團隊介紹

南京南瑞繼保電氣有限公司：主要從事電網(wǎng)、電廠和各類工礦企業(yè)的電力保護控制及智能電力裝備的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化，是國家能源局“國家能源電力控制保護技術(shù)研發(fā)（實驗）中心”的依托單位，是國家重點高新技術(shù)企業(yè)和國家規(guī)劃布局內(nèi)的重點軟件企業(yè)。

唐俊，工程師，研究方向為直流輸電系統(tǒng)的控制與保護。

趙文強，高級工程師，研究方向為直流輸電系統(tǒng)的控制與保護。

呂彥北，工程師，研究方向為直流輸電系統(tǒng)的控制與保護。

姜崇學(xué)，高級工程師，研究方向為柔性直流輸電系統(tǒng)的控制與保護。

鄒強，高級工程師，研究方向為直流/柔性直流輸電系統(tǒng)的控制與保護。

研究背景

現(xiàn)有直流輸電系統(tǒng)發(fā)生雙極換相失敗時，極易引發(fā)交流系統(tǒng)振蕩，從而導(dǎo)致多回直流同時換相失敗，造成事故擴大化。為解決上述問題，出現(xiàn)了圖1所示混合級聯(lián)直流輸電系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。該拓?fù)淅肰SC換流器無換相失敗的特性，在交流系統(tǒng)故障時起到電壓和無功支撐作用，從很大程度上緩解了常規(guī)直流系統(tǒng)換相失敗問題。

在工程上，這種新型混合級聯(lián)特高壓直流系統(tǒng)的控制保護策略可以很大程度借鑒現(xiàn)有特高壓直流輸電系統(tǒng)的成熟方案，但其諸多特殊性和不適用性也應(yīng)充分研究改進。

圖1 混合級聯(lián)特高壓直流輸電系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

論文所解決的問題及意義

混合級聯(lián)特高壓直流輸電系統(tǒng)中，逆變站LCC換流器發(fā)生接地故障時，在VSC換流器的作用下，可能導(dǎo)致LCC換流器旁通對過負(fù)荷保護誤動。

此外，為防止極母線或直流線路故障時，VSC換流器通過高端LCC換流器的BPS開關(guān)形成短路回路，引起VSC換流器過流，故在執(zhí)行極閉鎖時，逆變站LCC換流器不能像常規(guī)特高壓工程一樣，在投入旁通對的同時合BPS。站間通信中斷時，這將導(dǎo)致LCC換流器旁通對持續(xù)流過電流，影響其使用壽命。

基于以上問題，研究適用于混合級聯(lián)特高壓直流輸電系統(tǒng)的旁通對過負(fù)荷保護原理及相關(guān)閉鎖策略，對提高混合級聯(lián)特高壓直流輸電系統(tǒng)可靠性具有很大意義。

論文方法及創(chuàng)新點

1 故障回路分析及保護判據(jù)優(yōu)化

本文分析了混合級聯(lián)直流輸電系統(tǒng)在逆變站高端LCC換流器的低壓側(cè)（F1點）發(fā)生接地故障時的故障回路。由于低端VSC換流器中反并聯(lián)二極管的存在，會形成圖1中所示4個電流回路，產(chǎn)生負(fù)向的IDC1N電流，沿用現(xiàn)有特高壓直流系統(tǒng)的保護判據(jù)，會造成逆變站高端LCC換流器的旁通對過負(fù)荷保護誤動。

圖2 F1點永久故障時電流回路示意圖

基于以上故障電流回路分析，提出同時采用LCC換流器高、低壓側(cè)電流實測值的旁通對過負(fù)荷保護判據(jù)，有效解決了保護誤動問題。

2 閉鎖時序優(yōu)化及保護定值整定

如圖3所示，逆變站F2點發(fā)生接地故障，站間通信中斷時，整流站無法在逆變站執(zhí)行閉鎖時配合移相，導(dǎo)致逆變站高端LCC換流器投入旁通對后持續(xù)有較大的電流流過，旁通對過負(fù)荷保護動作。

圖3 F2點故障示意圖

考慮混合級聯(lián)直流系統(tǒng)特點，在VSC換流器閉鎖、換流變交流開關(guān)跳開后，倒灌回路的電源即被切斷，故此時LCC換流器可以投入BPS，對旁通對起到分流作用。優(yōu)化后的逆變站極閉鎖邏輯流程圖如圖4所示。

圖4 優(yōu)化后的逆變站極閉鎖邏輯

考慮保護動作后，低端VSC收到閉鎖命令并發(fā)出跳交流開關(guān)的延時，以及低端換流變開關(guān)全部跳開的時間，可以在執(zhí)行整極閉鎖50~70ms后開放高端LCC換流器合BPS，故旁通對過負(fù)荷保護的時間定值可在常規(guī)特高壓工程150ms的基礎(chǔ)上增加50~70ms，即按200~220ms考慮。

結(jié)論

本文詳細(xì)分析了混合級聯(lián)特高壓直流系統(tǒng)中旁通對過負(fù)荷保護的誤動問題，提出了采用換流器高低壓側(cè)實測電流的保護判據(jù)。對于站間通信中斷時逆變站保護動作的問題，優(yōu)化了LCC換流器合BPS的邏輯，并在此基礎(chǔ)上配合調(diào)整了保護定值。

通過理論分析和RTDS仿真試驗證明，優(yōu)化后的保護整體方案可以有效解決保護誤動問題，而對于旁通對異常運行情況，仍具備與以往判據(jù)相同的靈敏度。本方案提高了系統(tǒng)整體的可靠性，具有工程應(yīng)用價值。

圖5 本方案應(yīng)用于±800kV白鶴灘-江蘇混合級聯(lián)特高壓直流控制保護系統(tǒng)

引用本文

唐俊, 趙文強, 呂彥北, 姜崇學(xué), 鄒強. 混合級聯(lián)特高壓直流輸電系統(tǒng)旁通對過負(fù)荷保護優(yōu)化[J]. 電氣技術(shù), 2022, 23(1): 84-88. TANG Jun, ZHAO Wenqiang, Lü Yanbei, JIANG Chongxue, ZOU Qiang. Optimization of bypass pair overload protection in hybrid cascade UHVDC transmission system. Electrical Engineering, 2022, 23(1): 84-88.