[0001] 本发明属于柔性直流阀区保护技术领域，涉及一种柔性直流阀区短路保护方法和系统。

[0002]

[0003] 随着新型电力系统建设的持续推进，柔性直流输电技术在大规模清洁能源、跨区域大容量传输，电网柔性分区，深远海上风电高效送出，海量分布式新能源消纳和直流负荷接入等领域迎来新的发展机遇。在大规模清洁能源经济高效送出和柔性互联方面，柔性直流输电以其快速控制的调节性能、大容量远距离送电等优点。随着电力电子器件和控制技术的发展及进步，在高压大容量直流输电领域模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter，MMC)得到广泛应用。而IGBT、IEGT作为组成模块化多电平换流器的核心电力电子器件，其电流过载能力均较弱，一般只有可以承受几十甚至几个μs的短路过载能力。虽然IGBT、IEGT等功率器件的驱动电路通常具有一定的短路保护能力，但其短路电流保护值均在IGBT、IEGT等功率器件的退饱和区，此时的桥臂电流远大于IGBT、IEGT等功率器件的额定电流，往往能达到其额定电流的4～5倍，甚至更高。当桥臂电流超过系统运行的额定电流，但尚未达到IGBT、IEGT等功率器件驱动保护电路设定的短路电流保护值时，IGBT、IEGT等功率器件将会过载运行，长期运行于这种工况下，会导致IGBT、IEGT等功率器件热量积聚，加速老化等隐患，甚至造成损坏。因此，及时快速地触发柔性直流换流器阀区的短路保护对保证换流器的安全运行来说意义重大。

[0004] 然而，目前，柔性直流换流器的阀区短路保护通常采用有效值作为判据，当换流器的桥臂电流的有效值大于设定的保护定值时，触发短路保护；有效值则通常利用全周傅里叶算法计算，而现有技术所采用的全周傅里叶算法至少需要20ms时间窗的数据才能完成有效值的计算，导致进行动作判定的最短时间为30ms，也即判断是否需要触发短路保护的时间太长，难以及时快速地触发短路保护，因此很难起到保护IGBT、IEGT等功率器件的作用。

[0019] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明了，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。

[0020] 柔性直流阀区短路保护方法实施例

[0021] 本实施例给出了一种柔性直流阀区短路保护方法，该方法具有以下特点：

[0022] 根据换流器正极三相桥臂电流瞬时值之和与负极三相桥臂电流瞬时值之和的差值是否满足大于设定保护定值的条件，对柔性直流阀区进行短路判定，以进行对应的短路保护动作。

[0023] 具体地，如图1所示，在柔性直流换流器阀区设置正负极桥臂电流测点，桥臂电流测点为三相交流测点，测点采用全光式电流互感器或电子式电流互感器，采样频率100kHz，其中，换流器正极三相桥臂电流Ibpx、负极三相桥臂电流Ibnx的采样测点分别布置在换流器正负极线出口处，x＝(a，b，c)表示桥臂电流的三个相别。

[0024] 本方法进行短路判定的方式包括：对换流器正极三相桥臂电流瞬时值之和与负极三相桥臂电流瞬时值之和的差值是否满足大于设定保护定值的条件进行三组并行的判断，若至少有两组所述判断得到的结果为满足，则判定柔性直流阀区出现短路，以进行对应的短路保护动作。进行上述三组并行的判断可提升判断得到的结果的可靠性和准确性，从而提升短路判断的可靠性和准确性，有效避免误判。上述三组并行判断的判据均为：若在设定时间内，换流器正极三相桥臂电流瞬时值之和与负极三相桥臂电流瞬时值之和的差值持续满足大于设定保护定值的条件，则该组判断得到的结果为满足。在采用该判据的情况下，只有在一段时间内持续满足上述条件，才能认为出现短路电流，该措施能够进一步提升判断得到的结果的可靠性和准确性，从而进一步提升短路判断的可靠性和准确性，有效避免突变影响。需要注意的是，上述方式中，换流器正极三相桥臂电流瞬时值、负极三相桥臂电流瞬时值是分别根据对换流器正极三相桥臂电流、负极三相桥臂电流进行采样后再进行低通滤波处理得到的，此处进行低通滤波处理的作用是防抖。

[0025] 本实施例中，设定保护定值取保护动作电流定值和保护制动电流定值中的较大值；也即本方法的三组并行判断中，每组判断均利用换流器正极三相桥臂电流瞬时值之和与负极三相桥臂电流瞬时值之和作差，若在设定时间内，该差值持续大于保护动作电流定值和保护制动电流定值中的较大值，(取较大值的目的为避免保护误动，若满足保护动作电流定值，但不满足保护制动电流定值，说明一次设备应力能够承受，无需保护动作)则该组判断得到的结果即为满足。

[0026] 以在设定时间为三个采样间隔为例，阀区短路保护动作的判据参照下式(1)，若某组则判断满足下式(1)即表明换流器正极三相桥臂电流瞬时值之和与负极三相桥臂电流瞬时值之和的差值连续三个采样间隔均满足保护动作电流定值和保护制动电流定值的较大值，则该组判断得到的结果即为满足。

[0027]

[0028] 式(1)中，k、k‑1和k‑2分别表示当前采样点、前第一个采样点和前第二个采样点的时刻点数据，采样间隔为10μs。Iset是保护动作电流定值；kset*Ires是保护制动电流定值，其中kset是保护制动比例系数，一般在0.3～0.5之间选择。

[0029] 保护制动电流Ires的计算方式如下式(2)。

[0030] Ires＝max[rms(Ibpa+Ibpb+Ibpc),rms(Ibna+Ibnb+Ibnc)]            (2)[0031] 本方法的保护动作判定条件为：根据式(1)判断每一个采样点是否均满足判据，若满足判据，则记录数据；若不满足判据，则不记录。若连续三个采样间隔均满足判据，则判定阀区进行快速保护动作。本实施例中的柔性直流阀区短路保护方法的应用原理如图2所示，具体包括三组相同的柔性直流阀区短路保护模块和一个三取二模块。其中柔性直流阀区短路保护模块包括：电气量信号采集子模块、信号滤波处理子模块、快速保护算法子模块、保护动作出口子模块。其中，电气量信号采集子模块的功能包括：对换流器正极三相桥臂电流、负极三相桥臂电流进行采样(即采集到换流器正极三相桥臂电流瞬时值与负极三相桥臂电流瞬时值)，采样间隔为10μs(即设定时间间隔为10μs)。再通过各电流测点的远端模块通过高速保偏光纤以数字信号形式传输给柔性直流阀区快速保护模块，如图3所示，通信协议可以采用IEEE 802.3 1000Base、Aurora等，传输速率一般不低于1000Mbps。信号滤波处理子模块的功能包括：将采样的换流器正极三相桥臂电流、负极三相桥臂电流进行二阶低通滤波处理，滤波处理过程如图4所示，滤波器通常采用巴特沃斯型二阶低通滤波器。快速保护算法子模块的功能包括：完成式(1)和式(2)的逻辑运算和保护判定，算法执行间隔10μs。保护动作出口子模块的功能包括：接收快速保护算法子模块发出的动作信号，通过高速光口将动作信号送给三取二模块，执行间隔10μs。

[0032] 上述三取二模块的功能为接收所有由柔性直流阀区快速保护模块并行发出的动作信号，若三取二模块同时接收到至少两组柔性直流阀区快速保护模块发出的动作信号，则发出网侧和阀侧断路器跳闸指令，停运柔性直流系统；若三取二模块同时接收到至多一组柔性直流阀区快速保护模块发出的动作信号，则无动作。

[0033] 另外，上述的电气量信号采集模块、信号滤波处理模块、快速保护算法模块、保护动作出口模块模块及模块中的各个子模块可以是一个或多个处理器中的可执行程序实现的虚拟模块，或者，这些模块也可以由各个独立装置实现。

[0034] 柔性直流阀区短路保护系统实施例

[0035] 本实施例给出了一种柔性直流阀区短路保护系统的技术方案，该保护系统包括处理器，该处理器中存有可执行程序指令，该可执行程序指令用于实现如上述的柔性直流阀区的短路保护方法实施例中的柔性直流阀区的短路保护方法。

[0036] 由于本实施例的柔性直流阀区短路保护系统的具体工作方式及工作原理已经在上述的柔性直流阀区的短路保护方法实施例中进行了详细说明，则此处不再赘述。

[0037] 综上所述，本发明通过计算三相桥臂电流瞬时值之和的差值并与设定保护定值作比较的方法进行保护动作判定，将传统柔性直流阀区保护故障识别时间由20ms提升至0.03ms，保护动作时间由30ms缩短至1ms以内，极大提升了柔性直流阀区保护的动作时间，以对阀区短路故障做出及时有效的保护措施，进而极大程度避免了IGBT、IEGT等全控功率器件的损坏，保障柔性直流系统的安全稳定运行。

[0038] 应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。