CN108226708A - 一种含mmc多端直流电网的快速故障判别方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种含MMC多端直流电网的快速故障判别方法，包括以下步骤：利用极间电压变化率作为启动判据；若正极线直流电压变化量取平均值高于某个定值且负极线直流电压变化量取平均值高于某个定值，则判别为本线路双极故障；若不满足双极故障判据，则计算极线电压比值，若比值超过某个定值，则判别本线路发生单极接地故障，其中电压变化量较大者为故障极线。本发明具有灵敏度高、运算量小、所需判断时间短，受过渡电阻影响小，能够对多端直流电网的故障线路快速确定且不易出现误判的情况等优点。

Description

一种含MMC多端直流电网的快速故障判别方法
技术领域
本发明涉及电力系统高压直流输电线路继电保护技术领域，特别涉及一种含MMC多端直流电网的快速故障判别方法。
背景技术
近年来，随着传统大电网所暴露的稳定性问题更加突出，直流系统以其在线路损耗、传输容量和分布式电源接入等方面所具有的优势，柔性直流输电成为近年来国内外研究、应用的热点。尤其是多端柔性直流系统，由于其在供电可靠性方面所具有的巨大优势，成为未来电力系统发展的一大趋势。其中，柔性直流系统的直流线路保护是其技术发展的关键技术之一，主要技术难点包括故障可靠识别与快速隔离。
目前，直流故障隔离主要包括利用交流断路器隔离交流系统与直流故障点、利用直流断路器直接隔离直流故障点和利用换流器实现直流故障电流自清除3种技术方案。其中，利用直流断路器隔离直流故障是未来直流系统最理想的故障隔离方案，且成为目前大力发展的重要方向，然而对直流断路器的动作速度和切除容量提出了更高的要求。目前，基于现有研发的直流断路器技术工艺所能达到的动作速度和切除容量，有必要对故障识别方案进行改进，兼顾保护的快速性、灵敏性与可靠性，并利用断路器隔离故障。
直流电网直流线路保护是直流系统发展的关键技术之一，由于直流断路器切断容量有限，快速判别故障线路和故障类型具有重要意义。发生双极故障时，故障线路上正负极线的电压变化幅值都较大，而其他非故障线路的电压变化幅值则较小；此外，针对单极高阻接地故障，极线电压比值判据能够实现故障的可靠识别，且不受其他直流线路故障和母线故障的影响。因此，利用电压幅值的大小判别双极故障，而利用极线电压比值判别单极故障和故障极线，具有较高的灵敏性和可靠性。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种含MMC多端直流电网的快速故障判别方法，该故障判别方法能够满足判别故障线路，实现故障选线并且耐受过渡电阻能力强。
本发明的目的通过以下的技术方案实现：一种含MMC多端直流电网的快速故障判别方法，包括以下步骤：
步骤1：输入正负极线测得的电压电流数据uP、uN、iP和iN；
步骤2：计算直流电压变化率dUdc/dt，作为启动判据；
Δ1为保护启动判据的整定值，可整定为0.2Udc，Udc为正极线正常运行时的额定电压。直流电压变化率dUdc/dt的计算方法如下：
Udc(t)＝uP(t)-uN(t)
其中td为采样时间间隔。
步骤3：计算电压、电流变化量；
其中，uP(t)，iP(t)分别表示正极线在t时刻的电压瞬时值和电流瞬时值，ΔuP(t)、ΔiP(t)分别表示正极线路的电压突变量和电流突变量，其余类推；t0为保护启动判据动作时刻，Δt为某一特定时间间隔，一般取为10ms以确保t0-Δt时刻取得的电气量为故障前的稳定值。
步骤4：计算一定时间窗内正极线电压变化量平均值MP和负极线电压变化量平均值MN，
t0为启动判据动作时刻，w为时间窗长度，Nw为所选时间窗里的采样点个数。
双极故障判别方法为：
Δ2和Δ3分别为正负极线的电压积分值的整定值。Δ2和Δ3整定为0.8Udc，Udc为正极线正常运行时的额定电压。
步骤5：计算单极接地故障判别判据K，若K>Kset，则单极接地故障发生在本线路上；其中，单极接地故障判别判据K的计算公式为：
比较MP和MN的绝对值大小，若|MP|>|MN|，则为正极线故障，否则为负极线故障。
本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
第一、兼具高灵敏性和高可靠性；本发明对双极故障采用电压变化量平均值、对单极接地故障采用线路电压比值进行选择，很多故障情况下比值都与整定值有较大裕度，且受个别点波动影响较小。
第二、运算方法简单，容易实现；本发明方法仅需提取电压变化量、数值累加实现积分、比值计算即可实现定位故障线路、故障类型和选取故障极线保护动作，运算量小，易于实现。
第三、所需时间窗短，在故障发生后的1ms内故障极线就能可靠动作。
第四、耐受过渡电阻大，电压积分比值特征几乎不受过渡电阻影响，耐受过渡电阻能力强。
附图说明
图1为含MMC多端柔性直流电网的系统拓扑图。
图2为cable14发生双极故障时正负极线的u14和u41曲线。
图3为cable14发生双极故障时正负极线的u12和u43曲线。
图4为cable14发生单极接地故障时正负极线的u14和u12曲线。
图5为cable14发生单极接地故障时正负极线的u41和u43曲线。
图6为含MMC多端直流电网的快速故障判别方法流程图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例
一种含MMC多端直流电网的快速故障判别方法，包含以下步骤：
步骤1：输入正负极线测得的电压电流数据uP、uN、iP和iN；
步骤2：计算直流电压变化率dUdc/dt，作为启动判据；
Δ1为保护启动判据的整定值，可整定为0.2Udc，Udc为正极线正常运行时的额定电压，因此Δ1为40kV/ms。
直流电压变化率dUdc/dt的计算方法如下：
Udc(t)＝uP(t)-uN(t)
其中td为采样时间间隔，选取为0.1ms。
步骤3：计算电压、电流变化量；
其中，uP(t)，iP(t)分别表示正极线在t时刻的电压瞬时值和电流瞬时值，ΔuP(t)、ΔiP(t)分别表示正极线路的电压突变量和电流突变量，其余类推；t0为保护启动判据动作时刻，Δt为某一特定时间间隔，一般取为10ms以确保t0-Δt时刻取得的电气量为故障前的稳定值。
步骤4：计算一定时间窗内正极线电压变化量平均值MP和负极线电压变化量平均值MN，
t0为启动判据动作时刻，w为时间窗长度，本实施例选取为0.5ms。Nw为所选时间窗里的采样点个数。
双极故障判别方法为：
Δ2和Δ3分别为正负极线的电压变化量整定值。Δ2和Δ3整定为0.8Udc，Udc为正极线正常运行时的额定电压，因此Δ2和Δ3均为160kV。
步骤5：计算单极接地故障判别判据K，若K>Kset，则单极接地故障发生在本线路上；其中，单极接地故障判别判据K的计算公式为：
比较MP和MN的绝对值大小，若|MP|>|MN|，则为正极线故障，否则为负极线故障。
图1给出了四端MMC-HVDC直流输电系统的结构拓扑图。MMC1和MMC3为电能供应端，而MMC2和MMC3为电能接收端。输电系统采用直流电缆，电能输送的正方向为从换流站指向直流电网。每根直流线路两端均安装有限流电抗器。该MMC-HVDC采用对称双极直流输电线路，且直流电压水平为±200kV。该直流输电系统限流电抗器的电感值为50mH。保护采样频率为10kHz，时间窗为0.5ms。图2为cable14发生双极故障时正负极线的u14和u41曲线。图3为cable14发生双极故障时正负极线的u12和u43曲线。对比图2和图3可知，故障线路的电压变化量比健全线路的电压变化量要大得多。图4为cable14发生单极接地故障时正负极线的u14和u12曲线。图5为cable14发生单极接地故障时正负极线的u41和u43曲线。对比图4和图5可知，当发生单极接地故障时，故障线路的正负极线电压变化量差异较大，而健全线路的正负极线电压变化量差异则较小。图6为所提含MMC多端直流电网的快速故障判别方法流程图。
双极故障的判别判据为各极线电压变化量平均值，整定值为0.8Udc，即160kV。而单极接地故障判别判据为正负极线电压变化量比值，其整定值为7.46。表1为cable14和cable12发生双极故障时各线路所测得的电压变化量平均值；表2为cable14发生单极金属性接地故障时各线路所测得的极线电压比值；表3为cable12发生单极金属性接地故障时各线路所测得的极线电压比值；表4为cable14发生含过渡电阻300Ω的单极接地故障时所测的的极线电压比值。
表1
表2
表3
表4
由表格可知，当发生双极故障时，只有故障线路上各端所测得的正极线电压变化量平均值MP和负极线电压变化量平均值MN均满足整定值；而其他线路上的电压变化量平均值则都较小。当发生单极接地故障时，即使是在高阻情况下，故障线路两端计算所得的正负极线电压比值均能满足判据整定值，而其他极线则远小于整定值Kset或启动判据无法满足。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种含MMC多端直流电网的快速故障判别方法，其特征在于，包含以下步骤：
步骤1：输入正负极线测得的电压电流数据uP、uN、iP和iN；
步骤2：计算直流电压变化率dUdc/dt，作为启动判据；
步骤3：计算电压、电流变化量；
步骤4：计算一定时间窗内正极线电压变化量平均值MP和负极线电压变化量平均值MN，若二者同时满足判据，即为本线路双极故障，保护结束；若不能满足判据，则转到步骤5；
步骤5：计算单极接地故障判别判据K，若K>Kset，则单极接地故障发生在本线路上；
步骤6：比较MP和MN的绝对值大小，若|MP|>|MN|，则为正极线故障，否则为负极线故障。
2.根据权利要求1所述的含MMC多端直流电网的快速故障判别方法，其特征在于，其中步骤2启动判据的表达式为：
Δ1为保护启动判据的整定值。
3.根据权利要求2所述的含MMC多端直流电网的快速故障判别方法，其特征在于，Δ1可整定为0.2Udc，Udc为正极线正常运行时的额定电压。
4.根据权利要求1所述的含MMC多端直流电网的快速故障判别方法，其特征在于，其中步骤2启动判据直流电压变化率dUdc/dt的计算方法如下：
Udc(t)＝uP(t)-uN(t)
其中td为采样时间间隔。
5.根据权利要求1所述的含MMC多端直流电网的快速故障判别方法，其特征在于，其中对于步骤3的电压、电流变化量的计算方法如下：
其中，uP(t)，iP(t)分别表示正极线在t时刻的电压瞬时值和电流瞬时值，ΔuP(t)、ΔiP(t)分别表示正极线路的电压突变量和电流突变量，其余类推；t0为启动判据动作时刻，Δt某一特定时间间隔以确保t0-Δt时刻取得的电气量为故障前的稳定值。
6.根据权利要求1所述的含MMC多端直流电网的快速故障判别方法，其特征在于，其中对于步骤4中MP和MN的计算方法如下：
t0为启动判据动作时刻，w为时间窗长度，Nw为所选时间窗里的采样点个数。
7.根据权利要求1所述的含MMC多端直流电网的快速故障判别方法，其特征在于，其中对于步骤5单极接地故障的判别判据为：
K＞Kset
其中，单极接地故障判别判据K的计算公式为：
8.根据权利要求1所述的含MMC多端直流电网的快速故障判别方法，其特征在于，其中对于步骤4的双极故障判别方法为：
Δ2和Δ3分别为正负极线的电压积分值的整定值。
9.根据权利要求8所述的含MMC多端直流电网的快速故障判别方法，其特征在于，Δ2和Δ3整定为0.8Udc，Udc为正极线正常运行时的额定电压。
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Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109062863A (zh) * 2018-08-21 2018-12-21 广东电网有限责任公司 电压不平衡保护整定计算方法、装置、设备及存储介质
CN109103853A (zh) * 2018-08-30 2018-12-28 全球能源互联网研究院有限公司 一种直流电网的保护方法与系统
CN109217267A (zh) * 2018-09-20 2019-01-15 山东大学 基于限流电感电压极性的多端柔性直流电网纵联保护方法及系统
CN109613400A (zh) * 2018-12-24 2019-04-12 华中科技大学 基于限流电抗器电压差异性的架空柔直电网故障检测方法
CN110095688A (zh) * 2019-05-08 2019-08-06 国网河南省电力公司电力科学研究院 Lcc-mmc混合三端直流输电系统故障检测方法和装置
CN110137920A (zh) * 2019-05-17 2019-08-16 昆明理工大学 一种基于电压相关性的mmc直流输电线路保护方法
CN112363081A (zh) * 2020-11-30 2021-02-12 广东电网有限责任公司电力科学研究院 半桥型mmc-hvdc的子模块故障诊断方法及系统
CN112904142A (zh) * 2021-01-19 2021-06-04 国网江苏省电力有限公司徐州供电分公司 一种经箝位电阻接地直流配电网单极接地故障保护方法
CN113917280A (zh) * 2021-09-28 2022-01-11 西安理工大学 一种高压直流输电线路雷击干扰与故障判别方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060282239A1 (en) * 2005-06-08 2006-12-14 Chang Gung University Method of setting-up steady state model of VSC-based multi-terminal HVDC transmission system
CN102882193A (zh) * 2012-09-28 2013-01-16 中国南方电网有限责任公司超高压输电公司 一种高压直流输电线路行波保护整定方法与系统
CN103618300A (zh) * 2013-12-09 2014-03-05 中国南方电网有限责任公司超高压输电公司检修试验中心 一种具有高灵敏度的高压直流输电线路行波保护方法
CN104155572A (zh) * 2014-07-15 2014-11-19 华南理工大学 一种同塔双回直流输电线路故障选线方法
CN104979809A (zh) * 2015-07-10 2015-10-14 华南理工大学 一种同塔双回高压直流输电线路行波保护方法
CN106877298A (zh) * 2017-03-27 2017-06-20 上海交通大学 Mmc‑hvdc系统直流输电线路保护方法
CN107390046A (zh) * 2017-06-19 2017-11-24 天津大学 一种高压直流输电线路故障类型判断方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060282239A1 (en) * 2005-06-08 2006-12-14 Chang Gung University Method of setting-up steady state model of VSC-based multi-terminal HVDC transmission system
CN102882193A (zh) * 2012-09-28 2013-01-16 中国南方电网有限责任公司超高压输电公司 一种高压直流输电线路行波保护整定方法与系统
CN103618300A (zh) * 2013-12-09 2014-03-05 中国南方电网有限责任公司超高压输电公司检修试验中心 一种具有高灵敏度的高压直流输电线路行波保护方法
CN104155572A (zh) * 2014-07-15 2014-11-19 华南理工大学 一种同塔双回直流输电线路故障选线方法
CN104979809A (zh) * 2015-07-10 2015-10-14 华南理工大学 一种同塔双回高压直流输电线路行波保护方法
CN106877298A (zh) * 2017-03-27 2017-06-20 上海交通大学 Mmc‑hvdc系统直流输电线路保护方法
CN107390046A (zh) * 2017-06-19 2017-11-24 天津大学 一种高压直流输电线路故障类型判断方法

Cited By (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109062863A (zh) * 2018-08-21 2018-12-21 广东电网有限责任公司 电压不平衡保护整定计算方法、装置、设备及存储介质
CN109062863B (zh) * 2018-08-21 2022-05-27 广东电网有限责任公司 电压不平衡保护整定计算方法、装置、设备及存储介质
CN109103853A (zh) * 2018-08-30 2018-12-28 全球能源互联网研究院有限公司 一种直流电网的保护方法与系统
CN109217267A (zh) * 2018-09-20 2019-01-15 山东大学 基于限流电感电压极性的多端柔性直流电网纵联保护方法及系统
CN109613400B (zh) * 2018-12-24 2019-12-17 华中科技大学 基于限流电抗器电压差异性的架空柔直电网故障检测方法
CN109613400A (zh) * 2018-12-24 2019-04-12 华中科技大学 基于限流电抗器电压差异性的架空柔直电网故障检测方法
CN110095688A (zh) * 2019-05-08 2019-08-06 国网河南省电力公司电力科学研究院 Lcc-mmc混合三端直流输电系统故障检测方法和装置
CN110095688B (zh) * 2019-05-08 2021-03-09 国网河南省电力公司电力科学研究院 Lcc-mmc混合三端直流输电系统故障检测方法和装置
CN110137920A (zh) * 2019-05-17 2019-08-16 昆明理工大学 一种基于电压相关性的mmc直流输电线路保护方法
CN110137920B (zh) * 2019-05-17 2021-05-11 昆明理工大学 一种基于电压相关性的mmc直流输电线路保护方法
CN112363081A (zh) * 2020-11-30 2021-02-12 广东电网有限责任公司电力科学研究院 半桥型mmc-hvdc的子模块故障诊断方法及系统
CN112363081B (zh) * 2020-11-30 2022-06-21 广东电网有限责任公司电力科学研究院 半桥型mmc-hvdc的子模块故障诊断方法及系统
CN112904142A (zh) * 2021-01-19 2021-06-04 国网江苏省电力有限公司徐州供电分公司 一种经箝位电阻接地直流配电网单极接地故障保护方法
CN113917280A (zh) * 2021-09-28 2022-01-11 西安理工大学 一种高压直流输电线路雷击干扰与故障判别方法
CN113917280B (zh) * 2021-09-28 2023-11-03 西安理工大学 一种高压直流输电线路雷击干扰与故障判别方法

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