一種典型多端柔性直流配電系統(tǒng)的保護配置方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)繼電保護和安全控制技術領域，特別設及一種基于Mcxlular Multi-levelConverter,模塊化多電平換流器的典型多端柔性直流配電系統(tǒng)的保護配置 方法。
【背景技術】
[0002] 隨著城市負荷的復雜化和分布式電源接入率的快速增加，傳統(tǒng)交流配電網(wǎng)在滿足 供電可靠性、電能質(zhì)量、輸送容量上面臨越來越大的困難。在用電密集的城市電網(wǎng)中采用 MMC技術，可利用它的快速可控性解決城市供電中存在的供電困難、運行成本高W及潮流難 W控制的問題，維持城市電網(wǎng)的安全、可靠、經(jīng)濟運行。發(fā)展直流配電系統(tǒng)還可W利用其良 好的兼容性將分布式新能源與儲能設備接入，減少迅速發(fā)展的新能源發(fā)電設備、儲能設備、 電動汽車充電站和大量的直流負荷接入電網(wǎng)的中間環(huán)節(jié)。運種方式可W降低上述設備和負 荷的接入成本，提高功率轉換效率和電能質(zhì)量，促進能源的合理有效經(jīng)濟利用，充分發(fā)揮分 布式能源的價值和效益。隨著新能源發(fā)電滲透率的日漸提升，直流配電在未來電網(wǎng)中將發(fā) 揮越來越重要的作用。
[0003] 目前直流配電技術的應用主要局限于艦船系統(tǒng)、商業(yè)和樓宇辦公系統(tǒng)、數(shù)據(jù)中屯、、 電信系統(tǒng)及鐵路牽引系統(tǒng)等方面。將直流配電技術應用于城市電網(wǎng)建設是近年來研究的新 趨勢。利用直流配電系統(tǒng)實現(xiàn)城市供電中分布式電源與大電網(wǎng)的協(xié)調(diào)運行，提高新能源電 源的接入率與可靠性在技術上還有很多需要進一步研究的地方。
[0004] 常規(guī)直流及柔性直流的輸電技術，國內(nèi)外學者做了大量研究，并取得了一系列成 果。但對于柔性直流配電技術的研究均處于起步階段，還需要大量的理論研究與工程驗證。 目前亟需解決的技術問題主要包括，柔性直流配電系統(tǒng)分析技術、柔性直流配電控制及保 護策略、交直流配電網(wǎng)并聯(lián)運行技術、柔性直流配電網(wǎng)可靠性分析技術、柔性直流配電過電 壓與絕緣配合技術等。
[0005] 多端柔性直流配電系統(tǒng)的保護策略國內(nèi)外已有部分研究，但國內(nèi)還沒有工程應 用，然而國內(nèi)的多端柔性直流輸電工程已有較多的工程應用，如舟山多端柔性直流輸電工 程、南澳多端柔性直流輸電工程、上海南匯柔性直流輸電示范工程、葛-南柔性直流輸電工 程、常柔性直流輸電工程等。雖然柔性直流輸電系統(tǒng)的保護策略已經(jīng)相對較成熟，柔 性直流輸電與配電系統(tǒng)的保護策略又有很多相似之處，但柔性直流配電系統(tǒng)獨特的電氣特 性，如負荷接入較多、配電線路多且復雜、電能質(zhì)量要求高、潮流翻轉快等特點，均需我們研 究針對運些特點保護的配置策略。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006] 為了解決多端柔性直流配電工程中沒有具體的保護配置方案的技術問題，本發(fā)明 公開了一種典型多端柔性直流配電系統(tǒng)的保護配置方法，該方法可W在柔性直流配電系統(tǒng) 發(fā)生各種類型的交直流故障時，實現(xiàn)故障的迅速判別與隔離，保證設備安全和系統(tǒng)穩(wěn)定運 行。
[0007] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下具體方案：
[0008] -種典型多端柔性直流配電系統(tǒng)的保護配置方法，其特征在于，所述保護配置方 法包括W下步驟：
[0009] (1)將典型多端柔性直流配電系統(tǒng)劃分為四類保護區(qū)，即交流系統(tǒng)保護區(qū)、主換流 器保護區(qū)、直流線路保護區(qū)和接入換流器保護區(qū)；
[0010] (2)對每類保護區(qū)配置對應的保護方案，在交流系統(tǒng)保護區(qū)配置的保護有聯(lián)接變 壓器過流保護、交流過電壓保護、交流低電壓保護、交流連接母線接地保護；主換流器保護 區(qū)配置的保護有橋臂過流保護、橋臂差動保護、閥直流過流保護、橋臂電抗器差動保護；直 流線路保護區(qū)配置的保護有直流電壓不平衡保護、直流線路斷線保護、直流低電壓過電流 保護、直流線路差動保護、直流母線差動保護W及直流線路過電流保護；接入換流器保護區(qū) 配置的保護有交流過電流保護、直流過電流保護、換流器差動保護；
[0011] (3)將相鄰的交流系統(tǒng)保護區(qū)、主換流器保護區(qū)內(nèi)所配的保護集中到一臺保護裝 置內(nèi)；每一條或每兩條直流線路所屬的直流線路保護區(qū)與'T'接至該一條或兩條直流線路 上的接入換流器所屬接入換流器保護區(qū)所配的保護集中到一臺保護裝置內(nèi)。
[0012] 本發(fā)明進一步包括W下優(yōu)選方案：
[0013] 在步驟（1)中，交流系統(tǒng)保護區(qū)包括聯(lián)接變壓器、交流聯(lián)接母線；
[0014] 每一臺模塊化多電平換流器MMC作為一個獨立的主換流器保護區(qū)，主換流器保護 區(qū)包括橋臂電抗器、閥組模塊、直流電抗器；
[0015] 每條直流線路劃分成一個獨立的直流線路保護區(qū)，直流線路保護區(qū)包括正負極直 流線路、直流開關設備；
[0016] 每一臺與直流線路"T"接的接入換流器劃分為一個獨立的接入換流器保護區(qū)，接 入換流器保護區(qū)包括接入換流器本體、兩端高電壓母線及開關設備。
[0017] 每類保護區(qū)配置的保護方案都能夠覆蓋所屬保護區(qū)域內(nèi)所有設備的故障；其中， 每一直流線路保護區(qū)所配置的直流電壓不平衡保護、直流低電壓過電流保護、直流線路過 電流保護不僅能反映本段線路的故障，也能反映相鄰線路的故障。
[0018] 本發(fā)明提出的基于典型多端柔性直流配電系統(tǒng)的保護配置方法，其優(yōu)點是：參考 電氣設備的安裝位置及使用功能，提出了一種適用于柔性直流配電系統(tǒng)的保護區(qū)域劃分方 案，運種劃分方法簡潔明了有利于保護算法的集中管理和保護裝置數(shù)目的確定。根據(jù)每個 保護區(qū)域的電氣特性和直流配電系統(tǒng)的故障特點配置保護方案，該方案能夠迅速開斷并隔 離故障有效限制故障的蔓延，確保電氣設備尤其是價格昂貴的直流設備的安全。運種保護 配置方法符合柔性直流配電網(wǎng)絡的運行特點及故障特性，可W實現(xiàn)全區(qū)域的電氣設備的可 靠保護。
【附圖說明】
[0019] 圖1是典型多端柔性直流配電系統(tǒng)一次拓撲及保護區(qū)域劃分示意圖，系統(tǒng)中有6 個換流器，是六端直流配電系統(tǒng)。
【具體實施方式】：
[0020] 下面通過實施例并結合說明書附圖對本發(fā)明的技術方案作進一步詳細說明。
[0021] 本申請W附圖1所示的典型的六端柔性直流配電系統(tǒng)作為實施例。其中電壓源 型換流器VSC1、VSC2是連接交流和直流系統(tǒng)的主換流器，采用的是模塊化多電平換流器； VSC3、UVSC為兩電平換流器將交流微電網(wǎng)、交流負荷'r接至直流線路；DCSST、UDCSST是 直流變壓器將直流微電網(wǎng)、直流負荷T接至直流線路；連接變壓器T1、T2采用Y/A聯(lián)接方 式、變比llOkV/lOkV，閥側中性點經(jīng)高電阻接地；直流線路Ll~L5采用電纜的輸送形式。
[0022] 本申請公開的一種多端柔性直流配電系統(tǒng)的保護配置方法包括W下步驟：
[0023] 步驟1 :將柔性直流配電系統(tǒng)劃分為四類保護區(qū)域，即交流系統(tǒng)保護區(qū)、主換流器 保護區(qū)、直流線路保護區(qū)和接入換流器保護區(qū)；保護區(qū)域的劃分是按照交直流系統(tǒng)分開，不 同功能、不同電氣單元的設備分開的劃分原則。將具有相同故障電氣特性的設備劃分到一 類保護區(qū)內(nèi)，保護分區(qū)盡量具有可復制性，便于保護方案的配置和集中管理。
[0024] 保護區(qū)域的劃分情況如圖1所示，保護區(qū)域劃分如下：
[0025] 保護區(qū)1、保護區(qū)13為所連接交流系統(tǒng)保護區(qū)域，包括聯(lián)接變壓器、變壓器閥側出 線至VSCl、VSC2換流器橋臂電抗器網(wǎng)側接線區(qū)域；
[0026] 保護區(qū)2、保護區(qū)12為主換流器保護區(qū)域，包括VSC1、VSC2換流器橋臂電抗器網(wǎng) 側至換流器直流區(qū)域；
[0027] 保護區(qū)3、保護區(qū)5、保護區(qū)7、保護區(qū)9及保護區(qū)11分別為直流線路Ll~L5保護 區(qū)域，每個保護區(qū)域包括直流線路本體和兩側的開關設備；
[0028] 保護區(qū)4、保護區(qū)6、保護區(qū)8和保護區(qū)10是接入換流器保護區(qū)，每個保護區(qū)域包 括換流器本體及其兩端的高低壓直流母線。
[0029] 步驟2 :根據(jù)每類保護區(qū)的故障特點，為步驟1中每個保護區(qū)域