CN104246522B - 用于检测hvdc输电系统中的故障的方法和设备 - Google Patents

用于检测hvdc输电系统中的故障的方法和设备 Download PDF

Info

Publication number
CN104246522B
CN104246522B CN201280070750.5A CN201280070750A CN104246522B CN 104246522 B CN104246522 B CN 104246522B CN 201280070750 A CN201280070750 A CN 201280070750A CN 104246522 B CN104246522 B CN 104246522B
Authority
CN
China
Prior art keywords
fault
internals
voltage
impedance
hvdc transmission
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201280070750.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN104246522A (zh
Inventor
N.约翰内斯森
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Energy Co ltd
Original Assignee
ABB T&D Technology AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ABB T&D Technology AG filed Critical ABB T&D Technology AG
Publication of CN104246522A publication Critical patent/CN104246522A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104246522B publication Critical patent/CN104246522B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/08—Locating faults in cables, transmission lines, or networks
    • G01R31/081—Locating faults in cables, transmission lines, or networks according to type of conductors
    • G01R31/085—Locating faults in cables, transmission lines, or networks according to type of conductors in power transmission or distribution lines, e.g. overhead
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/50—Testing of electric apparatus, lines, cables or components for short-circuits, continuity, leakage current or incorrect line connections
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/50—Testing of electric apparatus, lines, cables or components for short-circuits, continuity, leakage current or incorrect line connections
    • G01R31/52—Testing for short-circuits, leakage current or ground faults
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/40—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to ratio of voltage and current
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/44—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to the rate of change of electrical quantities
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/26—Sectionalised protection of cable or line systems, e.g. for disconnecting a section on which a short-circuit, earth fault, or arc discharge has occured
    • H02H7/268—Sectionalised protection of cable or line systems, e.g. for disconnecting a section on which a short-circuit, earth fault, or arc discharge has occured for dc systems

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Testing Of Short-Circuits, Discontinuities, Leakage, Or Incorrect Line Connections (AREA)
  • Locating Faults (AREA)

Abstract

一种用于检测高压直流HVDC输电系统(304)中的故障的设备(302)，该系统包括用于携带直流DC的内件(306)和外件(308)，其中内件包括用于携带直流的至少一个HVDC传输或分配线路(310)，以及外件通过至少一个电感器(312)与内件分隔，该设备包括：电流确定部件(330)，用于确定HVDC传输或分配线路所携带的电流；电压确定部件(334)，用于确定在HVDC输电系统的第一位置(336)的电压；阻抗确定部件(342)，用于基于所确定电流和电压来确定阻抗；导数确定部件(344)，用于确定阻抗的导数；以及故障检测部件，设置成至少部分基于阻抗的导数来检测内件上的故障。HVDC输电系统包括这种设备。一种用于检测上述高HVDC输电系统中的故障的方法，该方法包括下列步骤：确定HVDC传输或分配线路所携带的电流(502)；确定在HVDC输电系统的第一位置的电压(502)；基于所确定电流和电压来确定阻抗(504)；确定阻抗的导数(506)；以及至少部分基于阻抗的导数来检测内件上的故障(512)。

Description

用于检测HVDC输电系统中的故障的方法和设备
技术领域
本发明涉及一种用于检测高压直流HVDC输电系统中的故障的方法，该系统包括用于携带直流DC的内件（internalpart）和外件（externalpart），其中内件包括用于携带直流的至少一个HVDC传输或分配线路，以及外件通过至少一个电感器与内件分隔。此外，本发明涉及一种用于检测上述HVDC输电系统中的故障的设备，该设备包括用于检测内件上的故障的故障检测部件、用于确定HVDC传输或分配线路所携带的电流的电流确定部件以及用于确定在HVDC输电系统的第一位置的电压的电压确定部件。本发明还涉及一种HVDC输电系统，其中内件包括用于携带直流的至少一个HVDC传输或分配线路，以及外件通过至少一个电感器与内件分隔，该系统包括至少一个转换器站，其设置成将交流AC转换成直流以供输入到至少一个HVDC传输或分配线路，和/或将直流转换成交流。
背景技术
高压直流HVDC配电网络或者HVDC输电系统将直流用于传输电力，与更常见AC系统形成对照。对于长距离传输或分配，HVDC系统可以不太昂贵，并且可遭受较低电损耗。由于电力生成通过交流电流/电压(AC电力)进行，电流必须转换为直流以供HVDC传输或分配，以及HVDC输电系统的直流必须转换成交流以供输入到相邻AC系统。一般来说，HVDC输电系统包括至少一个HVDC传输或分配线路，用于携带直流DC；转换器站，用于将交流转换成直流以供输入到HVDC输电系统；以及转换器站，用于将直流又转换成交流以供输入到AC系统。至少一个HVDC传输或分配线路可包括至少一个长距离HVDC环节或电缆，以用于长距离、例如在海底携带直流。
一般来说，HVDC输电系统可包括用于携带直流的内件和外件。内件包括用于携带直流的至少一个HVDC传输或分配线路，以及外件通过至少一个电感器/电抗器与内件分隔。HVDC输电系统可包括多个保护功能。一个重要保护功能是线路故障保护。又称作内部故障的内件上的故障、例如线路故障必然伴有传输或分配容量的损耗，并且因此需要迅速校正或解决。典型线路故障、例如短路暗示电压下降发生，以及电流的增加发生。线路故障保护的关键步骤是确定故障是内件上的故障，即，辨别内件上的故障和外件上的故障，因为与外件上的故障相比，内件上的故障以不同方式来处理。外件上的故障例如可由外件的断路器来处理和操控。可能是极-地/接地故障的内件上的故障例如可由内件或线路的(一个或多个)DC断路器来处理和操控，其配置成在检测到内件上的故障时断开有故障线路。优选的是仅断开有故障线路而不是断开HVDC输电系统的较大部分或者整个HVDC输电系统，以便使对电力传输或分配的影响为最小，并且允许系统的无故障部分继续传送电力。
当故障在传输线路上发生时，所谓的行波发生，其如从故障位置所观看沿两个方向传播。当这些波到达转换器站时，行波被反射，并且可来回反弹。行波在AC和DC传输线路上发生，并且在现有技术中用于传输线路上的故障检测和故障定位。在US4719980中公开一种将行波用于此目的的方法。
US2009/0085574公开一种用于定位DC分配系统中的相-接地故障的方法。
GB1297628描述一种DC线路故障检测器，其中包括用于监测线电压的变化率的部件以及用于监测线电流的变化率的部件。
SHUHong-chun等人的论文“TheidentificationofInternalandExternalFaultsfor±800kVUHVDCTransmissionLinebasedonMathematicalMorphology”(第288-292页，FacultyofElectricalEngineering，KunmingUniversityofScienceandTechnology，Kunming，YunnanProvince，China)公开一种基于数学形态的用于内部故障与外部故障之间的快速辨别的算法。
WO99/63641描述用于检测双极HVDC设备中的传输线路上的故障的方法和装置。
发明目的
本发明的发明人已经发现，对于线路故障保护以及对于高压直流HVDC输电系统的电力传输至关重要的是有效地确定故障是系统的内件上的故障，即，辨别系统的内件上的故障和外件上的故障。
因此，本发明的一个目的是改进HVDC输电系统中的故障的检测。
本发明的另一目的是改进系统的内件上的故障的检测。
本发明的另一目的是改进内件上的故障与外件上的故障之间的辨别。
发明内容
本发明的上述目的通过提供一种用于检测高压直流HVDC输电系统中的故障的方法来实现，其中，该系统包括用于携带直流DC的内件和外件，其中内件包括用于携带直流的至少一个HVDC传输或分配线路，以及外件通过至少一个电感器与内件分隔，该方法包括下列步骤：
·确定HVDC传输或分配线路所携带的电流，
·确定在HVDC输电系统的第一位置的电压，
·基于所确定电流和电压来确定阻抗，
·确定阻抗的导数，以及
·至少部分基于阻抗的导数来检测内件上的故障。
通过按照本发明的方法，实现HVDC输电系统中的故障的改进并且更有效的检测，以及提供相对现有技术方法、内件上的故障的改进并且更有效的检测。通过按照本发明的方法，提供内件上的故障与外件上的故障之间的有效辨别。通过使用阻抗的导数作为用于检测内件上的故障并且用于辨别内件上的故障和外件上的故障的基础，与使用电压和电流的导数来检测内件上的故障的现有技术方法相比，提供一种用于检测内件上、例如HVDC传输或分配线路上的故障的更健壮方法。因此，通过使用阻抗的导数作为用于检测内件上的故障的基础，新方法对于在低电压/高电流的瞬变是健壮的。包括功率半导体元件、例如IGBT的有源限流装置的使用可增强瞬变电流。通过新方法，更易于辨别内件上的故障和外件上的故障，特别是当内件包括长距离HVDC线路、例如比250km要长的HVDC线路时。通过使用阻抗的导数作为用于检测内件上的故障的基础，本发明的发明人已经发现，新方法对长距离HVDC线路上的失真是健壮的。通过本发明的新方法，增强HVDC输电系统的保护，并且有效地改进HVDC输电系统中的电力传输及其控制。
当检测到内件上的故障、即内部故障时，内部故障可按照技术人员已知的方式、例如通过断开有故障内件或者有故障线路来处理。
外件通过至少一个电感器来分隔暗示至少一个电感器形成内件与外件之间的边界。至少一个电感器可将外件连接到内件。内件可具有多个端子部分，其中每个通过至少一个电感器连接到外件。
至少一个HVDC传输或分配线路可以是一个或多个线路，并且可以是HVDC线路、例如电缆、高架线路或者长距离HVDC环节或电缆或者其混合。
确定电压的步骤可包括确定在系统的内件上、例如接近电感器的第一位置的电压。
按照根据本发明的方法的一有利实施例，该方法包括确定一段时间期间的电流和电压，并且确定该段时间的阻抗，其中该方法包括确定该段时间的阻抗的导数，并且该段时间的阻抗的导数至少部分用作用于检测内件上的故障的基础。通过这个实施例，系统的内件上的故障的检测进一步得到改进。
本发明的上述目的还通过一种用于检测HVDC输电系统中的故障的设备来实现，其中，该系统包括用于携带直流DC的内件和外件，其中内件包括用于携带直流的至少一个HVDC传输或分配线路，以及外件通过至少一个电感器与内件分隔，该设备包括：
故障检测部件，用于检测内件上的故障，
电流确定部件，用于确定HVDC传输或分配线路所携带的电流，以及
电压确定部件，用于确定在HVDC输电系统的第一位置的电压，其中该设备包括
阻抗确定部件，用于基于所确定电流和电压来确定阻抗，以及
导数确定部件，用于确定阻抗的导数，并且其中故障检测部件设置成至少部分基于阻抗的导数来检测内件上的故障。
电流确定部件可采取电流确定设备的形式，电压确定部件可采取电压确定设备的形式，阻抗确定部件可采取阻抗确定设备的形式，导数确定部件可采取导数确定设备的形式，以及故障检测部件可采取故障检测设备的形式。
按照本发明的设备及其实施例的积极技术效果对应于结合按照本发明的方法及其实施例所述的技术效果。
按照根据本发明的设备的一有利实施例，电流确定部件包括用于测量HVDC传输或分配线路所携带的电流的电流测量部件。电流测量部件可采取本领域的技术人员已知的常规电流测量设备的形式。
按照根据本发明的设备的另一有利实施例，电压确定部件包括用于测量在HVDC输电系统的第一位置的电压的电压测量部件。电压测量部件可采取本领域的技术人员已知的常规电压测量设备的形式。
按照根据本发明的设备的另一个有利实施例，电压测量部件设置成测量在内件上的第一位置的电压。
按照根据本发明的设备的又一有利实施例，故障检测部件设置成检测包括至少一个高架线路的内件上的故障。
按照本发明的设备的多个部件可实现为直接可加载到至少一个数字计算机的内部存储器中的至少一个计算机程序产品，其中包括用于在所述至少一个产品运行于所述至少一个计算机时执行按照权利要求的实施例的任一个的方法步骤的软件代码部分。该设备可包括处理器、例如CPU。
本发明的上述目的还通过提供一种包括用于携带直流DC的内件和外件的高压直流HVDC输电系统来实现，其中内件包括用于携带直流的至少一个HVDC传输或分配线路，以及外件通过至少一个电感器与内件分隔，该系统包括至少一个转换器站，其设置成将交流AC转换成直流以供输入到至少一个HVDC传输或分配线路，和/或将直流转换成交流，其中该系统包括权利要求11-17中的任一项所述的至少一个设备和/或按照该设备的实施例的任一个的至少一个设备。按照本发明的HVDC输电系统及其实施例的积极技术效果对应于结合按照本发明的设备或方法及其实施例所述的技术效果。至少一个HVDC传输线路可以是一个或多个HVDC传输线路。
按照根据本发明的HVDC输电系统的一有利实施例，该系统包括多个转换器站和多个HVDC传输或分配线路。
多个HVDC传输或分配线路或者转换器站可以分别是两个或更多HVDC传输或分配线路或者转换器站。至少一个设备可以是一个或多个设备、例如两个或更多设备。多个设备可连接到相同HVDC传输或分配线路或者不同HVDC传输或分配线路。
按照根据本发明的HVDC输电系统的另一有利实施例，该系统包括至少三个转换器站或者至少四个转换器站或者至少五个转换器站。
按照根据本发明的HVDC输电系统的另一个有利实施例，至少一个HVDC传输或分配线路包括至少一个长距离HVDC环节。有利地，HVDC传输或分配线路可包括至少两个长距离HVDC环节或电缆。
分别按照本发明的设备和系统的各种组件(其相互连接或可连接或者连接到或可连接到其它单元)可例如经由导体、例如汇流条或DC线路相互电连接或可连接或者电连接到或可连接到其它单元，和/或可例如电气或电感地、经由位于并且连接/可连接在例如变压器、另一个转换器等的组件之间的附加中间电设备或单元间接连接或可连接。
一般来说，高压可以是大约1-1.5kV和以上。但是，对于HVDC应用和系统，高压可以是大约100kV和以上，例如150kV、320kV、500kV、800kV或1000kV和以上。按照本发明的方法、设备和系统有利地适合于上述HVDC电压电平和更高的电平。
分别按照本发明的方法、设备和系统的其它有利实施例以及本发明的其它优点出现于所附权利要求书和实施例的详细描述。
方法、设备和系统的相应特征和实施例可按照各种可能方式相结合，从而提供其它有利实施例。
附图说明
为了进行示范，现在通过实施例、接合附图更详细地描述本发明，附图包括：
图1是示出通过HVDC传输线路的电力传输的示意图；
图2是示出在稳态期间通过具有HVDC传输线路的HVDC输电系统的电力传输的示意图；
图3是示出图2所示的HVDC输电系统中的内部故障的示意图；
图4是示出稳态期间的直流的模拟的示意图，其中示出纹波的幅值；
图5是示出从故障250km所测量的内部故障的表达2.4的输出的示意图；
图6是示出图2所示的HVDC输电系统中的外部故障的示意图；
图7是示出如在250kmHVDC电缆上的外部故障和内部故障分别存在的情况下测量的电流和电压的模拟的示意图；
图8是示出基于如图7所示的所确定电流和电压、外部故障和内部故障分别存在的情况下的表达2.4和2.9的输出并且因而还有阻抗的示意图；
图9是示出在外部故障和内部故障分别存在的情况下的所确定阻抗的导数的示意图；
图10是示出按照本发明的设备和系统的方面的示意图；以及
图11是按照本发明的方法的方面的示意流程图。
具体实施方式
如先前所述，线路故障保护的关键步骤是检测故障是内件上的故障，即，辨别高压直流HVDC输电系统的内件102上的故障和外件104上的故障。参照图1，内件102可包括HVDC传输或分配线路110(以下称作HVDC线路110)，例如电缆或高架线路。内件102的保护区106可从第一位置108(其中携带直流11)延伸到连接在另一线路端的电感器112(图1中又示为L2)。图1中，电感器112在第一端将外件104与内件102分隔。因此，电感器112将外件104上的故障(又称作外部故障)与内件102上的故障分隔。内件102上的故障又可称作内部故障或线路故障。因此，电压和电流瞬变可被认为是基于一端测量的保护方案的关键。图1中，线路故障保护的一端测量可在第一位置108进行。图1中，F1示出内部故障的位置，以及F2示出外部故障的位置。
如果线路故障保护的一端测量而是在第二位置109(其中携带直流I2)进行，则在接近电感器112的第一端，另一个电感器113(在图1中又示为L1)是在第二端将外件与内件分隔的电感器。
源自故障位置的电压和电流波将在它们沿HVDC线路110传播时遭受失真和衰减。因此，在沿HVDC线路110的某个距离之后并且当应用现有技术方法时，内部故障与外部故障之间的差别可能过小而无法将故障确定地识别为在第一位置108的一端测量的内部故障或外部故障。这限制现有方法的HVDC线路110的长度，其中应用一端测量保护，以覆盖整个保护区106，其可对应于HVDC线路110的长度。在现有技术中，长距离HVDC线路的保护(其中保护涉及辨别内件上的故障和外件上的故障的步骤)因而是成问题的，特别是对一端测量保护。
下文中，参照图2-9公开作为本发明的基础的理论的背景。
参照图2，示意示出稳态期间具有包括HVDC线路210、例如HDCV电缆的内件202以及在前向通过电感器212与内件202分隔的外件204的HVDC输电系统。该系统为了便于说明而经过简化。在这里，假定HVDC线路210、例如电缆或高架线路较短，使得传播时间是可忽略的，这将简化时间的表示。此外，假定HVDC线路210是无损传输线路，这暗示电压和电流波在它们沿HVDC线路210传播时将不易遭受任何失真。在这些假设下以及为了便于说明，能够推断，HVDC线路210两端的电压和电流将一直相同，从而允许常规电路理论被应用。实际上，例如，对于现实传输线路，上述简化假设不是有效的。
在正常操作(没有施加故障)期间，无限电阻(开路)的电阻器能够被认为在所有可能的将来故障位置中的极与地之间。当故障发生时，表示故障位置的那个特定电阻器的电阻将突然下降到接近零的值(对于低阻抗故障)。作为本发明的起源的思路是监测故障电阻，确定电阻下降的速率，并且基于电阻下降的速率来确定故障是内部故障还是外部故障。
参照图3，示意示出内部故障。通过关于故障是电阻性的假设，图3中，内部故障表示为连接在HVDC线路210端部与地之间并且位于电感器212内部的电阻器214(Rtr)，如图3所示。备选地，故障也可由电感器表示。直流I(t)和电压U(t)在第一位置216来测量。基于关于跨HVDC线路210的电压降一直为零(短路线路)的假设，下列表达2.1和2.2将成立：
由于电流源是恒定的，所以在时间t=0的表达2.2将产生下列表达2.3：
故障之前的流经故障电阻214的电流Itr(0)在理想情况下为零。但是，如果假定稳态电流纹波在同一电阻器中流动，则Itr(0)能够被认为略大于零。故障电阻能够使用表达2.1-2.3来计算，其对内部故障产生下列表达2.4，其中表达表示为Ztr(t)：
如果纹波存在，则I(t)=Iload并且I(0)=Iload，其引起与零相除并且因而引起无限Ztr(开路)。I(0)表示最后数毫秒期间的电流的平均数。延迟应当用于计算中，因为I(0)的值在故障瞬变期间(当电流上升时)不应当显著变化。用于平均计算的窗口也应当具有足够大小，使得例如由有源限流装置、例如IGBT断路器所引起的快速变化具有小影响。按照下列表达2.5示出用于在某个样本n使用N个样本的窗口长度和d个样本的延迟来计算I(0)的表达：
参照图4-5和7-9，示出模拟，其中表达2.5中的d=100并且N=200用来进一步示出作为本发明的基础的理论。Itr(0)表示在时间零的瞬变电流。由于正常条件下的纹波具有较小幅度，所以Itr(0)能够被认为是恒定设定参数，例如50或100或者任何其它适当数值。图4示出稳态期间的直流的模拟，其中示出纹波的幅值。图4中，在400MW传输的正极的直流在稳态示意示出。图4中的纹波的峰-峰幅值为大约20A。为了包括某些余量并且因而改进数值性能，Itr(0)=50A用于图5和图7-9所示的模拟中。在250km长HVDC线路210的相对侧的内部故障的表达2.4的输出在图5中示出。在故障之前，瞬变使测量阻抗周期地改变。图5中的阻抗平均值与Itr(0)相关，因为320kV/50A=6.4kΩ并且320kV/50±10A=5.3-8.0kΩ。当波到达测量时，在第一位置216，阻抗快速下降到接近零的值。
应用与对以上所公开的内部故障的说明相同的假设和方式，外部故障的电路在图6中示意示出。通过关于故障是电阻性的假设，图6中，外部故障表示为电阻器218(Rtr)。备选地，故障也可由电感器表示。电阻器218(即，外部故障)位于电感器212外部并且如图6所示来定位。直流I(t)和电压U(t)在第一位置216来测量。在外部故障的情况下，下列表达2.6和2.7将成立：
使用表达2.6和2.7连同表达2.3，得到故障电阻的下列表达：
重新排列和识别从以上所公开的内部故障的说明所得出的表达，得到外部故障的下列表达2.9：
表达2.9中的结果能够被解释为相对故障电流与电感器212的阻抗串联连接的故障电阻(其已知为在故障处瞬时下降)。电感器212将限制电流导数，并且由此“吸收”故障前电压。这引起如从电感器212的线路侧所看到、电流最初将继续具有与故障前相同的阻抗。但是，电感器212两端的电压将随着电流增加而随时间降低。与内部故障所引起的突然下降相比，这将引起指数降低的Ztr(t)(参见图8)。电感器212针对外部故障的影响可被认为通过表达2.9中的UL(t)/Itr(t)来表示。
如上所述，这两种情况、即内部故障与外部故障之间的差别使得有可能区分内部故障与外部故障。
参照图7，示意绘制如在250kmHVDC电缆上的外部故障和内部故障分别存在的情况下的第一位置216所测量的电流和电压的模拟。
参照图8，示意绘制基于如图7所示的所确定电流和电压、产生在外部故障和内部故障分别存在的情况下的阻抗的表达2.4所述的算法的输出。
参照图9，在外部故障和内部故障分别存在的情况下的所确定阻抗的导数对四个样本(在Ts=48μs)来计算并且绘制。如图9所示，与在外部故障存在的情况下的阻抗的导数的下降相比，在内部故障存在的情况下的阻抗的导数的下降增强数倍。图9中，在下降时，内部故障和外部故障的阻抗的相应导数之间存在大约2.9的余量因子。
参照图10，示意示出按照本发明、用于检测HVDC输电系统304中的故障的设备302的方面。为了便于说明，仅示出一极。该系统可基于双极、对称单极或者不对称单极布置。系统304包括用于携带直流DC的内件306以及用于携带直流的外件308。内件306包括设备302可设置成与其连接的、用于携带直流的至少一个HVDC线路310。至少一个HVDC线路310可以是电缆、高架线路或任何其它线路或者其混合。外件308通过至少一个电感器312与内件306分隔。至少一个电感器312可以是一个或多个电感器。系统304可包括一个或多个HVDC线路310、314、316、318、320，并且可包括一个或多个转换器站322、324、326、328，其各设置成将交流AC转换成直流以供输入到至少一个HVDC线路，和/或将直流转换成交流。每个HVDC线路310、314、316、318、320例如可以是电缆、高架线路或长距离HVDC环节或电缆或者其混合。
设备302包括用于确定HVDC线路310所携带的电流的电流确定部件330。电流确定部件330可包括用于测量HVDC线路310所携带的电流的电流测量部件332。电流测量部件332可包括本领域的技术人员已知的常规电流测量设备，并且因而不作详细公开。设备302包括用于确定在系统304的第一位置336的电压的电压确定部件334。电流也可在第一位置336来测量。电压确定部件334可包括用于测量在第一位置336的电压的电压测量部件340。有利地，电压测量部件340设置成测量在有利地接近另一个电感器313、内件306上的第一位置336的电压。因此，有利地，第一位置336处于内件306上、有利地靠近另一电感器313。电压测量部件340可包括本领域的技术人员已知的常规电压测量设备，并且因而不作详细公开。
当测量通过电流确定部件330和电压确定部件334在靠近另一电感器313的第一位置336来执行，至少一个电感器312在HVDC线路310的另一端将内件306与外件308分隔。如果一端测量而是在靠近至少一个电感器312的第二位置337进行，则另一电感器313是将系统的外件与内件分隔的电感器。另一电感器313还可能是一个或多个电感器。
设备302包括用于基于所确定电流和电压来确定阻抗的阻抗确定部件342。设备302包括用于确定阻抗的导数的导数确定部件344。设备302包括用于检测内件306上的故障的故障检测部件346，故障检测部件346设置成至少部分基于阻抗的所确定导数来检测内件306上的故障。
电流和电压确定部件330、334可设置成在一段时间期间分别确定电流和电压。阻抗确定部件342可设置成确定那段时间的阻抗。导数确定部件344可设置成确定那段时间的阻抗的导数。故障检测部件246可设置成至少部分基于那段时间的阻抗的导数来检测内件306上的故障。故障检测部件346可设置成检测该段时间的阻抗的导数的下降，以及故障检测部件346可设置成至少部分基于阻抗的导数的下降来检测内件306上的故障。故障检测部件346可设置成如果满足第一标准、即下降时阻抗的导数下降设置因子则检测内件306的故障。电压确定部件334可设置成确定该段时间期间在系统304的位置336的电压。故障检测部件346可包括用于将时间段、例如1ms或2ms等的电压与设置电压电平进行比较的比较部件348，并且故障检测部件346可设置成至少部分基于该段时间的电压和设置电压电平的比较来检测内件306上的故障。故障检测部件346可设置成如果满足第二标准、即时间段、例如1ms或2ms等期间的电压低于设置电压电平则检测内件306上的故障。故障检测部件346可设置成如果满足一个或多个附加标准则检测内件306上的故障。故障检测部件346可设置成检测包括至少一个高架线路的内件306上的故障。备选地，故障检测部件346可设置成检测包括至少一个电缆或者任何其它线路的内件306上的故障。比较部件348和第二标准可以不包含在设备中。比较部件可采取比较设备的形式。设备的上述部件的每个可采取设备或单元的形式。
参照图11，示意示出按照本发明、如以上所公开的用于检测HVDC输电系统中的故障的方法的方面。该方法可包括下列步骤：在步骤502，确定HVDC线路所携带的电流，以及确定在系统的第一位置的电压。有利地，电压在系统的内件上的第一位置来确定。电流可通过测量HVDC线路所携带的电流来确定，以及电压可通过测量一段时间期间在系统的第一位置的电压来确定。有利地，电流在系统的内件上的第一位置来确定。有利地，电压在系统的内件上的第一位置来测量。有利地，电压与电感器相邻地测量。在步骤504，阻抗基于所确定电流和电压来确定，以及在步骤506，阻抗的导数对该段时间来确定。故障(内部故障)至少部分基于该段时间的阻抗的导数在内件上检测。更准确来说，检测内件上的故障的阶段可包括在步骤508，检测该段时间的阻抗的导数的下降，以及阻抗的导数的下降可至少部分用作用于检测内件上的故障的基础。有利地，如果满足第一标准、即下降时阻抗的导数下降设置因子X，则检测内件上的故障。因子X可考虑系统304的配置、例如考虑对其应用该方法的HVDC线路310的长度来设置。此外，该方法可包括在步骤510将时间段、例如1ms或2ms或者任何适当时间段的电压与设置电压电平或电压阈值V进行比较的步骤，以及检测内件上的故障的阶段可至少部分基于该段时间期间的电压和设置电压电平的比较。有利地，在步骤512，如果满足第二标准、即该段时间期间的电压低于设置电压电平V，则可检测内件上的故障。电压电平Y可考虑系统304的配置、例如考虑对其应用该方法的HVDC线路310的长度来设置。有利地，如图11示意所示，在检查第二标准的满足之前检查或检验第一标准的满足。但是，可在检查第一标准的满足之前检查或检验第二标准的满足。第二标准以及与其关联的步骤可以不包含在该方法中。附加标准或者多个标准也可添加并且用于检验内件上的故障。当检测到内件上的故障、即内部故障时，内部故障可按照技术人员已知的方式、例如通过断开有故障内件或者有故障线路来处理。
检测内件上的故障的阶段可包括检测包括至少一个高架线路或至少一个电缆或任何其它线路或者其混合的内件上的故障。
通过使用阻抗的导数作为用于检测内件上的故障以及用于辨别内件上的故障和外件上的故障的基础，提供一种用于特别是当内件包括长距离HVDC线路时的检测内件上的故障的有效并且健壮的方法。
本发明不是被认为局限于所示实施例，而是能够由本领域的技术人员按照许多方式来修改和改变，而没有背离所附权利要求书的范围。

Claims (18)

1.一种用于检测高压直流HVDC输电系统中的故障的方法，所述系统包括用于携带直流DC的内件和外件，其中所述内件包括用于携带直流的至少一个HVDC传输或分配线路，并且所述外件通过至少一个电感器与所述内件分隔，所述方法包括下列步骤：
·确定所述HVDC传输或分配线路所携带的电流(502)，
·确定在所述HVDC输电系统的第一位置处的所述电压(502)，所述第一位置设置在所述HVDC传输或分配线路的一端，并且所述电感器连接在所述HVDC传输或分配线路的另一端，
·基于所述所确定电流和电压来确定阻抗(504)，
·确定所述阻抗的导数(506)，以及
·至少部分基于所述阻抗的所述导数来检测所述内件上的故障(512)。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括确定一段时间期间的所述电流和所述电压(502)，并且确定所述一段时间期间的所述阻抗(504)，所述方法包括确定所述一段时间期间的所述阻抗的所述导数(506)，并且所述一段时间期间的所述阻抗的所述导数至少部分用作用于检测所述内件上的故障的基础(512)。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，检测所述内件上的故障的步骤包括检测所述一段时间的所述阻抗的所述导数的下降(508)，并且所述阻抗的所述导数的下降至少部分用作用于检测所述内件上的故障的基础。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，如果满足第一标准、即下降时所述阻抗的所述导数下降设置因子(X)，则检测所述内件上的故障(512)。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法包括确定所述一段时间期间在所述HVDC输电系统的位置处的所述电压(502)，并且将所述一段时间的所述电压与设置电压电平(Y)进行比较(510)，以及检测所述内件上的故障的步骤(512)至少部分基于所述一段时间期间的所述电压和所述设置电压电平的比较。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，如果满足第二标准、即所述一段时间期间的所述电压低于所述设置电压电平(Y)，则检测所述内件上的故障(512)。
7.如权利要求1至6中的任一项所述的方法，其特征在于，确定所述电流的步骤(502)包括测量所述HVDC传输或分配线路所携带的所述电流。
8.如权利要求1至7中的任一项所述的方法，其特征在于，确定所述电压的步骤(502)包括测量在所述HVDC输电系统的所述第一位置处的所述电压。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，测量所述电压的步骤包括测量在所述内件上的第一位置处的所述电压。
10.如权利要求1至9中的任一项所述的方法，其特征在于，检测所述内件上的故障的步骤(512)包括检测包括至少一个高架线路的内件上的故障。
11.一种用于检测高压直流HVDC输电系统(304)中的故障的设备(302)，所述系统包括用于携带直流DC的内件(306)和外件(308)，其中所述内件包括用于携带直流的至少一个HVDC传输或分配线路(310)，并且所述外件通过至少一个电感器(312)与所述内件分隔，所述设备包括
故障检测部件(346)，用于检测所述内件上的故障，
电流确定部件(330)，用于确定所述HVDC传输或分配线路所携带的所述电流，以及
电压确定部件(334)，用于确定在所述HVDC输电系统的第一位置(336)处的所述电压，其中所述第一位置设置在所述HVDC传输或分配线路的一端，并且所述电感器连接在所述HVDC传输或分配线路的另一端，其特征在于所述设备包括
阻抗确定部件(342)，用于基于所述所确定电流和电压来确定所述阻抗，以及
导数确定部件(344)，用于确定所述阻抗的所述导数，并且所述故障检测部件设置成至少部分基于所述阻抗的所述导数来检测所述内件上的故障。
12.如权利要求11所述的设备，其特征在于，所述电流和电压确定部件(330，334)设置成分别确定所述电流和所述电压，所述阻抗确定部件(342)设置成确定一段时间的所述阻抗，所述导数确定部件(344)设置成确定所述一段时间的所述阻抗的所述导数，以及所述故障检测部件(346)设置成至少部分基于所述一段时间的所述阻抗的所述导数来检测所述内件(306)上的故障。
13.如权利要求12所述的设备，其特征在于，所述故障检测部件(346)设置成检测所述一段时间的所述阻抗的所述导数的下降，以及所述故障检测部件设置成至少部分基于所述阻抗的所述导数的下降来检测所述内件(306)上的故障。
14.如权利要求13所述的设备，其特征在于，所述故障检测部件(346)设置成如果满足第一标准、即下降时所述阻抗的所述导数下降设置因子(X)时，则检测所述内件(306)上的故障。
15.如权利要求14所述的设备，其特征在于，所述电压确定部件(334)设置成确定所述一段时间期间在所述HVDC输电系统的位置(336)处的所述电压，所述故障检测部件(346)包括用于将所述一段时间的所述电压与设置电压电平(Y)进行比较的比较部件(348)，以及所述故障检测部件设置成至少部分基于所述一段时间的所述电压与所述设置电压电平的所述比较来检测所述内件(306)上的故障。
16.如权利要求15所述的设备，其特征在于，所述故障检测部件(346)设置成如果满足第二标准、即所述一段时间期间的所述电压低于所述设置电压电平(Y)，则检测所述内件(306)上的故障。
17.如权利要求11至16中的任一项所述的设备，其特征在于，所述故障检测部件(346)设置成检测包括至少一个高架线路的内件(306)上的故障。
18.一种包括用于携带直流DC的内件(306)和外件(308)的高压直流HVDC输电系统(304)，其中所述内件包括用于携带直流的至少一个HVDC传输或分配线路(310，314，316，318，320)，以及所述外件通过至少一个电感器(312)与所述内件分隔，所述系统包括至少一个转换器站(322，324，326，328)，其设置成将交流AC转换成直流以供输入到所述至少一个HVDC传输或分配线路，和/或将直流转换成交流，其中第一位置设置在所述HVDC传输或分配线路的一端，并且所述电感器连接在所述HVDC传输或分配线路的另一端，以及所述系统包括权利要求11-17中的任一项所述的至少一个设备(302)。
CN201280070750.5A 2012-02-28 2012-02-28 用于检测hvdc输电系统中的故障的方法和设备 Active CN104246522B (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/EP2012/053344 WO2013127438A1 (en) 2012-02-28 2012-02-28 A method and an apparatus for detecting a fault in an hvdc power transmission system

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104246522A CN104246522A (zh) 2014-12-24
CN104246522B true CN104246522B (zh) 2016-04-06

Family

ID=45812760

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201280070750.5A Active CN104246522B (zh) 2012-02-28 2012-02-28 用于检测hvdc输电系统中的故障的方法和设备

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP2820435B1 (zh)
CN (1) CN104246522B (zh)
WO (1) WO2013127438A1 (zh)

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105277848B (zh) * 2014-06-23 2018-02-16 南京南瑞继保电气有限公司 一种直流谐波保护动作时故障位置的识别方法
CN104360222B (zh) * 2014-12-09 2017-05-17 国网宁夏电力公司 一种高压/特高压直流线路故障电压行波快速计算方法
CN104614695A (zh) * 2015-01-29 2015-05-13 国网宁夏电力公司 高压直流线路短路故障时行波保护动作性能评价方法
US9853451B2 (en) 2015-01-30 2017-12-26 General Electric Company Direct current power system
CN104820158B (zh) * 2015-04-30 2017-11-21 国家电网公司 一种柔性直流输电系统直流断线故障判断方法
CN104820159A (zh) * 2015-04-30 2015-08-05 国家电网公司 一种柔性直流输电系统直流双极短路故障辨识方法
CN104977502B (zh) * 2015-06-11 2017-11-10 昆明理工大学 一种特高压直流输电线路区内外故障识别方法
CN105680424B (zh) * 2015-11-26 2018-08-21 长沙理工大学 柔性直流输电系统的架空线路暂时性故障的保护方法
WO2017158608A1 (en) * 2016-03-17 2017-09-21 Ariel Scientific Innovations Ltd. Fault location in a transmission line
GB201616027D0 (en) * 2016-09-21 2016-11-02 Rolls-Royce Ltd Electrical fault detection method
DE102016222173B4 (de) * 2016-11-11 2024-06-06 Leoni Bordnetz-Systeme Gmbh Leistungsverteiler und Bordnetz mit mehreren Leistungsverteilern
CN112345882B (zh) * 2020-10-14 2022-10-11 云南电网有限责任公司文山供电局 一种基于模糊推理系统的快速故障检测方法
CN113625108B (zh) * 2021-08-02 2022-11-01 四川轻化工大学 一种柔性直流配电网故障识别方法
EP4148929A1 (en) * 2021-09-14 2023-03-15 General Electric Technology GmbH Systems and methods for high-speed falling conductor protection in electric transmission systems

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101860020A (zh) * 2010-06-04 2010-10-13 昆明理工大学 利用极波电压s变换能量比值的特高压直流输电线路故障边界元件的方法
CN102005739A (zh) * 2010-08-27 2011-04-06 昆明理工大学 一种识别特高压直流输电线路区内外故障小波能量的方法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1297628A (zh) 1969-05-20 1972-11-29
CA985367A (en) * 1971-07-05 1976-03-09 Vladimir N. Novella Method for the protection of a.d.c. power transmission system and apparatus for its realization
DE3601408C1 (de) 1986-01-18 1987-03-12 Sartorius Gmbh Oberschalige Analysenwaage mit Waegekammerschleuse
SE512084C2 (sv) 1998-05-29 2000-01-24 Abb Ab Detektering av fel på överföringslinjer hos ett bipolärt högspänt likströmssystem
US8067942B2 (en) 2007-09-28 2011-11-29 Florida State University Research Foundation Method for locating phase to ground faults in DC distribution systems

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101860020A (zh) * 2010-06-04 2010-10-13 昆明理工大学 利用极波电压s变换能量比值的特高压直流输电线路故障边界元件的方法
CN102005739A (zh) * 2010-08-27 2011-04-06 昆明理工大学 一种识别特高压直流输电线路区内外故障小波能量的方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
A protection system for long HVDC transmission lines;D.NAIDOO ET AL;《POWER ENGINEERING SOCIETY INAUGURAL CONFERENCE AND EXPOSITION IN AFRICA》;20050711;150-155 *

Also Published As

Publication number Publication date
EP2820435A1 (en) 2015-01-07
EP2820435B1 (en) 2016-04-20
CN104246522A (zh) 2014-12-24
WO2013127438A1 (en) 2013-09-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104246522B (zh) 用于检测hvdc输电系统中的故障的方法和设备
Li et al. DC fault detection and location in meshed multiterminal HVDC systems based on DC reactor voltage change rate
Koley et al. An improved fault detection classification and location scheme based on wavelet transform and artificial neural network for six phase transmission line using single end data only
Lotfifard et al. Voltage sag data utilization for distribution fault location
CN103698653B (zh) 基于环流测量的单芯电力电缆护套接地故障检测系统及方法
CN105425107B (zh) 一种有源配电网故障诊断与定位的方法及其系统
SE536143C2 (sv) Metod för att detektera jordfel i trefas elkraftdistributionsnät
US20190391191A1 (en) A method and system for locating a fault in a mixed power transmission line
CN103941079B (zh) 配电网pt在线监测及故障诊断系统
CN104698311B (zh) 一种直流线路直流避雷器带电检测方法
CN103412229B (zh) 一种并联补偿电容器组的故障定位方法
Yadav et al. Transmission line fault distance and direction estimation using artificial neural network
CN110346688A (zh) 一种高压复杂电缆故障快速分段判别及定位方法
EP2750258B1 (en) Methods for locating ground faults and insulation degradation condition in energy conversion systems
Ashok et al. Fault diagnosis scheme for cross-country faults in dual-circuit line with emphasis on high-impedance fault syndrome
CN106526383A (zh) 避雷器状态监测系统及监测方法
Khalili et al. A fault location and detection technique for STATCOM compensated transmission lines using game theory
CN106463950A (zh) 直流电网保护方法及其系统
CN109387733A (zh) 一种配电线路单相接地故障定位方法及系统
CN104076246A (zh) 一种配电网单相接地故障预想事故集的确定方法
Wang et al. The overhead transmission line protection scheme for the voltage‐source converter‐based HVDC grids
CN105207244B (zh) 检测可馈入受端交流系统的直流规模的方法和系统
CN104155627B (zh) 一种特高压电容式电压互感器的误差特性检测方法
CN106771843A (zh) 一种单芯电力电缆的故障行波测距方法
CN108051699A (zh) 一种变电站互感器二次回路异常带电检测方法及系统

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20180514

Address after: Baden, Switzerland

Patentee after: ABB Switzerland Co.,Ltd.

Address before: Zurich

Patentee before: ABB TECHNOLOGY Ltd.

TR01 Transfer of patent right
TR01 Transfer of patent right
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20210617

Address after: Baden, Switzerland

Patentee after: ABB grid Switzerland AG

Address before: Baden, Switzerland

Patentee before: ABB Switzerland Co.,Ltd.

CP01 Change in the name or title of a patent holder
CP01 Change in the name or title of a patent holder

Address after: Swiss Baden

Patentee after: Hitachi energy Switzerland AG

Address before: Swiss Baden

Patentee before: ABB grid Switzerland AG

TR01 Transfer of patent right
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20240103

Address after: Zurich, SUI

Patentee after: Hitachi Energy Co.,Ltd.

Address before: Swiss Baden

Patentee before: Hitachi energy Switzerland AG