一种海上风电柔性直流送出系统变压器保护出口方法

技术领域

本申请涉及柔性直流输电技术领域，尤其涉及一种海上风电柔性直流送出系统变压器保护出口方法。

背景技术

柔性直流输电技术（voltage source converter based high-voltage directcurrent，VSC-HVDC）能够对风电场输出功率进行快速灵活的控制，并且可以独立控制风电场并网点的母线电压和频率，以及实现有功功率和无功功率的解耦控制，随着海上风电装机容量的增加，运用柔性直流方式接入风电场功率，并输送至陆上电网，将具有良好的应用前景。

目前，国内已投运的柔性直流工程，换流站均建设在陆地上，在交流侧一般配置一台三相三绕组联接变压器或三台单相三绕组联接变压器。但是对于在柔性直流输电工程中，特别是海上风电柔直送出的特殊使用条件下，变压器造价在整个工程造价中占的比重相对较小，应更多地关注运输条件、占地、可靠性和可用率。由于陆上换流站有较好的运输条件和检修条件，且对紧凑化要求较低，因此陆上换流站一般采用三台单相双绕组（或三绕组）联接变压器，另设一台单相变压器备用。但是在海上换流站，考虑海上检修维护不便，并为了尽量降低设备总体积以减少海上换流站的占地和造价，并提高运行期间可靠性和故障期间的可用率，需要提出新型的变压器配置方案和保护出口方法，维持变压器本身故障下系统的安全稳定运行。

发明内容

本申请提供了一种海上风电柔性直流送出系统变压器保护出口方法，提供新的变压器配置方案和保护出口方法，用以维持变压器本身故障下系统的安全稳定运行。

有鉴于此，本申请提供了一种海上风电柔性直流送出系统变压器保护出口方法，应用于包括海上风电场、第一变压器、第二变压器、交流断路器、海上柔性直流换流器、直流海底电缆和与门电路的海上换流站柔性直流输电系统；

第一变压器和第二变压器均采用三相三绕组联接变压器；

第一变压器和第二变压器并联，第一变压器和第二变压器的网侧和阀侧均连接有交流断路器，第一变压器和第二变压器的网侧交流断路器与海上风电场连接，第一变压器和第二变压器的阀侧交流断路器与海上柔性直流换流器连接；

海上柔性直流换流器的输出端与连接陆上柔性直流换流器的直流海底电缆连接；

与门电路的一个输入端与第一变压器的保护装置连接，另一个输入端与第二变压器的保护装置连接，输出端与海上柔性直流换流器连接；

第一变压器保护动作时，发出跳两侧交流断路器指令，直接跳开两侧交流断路器；

第二变压器保护动作时，发出跳两侧交流断路器指令，直接跳开两侧交流断路器；

第一变压器保护动作时，发出闭锁海上柔性直流换流器指令，闭锁柔性直流换流器指令输入第一信号处理环节；

第二变压器保护动作时，发出闭锁海上柔性直流换流器指令，闭锁柔性直流换流器指令输入第二信号处理环节；

若第一变压器已停运，则第一信号处理环节直接输出闭锁信号；

若第一变压器之前正常运行，则第一信号处理环节输出第一变压器保护出口信号；

若第二变压器已停运，则第二信号处理环节直接输出闭锁信号；

若第二变压器之前正常运行，则第二信号处理环节输出第二变压器保护出口信号；

第一信号处理环节和第二信号处理环节的输出信号同时输入第三信号处理环节，第三信号处理环节通过与门电路的与逻辑，当输入均为闭锁时，输出闭锁海上柔性直流换流器的指令，停运海上柔性直流换流器。

可选地，海上柔性直流换流器采用伪双极接线方式。

从以上技术方案可以看出，本申请实施例具有以下优点：

本申请提供了一种海上风电柔性直流送出系统变压器保护出口方法，当两台并联变压器正常投入运行，若一台变压器出现故障时，保护出口仅跳开故障变压器两侧交流断路器，停运故障变压器，另一台无故障变压器和柔性直流系统仍继续正常运行并输送功率，当一台变压器已停运检修，仅另一台变压器投入运行时，保护出口除跳开在运变压器两侧交流断路器，也将闭锁柔性直流换流器，停运直流系统，保护设备安全。因此，本发明所提供的方法能够根据并联变压器投运状态，自动选择相应的保护出口方式，具有较高的保护选择性和可靠性，提高系统可用率，同时保证了设备安全。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本申请实施例中提供的一种海上风电柔性直流送出系统变压器保护出口方法的结构示意图；

图2为本申请实施例中提供的一种海上风电柔性直流送出系统变压器保护出口方法的工作原理框图；

其中，附图标记为：

1.海上风电场、2.第一交流断路器、3.第二交流断路器、4.第三交流断路器、5.第四交流断路器、6. 第一变压器、7.第二变压器、8.海上柔性直流换流器、9.直流海底电缆、10.与门电路。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

为了便于理解，请参阅图1和图2，本申请提供了一种海上风电柔性直流送出系统变压器保护出口方法的实施例，该方法应用于包括海上风电场1、第一变压器6、第二变压器7、第一交流断路器2、第二交流断路器3、第三交流断路器4、第四交流断路器5、海上柔性直流换流器8、直流海底电缆9和与门电路10的海上换流站柔性直流输电系统中；

第一变压器6和第二变压器7均采用三相三绕组联接变压器；

第一变压器6和第二变压器7并联，第一变压器6网侧连接有交流断路器（第一交流断路器2），阀侧连接有交流断路器（第二交流断路器3），第二变压器7网侧连接有交流断路器（第三交流断路器4），阀侧连接有交流断路器（第四交流断路器5），第一变压器6和第二变压器7的网侧交流断路器（第一交流断路器2和第三交流断路器4）与海上风电场1连接，第一变压器6和第二变压器7的阀侧交流断路器（第二交流断路器3和第四交流断路器5）与海上柔性直流换流器8连接；

海上柔性直流换流器8的输出端与连接陆上柔性直流换流器的直流海底电缆9连接；

与门电路10的一个输入端与第一变压器6的保护装置连接，另一个输入端与第二变压器7的保护装置连接，输出端与海上柔性直流换流器8连接；

第一变压器6保护动作时，发出跳两侧交流断路器（第一交流断路器2和第二交流断路器3）指令，直接跳开两侧交流断路器（第一交流断路器2和第二交流断路器3）；

第二变压器7保护动作时，发出跳两侧交流断路器（第三交流断路器4和第四交流断路器5）指令，直接跳开两侧交流断路器（第三交流断路器4和第四交流断路器5）；

第一变压器6保护动作时，发出闭锁海上柔性直流换流器8指令，闭锁柔性直流换流器8指令输入第一信号处理环节；

第二变压器7保护动作时，发出闭锁海上柔性直流换流器8指令，闭锁柔性直流换流器8指令输入第二信号处理环节；

若第一变压器6已停运，则第一信号处理环节直接输出闭锁信号；

若第一变压器6之前正常运行，则第一信号处理环节输出第一变压器6保护出口信号；

若第二变压器7已停运，则第二信号处理环节直接输出闭锁信号；

若第二变压器7之前正常运行，则第二信号处理环节输出第二变压器7保护出口信号；

第一信号处理环节和第二信号处理环节的输出信号同时输入第三信号处理环节，第三信号处理环节通过与门电路10的与逻辑，当输入均为闭锁时，输出闭锁海上柔性直流换流器8的指令，停运海上柔性直流换流器8。

进一步地，海上柔性直流换流器8采用伪双极接线方式。

需要说明的是，本发明中，海上风电场1与第一变压器6和第二变压器7连接，第一变压器6与第一变压器6的网侧交流断路器（第一交流断路器）和第一变压器6的阀侧交流断路器（第二交流断路器3）连接，第二变压器7与第二变压器7的网侧交流断路器4和第二变压器7的阀侧交流断路器（第四交流断路器5）连接，第一变压器6和第二变压器7并联连接；第一变压器6的阀侧交流断路器（第二交流断路器3）和海上柔性直流换流器8连接；第二变压器7的阀侧交流断路器（第四交流断路器5）与海上柔性直流换流器8连接，海上柔性直流换流器8通过直流海底电缆9将电能输送到陆上柔性直流换流器。

本发明提供的海上风电柔性直流送出系统变压器保护出口方法的工作原理为：

第一变压器保护动作时，发出跳两侧交流断路器指令，跳开两侧交流断路器；第二变压器保护动作时，发出跳两侧交流断路器指令，跳开两侧交流断路器；

若第一变压器之前正常运行，则第一信号处理环节输出第一变压器保护输出信号；若第一变压器已停运检修，则第一信号处理环节直接输出闭锁信号；

第一信号处理环节输出信号包括闭锁柔性直流和不闭锁柔性直流指令。当第一变压器正常运行，保护不动作时，保护输出信号为不闭锁，因此第一信号处理环节输出不闭锁指令。当第一变压器发生故障，保护动作时，保护输出信号为闭锁，因此第一信号处理环节输出闭锁指令。当第一变压器已停运，第一信号处理环节直接输出闭锁指令。

若第二变压器之前正常运行，则第二信号处理环节输出第二变压器保护输出信号；若第二变压器已停运检修，则第二信号处理环节直接输出闭锁海上柔性直流换流器指令；

第二信号处理环节输出信号包括闭锁柔性直流和不闭锁柔性直流指令。当第二变压器正常运行，保护不动作时，保护输出信号为不闭锁，因此第二信号处理环节输出不闭锁指令。当第二变压器发生故障，保护动作时，保护输出信号为闭锁，因此第二信号处理环节输出闭锁指令。当第二变压器已停运，第二信号处理环节直接输出闭锁指令。

第一信号处理环节和所述第二信号处理环节的输出信号同时输入第三信号处理环节；第三信号处理环节采用与逻辑，当输入均为闭锁时，输出闭锁海上柔性直流换流器的指令，停运海上柔性直流换流器。

具体的，如图1所示，本发明提供了一个具体的应用例对本发明的工作原理进行说明：

（1）假设第一变压器和第二变压器均投入运行，第一变压器发生故障，保护出口方法具体为：故障发生后，第一变压器保护设备输出动作信号，包括跳第一变压器双侧交流断路器信号和闭锁换流器信号，双侧交流断路器将跳闸，因之前第一变压器投入运行，未停运检修，因此第一信号处理环节选择输出的是保护动作信号，即闭锁换流器，此时第二变压器正常运行，保护未动作，因此第二信号处理环节输出信号为不闭锁换流器，第一信号处理环节输出（闭锁换流器）和第二模块信号处理模块输出（不闭锁换流器）输入第三信号处理环节后，因第三信号处理环节为与逻辑，因此第三信号处理环节输出为不闭锁换流器。最终系统运行结果为，第一变压器两侧交流断路器跳开，第一变压器停运，第二变压器继续运行，换流器不闭锁，继续运行。

（2）假设第二变压器均已停运检修，第一变压器和柔性直流换流站运行时第一变压器发生故障，保护出口方法具体为：故障发生后，第一变压器保护设备输出动作信号，包括跳第一变压器双侧交流断路器信号和闭锁换流器信号，双侧交流断路器将跳闸，因之前第一变压器投入运行，未停运检修，因此第一信号处理环节选择输出的是保护动作信号，即闭锁换流器，之前第二变压器已停运检修，因此第二信号处理环节输出信号选择为默认锁换流器指令，第一信号处理环节输出（闭锁换流器）和第二模块信号处理模块输出（闭锁换流器）输入第三信号处理环节后，因第三信号处理环节为与逻辑，因此第三信号处理环节输出为闭锁换流器。最终系统运行结果为，第一变压器两侧交流断路器跳开，第一变压器停运，第二变压器继续停运检修，换流器闭锁，整个柔性直流系统停运。

本申请提供了一种海上风电柔性直流送出系统变压器保护出口方法，当两台并联变压器正常投入运行，若一台变压器出现故障时，保护出口仅跳开故障变压器两侧交流断路器，停运故障变压器，另一台无故障变压器和柔性直流系统仍继续正常运行并输送功率，当一台变压器已停运检修，仅另一台变压器投入运行时，保护出口除跳开在运变压器两侧交流断路器，也将闭锁柔性直流换流器，停运直流系统，保护设备安全。因此，本发明所提供的方法能够根据并联变压器投运状态，自动选择相应的保护出口方式，具有较高的保护选择性和可靠性，提高系统可用率，同时保证了设备安全。

以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。