CN104934946B - 交流滤波器的过载保护系统及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种高压直流(HVDC)输电系统的交流滤波器的过载保护方法，包括以下步骤：过载检查判断步骤，包括：实测谐波电流步骤：按相测量并将流过所有同一类型的交流滤波器的同次特征谐波电流叠加：过载判断步骤：分别判断各相的实测谐波电流是否大于滤波器设计阈值，如果任一相大于阈值，则滤波器工作在过载条件下；当过载时，进入过载保护步骤，包括：根据系统条件判断是否能提供降低传输功率的替代方法，如果可以提供，则采用该替代方法；降低传输功率步骤：如果必须降低高压直流传输的有功功率，则降低传输功率，直到滤波器不过载为止。本发明同时还提供了一种高压直流传输系统的交流滤波器的过载保护系统。本发明提高了高压直流换流站的可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及高压直流(HVDC)输电领域，具体涉及一种高压直流输电系统的交流滤波器的过载保护方法。本发明还涉及一种高压直流输电系统的交流滤波器的过载保护系统。
背景技术
随着我国国民经济和电网建设的高速发展，输电技术正面临空前的发展局面。由于直流输电具有送电距离远、送电容量大、控制灵活等特点，未来一、二十年内，高压直流输电将在远距离大容量输电和全国联网两方面在我国电网建设中起到十分重要的作用。
高压直流输电的换流器是一个高度非线性谐波源，高压直流输电系统运行时会在交流系统中产生丰富的谐波。注入交流电网的谐波会造成电网的谐波污染，降低电网的经济效益，危害发电机等设备的安全。一般都通过换流站的交流侧加装不同类型的滤波器达到吸收谐波的目的。
然而，一个交流电网中有可能有其他的谐波源产生与换流器相同频率范围的谐波，换流站的交流滤波器往往因为外部谐波电流的流入而过载。向家坝-上海特高压直流工程在2011年7月3日曾出现过一个双极跳闸事故。该事故是由于11和13次谐波滤波器中出现了大于保护阈值的谐波电流，则该组滤波器因为过载而跳闸，进而导致其他滤波器也因为过载而相继跳闸，最后导致系统双极跳闸事故。
该事故的原因之一在于，目前的高压直流输电系统的交流滤波器在设计中仅仅考虑来自换流器的谐波，没有检查是否有外部谐波电流流入交流滤波器中。图1示出了一种现有的交流滤波器过载保护系统，该系统包括谐波电流测量装置601、过载判断装置602、断路器控制装置603，谐波电流测量装置601测量实际流过滤波器的谐波；过载判断装置602根据实测谐波和滤波器设计阈值比较，来判断该滤波器是否过载，若过载，则通过断路器控制装置603断开三相中的该类型滤波器。然而交流电网中有可能有其他的谐波源产生与换流器相同频率范围的谐波，也是造成交流滤波器过载的原因之一，而目前的交流滤波器在设计中没有考虑其他谐波源产生的谐波的影响。
该事故还有一个原因在于，现有技术中，当交流滤波器保护系统检测到单个滤波器组的单相过载后，将断开该组以及对应其他两相的该类型滤波器组。这将会引起系统中其他滤波器组的依次过载，并依次断开。最后导致整个高压直流输电系统由于谐波电流问题而中断有功功率传输。这降低了高压直流输电系统的运行可靠性。
因此，如何进行交流滤波器的过载检测，以及如何控制以保护交流滤波器，来提高高压直流传输系统的可靠性，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明提供了一种高压直流交流滤波器的过载保护系统及其方法，用于预防换流站的交流滤波器的过载并预防由此引起的功率传输被迫中断，从而提高了高压直流输电系统的可靠性。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种高压直流输电系统的交流滤波器的过载保护方法，包括以下步骤：a.过载检查判断步骤，包括：a1.实测谐波电流步骤：按相测量并将流过所有同一类型的交流滤波器的同次特征谐波电流叠加；a2.过载判断步骤：分别判断各相的实测谐波电流是否大于滤波器设计阈值，如果任一相大于阈值，则滤波器工作在过载条件下；b.当过载时，进入过载保护步骤，包括：b2.根据系统条件判断是否能提供降低传输功率的替代方法，如果可以提供，则采用该替代方法；b3.降低传输功率步骤：如果必须降低高压直流传输的有功功率，则降低传输功率，直到现有滤波器的各相的实测谐波电流均不大于阈值为止。
优选地，步骤a进一步包括：a3.期望值计算步骤：测量高压直流传输的有功功率，根据测量的有功功率，在线计算高压直流换流器产生的谐波电流期望值。
优选地，步骤a3进一步包括：a4.根据实测谐波电流和计算的谐波电流期望值，得到由外部谐波源引起的谐波电流。
优选地，步骤b3进一步包括：b4.根据实测谐波电流和高压直流换流器产生的谐波电流期望值，确定需要减少的高压直流有功功率的量。
优选地，步骤b进一步包括：b1.对系统运行商进行报警。
优选地，步骤b2包括：备用滤波器判断步骤：过载时，用以下两个条件来判断是否能够接入备用滤波器：条件一为是否具有可用的同一类型滤波器，条件二为系统是否允许连接更多滤波器；连接备用滤波器步骤：如果同时满足上述两个条件，则手动或自动连接一个同一类型的滤波器。
本发明还提供了一种高压直流输电系统的交流滤波器的过载保护系统，所述系统包括：过载检查装置，包括：实际谐波电流测试装置：用于按相测量并将流过所有同一类型的交流滤波器的同次特征谐波电流叠加：过载判断装置：用于分别判断各相的实测谐波电流是否大于阈值，如果任一相大于阈值，则判断滤波器工作在过载条件下；过载保护装置，包括：判断装置：用于根据系统条件判断是否能提供降低传输功率的替代装置，如果可以提供，则采用该替代装置；传输功率调节装置：用于降低高压直流传输的有功功率，直到现有滤波器的各相的实测谐波电流均不大于阈值为止。
优选地，过载检查装置进一步包括：期望值计算装置：用于测量高压直流传输的有功功率，根据测量的有功功率，在线计算高压直流换流器产生的谐波电流期望值。
优选地，过载检查装置进一步包括：外部谐波电流计算装置：用于根据实测谐波电流和计算的谐波电流期望值，得到由外部谐波源引起的谐波电流。
优选地，传输功率调节装置进一步包括：功率调节量计算装置：用于根据实测谐波电流和高压直流换流器产生的谐波电流期望值，确定需要减少的高压直流有功功率的量。
优选地，过载保护装置进一步包括：报警装置：用于对系统运行商进行报警。
优选地，判断装置进一步包括：备用滤波器检查装置：检查是否具有可用的同一类型滤波器，以及系统是否允许连接更多滤波器；备用滤波器连接装置：用于当同时满足上述两个条件时，手动或自动连接一个同一类型的滤波器。
附图说明
图1是背景技术中交流滤波器过载保护系统的示意图；
图2是本发明的交流滤波器过载检查方法流程图：
图3是本发明的交流滤波器过载保护方法流程图：
图4是本发明的交流滤波器过载保护系统示意图。
具体实施方式
以下参考附图，给出了本发明的可选实施方式的具体描述。总的来说，本发明将提高HVDC换流站的可靠性，因为使用本发明可以预防HVDC换流站的交流滤波器的过载并预防由此引起的功率传输被迫中断。
电网中的其他谐波源产生的谐波可以使得HVDC换流站交流滤波器过载，并且产生一个完全的功率传输中断。通过用实际流过滤波器的谐波电流与期望的HVDC换流站谐波电流的比较，可以做出判断。这个判断使得手动或自动干预成为可能，以避免功率传输的全部中断。因此提高了HVDC传输的可靠性。
如图2所示为本发明的高压直流传输系统的交流滤波器的过载检查步骤100的流程图，如果检测到有过多的测量谐波电流流过交流滤波器，则表明存在过载，具体包括以下步骤：
首先，进行实测谐波电流步骤101，按相测量并将流过所有同一类型的交流滤波器的同次特征谐波电流叠加。首先，对于滤除同次特征谐波的同种交流滤波器中流过的电流做傅立叶分析，再将分析得到的每个滤波器中的同次特征谐波幅值相加。这个计算要按相进行，因为外部谐波源可能是单相负载。
本发明由于采用了上述步骤的分相检测，可以很好地解决现有技术的弊端：现有技术仅针对交流滤波器的某一相进行检测，而外部谐波源可能是未被检测到的其他相负载，因此可能无法真正及时监控到滤波器的过载。而本发明针对每一相进行监测，可以保证检测结果的可靠性，有助于及时启动保护预案，从而可以更好地预防和及时解决交流滤波器的过载问题。
接下来，进行过载判断步骤102，分别判断各相的实测谐波电流是否大于阈值，如果任一相大于阈值，则滤波器工作在过载条件下。
可选地，可以进行期望值计算步骤103，通过测量高压直流传输的有功功率，根据测量的有功功率，在线计算高压直流换流器产生的谐波电流期望值。
目前的交流滤波器在设计中仅仅考虑来自高压直流换流站的谐波，没有检查是否有外部谐波电流流入交流滤波器中，而本发明的该较优步骤通过分别测量实际流过滤波器的谐波电流与计算期望的HVDC换流站谐波电流，可以作为精确判断和计算的基础。
一些非常精确的在线计算换流器谐波的方法已经存在，例如B.K.Perkins和M.R.Iravani在《IEEE电力输送学报》(＜IEEE Transactions on Power Delivery＞)1997年4月第12卷第2期第867-873页发表的文章《时域线性计算高压直流换流器谐波的新方法》(＜Novel calculation of HVDC converter harmonics by linearization in thetime-domain＞)中详细记载了如何根据功率精确计算高压直流换流器的谐波电流，在此不再赘述。前述步骤101测量的全部谐波电流将与本步骤在线计算的HVDC换流器产生的谐波电流比较。如果测量电流中有多于期望值的谐波电流，则说明有外部谐波电流流入HVDC换流站的交流滤波器。
如果在线计算了换流器产生的谐波电流期望值，则下一步还可以进入外部谐波电流计算步骤104，根据实测谐波电流和计算的谐波电流期望值，精确地计算得到由外部谐波源引起的谐波电流。
根据测量结果，当判断任何一相发生过载，说明有过多的谐波电流流过交流滤波器，将执行如图3所示的过载保护步骤200，在一较优实施例中手动或自动连接同一类型滤波器，如果由于系统其他条件限制，不可以连接更多的滤波器，则可以根据现有交流滤波器不过载条件下，减少高压直流传输的功率。
过载保护步骤200可以包括以下步骤：
首先，如果需要，可以进入报警步骤201，对系统运行商进行报警。
下一步，根据系统条件判断是否能提供降低传输功率的替代方法，如果可以提供，则采用该替代方法202；该方法优选为备用滤波器判断步骤，即：
·如果还有可用的同一类型滤波器，且系统条件允许连接更多的滤波器，则自动连接一个
·如果没有可用的同一类型的滤波器或者不可以再连接更多的滤波器，则只能降低传输功率。
如果必须降低高压直流传输的有功功率，则降低传输功率，直到现有滤波器的各相的实测谐波电流均不大于阈值为止。
上述降低功率的步骤既可以根据经验逐步降低传输功率直到滤波器均不过载，也可以精确地根据计算值确定所需降低的功率量，从而起到了迅速准确解决过载问题的技术效果，提高了系统的可靠性。即根据实测谐波电流和高压直流换流器产生的谐波电流期望值，精确计算需要减少的高压直流有功功率的量，从而提高了过载保护的时效性和可靠性。
图4是本发明的交流滤波器过载保护系统示意图，该过载保护系统包括过载检查装置800和过载保护装置900。
其中，过载检查装置800包括实际谐波电流测试装置801和过载判断装置802，实际谐波电流测试装置801用于按相测量并将流过所有同一类型的交流滤波器的同次特征谐波电流叠加。
过载判断装置802用于分别判断各相的实测谐波电流是否大于阈值，如果任一相大于阈值，则判断滤波器工作在过载条件下。
过载检查装置800优选进一步包括期望值计算装置803，用于测量高压直流传输的有功功率，根据测量的有功功率，在线计算高压直流换流器产生的谐波电流期望值。过载检查装置800还可以进一步包括外部谐波电流计算装置804，用于根据实测谐波电流和计算的谐波电流期望值，得到由外部谐波源引起的谐波电流。
本发明的过载保护装置900，包括判断装置902和传输功率调节装置903。如果需要，过载保护装置900还可以设置一报警装置901，用于对系统运行商进行报警。
判断装置902用于根据系统条件判断是否能提供降低传输功率的替代装置，如果可以提供，则采用该替代装置。判断装置902优选包括备用滤波器检查装置921，用于检查是否具有可用的同一类型滤波器，以及系统是否允许连接更多滤波器；以及备用滤波器连接装置922，用于当同时满足上述两个条件时，手动或自动连接一个同一类型的滤波器。
传输功率调节装置903用于降低高压直流传输的有功功率，直到现有滤波器的各相的实测谐波电流均不大于阈值为止，优选包括功率调节量计算装置904，用于根据实测谐波电流和高压直流换流器产生的谐波电流期望值，确定需要减少的高压直流有功功率的量。
以上仅仅简单介绍了过载检查装置800和过载保护装置900的各个组成部件，二者及其组成部件的其他工作原理，如前所述，在此不再赘述。
尽管为说明目的公开了本发明的较佳实施例和附图，但是熟悉本领域技术的人员，在不脱离本发明及所附的权利要求的精神和范围内，可作各种替换、变化和润饰。因此，本发明不应局限于较佳实施例和附图所公开的内容，本发明的保护范围以所附的权利要求书所界定的范围为准。
Claims (12)
1.一种高压直流(HVDC)输电系统的交流滤波器的过载保护方法，其特征在于，包括以下步骤：
a.过载检查判断步骤，包括：
a1.实测谐波电流步骤：按相测量并将流过所有同一类型的交流滤波器的同次特征谐波电流叠加；
a2.过载判断步骤：分别判断各相的实测谐波电流是否大于滤波器设计阈值，如果任一相大于阈值，则滤波器工作在过载条件下；
b.当过载时，进入过载保护步骤，包括：
b2.根据系统条件判断是否能提供降低传输功率的替代方法，如果可以提供，则采用该替代方法；
b3.降低传输功率步骤：如果必须降低高压直流传输的有功功率，则降低传输功率，直到现有滤波器的各相的实测谐波电流均不大于阈值为止。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤a进一步包括：
a3.期望值计算步骤：测量高压直流传输的有功功率，根据测量的有功功率，在线计算高压直流换流器产生的谐波电流期望值。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：步骤a3进一步包括：
a4.根据实测谐波电流和计算的谐波电流期望值，得到由外部谐波源引起的谐波电流。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：步骤b3进一步包括：
b4.根据实测谐波电流和高压直流换流器产生的谐波电流期望值，确定需要减少的高压直流有功功率的量。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤b进一步包括：
b1.对系统运行商进行报警。
6.根据上述权利要求任一项所述的方法，其特征在于：步骤b2包括：
备用滤波器判断步骤：过载时，用以下两个条件来判断是否能够接入备用滤波器：条件一为是否具有可用的同一类型滤波器，条件二为系统是否允许连接更多滤波器；
连接备用滤波器步骤：如果同时满足上述两个条件，则手动或自动连接一个同一类型的滤波器。
7.一种高压直流输电系统的交流滤波器的过载保护系统，其特征在于，所述系统包括：
(1)过载检查装置(800)，包括：
(1.1)实际谐波电流测试装置(801)：用于按相测量并将流过所有同一类型的交流滤波器的同次特征谐波电流叠加；
(1.2)过载判断装置(802)：用于分别判断各相的实测谐波电流是否大于阈值，如果任一相大于阈值，则判断滤波器工作在过载条件下；
(2)过载保护装置(900)，包括：
(2.2)判断装置(902)：用于根据系统条件判断是否能提供降低传输功率的替代装置，如果可以提供，则采用该替代装置；
(2.3)传输功率调节装置(903)：用于降低高压直流传输的有功功率，直到现有滤波器的各相的实测谐波电流均不大于阈值为止。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于：过载检查装置进一步包括：
(1.3)期望值计算装置(803)：用于测量高压直流传输的有功功率，根据测量的有功功率，在线计算高压直流换流器产生的谐波电流期望值。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于：过载检查装置进一步包括：
(1.4)外部谐波电流计算装置(804)：用于根据实测谐波电流和计算的谐波电流期望值，得到由外部谐波源引起的谐波电流。
10.根据权利要求8所述的系统，其特征在于：传输功率调节装置(903)进一步包括：
(2.4)功率调节量计算装置(904)：用于根据实测谐波电流和高压直流换流器产生的谐波电流期望值，确定需要减少的高压直流有功功率的量。
11.根据权利要求7所述的系统，其特征在于：过载保护装置(900)进一步包括：
(2.1)报警装置(901)：用于对系统运行商进行报警。
12.根据权利要求7-11任一项所述的系统，其特征在于：判断装置(902)进一步包括：
备用滤波器检查装置(921)：检查是否具有可用的同一类型滤波器，以及系统是否允许连接更多滤波器；
备用滤波器连接装置(922)：用于当所述备用滤波器检查装置(921)检查出具有可用的同一类型滤波器并且系统允许连接更多滤波器时，手动或自动连接一个同一类型的滤波器。
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