柔性直流输电系统的桥臂电流过流保护方法和控制系统技术方案

本发明专利技术涉及柔性直流输电系统的桥臂电流过流保护方法和控制系统，对于任意一个桥臂，采集桥臂电流；对桥臂电流进行处理，得到电流有效值和电流瞬时值；当电流有效值大于第一设定阈值，且电流瞬时值大于第二设定阈值时，保护动作。根据电流有效值和瞬时值满足的条件来进行过流判断，当电流有效值和瞬时值均大于对应的设定阈值时，表示桥臂的实际电流出现了过流现象，那么控制保护动作。所以，该保护方法过程简单，所涉及到的判断参量较少，保护可靠性较高，相应地，判断快速有效。在发生故障时，桥臂电流对各子模块的冲击大大减小，快速地保护子模块不受故障电流影响。

【技术实现步骤摘要】
柔性直流输电系统的桥臂电流过流保护方法和控制系统
本专利技术涉及柔性直流输电系统的桥臂电流过流保护方法和控制系统。
技术介绍
相对于传统的柔性直流输电系统(基于IGBT串联技术)，基于模块化多电平换流器(modularmultilevelconverter，MMC)的柔性直流输电系统因其结构简单，易于工程实施等特点在近年来引起了国内外专家学者的广泛关注，如图1所示。该模块化多电平换流器由三相六个桥臂构成，每个桥臂由耦合或者非耦合的电感和若干个完全相同的MMC子模块级联构成。其中，子模块可以是半桥子模块、全桥子模块以及箝位双子模块。就以半桥子模块为例，每个子模块包含两个IGBT，两个反向二极管和一个直流电容。MMC拓扑结构中一个重要的特点是将储能电容放到了串联的子模块当中。这带来了一系列的问题，比如由于桥臂电流的存在，使得各个子模块的电容电压时刻在变化，由于发生桥臂短路时桥臂电流迅速变大，几个毫秒后达到最大，如图2所示。如何快速的检测桥臂过流及对故障清除成为一个技术难点。目前，常规的桥臂过流保护方法过程较为繁琐，过流保护可靠性较低。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种柔性直流输电系统的桥臂电流过流保护方法，用以解决现有的桥臂电流过流保护方式可靠性较低的问题。本专利技术同时提供一种柔性直流输电系统的桥臂电流过流保护控制系统。为实现上述目的，本专利技术的方案包括一种柔性直流输电系统的桥臂电流过流保护方法，包括以下步骤：(1)对于任意一个桥臂，采集桥臂电流；(2)对所述桥臂电流进行处理，得到电流有效值和电流瞬时值；(3)当所述电流有效值大于第一设定阈值，且所述电流瞬时值大于第二设定阈值时，保护动作。将所述桥臂电流进行分解，得到直流分量和交流分量，求取直流分量和交流分量的均方根得到所述电流有效值。所述电流有效值的计算公式为：其中，I有效为所述电流有效值，IAC是交流分量，IDC为直流分量。所述桥臂电流的获取公式为：所述电流瞬时值的计算公式为：其中，Ip为所述桥臂电流，Ip(t)为所述电流瞬时值，IDP为直流母线电流，IVC是阀侧出口电流，a为桥臂电流幅值。所述直流分量的计算公式为：所述交流分量的计算公式为：其中，Ip(t)为电流瞬时值，A为常数。本专利技术的方案还包括一种柔性直流输电系统的桥臂电流过流保护控制系统，包括：采集模块，用于对于任意一个桥臂，采集桥臂电流；计算模块，用于对所述桥臂电流进行处理，得到电流有效值和电流瞬时值；保护动作控制模块，用于当所述电流有效值大于第一设定阈值，且所述电流瞬时值大于第二设定阈值时，保护动作。将所述桥臂电流进行分解，得到直流分量和交流分量，求取直流分量和交流分量的均方根得到所述电流有效值。所述电流有效值的计算公式为：其中，I有效为所述电流有效值，IAC是交流分量，IDC为直流分量。所述桥臂电流的获取公式为：所述电流瞬时值的计算公式为：其中，Ip为所述桥臂电流，Ip(t)为所述电流瞬时值，IDP为直流母线电流，IVC是阀侧出口电流，a为桥臂电流幅值。所述直流分量的计算公式为：所述交流分量的计算公式为：其中，Ip(t)为电流瞬时值，A为常数。本专利技术提供的柔性直流输电系统的桥臂电流过流保护方法中，对采集到的桥臂电流进行处理，得到电流有效值和瞬时值，根据电流有效值和瞬时值满足的条件来进行过流判断，当电流有效值和瞬时值均大于对应的设定阈值时，表示桥臂的实际电流出现了过流现象，那么控制保护动作，保护出口。所以，该保护方法过程简单，所涉及到的判断参量较少，保护可靠性较高，相应地，判断快速有效。在发生故障时，桥臂电流对各子模块的冲击大大减小，快速地保护子模块不受故障电流影响。附图说明图1是MMC基本拓扑结构图；图2是桥臂电流在桥臂短路时的发展趋势示意图；图3是柔性直流输电系统的桥臂电流过流保护方法所适用的拓扑结构示意图；图4是根据交流分量和直流分量计算有效值的方法逻辑示意图；图5是桥臂电流保护出口逻辑图。具体实施方式柔性直流输电系统的桥臂电流过流保护方法实施例如图3所示，是本专利技术提供的柔性直流输电系统的桥臂电流过流保护方法所适用的拓扑结构示意图，该结构只是针对其中一条桥臂而言，因此，该方法本质上适用于图1所示的MMC结构，进一步适用于对称伪双极结构。MMC中的各桥臂上的电流、直流线路上的电流以及上下桥臂电流流向如图1所示。桥臂电流为Ip_j和In_j，其中j＝a，b，c，分别代表abc三相；p表示上桥臂，n表示下桥臂。那么，a相上桥臂的桥臂电流为Ip_a，a相下桥臂的桥臂电流为In_b；b相上桥臂的桥臂电流为Ip_b，b相下桥臂的桥臂电流为In_b；c相上桥臂的桥臂电流为Ip_c，c相下桥臂的桥臂电流为In_c。本专利技术提供的柔性直流输电系统的桥臂电流过流保护方法的第一步就是采集桥臂电流。另外，为了实施该保护方法，输电系统中就要有相应的硬件设备，比如电流检测设备、控制设备以及保护设备。各桥臂上均设置有电流检测设备。由于这些设备属于常规技术，这里就不再对其进行详述。由于各桥臂的过流保护方法的实现过程相同，那么，以下以其中一个桥臂为例进行说明。那么，利用电流检测设备采集该桥臂的桥臂电流。然后，电流检测设备将检测得到的桥臂电流传输到控制设备中，控制设备对桥臂电流进行处理和分析，为：对桥臂电流进行处理，得到电流有效值和电流瞬时值。其中，电流瞬时值可以按照现有中的求取方式进行求取，本实施例给出以下一种实施方式：首先，桥臂电流的获取公式为：然后，根据桥臂电流得到电流瞬时值，计算公式为：其中，Ip为桥臂电流，Ip(t)为电流瞬时值，IDP为直流母线电流，IVC是阀侧出口电流，a为桥臂电流幅值。本实施例给出一种电流有效值的计算方法，具体为：对桥臂电流进行分解处理，得到电流的直流分量和交流分量。并且，利用以下两个计算公式得到电流的直流分量和交流分量。直流分量的计算公式为：交流分量的计算公式为：其中，A为常数，根据实际要求进行设定，比如1488。对一个周期内正弦函数求和，其和为0；对一个直流量一个周期求和为n*A，所以对桥臂电流计算平均值后n*A/n只剩下直流分量，即可以提取其直流分量。这种分解方法快速、简单、有效，无需运用低通滤波等环节。然后，根据直流分量和交流分量计算电流有效值，如图4所示，计算方式为：求取直流分量和交流分量的均方根，得到的均方根值就是电流有效值I有效。计算公式为：其中，IAC是桥臂电流的交流分量，IDC为桥臂电流的直流分量。最后，控制设备根据得到的电流有效值和瞬时值做出保护动作的判断：当电流有效值大于第一设定阈值，且电流瞬时值大于第二设定阈值时，保护动作。其中，第一设定阈值和第二设定阈值均可以根据实际控制需要进行设定。以abc三相的上桥臂为例，保护逻辑判断如图5所示。例如：当Ip_a_有效大于设定阈值Δ1，且Ip_a_瞬时大于设定阈值Δ2，那么，a相上桥臂过流，保护动作。另外，通过降低桥臂电流的采集周期，能够进一步保证后续动作的快速性。柔性直流输电系统的桥臂电流过流保护控制系统实施例本实施例中，控制系统包括三个模块，分别是：采集模块，用于对于任意一个桥臂，采集桥臂电流；计算模块，用于对桥臂电流进行处理，得到电流有效值和电流瞬时值；保护动作控制模块，用于当电流有效值大于第一设定阈值，且电流瞬时值本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种柔性直流输电系统的桥臂电流过流保护方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)对于任意一个桥臂，采集桥臂电流；(2)对所述桥臂电流进行处理，得到电流有效值和电流瞬时值；(3)当所述电流有效值大于第一设定阈值，且所述电流瞬时值大于第二设定阈值时，保护动作。

【技术特征摘要】
1.一种柔性直流输电系统的桥臂电流过流保护方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)对于任意一个桥臂，采集桥臂电流；(2)对所述桥臂电流进行处理，得到电流有效值和电流瞬时值；(3)当所述电流有效值大于第一设定阈值，且所述电流瞬时值大于第二设定阈值时，保护动作。2.根据权利要求1所述的柔性直流输电系统的桥臂电流过流保护方法，其特征在于，将所述桥臂电流进行分解，得到直流分量和交流分量，求取直流分量和交流分量的均方根得到所述电流有效值。3.根据权利要求2所述的柔性直流输电系统的桥臂电流过流保护方法，其特征在于，所述电流有效值的计算公式为：其中，I有效为所述电流有效值，IAC是交流分量，IDC为直流分量。4.根据权利要求2所述的柔性直流输电系统的桥臂电流过流保护方法，其特征在于，所述桥臂电流的获取公式为：所述电流瞬时值的计算公式为：其中，Ip为所述桥臂电流，Ip(t)为所述电流瞬时值，IDP为直流母线电流，IVC是阀侧出口电流，a为桥臂电流幅值。5.根据权利要求2或3或4所述的柔性直流输电系统的桥臂电流过流保护方法，其特征在于，所述直流分量的计算公式为：所述交流分量的计算公式为：其中，Ip(t)为电流瞬时值，A为常数。6.一种柔性直流输电系...

【专利技术属性】
技术研发人员：范雪峰，曹森，郝俊芳，黄金海，吴庆范，付艳，王瑶，
申请(专利权)人：许继集团有限公司，许继电气股份有限公司，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：河南,41