CN106680670A - 一种柔性直流配电网单极接地故障识别方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种柔性直流配电网单极接地故障识别方法及装置，将正、负极母线电流、与对应正、负极母线相连的直流线路电流的差动电流变化率作为暂态量保护判据，将正、负极直流母线的对地电压和的绝对值作为电压不平衡判据，当两个判据都超过阈值时，能准确检测出单极接地故障，并快速识别故障母线，通过跳开发生接地故障直流母线所在的直流断路器，实现故障母线的快速隔离，提高了直流配电网的供电可靠性。

Description

一种柔性直流配电网单极接地故障识别方法及装置
技术领域
本发明属于电力电子技术与直流配电技术领域，具体涉及一种柔性直流配电网单极接地故障识别方法及装置。
背景技术
多端柔性直流配电系统是指在同一直流网架下，含有2个以上VSC(电压源换流器)，换流端口直流侧采用并联或串联的方式相互连接而组成的柔性直流配电系统。MMC(模块化多电平换流器)相对于传统两电平或三电平VSC，具有易于扩展、谐波畸变小、开关损耗低、故障处理能力强等优点，成为柔性直流配电网的优先换流器拓扑，一般情况下，模块化多电平换流器的接地方式选择交流阀侧经大电阻接地。
目前，直流单极接地故障的识别及排除是通过差动保护实现的，当母线发生单极金属性接地故障时，故障极直流电压变为0，非故障极直流电压变为2倍额定值，故障处的电流较小，换流器阀侧电压存在直流电压偏置，影响故障检测的准确性。并且，现有技术中启动差动保护的时间较慢，如果不能快速隔离故障母线，可能会造成设备过压、启动过压保护、闭锁换流器及换流器退出运行，影响供电的可靠性。
发明内容
本发明的目的是提供一种柔性直流配电网单极接地故障识别方法及装置，用于解决现有技术无法准确检测出单极接地故障的问题。
为解决上述技术问题，本发明提出一种柔性直流配电网单极接地故障识别方法，包括以下方法方案的步骤：
1)获取换流器出口正极直流母线的电流与对地电压，负极直流母线的电流与对地电压，与正极直流母线相连的直流线路的正极电流，及与负极直流线路相连的直流线路的负极电流；
2)当换流器出口正极直流母线的对地电压与负极直流母线的对地电压之和的绝对值大于设定的电压阈值，且换流器出口正极直流母线的电流与正极直流母线相连直流线路的正极电流之间、或者负极直流母线的电流与负极直流母线相连直流线路的负极电流之间的差动电流变化率大于设定的电流阈值时，判定相应的正极或负极直流母线发生单极接地故障。
进一步，步骤2)中换流器出口正极直流母线的电流与正极直流母线相连直流线路的正极电流之间的差动电流变化率大于设定的电流阈值的脉冲展宽tp毫秒，或者负极直流母线的电流与负极直流母线相连直流线路的负极电流之间的差动电流变化率大于设定的电流阈值的脉冲展宽tp毫秒。
进一步，步骤2)中换流器出口正极直流母线的对地电压与负极直流母线的对地电压之和的绝对值大于设定的电压阈值的脉冲展宽ts毫秒。
进一步，所述直流母线发生单极接地故障后，跳开与母线相连的直流断路器，隔离故障母线。
为解决上述技术问题，本发明还提出一种柔性直流配电网单极接地故障识别装置，包括以下单元：
采集单元：用于获取换流器出口正极直流母线的电流与对地电压，负极直流母线的电流与对地电压，与正极直流母线相连的直流线路的正极电流，及与负极直流线路相连的直流线路的负极电流；
判断单元：用于当换流器出口正极直流母线的对地电压与负极直流母线的对地电压之和的绝对值大于设定的电压阈值，且换流器出口正极直流母线的电流与正极直流母线相连直流线路的正极电流之间、或者负极直流母线的电流与负极直流母线相连直流线路的负极电流之间的差动电流变化率大于设定的电流阈值时，判定相应的正极或负极直流母线发生单极接地故障。
进一步，还包括用于换流器出口正极直流母线的电流与正极直流母线相连直流线路的正极电流之间的差动电流变化率大于设定的电流阈值的脉冲展宽tp毫秒，或者负极直流母线的电流与负极直流母线相连直流线路的负极电流之间的差动电流变化率大于设定的电流阈值的脉冲展宽tp毫秒的单元。
进一步，还包括用于换流器出口正极直流母线的对地电压与负极直流母线的对地电压之和的绝对值大于设定的电压阈值的脉冲展宽ts毫秒的单元。
进一步，还包括用于检测到单极接地故障后，发送故障检测信号至控制系统，快速跳开换流器出口和线路的直流断路器，隔离故障母线的单元。
本发明的有益效果是：本发明将正、负极母线电流、与对应正、负极母线相连的直流线路电流的差动电流变化率作为暂态量保护判据，将正、负极直流母线的对地电压和的绝对值作为电压不平衡判据，当两个判据都超过阈值时，能准确检测出单极接地故障，并快速识别故障母线，通过跳开发生接地故障直流母线所在的直流断路器，实现故障母线的快速隔离，提高了直流配电网的供电可靠性。
附图说明
图1是本发明柔性直流配电网单极接地故障测点配置图；
图2是柔性直流配电网单极接地故障定位逻辑框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。
一种柔性直流配电网的直流母线如图1所示，MMC换流站分别连接正极、负极直流母线，正极、负极直流母线上均设有直流断路器，分别为K0P、K0N，正极直流母线通过断路器K0P连接第一直流线路、第二直流线路，第一直流线路上设有串联的第一电抗器X1和断路器K1P，第二直流线路上设有串联的第二电抗器X2和直流断路器K2P。与正极直流母线相对应，负极直流母线通过断路器K0N连接第三直流线路、第四直流线路，第三直流线路上分别设有第三电抗器X3和断路器K1N，第四直流线路设有第四电抗器X4和直流断路器K2N。
如图1所示，分别在换流器出口的正、负母线设置相应的电流测点、电压测点，和在第一、第二、第三、第四直流线路上设置相应的电流测点。正极直流母线的电流测点检测的电流为I0P、电压测点检测到的电压为U0P，第一直流线路的电流测点检测的电流为I1P，第二直流线路的电流测点检测的电流为I2P。负极直流母线的电流测点检测的电流为I0N、电压测点检测的对地电压为U0N，第三直流线路的电流测点检测的电流为I1N，第四直流线路的电流测点检测的电流为I2N。
当图1中的正极直流母线处发生接地故障时，检测MMC换流器出口正极直流母线的电流测点的电流I0P、第一直流线路的电流I1P、第二直流线路的电流I2P，检测负极直流母线的电流I0N、第三直流线路的电流I1N、第四直流线路的电流I2N，同时检测对地电压U0P、U0N，将两个对地电压U0P、U0N之和的绝对值与设定的电压阈值Udcset比较，将电流I0P分别减去电流I1P、I2P的差流变化率与设定的电流阈值dIdc1set进行比较，同时将电流I0N分别减去电流I1N、I2N的差流变化率与设定的电流阈值dIdc2set进行比较。当I0P分别减去电流I1P、I2P的差流变化率大于dIdc1set，I0N分别减去电流I1N、I2N的差流变化率大于dIdc2set，且脉冲展宽tp毫秒时，判定当前直流母线存在故障。当对地电压U0P、U0N之和的绝对值大于Udcset时，脉冲展宽ts毫秒，判定直流母线发生单极接地故障，此路信号为电压不平衡信号。即电压不平衡信号和差动电流变化率保护信号都为1时，表明直流母线发生单极接地故障，单极接地故障定位逻辑框图如图2所示。
在换流站内设置相应的控制保护装置，采样频率为10kHz，控制保护系统程序执行周期为100微秒。当保护系统检测到直流母线单极接地故障后，保护系统将保护信号发送给控制系统，控制系统发送指令，跳开与母线相连的直流断路器，隔离故障母线。
与上述单极接地故障识别方法相对，本发明还提供了一种柔性直流配电网单极接地故障识别装置，包括以下单元：
采集单元：用于获取换流器出口正极直流母线的电流与对地电压，负极直流母线的电流与对地电压，与正极直流母线相连的直流线路的正极电流，及与负极直流线路相连的直流线路的负极电流。
判断单元：用于当换流器出口正极直流母线的对地电压与负极直流母线的对地电压之和的绝对值大于设定的电压阈值，且换流器出口正极直流母线的电流与正极直流母线相连直流线路的正极电流之间、或者负极直流母线的电流与负极直流母线相连直流线路的负极电流之间的差动电流变化率大于设定的电流阈值时，判定相应的正极或负极直流母线发生单极接地故障。
上述所指的柔性直流配电网单极接地故障识别装置，实际上是基于本发明方法流程的一种计算机解决方案，即一种软件构架，可以应用到换流站中，上述装置即为与方法流程相对应的处理进程。由于对上述方法的介绍已经足够清楚完整，而本实施例声称的装置实际上是一种软件构架，故不再详细进行描述。

Claims (8)

1.一种柔性直流配电网单极接地故障识别方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)获取换流器出口正极直流母线的电流与对地电压，负极直流母线的电流与对地电压，与正极直流母线相连的直流线路的正极电流，及与负极直流线路相连的直流线路的负极电流；
2)当换流器出口正极直流母线的对地电压与负极直流母线的对地电压之和的绝对值大于设定的电压阈值，且换流器出口正极直流母线的电流与正极直流母线相连直流线路的正极电流之间、或者负极直流母线的电流与负极直流母线相连直流线路的负极电流之间的差动电流变化率大于设定的电流阈值时，判定相应的正极或负极直流母线发生单极接地故障。
2.根据权利要求1所述的柔性直流配电网单极接地故障识别方法，其特征在于，步骤2)中换流器出口正极直流母线的电流与正极直流母线相连直流线路的正极电流之间的差动电流变化率大于设定的电流阈值的脉冲展宽tp毫秒，或者负极直流母线的电流与负极直流母线相连直流线路的负极电流之间的差动电流变化率大于设定的电流阈值的脉冲展宽tp毫秒。
3.根据权利要求1所述的柔性直流配电网单极接地故障识别方法，其特征在于，步骤2)中换流器出口正极直流母线的对地电压与负极直流母线的对地电压之和的绝对值大于设定的电压阈值的脉冲展宽ts毫秒。
4.根据权利要求1所述的柔性直流配电网单极接地故障识别方法，其特征在于，所述直流母线发生单极接地故障后，跳开与母线相连的直流断路器，隔离故障母线。
5.一种柔性直流配电网单极接地故障识别装置，其特征在于，包括以下单元：
采集单元：用于获取换流器出口正极直流母线的电流与对地电压，负极直流母线的电流与对地电压，与正极直流母线相连的直流线路的正极电流，及与负极直流线路相连的直流线路的负极电流；
判断单元：用于当换流器出口正极直流母线的对地电压与负极直流母线的对地电压之和的绝对值大于设定的电压阈值，且换流器出口正极直流母线的电流与正极直流母线相连直流线路的正极电流之间、或者负极直流母线的电流与负极直流母线相连直流线路的负极电流之间的差动电流变化率大于设定的电流阈值时，判定相应的正极或负极直流母线发生单极接地故障。
6.根据权利要求5所述的柔性直流配电网单极接地故障识别装置，其特征在于，还包括用于换流器出口正极直流母线的电流与正极直流母线相连直流线路的正极电流之间的差动电流变化率大于设定的电流阈值的脉冲展宽tp毫秒，或者负极直流母线的电流与负极直流母线相连直流线路的负极电流之间的差动电流变化率大于设定的电流阈值的脉冲展宽tp毫秒的单元。
7.根据权利要求5所述的柔性直流配电网单极接地故障识别装置，其特征在于，还包括用于换流器出口正极直流母线的对地电压与负极直流母线的对地电压之和的绝对值大于设定的电压阈值的脉冲展宽ts毫秒的单元。
8.根据权利要求5所述的柔性直流配电网单极接地故障识别装置，其特征在于，还包括用于检测到单极接地故障后，发送故障检测信号至控制系统，快速跳开换流器出口和线路的直流断路器，隔离故障母线的单元。
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