要求14所述的一种多端柔性直流输电系统的直流故障控制方法，其中，在 故障清除后重新解锁模块化多电平换流器，以实现快速恢复供电。16. 根据权利要求14或15所述的一种多端柔性直流输电系统的直流故障控制方法，其 中，所述闭锁模块化多电平换流器是闭锁其绝缘栅双极晶体管。17. 根据权利要求14-16中任一项所述的一种多端柔性直流输电系统的直流故障控制 方法，其中，还可以同时增大直流断路器限流电感的电感值以减小桥臂电流的直流分量。18. 根据权利要求14-17中任一项所述的一种多端柔性直流输电系统的直流故障控制 方法，其中，还可以直流故障期间在直流断路器动作时间内将模块化多电平换流器的交流 电流指令值置零。19. 根据权利要求14-18中任一项所述的一种多端柔性直流输电系统的直流故障控制 方法，其中，还可以在直流输电线路两端额外串联直流电感。20. 根据权利要求14-19中任一项所述的一种多端柔性直流输电系统的直流故障控制 方法，其中，所述直流故障通过监测直流断路器靠近线路侧的直流电压的突变率进行快速 判断，即突变率超过阈值时判断该直流线路内部发生直流故障，其中，将当前直流电压值与 经过一阶滞后环节滤波的直流电压值做差，并将差值除以一阶滞后环节的时间常数即得到 所述突变率。21. -种多端柔性直流输电系统的直流故障的快速判断方法，其用于实现对基于模块 化多电平换流器的直流输电系统中的直流故障进行快速判断，以便于及时清除故障并快速 恢复供电，其特征在于，该方法包括监测直流断路器靠近线路侧的直流电压的突变率，并在 突变率超过阈值时判断该直流线路内部发生了直流故障，其中，将当前直流电压值与经过 一阶滞后环节滤波的直流电压值做差，并将差值除以一阶滞后环节的时间常数即得到所述 突变率。22. 根据权利要求21所述的一种多端柔性直流输电系统的直流故障的快速判断方法， 其中，所述阈值应满足能区分输电线路内部直流故障和输电线路外部直流故障。
【专利摘要】本发明公开了种多端柔性直流输电系统的直流故障控制方法，其通过增大直流电感值从而减小直流故障时直流电流上升率，防止MMC闭锁，或者直流故障期间将MMC的交流电流指令值置零从而降低桥臂电流防止MMC闭锁；或者直流故障期间短期闭锁MMC但不开断MMC的交流断路器从而提高故障清除后恢复供电的速度；本发明还公开了一种多端柔性直流输电系统直流故障判断方法，通过量测直流电感线路侧直流电压突变率，在突变率的绝对值超过一定阈值时即判断发生了直流故障。本发明可防止直流故障时开断MMC的交流断路器，大大提高采用架空线路的MMC在直流故障清除后恢复供电的速度，同时可对直流故障作出快速准确的判断，便于及时进行故障处理和控制，从而减小MMC承受过电流的风险。
【IPC分类】H02H9/02, H02H7/26, G01R31/00
【公开号】CN105490258
【申请号】CN201510967851
【发明人】蒋霖, 胡济州, 程杰, 陶芬, 文劲宇, 谢竹君, 张峻榤
【申请人】国网湖北省电力公司, 湖北省电力勘测设计院, 华中科技大学
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2015年12月21日
最新回复(0)