CN105119249A - 一种换流系统的桥差动保护方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种换流系统的桥差动保护方法，有以下步骤：1)、获取当前时刻换流系统交流侧的三相电流采样值，并分别求取绝对值；2)、求出该换流系统的交流侧电流：交流侧电流为三相电流采样值的绝对值之和的k1倍；3)、根据交流侧电流进行换流系统的继电保护的判断：若|Id-iV|>k2，则继电保护动作；其中，k1为大于0且小于1的数，Id为直流侧电流的实际测量值，iv为交流侧电流，k2为一个大于0的设定值。该方法快捷、方便、计算量小，并且所用的时间也很短，在继电保护动作判定时，能够在极短的时间内进行动作判定，有效地减少了继电保护动作花费的时间，也降低了由于不能及时断开电路而造成的设备烧坏的可能性。

Description

一种换流系统的桥差动保护方法
技术领域
本发明涉及一种换流系统的桥差动保护方法，属于换流系统继电保护技术领域。
背景技术
换流系统在新能源发电、直流输电、化工、冶金、铁道等领域获得广泛应用，作为联结交直流系统的纽带，其继电保护装置的性能直接决定了整个系统能否安全运行，因此，研究如何进一步提高现有保护装置的性能具有重要意义。目前广泛采用桥差动保护作为换流系统阀区短路故障的主保护，保护动作方程的实现离不开交流侧电流这一物理量，该物理量由三相电流采样值整合计算得到，求取交流侧电流的过程成为保护程序计算量的主要来源。
现有的获取交流侧电流的方法如图1所示，获取当前时刻的三相交流侧的采样值，并取绝对值，分别为|ia(t)|、|ib(t)|、|ic(t)|，首先设iV(t)＝|ia(t)|，然后比较iV(t)与|ib(t)|的大小，当iV(t)＞|ib(t)|时，设定iV(t)＝|ib(t)|，然后比较iV(t)与|ic(t)|的大小，当iV(t)＞|ic(t)|时，设定iV(t)＝|ic(t)|，此时iV(t)为获取的交流侧电流，并将iV(t)给继电保护装置，作为继电保护动作的判定值；当iV(t)≤|ib(t)|时，然后比较iV(t)与|ic(t)|的大小，当iV(t)＜|ic(t)|时，设定iV(t)＝|ic(t)|，此时iV(t)为获取的交流侧电流，并将iV(t)给继电保护装置，作为继电保护动作的判定值，当iV(t)≥|ic(t)|时，此时iV(t)为获取的交流侧电流，并将iV(t)给继电保护装置，作为继电保护动作的判定值。总之，该获取交流侧电流的方法是获取三相交流侧电流采样值的绝对值中的最大值。该方法虽然能够获取交流侧电流，并根据交流侧电流进行继电保护的判断，但是该方法较为复杂，并且使用该方法进行继电保护动作时所花费的时间较长。但是换流系统中的故障在发生时，在极短的时间内就能够烧坏设备等后果，所以，在进行继电保护判定时，交流侧电流的获取占用的时间越短越好。
发明内容
本发明的目的是提供一种换流系统的桥差动保护方法，用以解决传统的继电保护方法在继电保护动作判定时花费的时间较长的问题。
为实现上述目的，本发明的方案包括一种换流系统的桥差动保护方法，有以下步骤：
1)、获取当前时刻换流系统交流侧的三相电流采样值，并分别求取绝对值；
2)、求出该换流系统的交流侧电流：所述交流侧电流为所述三相电流采样值的绝对值之和的k1倍；
3)、根据所述交流侧电流进行换流系统的继电保护的判断：
若|Id-iV|>k2，则继电保护动作；
其中，k1为大于0且小于1的数，Id为直流侧电流的实际测量值，iv为所述交流侧电流，k2为一个大于0的设定值。
所述k1等于1/2。
所述k2＝0.5×IdN，其中，IdN为直流侧电流的额定值。
本发明提供的换流系统的桥差动保护方法中，在获取交流侧电流时，首先获取换流系统交流侧的三相电流采样值，然后将获取的三相电流采样值的绝对值相加的结果乘以一个设定的倍数后得到的数值作为换流系统的交流侧电流，最后根据该交流侧电流进行换流系统的桥差动保护。
该方法不需要逐个比较三个电流采样值的绝对值的大小关系，只需求出三个绝对值的和，然后乘以一个倍数即可求出所需的交流侧电流，该方法快捷、方便、计算量小，并且所用的时间也很短，在继电保护动作判定时，能够在极短的时间内进行动作判定，有效地减少了继电保护动作花费的时间，也降低了由于不能及时断开电路而造成的设备烧坏的可能性。
附图说明
图1是现有的获取交流侧电流的流程图；
图2是换流系统的结构示意图；
图3是换流系统的桥差动保护方法实施例中的获取交流侧电流的流程图；
图4是使用本发明中的获取交流侧电流的方法与使用现有技术中的获取交流侧电流的方法的AG故障计算结果对比图；
图5是使用本发明中的获取交流侧电流的方法与使用现有技术中的获取交流侧电流的方法的ABC故障计算结果对比图；
图6是使用本发明中的获取交流侧电流的方法与使用现有技术中的获取交流侧电流的方法的AB故障计算结果对比图；
图7是使用本发明中的获取交流侧电流的方法与使用现有技术中的获取交流侧电流的方法的单极故障计算结果对比图；
图8是使用本发明中的获取交流侧电流的方法与使用现有技术中的获取交流侧电流的方法的ABG故障计算结果对比图；
图9是使用本发明中的获取交流侧电流的方法与使用现有技术中的获取交流侧电流的方法的计算耗时对比图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
如图2所示，为换流系统的结构示意图，该换流系统为全桥整流器，分别有三个上桥臂和三个下桥臂。换流系统的输入端为三相交流输入，分别为A相、B相和C相，三相输入中，每相输入具有两个桥臂，分为上桥臂和下桥臂，每个桥臂上串接一个晶闸管，所以该换流系统总有六个晶闸管。在换流系统的三相输入的线路上分别设置有三个电流检测点，在电流检测点处设置有对应的电流采集装置，在换流系统的直流输出的线路上也设置有用于采集直流电流的电流传感器，输入端的三个电流检测点和输出端的电流采集点都连接继电保护装置，继电保护装置对采集到的输入和输出的电流值进行处理和运算，来来进行继电保护动作的判定。
在进行继电保护动作的判定时：
首先求取该换流系统的交流侧电流iV，以下给出两种方式，其原理都一样，只是存在着细微的差异：
1、如图3所示，首先分别获取当前时刻换流系统交流侧的三相电流采样值ia、ib及ic的一半，然后分别取绝对值；
然后，求出该换流系统的交流侧电流iV：该交流侧电流为三相电流采样值的一半的绝对值之和，用公式可以表示为：iV＝|ia|/2+|ib|/2+|ic|/2。
2、首先获取当前时刻换流系统交流侧的三相电流采样值ia、ib及ic，分别取绝对值。
然后，求出该换流系统的交流侧电流iV：该交流侧电流为三相电流采样值的绝对值之和的1/2倍，用计算公式可以表示为：iV＝(|ia|+|ib|+|ic|)/2。
采用上述任意一种方式后，根据交流侧电流iV进行换流系统的桥差动保护的判断：
设直流电流额定值为IdN，该时刻直流电流实测值为Id，则动作方程为：
|Id-iV|>k2
若|Id-iV|>k2，则继电保护动作；其中，k2＝0.5×IdN。
继电保护装置根据三相电流采样值判断出此时换流系统内是否发生故障，当确定换流系统内发生故障时，继电保护装置给出动作信号，控制继电器动作。
上述判断条件是k2＝0.5×IdN，作为其他的实施例，k2还可以根据实际的继电保护动作所需的精度设定为其他大于0的值。
图4、图5、图6、图7和图8表示在0.2s时，各种短路故障下，使用本发明中的获取交流侧电流的方法与使用现有技术中的获取交流侧电流的方法对交流侧电流瞬时值的计算结果的对比图。图4、图5、图6、图7及图8中均由3条曲线构成：使用本发明中的获取交流侧电流的方法的结果曲线，使用现有技术中的获取交流侧电流的方法的结果曲线以及两曲线之差。从图中可以看出，在任何工况下，使用本发明中的获取交流侧电流的方法与使用现有技术中的获取交流侧电流的方法的求取曲线完全重合，二者之差始终为0，所以本发明中的交流侧电流的获取方法如果替代现有技术中的交流侧电流的获取方法是不会对计算结果带来任何影响的。
另外，图9给出了使用本发明中的交流侧电流的获取方法与现有技术中的交流侧电流的获取方法之间的计算耗时对比图。在Java平台上可测试出两者的用时，最小单位为ns。
时间测试程序为：
longstart＝System.nanoTime()；％执行程序时间起点
function；％程序
longend＝System.nanoTime()；％执行程序时间终点
time_cost＝end–start；％执行程序耗时
取一个周期内数据进行计算，并统计每次采样计算的耗时，得到图9中所示的耗时曲线。
从图9中曲线可以看出，1)由于三相电流大小关系在时刻在变动，所以现有技术中的交流侧电流的获取方法会导致每次采样计算需要比较幅值运算的次数不一样，因此，其耗时具有波动性，而对于本发明中的交流侧电流的获取方法则不存在这一问题；2)由于本发明中的交流侧电流的获取方法简单，仅需加和运算，所以具有更小的计算量，因此计算速度更快，其计算量约为原算法的百分之一。
上述实施例中，交流侧电流为三相电流采样值的绝对值之和的1/2倍，作为其他的实施例，交流侧电流为三相电流采样值的绝对值之和的k1倍，其中，k1不局限于等于1/2，其根据继电保护判定的精度可以取[0，1]区间内的任意数值。
上述实施例中，iV＝|ia|/2+|ib|/2+|ic|/2，作为其他的实施例，iV＝|ia|/n+|ib|/n+|ic|/n，其中，n还可以不是2，是根据继电保护判定的精度大于1的任意数值。
以上给出了具体的实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围内。

Claims (3)

1.一种换流系统的桥差动保护方法，其特征在于，所述桥差动保护方法有以下步骤：
1)、获取当前时刻换流系统交流侧的三相电流采样值，并分别求取绝对值；
2)、求出该换流系统的交流侧电流：所述交流侧电流为所述三相电流采样值的绝对值之和的k1倍；
3)、根据所述交流侧电流进行换流系统的继电保护的判断：
若|Id-iV|>k2，则继电保护动作；
其中，k1为大于0且小于1的数，Id为直流侧电流的实际测量值，iv为所述交流侧电流，k2为一个大于0的设定值。
2.根据权利要求1所述的换流系统的桥差动保护方法，其特征在于，所述k1等于1/2。
3.根据权利要求1所述的换流系统的桥差动保护方法，其特征在于，所述k2＝0.5×IdN，其中，IdN为直流侧电流的额定值。
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