CN106877298A - Mmc‑hvdc系统直流输电线路保护方法 - Google Patents

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Abstract

一种MMC‑HVDC系统直流输电线路保护方法，通过设置监测点，对直流线路中的整流侧正负极和逆变侧正负极的电流和电压采样；然后计算直流线路的自定义差分电流值并进行滑动平均滤波后判断直流线路故障类型；本发明保护易于整定，保护效果受线路分布电容影响较小；单极接地故障时自定义差分电流绝对值大且理论上不受过渡电阻影响，解决了目前MMC‑HVDC直流线路电流差动保护不能可靠反映单极接地故障的问题。

Description

MMC-HVDC系统直流输电线路保护方法
技术领域
本发明涉及的是一种电力输送领域的技术，具体是一种MMC-HVDC系统直流输电线路保护方法。
背景技术
模块化多电平换流器型高压直流(MMC-HVDC)输电系统具有输出电能质量高、换流器损耗低、易于扩展和系统可靠性高等优点，已成为柔性直流输电的主要实现形式。柔性直流输电线路横跨区域广，故障率高，且故障发生时常常伴随着过流或过压问题，对换流阀造成冲击并影响交流系统的安全稳定。与两电平和三电平电压源换流器相比，模块化多电平换流器(MMC)直流侧无并联大电容，导致基于MMC的柔性直流输电系统故障暂态特征明显不同，即可应用于保护的边界特性大大减少、直流侧单极接地故障时无明显故障电流等。
发明内容
本发明针对现有技术中电流差动保护因MMC-HVDC系统直流线路发生单极接地故障时无明显故障电流不能可靠动作等缺陷，提出一种MMC-HVDC系统直流输电线路保护方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明涉及一种MMC-HVDC系统直流输电线路保护方法，包括以下步骤：
1)设置监测点，对直流线路中的整流侧正负极和逆变侧正负极的电流和电压采样；
2)计算直流线路的自定义差分电流值(CDC-BPN,Custom Difference CurrentBetween Positive pole at one terminal and Negative pole at the otherterminal)；
3)对自定义差分电流值进行滑动平均滤波；
4)判断直流线路故障类型。
所述的自定义差分电流值，包括Id_KM和Id_MK，其中： uKp和iKp为整流侧正极电压电流，uKn和iKn为整流侧负极电压电流，uMp和iMp为逆变侧正极电压电流，uMn和iMn为逆变侧负极电压电流。
所述的自定义差分电流值经滑动平均滤波后得到其中：N为一定时间窗口内的采样点个数。
所述的步骤4)具体包括以下步骤：
4.1)判断正极接地故障，当Id_KMf＜-Iset且Id_MKf＞Iset时，为正极接地故障，否则进行下一步，其中：Iset为设定的保护门槛值；
4.2)判断负极接地故障，当Id_KMf＞Iset且Id_MKf＜-Iset时，为负极接地故障，否则进行下一步；
4.3)判断双极短路故障，当Id_KMf＞Iset且Id_MKf＞Iset时，为双极短路故障，否则不存在直流线路故障。
所述的保护门槛值Iset＝0.2Idc，其中：Idc为系统正常运行时的直流线路电流。
技术效果
与现有技术相比，本发明采用自定义差分电流值的低频成分完成直流侧故障识别和故障选极，保护易于整定，保护效果受线路分布电容影响较小；单极接地故障时自定义差分电流绝对值大且理论上不受过渡电阻影响，解决了目前MMC-HVDC直流线路电流差动保护不能可靠反映单极接地故障的问题。
附图说明
图1为MMC-HVDC系统结构示意图；
图2为本发明流程示意图。
图3为直流线路中点正极金属性接地故障仿真结果；
图4为直流线路中点负极金属性接地故障仿真结果；
图5为直流线路中点双极金属性短路故障仿真结果；
图6为逆变站交流侧三相金属性短路故障仿真结果。
具体实施方式
如图1所示，本实施例中，MMC-HVDC系统主要由整流站、逆变站和直流线路构成。两侧换流站均为采用半桥子模块(SM)的MMC，直流侧接地电阻R用于构造接地点作为零电位点。K表示整流侧，M表示逆变侧，uKp和uKn为K端的正、负极电压，iKp和iKn分别是K端的正、负极电流，uMp和uMn为M端的正、负极电压，iMp和iMn分别是M端的正、负极电流。uK和uM分别是K侧和M侧正、负极间电压。f1、f2为交流侧故障位置，f3为直流侧故障位置。
如图2所示，MMC-HVDC系统直流输电线路保护方法包括以下步骤：
1)设置监测点，对直流线路中的整流侧正负极和逆变侧正负极的电流和电压采样。
2)计算直流线路的自定义差分电流值。
所述的自定义差分电流值，包括Id_KM和Id_MK，其中：
3)对自定义差分电流值进行滑动平均滤波。通过滑动平均滤波获得低频成分，得到其中：N为5ms时间窗口内的采样点个数。
4)判断直流线路故障类型。
所述的MMC-HVDC系统正常运行或交流侧故障时，直流线路两端电流近似相等，整流侧电压uK和逆变侧电压uM近似相等，即进一步推出
单极接地故障时故障极对地电压降为零，非故障极对地电压加倍，正、负极间电压差保持不变，直流线路电流保持不变，得到正极接地故障时负极接地故障时其中：Idc为系统正常运行时的直流线路电流。
直流线路双极短路故障暂态过程可先后分为储能元件放电阶段和交流电流注入阶段。储能元件放电阶段，换流器尚未闭锁，桥臂电抗器和处于投入状态的子模块电容同时对直流侧进行放电，直流线路电流急剧上升，电流iMn和iMn迅速反向。换流器闭锁后，两侧交流电网仍可通过子模块下部二极管向直流线路短路点注入短路电流，两侧交流电网相当于发生三相短路，故此阶段短路电流仍维持在较大水平。可知双极短路故障时，其中：α＝uKp/(uKp+uMp)，0＜α＜1。
4.1)判断正极接地故障，当Id_KMf＜-Iset且Id_MKf＞Iset时，为正极接地故障，否则进行下一步，其中：Iset为设定的保护门槛值，保护门槛值Iset＝0.2Idc。
4.2)判断负极接地故障，当Id_KMf＞Iset且Id_MKf＜-Iset时，为负极接地故障，否则进行下一步。
4.3)判断双极短路故障，当Id_KMf＞Iset且Id_MKf＞Iset时，为双极短路故障，否则不存在直流线路故障。根据相应的故障类型，从而采取适当的保护措施。
本实施例基于图1所示系统对本发明所述方法进行仿真验证。如图1所示，系统额定容量为400MW，直流额定电压为±200kV，直流输电线路长度为200km。仿真中，以系统达到稳定时刻为零时刻，故障发生在0.1s时刻，直流侧故障持续时间为0.1s，交流侧故障持续时间为0.05s。数据采样频率为20kHz，整定值取值如下：N＝100、Iset＝0.2kA。仿真结果具体如图3至图6，图3至图5表明本方法能够可靠检测直流线路故障并识别故障类型，图6表明本方法在交流侧故障时可靠不动作。
与现有技术相比：本发明采用CDC-BPN的低频成分完成直流侧故障识别和故障选极，保护易于整定，保护效果受线路分布电容影响较小；单极接地故障时CDC-BPN绝对值大且理论上不受过渡电阻影响，解决了目前MMC-HVDC直流线路电流差动保护不能可靠反映单极接地故障的问题。
上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。

Claims (4)

1.一种MMC-HVDC系统直流输电线路保护方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)设置监测点，对直流线路中的整流侧正负极和逆变侧正负极的电流和电压采样；
2)计算直流线路的自定义差分电流值；
3)对自定义差分电流值进行滑动平均滤波；
4)判断直流线路故障类型；
所述的自定义差分电流值，包括Id_KM和Id_MK，其中： uKp和iKp为整流侧正极电压电流，uKn和iKn为整流侧负极电压电流，uMp和iMp为逆变侧正极电压电流，uMn和iMn为逆变侧负极电压电流。
2.根据权利要求1所述的MMC-HVDC系统直流输电线路保护方法，其特征是，所述的自定义差分电流值经滑动平均滤波后得到其中：N为采样点数。
3.根据权利要求2所述的MMC-HVDC系统直流输电线路保护方法，其特征是，所述的步骤4)具体包括以下步骤：
4.1)判断正极接地故障，当Id_KMf＜-Iset且Id_MKf＞Iset时，为正极接地故障，否则进行下一步，其中：Iset为设定的保护门槛值；
4.2)判断负极接地故障，当Id_KMf＞Iset且Id_MKf＜-Iset时，为负极接地故障，否则进行下一步；
4.3)判断双极短路故障，当Id_KMf＞Iset且Id_MKf＞Iset时，为双极短路故障，否则不存在直流线路故障。
4.根据权利要求3所述的MMC-HVDC系统直流输电线路保护方法，其特征是，所述的保护门槛值Iset＝0.2Idc，其中：Idc为系统正常运行时的直流线路电流。
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