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专利号: 2021115736376
申请人: 西南交通大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 发电、变电或配电
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于MMC的贯通柔性牵引变电所,其特征在于,包括降压牵引变压器、供电模式切换断路器QF1和QF2、三相‑单相MMC变流器、新能源发电系统以及连接变换器;

所述降压牵引变压器的原边与三相电网连接;所述供电模式切换断路器QF1和QF2连接于所述降压牵引变压器副边的输出侧与所述三相‑单相MMC变流器之间;所述三相‑单相MMC变流器与所述新能源发电系统之间通过连接变换器连接。

2.根据权利要求1所述的基于MMC的贯通柔性牵引变电所,其特征在于,所述降压牵引变压器的变比为110kV/27.5kV或220kV/27.5kV。

3.根据权利要求2所述的基于MMC的贯通柔性牵引变电所,其特征在于,所述三相‑单相MMC变换器为基于模块化多电平变换器的变流器;所述三相‑单相MMC变换器包括输入侧整流侧电感、三相MMC整流器、单相MMC逆变器和输出侧滤波电感;其中,所述模块化多电平变换器包括若干个串联的子模块,各所述子模块的结构为半桥子模块结构、全桥子模块结构或钳位型双子模块结构。

4.根据权利要求3所述的基于MMC的贯通柔性牵引变电所,其特征在于,所述新能源发电系统包括光伏发电子系统和风力发电子系统;所述连接变换器包括隔离型DC/DC变换器和AC/DC变换器;

所述新能源发电系统对称地接入在三相‑单相MMC变流器的上下桥臂的子模块上,且接入的子模块从三相MMC整流器侧选择,或从单相MMC逆变器侧选择;

所述光伏发电子系统与各子模块的电容通过隔离型DC/DC变换器连接,所述风力发电子系统与各子模块的电容通过AC/DC变换器和隔离器DC/DC变换器连接。

5.根据权利要求4所述的基于MMC的贯通柔性牵引变电所,其特征在于,所述贯通柔性牵引变电所包括电子式供电模式和传统式供电模式;

所述电子式供电模式为:当所述贯通柔性牵引变电所处于正常工作状态时,所述供电模式切换断路器QF1闭合,所述供电模式切换断路器QF2断开,所述贯通柔性牵引变电所内的电分相旁路断路器QF6闭合,所述贯通柔性牵引变电所由三相‑单相MMC变流器输出电能至母线与牵引网;

所述传统式供电模式为:当所述三相‑单相MMC发生故障时,所述供电模式切换断路器QF2闭合,所述供电模式切换断路器QF1断开,所述贯通柔性牵引变电所内的电分相旁路断路器QF6断开,启用电分相,所述贯通柔性牵引变电所由降压牵引变压器输出电能至母线与牵引网。

6.根据权利要求1‑5任一所述的基于MMC的贯通柔性牵引变电所的保护配置方法,其特征在于,包括以下步骤:

S1、在断路器QF5处设置方向检测元件,并通过断路器QF5处方向检测元件判断故障在接触网侧还是母线侧,若在接触网,则进入步骤S2,若在母线侧,则进入步骤S3;

S2、在贯通柔性牵引变电所的馈线处设置距离保护作为主保护,设置低压启动的过电流保护、电流增量保护作为后备保护以及设置速断保护作为辅助保护;

S3、在贯通柔性牵引变电所27.5kV母线处设置母线差动保护;

S4、在三相‑单相MMC变流器设置过电流保护作为主保护,设置温度保护及负序过电流保护作为后备保护;

S5、在降压牵引变压器设置比率差动保护与差动速断保护作为主保护,分别设置低压启动的过电流保护、零序过电流保护、负序过电流保护和过负荷保护作为后备保护以及在降压牵引变压器内部分别设置瓦斯保护、温度保护和压力释放保护,完成贯通柔性牵引变电所的保护配置。

7.根据权利要求6所述的基于MMC的贯通柔性牵引变电所保护配置方法,其特征在于,所述步骤S2包括以下步骤:

S201、在贯通柔性牵引变电所的馈线保护安装位置设置电压电流互感器、并利用电压电流互感器测量馈线处的电压电流;

S202、根据馈线处的电压电流,计算得到测量阻抗值,并判断阻抗值是否小于第一整定值,若是,则进入步骤S203,否则,进入步骤S204;

S203、执行距离保护动作,若距离保护拒动,且满足低压与大电流判定时,执行低压启动的过电流保护动作,并进入步骤S205;

S204、根据判断结果确定接地短路故障,且距离保护与低压启动过电流保护拒动,执行电流增量保护动作,且当断路器QF5接触网侧出口处金属性短路时,短路电流达到电流速断保护第二整定值,执行电流速断保护动作,并进入步骤S205;

S205、分别在断路器QF6和断路器QF7处设置方向检测元件,并根据方向检测元件确定判定故障发生方向;

S206、根据所述故障发生方向,利用光缆通信通道进行信息交流,确定故障发生区段,完成贯通柔性牵引变电所馈线处的保护配置,并进入步骤S3。

8.根据权利要求6所述的基于MMC的贯通柔性牵引变电所保护配置方法,其特征在于,所述步骤S3包括以下步骤:

S301、将贯通柔性牵引变电所馈线的电流互感器与三相‑单相变流器的电流互感器同名端均设置在母线侧;

S302、将贯通柔性牵引变电所馈线和三相‑单相变流器两处的电流互感器并眹接入差动保护装置,并确定贯通柔性牵引变电所馈线及三相‑单相变流器输出侧电流量之和;

S303、根据所述侧电流量之和判断母线是否发生故障,若是,则差动电流大于第三整定值,利用断路器QF3和断路器QF5执行母线差动保护,完成贯通柔性牵引变电所27.5kV母线的保护配置,并进入步骤S4,否则,进入步骤S4。

9.根据权利要求6所述的基于MMC的贯通柔性牵引变电所保护配置方法,其特征在于,所述步骤S4包括以下步骤:

S401、在三相‑单相MMC变流器输入侧设置电流传感器,在其直流侧和子模块电容处设置电压传感器,在三相‑单相MMC变流器设备内设置温度传感器,在连接变换器设备内设置温度传感器以及在单相MMC逆变器输出侧设置电流传感器;

S402、针对三相‑单相MMC变流器输入侧电流大于第四整定值时,判断为短路故障,执行过电流保护动作于三相‑单相MMC变流器驱动脉冲封锁,断开断路器QF1和断路器QF3,并执行连接变换器驱动脉冲封锁;

S403、针对三相‑单相MMC变流器输入侧三相电压判断为缺相时,执行缺相保护动作于三相‑单相MMC变流器驱动脉冲封锁,并执行连接变换器驱动脉冲封锁;

S404、针对三相‑单相MMC变流器直流侧电压大于过压整定值或小于欠压整定值时,执行过过压和欠压保护动作于报警,若报警时间超过第五整定值,则执行过过压和欠压保护动作于三相‑单相MMC变流器驱动脉冲封锁,并执行连接变换器驱动脉冲封锁;

S405、针对单相MMC逆变器输出侧电流大于第六整定值时,判断为短路故障,执行过电流保护动作于三相‑单相MMC变流器脉冲封锁,并执行连接变换器驱动脉冲封锁;

S406、在三相MMC整流器输入侧设置电流互感器,并利用电流互感器测量输入电流并计算得到负序电流含量;

S407、针对电流测量值大于第七整定值时,执行过电流保护动作,若过电流保护拒动,在发生两相相间短路时执行负序过电流保护动作,断开断路器QF1和断路器QF3;

S408、针对三相‑单相MMC变流器的散热器温度大于第八整定值时,执行温度保护动作于三相‑单相MMC变流器驱动脉冲封锁,并执行连接变换器驱动脉冲封锁;

S409、针对连接变换器的散热器温度大于第九整定值时,执行温度保护动作于连接变换器驱动脉冲封锁;

S4010、针对各子模块电容的电压大于第十整定值时或小于第十一整定值时,执行保护动作于该子模块的旁路开关闭合,并执行该故障子模块的驱动脉冲封锁,若故障子模块为连接新能源的子模块,执行相应的连接变换器的驱动脉冲封锁,完成三相‑单相MMC变流器的保护配置,并进入步骤S5。

10.根据权利要求6所述的基于MMC的贯通柔性牵引变电所保护配置方法,其特征在于,所述步骤S5包括以下步骤:

S501、在降压牵引变压器的高低压侧分别设置电压电流互感器,并测量电压电流测量值;

S502、利用电压电流测量值计算得到负序电压电流量和零序电流量;

S503、在降压牵引变压器设置比率差动保护与差动速断保护,并针对差动电流测量值大于比率差动整定值时,执行比率差动保护动作,若比率差动保护拒动,执行差动速断保护动作;

S504、针对比率差动保护与差动速断保护拒动,则在电压电流测量值满足低压启动过电流保护动作值时,执行低压启动过电流保护;

S505、针对接地故障时,若零序电流量大于第十二整定值时,执行零序过电流保护动作;

S506、针对在两相相间短路时,若负序电流量大于第十三整定值时,执行负序过电流保护动作;

S507、在过负荷保护设置I段过负荷保护,针对降压牵引变压器负荷达到第十四整定值时,执行过负荷保护动作于报警;

S508、在降压牵引变压器内部分别设置瓦斯检测装置、温度传感器以及压力释放器,并分别测量降压牵引变压器内部的瓦斯含量、温度测量值以及压力测量值;

S509、针对瓦斯含量大于第十五整定值时,执行瓦斯保护动作于断路器QF1跳闸;

S5010、针对温度测量值达到报警值时,执行温度保护动作于报警;

S5011、针对温度测量值超出预设阈值时,执行温度保护动作于断路器QF1跳闸;

S5012、针对降压牵引变压器内部压力达到压力释放器动作值时,执行压力释放保护动作于断路器QF1跳闸,完成降压牵引变压器的保护配置。