CN106026041B - 用于柔性直流互联装置出口线路的纵联保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种适用于柔性直流互联装置出口线路的纵联保护方法，在发生故障时：若柔性直流互联装置侧的保护测得的负序电压大于整定值，或者柔性直流互联装置侧的保护测得的零序电流大于整定值，或者交流系统侧的保护测得的零序电流大于整定值，则保护判定为不对称故障；若故障为不对称故障，并且满足交流系统侧的保护测得的负序电流大于整定值、柔性直流互联装置侧与交流系统侧负序电流的比值大于整定值，则保护判定为区内故障；否则，保护判定为区外故障；若故障为对称故障，并且柔性直流互联装置侧与交流系统侧相电流的比值大于整定值，则保护判定为区内故障。本发明具有可靠性高的优点。

Description

用于柔性直流互联装置出口线路的纵联保护方法

技术领域

本发明涉及电力系统继电保护领域，具体涉及用于交直流混联电网的保护与控制技术。

背景技术

柔性直流输电技术利用IGBT的可关断特性，能够分别对有功功率和无功功率进行独立解耦控制，实现换流器的四象限运行。柔性直流输电可控性强、可靠性高，在可再生能源接入、电网互联、孤岛供电、远距离输电等领域具有广阔的应用前景。采用柔性直流技术实现高压电网供电分区之间的互联，可以在不增加短路电流的条件下，实现城市分区间的电能互供，以充分发挥各分区的供电能力，提升系统的可靠性，具有这种功能的装置又称为柔性直流互联装置。

柔性直流互联装置可以实现两个独立的交流系统经直流互联,同时柔性直流互联装置还可以控制交流系统间传输功率的大小。在交流系统发生故障后，柔性直流互联装置能够根据故障严重程度迅速采取相应的控制策略，其输出特性与故障前系统运行状态、故障位置、故障类型、过渡电阻、换流器的控制策略密切相关，柔性直流互联装置故障后运行范围仍可能位于P-Q平面的四个象限内。为避免交流系统不对称故障产生的负序电流恶化控制器性能、危及换流装置安全，采用柔性直流互联装置通常采取抑制交流系统负序电流的控制策略。此外，由于故障穿越控制策略具有限流作用，故障期间柔性直流互联装置输出电流不会显著增大。柔性直流互联装置的接入使交流电网产生新的故障特征，对传统交流系统继电保护尤其是柔性直流互联装置出口线路保护的动作性能产生影响。

纵联保护被广泛应用于高压输电线路，常用保护原理包括纵联方向保护、纵联相位差动保护、纵联电流差动保护。由于柔性直流互联装置故障后输出电流的大小和相位可控，工作范围仍可能位于四个象限内，因此纵联方向保护、纵联相位差动保护均不适用。对于纵联电流差动保护，其制动量无论采用何种形式，如比率制动、标积制动，也都是基于线路内外部故障两侧电流相位差不同而制定的，由于柔性直流互联装置出口线路区内故障时两侧电流相位差可能出现两侧电流接近反相的情况，因此传统纵联电流差动保护也不适用。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够准确识别柔性直流互联装置出口线路区内外故障的纵联保护方法，使得柔性直流互联装置出口线路的保护能够在区内故障时快速动作、区外故障时不误动作。本发明采用如下的技术方案：

一种适用于柔性直流互联装置出口线路的纵联保护方法，在发生故障时，首先区分不对称故障和对称故障，然后根据线路两侧的电气量判断故障位于区内还是区外，方法如下：

(1)若柔性直流互联装置侧的保护测得的负序电压大于整定值，或者柔性直流互联装置侧的保护测得的零序电流大于整定值，或者交流系统侧的保护测得的零序电流大于整定值，则保护判定为不对称故障；否则，保护判定为对称故障；

(2)若故障为不对称故障，并且满足交流系统侧的保护测得的负序电流大于整定值、交流系统侧与柔性直流互联装置侧负序电流的比值大于整定值，则保护判定为区内故障；否则，保护判定为区外故障；

(3)若故障为对称故障，并且交流系统侧与柔性直流互联装置侧相电流的比值大于整定值，则保护判定为区内故障，否则，保护判定为区外故障。

本发明解决了传统纵联保护判据应用于柔性直流互联装置出口线路可能导致保护在区内故障时发生拒动的问题，实现了柔性直流互联装置出口线路区内故障和区外故障的可靠识别。与现有技术相比，本发明中的判据不受换流器故障前运行状态、故障位置、故障类型、过渡电阻等因素的影响，可靠性高。

附图说明

图1为交直流混联电网示意图。

图2为柔性互联装置出口线路保护方法流程图。

具体实施方式

(一)以图1所示交直流混联电网中柔性直流互联装置出口线路mn为例，本发明针对柔性直流互联装置出口线路上发生的不对称故障，判据如下：

其中，U_m-、I_m-、I_m0分别为柔性直流互联装置侧的保护测得的负序电压、负序电流、零序电流的有效值，I_n-、I_n0分别为交流系统侧的保护测得的负序电流、零序电流的有效值，U_th-为负序电压门槛值，I_th0为零序电流门槛值，I_th-为负序电流门槛值，K_th1为负序电流比值的门槛值。U_m-≥U_th-、I_m0≥I_th0、I_n0≥I_th0用于区分不对称故障和对称故障，U_th-应大于三相短路故障初始暂态过程中可能出现的最大负序电压，I_th0应躲开三相短路时的最大不平衡电流。为了保证保护的灵敏性和可靠性，K_th1不能过大或过小。I_th-应躲过母线n背侧系统不对称故障时的最大不平衡电流。

(二)本发明针对柔性直流互联装置出口线路上发生的对称故障，判据如下：

其中，可为A、B或者C其中一相，为柔性直流互联装置侧的保护测得的相电流有效值，为交流系统侧的保护测得的相电流有效值。K_th2为相电流比值的门槛值，应按照柔性直流互联装置出口线路mn内母线m出口处发生三相经过渡电阻短路故障时的最不利情况整定。

实施例

将本发明提供的柔性直流互联装置出口线路的纵联保护判据应用在如附图1所示交直流混联电网测试模型上，进行实例验证。

本发明使用电磁暂态仿真软件PSCAD搭建该实例模型，稳态运行时，柔性直流系统电压±100kV；交流系统电压等级115kV，基频频率50Hz。左侧换流器采用定直流电压和定无功功率控制，右侧换流器采用定有功功率和定无功功率控制。柔性直流互联装置额定容量S_N＝200MVA，交流系统等效电源系统等效阻抗Z_g＝0.1Z_ng，Z_h＝0.1Z_nh。线路mn长度l_mn＝40km，ng长度l_ng＝60km，nh长度l_nh＝40km。线路参数如表1所示。

表1交流线路参数表

结合保护四性要求和故障判据参数整定原则，本发明设置判据中各参数整定值为：U_th-＝15kV，I_th0＝0.1kA，I_th-＝0.1kA，K_th1＝5，K_th2＝1.5。采样频率1.6kHz，各个相量的有效值通过快速傅里叶算法获取。本发明制定了如附图2所示的柔性互联装置出口线路保护方法流程图。

在PSCAD模型中线路mn内部、线路ng、母线m的换流器侧等位置设置对称故障和不对称故障，将故障前后保护R1、R2测量的交流电压、电流数据输入到由MATLAB编程实现的故障判据中，得出以下结论：

(1)本发明中纵联保护判据对于柔性直流互联装置出口线路区内故障非常灵敏。

(2)即使柔性直流互联装置出口线路内部发生高阻故障，保护判据能够正确判断故障为区内故障，抗过渡电阻能力强。

(3)当故障位于柔性直流互联装置出口线路区外时，本发明中纵联保护判据不发生误判，可靠性强。

通过PSCAD和MATLAB仿真，验证了本发明中的纵联保护判据能够满足保护可靠性、速动性、选择性和灵敏性要求，证实了该判据应用于柔性直流互联装置出口线路的可行性。

以上内容仅为本发明的实施例，其目的并非用于对本发明所提出的系统及方法的限制，本发明的保护范围以权利要求为准。本领域技术人员在不偏离本发明的范围和精神的情况下，对其进行的关于形式和细节的种种显而易见的修改或变化均应落在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种适用于柔性直流互联装置出口线路的纵联保护方法，在发生故障时，首先区分不对称故障和对称故障，然后根据线路两侧的电气量判断故障位于区内还是区外，方法如下：

(1)若柔性直流互联装置侧的保护测得的负序电压大于整定值，或者柔性直流互联装置侧的保护测得的零序电流大于整定值，或者交流系统侧的保护测得的零序电流大于整定值，则保护判定为不对称故障；否则，保护判定为对称故障；

(2)若故障为不对称故障，并且满足交流系统侧的保护测得的负序电流大于整定值、交流系统侧与柔性直流互联装置侧负序电流的比值大于整定值，则保护判定为区内故障；否则，保护判定为区外故障；

(3)若故障为对称故障，并且交流系统侧与柔性直流互联装置侧相电流的比值大于整定值，则保护判定为区内故障，否则，保护判定为区外故障。