CN101534009B - 交直流互联电网的工频变化量方向保护动作特性分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明为交直流互联电网的工频变化量方向保护动作特性分析方法，步骤为：对所分析的高压直流输电系统在某一受端交流系统条件下发生的换相失败情况进行仿真计算，得到换相失败情况所对应的直流系统注入交流系统的直等值电流；通过傅氏算法求出直流系统等值电流变化量的工频相量形式；结合相量形式，根据受端电网的工况及故障条件获取交直流互联电网中交流母线故障引发直流系统换相失败时直流系统的工频变化量阻抗；得到换相失败时直流系统呈现出的工频变化量阻抗后，在故障附加电路中将直流系统等效一非线性阻抗，然后利用传统的纯交流电网中工频变化量方向保护分析方法进行工频变化量方向纵联保护动作特性分析。本发明方法简单直观。

Description

交直流互联电网的工频变化量方向保护动作特性分析方法

技术领域

本发明涉及电力系统领域，具体地涉及交直流互联电网的故障分析方法，结合交直流互联电网相互作用机理，具体指交直流互联电网的工频变化量方向保护动作特性分析方法。

背景技术

近年来，我国加快了直流输电工程的建设。在交直流互联电网中，由于直流系统自身的特点，交流电网故障暂态过程可能产生与纯交流电网运行环境所不同的特征，如受端交流系统的故障极有可能引起直流系统的换相失败，在此暂态过程中，直流系统的等值交流电流、阻抗、功率等电气量均会发生突变，从而造成交流系统故障特征也随之变得与纯交流系统故障时的不同，这必然会对现有交流保护的动作行为造成影响，严重时将造成交流保护的误动或拒动。随着更多直流输电工程的不断投运，上述问题将变得越发突出。在直流馈入环境下，不同的保护原理受到的影响程度是不同的。从现场运行的经验看，工频变化量方向纵联保护作为我国应用最为广泛的方向纵联保护，研究其在直流换相失败环境下的动作特性，对于提高交流电网的安全可靠运行具有重要意义。

由于交直流互联电网故障暂态过程涉及直流系统的非线性变化特性以及复杂的交流与直流系统相互作用，传统的纯交流电网故障分析模型已不适用。目前，针对直流换相失败对交流保护影响问题的研究均是利用电磁暂态仿真的方法进行定性分析。采用电磁仿真程序的方法虽然准确，但不直观，不能揭示直流换相失败对交流保护产生影响的机理，也难以定量分析各种影响因素。

适用的分析模型是电力系统故障及保护动作行为分析的基础。综上所述，现有的模型已不能满足直流馈入环境下工频变化量方向保护动作特性分析的要求。因此，迫切需要建立适用于直流换相失败下工频变化量方向保护动作特性分析的定量分析模型。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种基于高压直流输电系统等值工频变化量阻抗的交直流互联电网的工频变化量方向保护动作特性分析方法，本发明分析方法简单直观，从本质上揭示了直流系统换相失败对工频变化量方向保护影响的机理；理论和实际表明本发明方法可定量地分析、评估直流换相失败对工频变化量方向保护动作特性的影响。

本发明通过以下技术方案实现：交直流互联电网的工频变化量方向保护动作特性分析方法，具体包括如下步骤：

a.对所分析的高压直流输电系统在某一受端交流系统条件下发生的换相失败情况进行仿真计算，得到换相失败情况所对应的直流系统注入交流系统的等值电流i_dc.eq；

b.通过傅氏算法求出直流系统等值电流变化量的工频相量形式

c.结合步骤b所得到的工频相量形式

根据受端电网的工况及故障条件获取交直流互联电网中交流母线故障引发直流系统换相失败时直流系统的工频变化量阻抗ΔZ_dc；

d.得到换相失败时直流系统呈现出的工频变化量阻抗ΔZ_dc后，在故障附加电路中将直流系统等效一非线性阻抗，然后，利用传统的纯交流电网中工频变化量方向保护分析方法进行工频变化量方向纵联保护动作特性分析。

上述方法中，步骤c所述计算换相失败时的直流系统工频变化量阻抗ΔZ_dc的公式如下：

$\mathrm{\Δ}{Z}_{\mathrm{dc}}=-Z_{\left|\right|\mathrm{\Σ}}-[Z_{\left|\right|\mathrm{\Σ}}-\left(Z_S\right|\left|Z_C\right)]\frac{{\stackrel{\·}{E}}_{\mathrm{eq}}}{Z_S\mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{dc}.\mathrm{eq}}}(\frac{1}{\mathrm{SCR}\·e^{\mathrm{j\δ}}}+1)$

式中：Z_‖∑＝Z_C‖Z_f‖Z_S；

Z_S为受端交流系统阻抗；

Z_f为故障过渡电阻；

SCR为短路比；

为直流系统等值工频变化量电流；

δ为

超前

的角度；

Zc为交流滤波器和无功补偿装置的等效阻抗；

为受端交流系统的等效电压源。

步骤a、b和c所述的获得直流系统换相失败时直流系统的工频变化量阻抗ΔZ_dc的具体操作如下：

a.1利用电磁暂态仿真程序建立所分析的实际高压直流输电系统的仿真模型，在受端交流系统丰大方式下，对交直流互联电网故障引起的直流系统不同程度换相失败情况进行仿真计算，得到不同程度换相失败情况所对应的直流系统注入交流系统的直流等值电流i_dc.eq.k，其中，k＝I，II，…，表示不同程度的换相失败情况，及其对应的逆变侧交流母线电压u_1.k，其中，k＝I，II，…，表示不同程度的换相失败情况；

b.1通过傅氏算法求出直流系统等值电流变化量的工频相量形式

其中，k＝I，II，…，表示不同程度的换相失败情况，以及对应的逆变侧交流母线电压降大小ΔU_1.k，其中，k＝I，II，…，表示不同程度的换相失败情况；

c.1在不同的受端交流系统中，在忽略直流系统情况下，计算故障后的逆变侧交流母线电压降ΔU₁，以故障后逆变侧交流母线电压降近似相等作为相同程度换相失败的确定原则，从步骤b.1所得的直流系统等值电流变化量的工频相量形式

中选择相应的

其中，k＝I，II，…，表示不同程度的换相失败情况，获取交直流互联电网中交流母线故障引发直流系统换相失败时直流系统工频变化量阻抗ΔZ_dc。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明的直流系统等值工频变化量阻抗模型，考虑了交流和直流系统相互作用的特点，可简便获得交直流互联电网在各种条件下直流换相失败时所呈现出的直流系统等值工频变化量阻抗特性，为交直流互联电网下的工频变化量方向保护动作特性的定量分析与评估提供了一个简单而有效的方法。

附图说明

图1是本发明方法的流程图；

图2是计算直流系统呈现出的工频变化量阻抗特性公式中各参数的模式示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

本实施例交直流互联电网的工频变化量方向保护动作特性分析方法，如图1所示，包括如下步骤：

1、利用电磁暂态仿真程序(如EMTDC/PSCAD等)建立所分析的实际高压直流输电系统的仿真模型，在受端交流系统丰大方式下，对交直流互联电网故障引起的直流系统不同程度换相失败情况进行仿真计算，得到不同程度换相失败情况所对应的直流系统注入交流系统的等值电流i_dc.eq.k(k＝I，II，…，表示不同程度的换相失败情况)，及其对应的逆变侧交流母线电压u_1.k(k＝I，II，…，表示不同程度的换相失败情况)；

2、通过傅氏算法求出直流系统等值电流变化量的工频相量形式

(k＝I，II，…，表示不同程度的换相失败情况)，以及对应的逆变侧交流母线电压降大小ΔU_1.k(k＝I，II，…，表示不同程度的换相失败情况)；

3、在不同的受端交流系统中，在忽略直流系统情况下，计算故障后的逆变侧交流母线电压降ΔU₁，以故障后逆变侧交流母线电压降近似相等作为相同程度换相失败的确定原则，从步骤b.1所得的直流系统等值电流变化量的工频相量形式

(k＝I，II，…，表示不同程度的换相失败情况)中选择相应的获取交直流互联电网中交流母线故障引发直流系统换相失败时直流系统工频变化量阻抗ΔZ_dc；

$\mathrm{\Δ}{Z}_{\mathrm{dc}}=-Z_{\left|\right|\mathrm{\Σ}}-[Z_{\left|\right|\mathrm{\Σ}}-\left(Z_S\right|\left|Z_C\right)]\frac{{\stackrel{\·}{E}}_{\mathrm{eq}}}{Z_S\mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{dc}.\mathrm{eq}}}(\frac{1}{\mathrm{SCR}\·e^{\mathrm{j\δ}}}+1)---\left(1\right)$

式中：Z_‖∑＝Z_C‖Z_f‖Z_S，如图2所示，其中：

Z_S为受端交流系统阻抗；

Z_f为故障过渡电阻；

SCR为短路比；

为直流系统等值工频变化量电流；

Zc为交流滤波器和无功补偿装置的等效阻抗；

δ为超前

的角度；

为受端交流系统的等效电压源。

式(1)不仅揭示了直流换相失败对工频变化量保护影响的机理，而且可以方便地计算在不同受端系统中，不同故障引发相同程度换相失败时所对应的直流系统工频变化量阻抗；

4、得到换相失败时直流系统的工频变化量阻抗ΔZ_dc后，可在故障附加电路中将直流系统等效一非线性阻抗，然后利用传统的纯交流电网中工频变化量方向保护分析方法进行工频变化量方向纵联保护动作特性分析。

理论和实际表明该模型方法可定量地分析、评估直流换相失败对工频变化量方向保护动作特性的影响。

如上所述，便可较好地实现本发明，上述实施例仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围；即凡依本发明内容所作的均等变化与修饰，都为本发明权利要求所要求保护的范围所涵盖。

Claims (2)

1.交直流互联电网的工频变化量方向保护动作特性分析方法，其特征在于，包括如下步骤：

a.对所分析的高压直流输电系统在某一受端交流系统条件下发生的换相失败情况进行仿真计算，得到换相失败情况所对应的直流系统注入交流系统的等值电流i_dc.eq；

b.通过傅氏算法求出直流系统等值电流变化量的工频相量形式

c.结合步骤b所得到的工频相量形式

根据受端电网的工况及故障条件获取交直流互联电网中交流母线故障引发直流系统换相失败时直流系统的工频变化量阻抗ΔZ_dc；

d.得到换相失败时直流系统呈现出的工频变化量阻抗ΔZ_dc后，在故障附加电路中将直流系统等效一非线性阻抗，然后，利用传统的纯交流电网中工频变化量方向保护分析方法进行工频变化量方向纵联保护动作特性分析：

步骤a、b和c所述的获得直流系统换相失败时直流系统的工频变化量阻抗ΔZ_dc的具体操作如下：

a.1利用电磁暂态仿真程序建立所分析的实际高压直流输电系统的仿真模型，在受端交流系统丰大方式下，对交直流互联电网故障引起的直流系统不同程度换相失败情况进行仿真计算，得到不同程度换相失败情况所对应的直流系统注入交流系统的直流等值电流i_dc.eq.k，其中，k＝I，II，…，表示不同程度的换相失败情况，及其对应的逆变侧交流母线电压u_1.k，其中，k＝I，II，…，表示不同程度的换相失败；

b.1通过傅氏算法求出直流系统等值电流变化量的工频相量形式

其中，k＝I，II，…，表示不同程度的换相失败情况，以及对应的逆变侧交流母线电压降大小ΔU_1.k，其中，k＝I，II，…，表示不同程度的换相失败情况；

c.1在不同的受端交流系统中，在忽略直流系统情况下，计算故障后的逆变侧交流母线电压降ΔU₁，以故障后逆变侧交流母线电压降近似相等作为相同程度换相失败的确定原则，从步骤b.1所得的直流系统等值电流变化量的工频相量形式

中选择相应的

其中，k＝I，II，…，表示不同程度的换相失败情况，获取交直流互联电网中交流母线故障引发直流系统换相失败时直流系统工频变化量阻抗ΔZ_dc。

2.根据权利要求1所述的交直流互联电网的工频变化量方向保护动作特性分析方法，其特征在于：步骤c所述获取换相失败时的直流系统工频变化量阻抗ΔZ_dc，其公式如下：

${\mathrm{\ΔZ}}_{\mathrm{dc}}=-Z_{\mathrm{\Σ}}-[Z_{\mathrm{\Σ}}-\left(Z_S\right|\left|Z_C\right)]\frac{{\stackrel{\·}{E}}_{\mathrm{eq}}}{Z_S\mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{dc},\mathrm{eq}}}(\frac{1}{\mathrm{SCR}\·e^{\mathrm{j\δ}}}+1)$

式中：Z_∑＝Z_C||Z_f||Z_S；

Z_S为受端交流系统阻抗；

Z_f为故障过渡电阻；

SCR为短路比；

为直流系统等值电流变化量的工频相量形式；

δ为

超前

的角度；

Zc为交流滤波器和无功补偿装置的等效阻抗；

为受端交流系统的等效电压源。

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