CN107991583A - 柔性直流输电系统换流站交流出线故障判别方法及系统 - Google Patents

柔性直流输电系统换流站交流出线故障判别方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种柔性直流输电系统换流站交流出线故障判别方法及系统，在线路保护中实现；所述方法的内容是：线路保护新增参数，选择将本侧保护设置为换流站侧或者换流站对侧；对于换流站侧线路保护，当负序电流小于门槛定值，零序电流大于门槛定值，且零负序电流满足相互比例关系时，该侧线路保护判为正方向故障；对于换流站对侧线路保护，当负序电流大于门槛定值，零序电流小于门槛定值时，该侧线路保护判别为正方向故障；两侧线路保护进行信息交互，当两侧均判为正方向故障时，确定本线路区内发生故障。此种方法能够适应柔性直流输电系统换流站交流出线应用场景，提升该线路中保护动作性能。

Description

柔性直流输电系统换流站交流出线故障判别方法及系统
技术领域
本发明属于电力系统继电保护领域，特别涉及一种柔性直流输电系统换流站交流出线故障判别方法及系统。
背景技术
柔性直流输电技术利用全控型器件的开通与关断均可以灵活控制的特点，能够实现更为优异的输电性能控制效果。柔性直流输电系统在孤岛和弱电网供电、大型城市供电、可再生能源并网等领域逐步得到推广和应用。
柔性直流输电系统接入常规交流系统以后，交流线路在故障情况下的电气特征出现了明显变化。特别是换流站出线的线路，由于目前柔性直流输电系统一般具备低电压穿越功能，在换流站出线发生故障时，受到柔性直流系统控制输出特性影响，线路保护感受到的零负序电流电压特征分量与常规输电线路有着本质区别，利用传统线路保护中零负序功率方向判别的纵联保护可能难以适应此应用场景。
目前的常规线路保护逻辑中，未考虑柔性直流输电系统在线路故障期间的控制特性，同时也未针对柔性直流输电系统设置必要的参数以识别此运行场景。
发明内容
本发明的目的，在于提供一种柔性直流输电系统换流站交流出线故障判别方法及系统，能够适应柔性直流输电系统换流站交流出线应用场景，提升该线路中保护动作性能。
为了达成上述目的，本发明的解决方案是：
一种柔性直流输电系统换流站交流出线故障判别方法，包括：
将换流站一侧的线路保护设置为换流站侧线路保护或者换流站对侧线路保护；
对于换流站侧线路保护，当负序电流和零序电流满足预设约束关系1时，确定换流站侧为正方向故障；
对于换流站对侧线路保护，当负序电流和零序电流满足预设约束关系2时，确定换流站对侧为正方向故障；
当换流站侧和换流站对侧均判为正方向故障时，确定本线路区内发生故障。
上述换流站侧线路保护判别正方向故障的约束关系1指满足如下条件：
其中：
3I2为根据线路保护采集的三相电流计算得到的负序电流幅值；
3I0为根据线路保护采集的三相电流计算得到的零序电流幅值；
Iset1为负序电流门槛定值；
Iset2为零序电流门槛定值；
k为零负序电流比较系数。
上述负序电流门槛定值Iset1的取值为0.2IN～0.5IN，零序电流门槛定值Iset2的取值为0.2IN～0.5IN，其中，IN为保护用电流互感器二次额定电流值。
上述零负序电流比较系数k的取值为10～20。
上述换流站对侧线路保护判别正方向故障的约束关系2指满足如下条件：
其中：
3I2为根据线路保护采集的三相电流计算得到的负序电流幅值；
3I0为根据线路保护采集的三相电流计算得到的零序电流幅值；
Iset3为负序电流门槛定值；
Iset4为零序电流门槛定值。
上述负序电流门槛定值Iset3的取值为0.2IN～0.5IN，零序电流门槛定值Iset4的取值为0.2IN～0.5IN，其中，IN为保护用电流互感器二次额定电流值。
上述将换流站一侧的线路保护设置为换流站侧线路保护或者换流站对侧线路保护，包括：
在换流站出线两侧线路保护分别预先增加控制字；
根据所述控制字的值确定换流站一侧的线路保护是柔性直流系统的换流站侧还是换流站对侧。
上述控制字的值为0或1，所述根据所述控制字的值确定换流站一侧的线路保护是柔性直流系统的换流站侧还是换流站对侧，包括：
所述换流站一侧的控制字为0表示该侧为换流站侧，控制字为1表示该侧为换流站对侧；或者，
所述换流站一侧的控制字为1表示该侧为换流站侧，控制字为0表示该侧为换流站对侧。
一种柔性直流输电系统换流站交流出线故障判别系统，包括：
线路保护设置模块，用于将换流站一侧的线路保护设置为换流站侧线路保护或者换流站对侧线路保护；
换流站侧线路保护装置，用于在换流站侧负序电流和零序电路满足预设约束关系1时，确定换流站侧为正方向故障；
换流站对侧线路保护装置，用于在换流站对侧负序电流和零序电路满足预设约束关系2时，确定换流站对侧为正方向故障；以及，
故障判断装置，用于在换流站侧和换流站对侧均判断为正方向故障时，确定本线路区内发生故障。
上述线路保护设置模块，包括：
增加单元，用于在换流站出线两侧线路保护分别预先增加控制字；
设置单元，用于根据所述控制字的值确定换流站一侧的线路保护是柔性直流系统的换流站侧还是换流站对侧。
采用上述方案后，与最接近的现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提供一种柔性直流输电系统换流站交流出线故障判别方法及系统，防止柔性直流输电系统换流站交流出线故障时线路保护不正确动作。本发明充分利用柔性直流输电系统在交流系统故障期间的控制特性，提出一种柔性直流输电系统换流站交流出线故障判别方法，该方法不依赖于电压数据，仅通过电流的约束关系识别线路区内故障，提升了线路保护对于柔性直流输电系统的适应能力。
附图说明
图1是本发明判别柔性直流输电系统换流站交流出线故障的流程示意图。
具体实施方式
以下将结合附图，对本发明的技术方案及有益效果进行详细说明。
实施例1
本发明实施例提供了一种柔性直流输电系统换流站交流出线故障判别方法，可以包括如下步骤：
首先，将换流站一侧的线路保护设置为换流站侧线路保护或者换流站对侧线路保护；相应的，换流站另一侧的线路保护可以设置为换流站对侧线路保护、或者换流站侧线路保护。
然后，分别对换流站侧与换流站对侧进行故障判断：
对于换流站侧线路保护，当负序电流和零序电流满足预设约束关系1时，确定换流站侧为正方向故障；
对于换流站对侧线路保护，当负序电流和零序电流满足预设约束关系2时，确定换流站对侧为正方向故障；
最后，当换流站侧和换流站对侧均判为正方向故障时，确定本线路区内发生故障。
其中，所述将换流站一侧的线路保护设置为换流站侧线路保护或者换流站对侧线路保护，包括：
在换流站出线两侧线路保护分别预先增加控制字；
根据所述控制字的值确定换流站一侧的线路保护是柔性直流系统的换流站侧还是换流站对侧。
实施例2
基于同一发明构思，本发明实施例提供了一种柔性直流输电系统换流站交流出线故障判别系统，其解决问题的原理与柔性直流输电系统换流站交流出线故障判别方法类似，故重复之处不再赘述，下面进行说明。
本发明实施例提供的一种柔性直流输电系统换流站交流出线故障判别系统，可以包括：
线路保护设置模块，用于将换流站一侧的线路保护设置为换流站侧线路保护或者换流站对侧线路保护；
换流站侧线路保护装置，用于在换流站侧负序电流和零序电路满足预设约束关系1时，确定换流站侧为正方向故障；
换流站对侧线路保护装置，用于在换流站对侧负序电流和零序电路满足预设约束关系2时，确定换流站对侧为正方向故障；以及，
故障判断装置，用于在换流站侧和换流站对侧均判断为正方向故障时，确定本线路区内发生故障。
其中，所述线路保护设置模块，包括：
增加单元，用于在换流站出线两侧线路保护分别预先增加控制字；以及，
设置单元，用于根据所述控制字的值确定换流站一侧的线路保护是柔性直流系统的换流站侧还是换流站对侧。
实施例3
为了便于本发明的理解，本发明以一实例说明如下。
本发明提供一种柔性直流输电系统换流站交流出线故障判别方法，可以在线路保护中实现。
图1是本发明实施例中判别柔性直流输电系统换流站交流出线故障的流程示意图，配合图1所示，本发明实施例可以包含如下内容：
首先，换流站出线两侧线路保护新增参数可选择将本侧保护设置为换流站侧或者换流站对侧，按照实际系统情况正确设置该参数。
例如，可以在线路保护中增设“换流站侧”控制字，对于换流站某一侧，将该控制字整定为“1”，表示该侧为换流站侧；而对于换流站另一侧，将控制字整定为“0”，表示该侧为换流站对侧。也可采用相反的设定规则，也即，将换流站某一侧的控制字整定为“0”表示该侧为换流站侧，而另一侧则将控制字整定为“1”，表示另一侧为换流站对侧。从而可有效区分本侧保护是柔性直流系统的换流站侧还是换流站对侧。
接着，换流站出线两侧线路保护可以通过交流电流的采集插件获取本侧三相电流。
具体实施时，还可以进一步对获取到的三相电流进行数据处理。具体的处理方法可以采用现有技术实现，本发明对此不作限制。
如图1所示，两侧线路保护分别处理本侧三相电流数据，譬如采用对称分量法可通过三相电流获取相应的负序电流幅值3I2和零序电流幅值3I0。
对于换流站侧线路保护，当满足如下约束关系1时，判别换流站侧正方向发生故障，否则判为非本线区内故障：
其中：
3I2为根据线路保护采集的三相电流计算得到的负序电流幅值；
3I0为根据线路保护采集的三相电流计算得到的零序电流幅值；
Iset1为负序电流门槛定值，优选0.2IN～0.5IN；
Iset2为零序电流门槛定值，优选0.2IN～0.5IN；
IN为保护用电流互感器二次额定电流值；
k为零负序电流比较系数，优选10～20。
对于换流站对侧线路保护，当满足如下约束关系2时，判别换流站对侧正方向发生故障，否则判为非本线区内故障：
其中：
3I2为根据线路保护采集的三相电流计算得到的负序电流幅值；
3I0为根据线路保护采集的三相电流计算得到的零序电流幅值；
Iset3为负序电流门槛定值，优选0.2IN～0.5IN；
Iset4为零序电流门槛定值，优选0.2IN～0.5IN；
IN为保护用电流互感器二次额定电流值。
两侧线路保护可利用已有的纵联通道进行信息交互，当两侧均判为正方向故障时，可确定本线路区内发生故障。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (10)

1.一种柔性直流输电系统换流站交流出线故障判别方法，其特征在于，包括：
将换流站一侧的线路保护设置为换流站侧线路保护或者换流站对侧线路保护；
对于换流站侧线路保护，当负序电流和零序电流满足预设约束关系1时，确定换流站侧为正方向故障；
对于换流站对侧线路保护，当负序电流和零序电流满足预设约束关系2时，确定换流站对侧为正方向故障；
当换流站侧和换流站对侧均判为正方向故障时，确定本线路区内发生故障。
2.如权利要求1所述的柔性直流输电系统换流站交流出线故障判别方法，其特征在于：所述换流站侧线路保护判别正方向故障的约束关系1指满足如下条件：
<mfenced open = "{" close = ""> <mtable> <mtr> <mtd> <mrow> <mn>3</mn> <msub> <mi>I</mi> <mn>2</mn> </msub> <mo>&lt;</mo> <msub> <mi>I</mi> <mrow> <mi>s</mi> <mi>e</mi> <mi>t</mi> <mn>1</mn> </mrow> </msub> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <mn>3</mn> <msub> <mi>I</mi> <mn>0</mn> </msub> <mo>&gt;</mo> <msub> <mi>I</mi> <mrow> <mi>s</mi> <mi>e</mi> <mi>t</mi> <mn>2</mn> </mrow> </msub> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <mn>3</mn> <msub> <mi>I</mi> <mn>0</mn> </msub> <mo>&gt;</mo> <mi>k</mi> <mo>*</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>3</mn> <msub> <mi>I</mi> <mn>2</mn> </msub> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced>
其中：
3I2为根据线路保护采集的三相电流计算得到的负序电流幅值；
3I0为根据线路保护采集的三相电流计算得到的零序电流幅值；
Iset1为负序电流门槛定值；
Iset2为零序电流门槛定值；
k为零负序电流比较系数。
3.如权利要求2所述的柔性直流输电系统换流站交流出线故障判别方法，其特征在于：所述负序电流门槛定值Iset1的取值为0.2IN～0.5IN，零序电流门槛定值Iset2的取值为0.2IN～0.5IN，其中，IN为保护用电流互感器二次额定电流值。
4.如权利要求2所述的柔性直流输电系统换流站交流出线故障判别方法，其特征在于：所述零负序电流比较系数k的取值为10～20。
5.如权利要求1所述的柔性直流输电系统换流站交流出线故障判别方法，其特征在于：所述换流站对侧线路保护判别正方向故障的约束关系2指满足如下条件：
<mfenced open = "{" close = ""> <mtable> <mtr> <mtd> <mrow> <mn>3</mn> <msub> <mi>I</mi> <mn>2</mn> </msub> <mo>&gt;</mo> <msub> <mi>I</mi> <mrow> <mi>s</mi> <mi>e</mi> <mi>t</mi> <mn>3</mn> </mrow> </msub> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <mn>3</mn> <msub> <mi>I</mi> <mn>0</mn> </msub> <mo>&gt;</mo> <msub> <mi>I</mi> <mrow> <mi>s</mi> <mi>e</mi> <mi>t</mi> <mn>4</mn> </mrow> </msub> </mrow> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced>
其中：
3I2为根据线路保护采集的三相电流计算得到的负序电流幅值；
3I0为根据线路保护采集的三相电流计算得到的零序电流幅值；
Iset3为负序电流门槛定值；
Iset4为零序电流门槛定值。
6.如权利要求5所述的柔性直流输电系统换流站交流出线故障判别方法，其特征在于：所述负序电流门槛定值Iset3的取值为0.2IN～0.5IN，零序电流门槛定值Iset4的取值为0.2IN～0.5IN，其中，IN为保护用电流互感器二次额定电流值。
7.如权利要求1所述的柔性直流输电系统换流站交流出线故障判别方法，其特征在于：所述将换流站一侧的线路保护设置为换流站侧线路保护或者换流站对侧线路保护，包括：
在换流站出线两侧线路保护分别预先增加控制字；
根据所述控制字的值确定换流站一侧的线路保护是柔性直流系统的换流站侧还是换流站对侧。
8.如权利要求7所述的柔性直流输电系统换流站交流出线故障判别方法，其特征在于：所述控制字的值为0或1，所述根据所述控制字的值确定换流站一侧的线路保护是柔性直流系统的换流站侧还是换流站对侧，包括：
所述换流站一侧的控制字为0表示该侧为换流站侧，控制字为1表示该侧为换流站对侧；或者，
所述换流站一侧的控制字为1表示该侧为换流站侧，控制字为0表示该侧为换流站对侧。
9.一种柔性直流输电系统换流站交流出线故障判别系统，其特征在于：包括：
线路保护设置模块，用于将换流站一侧的线路保护设置为换流站侧线路保护或者换流站对侧线路保护；
换流站侧线路保护装置，用于在换流站侧负序电流和零序电路满足预设约束关系1时，确定换流站侧为正方向故障；
换流站对侧线路保护装置，用于在换流站对侧负序电流和零序电路满足预设约束关系2时，确定换流站对侧为正方向故障；以及，
故障判断装置，用于在换流站侧和换流站对侧均判断为正方向故障时，确定本线路区内发生故障。
10.如权利要求9所述的柔性直流输电系统换流站交流出线故障判别系统，其特征在于：所述线路保护设置模块，包括：
增加单元，用于在换流站出线两侧线路保护分别预先增加控制字；
设置单元，用于根据所述控制字的值确定换流站一侧的线路保护是柔性直流系统的换流站侧还是换流站对侧。
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