CN109103858A - 一种并联多端拓扑直流分支线路保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种并联多端拓扑直流分支线路保护方法，步骤是：将终端站行波保护、电压突变量保护分成2段，其中保护1段通过提高定值门槛的方式使各终端站保护各自站端到分支站汇流母线方向的线路大部分区域，保证了该段线路保护的快速性和选择性；保护2段分通讯正常和通讯故障两种情况，分别通过增加保护选择性逻辑，实现对分支站汇流母线及各终端站靠近汇流母线区剩余的少部分线路的故障选择性。此方法可以实现直流线路行波保护、电压突变量保护在分支线路全部保护区的可靠、正确动作。

Description

一种并联多端拓扑直流分支线路保护方法

技术领域

本发明属于直流输电领域，特别涉及并联多端拓扑直流分支线路保护方法。

背景技术

随着电力电子器件的不断发展和直流输电技术的广泛应用,并联多端直流输电系统已成为研究热点。并联多端拓扑直流汇集多条线路，其线路保护与两端直流只有一条线路的线路保护有所区别。

如图1所示，以特高压三端混合直流输电系统为例,换流站通过线路连接到汇流母线的换流站为终端站，直接连接汇流母线的换流站为分支站，连接终端站与分支站的线路为分支线路。由于在靠近站3的两条输电线路上都没有电抗器，当任意一条输电线路在靠近站3某处发生接地极故障时，站1与站2线路行波保护、电压突变量保护无法识别是分支线路1接地故障、分支线路2接地故障还是站3直流场汇流母线接地故障，即站1与站2上述两个保护在图1所示的故障点F1、F2、F3失去了选择性，即选择性盲区。

发明内容

本发明的目的，在于提供一种并联多端拓扑直流分支线路保护方法，解决并联多端拓扑直流终端站对应线路故障无法识别的问题；并进一步考虑适用通讯正常和通讯故障两种情况，使其在有无通讯的情况下线路保护都具有选择性，保证分支线路全部保护区任意点故障时，直流线路保护均能正确可靠动作。

为了达成上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种并联多端拓扑直流分支线路保护方法，换流站通过线路连接到汇流母线的换流站为终端站，直接连接汇流母线的换流站为分支站，连接终端站与分支站的线路为分支线路；通过对各终端站行波保护、电压突变量保护分段并增加线路故障选择性逻辑，实现分支线路全部保护区的可靠、正确动作。

上述方案中，所述并联多端拓扑直流包括1条汇流母线汇集多条直流线路的拓扑，或者多条汇流母线汇集多条直流线路的拓扑。

上述方案中，各终端站行波保护、电压突变量保护分成2段，其中保护1段通过提高定值门槛的方式使各终端站保护各自站端到分支站汇流母线方向的线路大部分区域；保护2段分通讯正常和通讯故障两种情况，分别通过增加线路故障选择性逻辑，保护各终端站靠近汇流母线区剩余的少部分线路区域。

上述方案中，各终端站线路行波保护、电压突变量保护1段保护靠近终端站线路x%的区域，其中x%取值范围大于50%小于100%；保护2段保护区域从各终端站线路长度x%开始的剩余线路区域，即线路全长x%至100%的区域。

上述方案中，x%取值范围可以为大于50%小于90%。

上述方案中，在通讯正常的情况下，各终端站行波保护、电压突变量保护2段动作的条件具体为：在终端站行波保护和电压突变量保护自身2段逻辑判据满足后与上从分支站收到的线路行波保护和电压突变量保护动作信号才动作，实现线路故障的选择性。

上述方案中，在通讯故障的情况下，各终端站行波保护、电压突变量保护2段动作的条件具体为：在终端站行波保护和电压突变量保护自身2段逻辑判据满足后，执行灭弧处理措施，通过各终端站直流电压检测判断分支站直流线路重启成功并建立起直流电压后再触发本站线路保护动作，实现线路故障的选择性。

上述方案中，当并联多端拓扑直流包含多条汇流母线时，某一汇流母线所在分支站的直流线路保护设定与其相邻的汇流母线分支站为终端站，再按照所述并联多端拓扑直流分支线路保护方法为该终端站对应的直流分支线路配置线路保护。

上述方案中，线路故障重起逻辑设定在任何情况下线路保护都具有选择性的分支站；在无站间通讯的情况，分支站检测到汇流母线故障立即闭锁，检测到线路故障则等待一定的去游离时间后开始线路重起并建立直流电压。

上述方案中，所述灭弧处理措施为：常规直流换流站灭弧处理采取强制移相的方式灭弧；对于柔性直流换流站灭弧处理则通过在直流侧快速调制出负向直流电压的方式灭弧。

本发明的有益效果：将终端站行波保护、电压突变量保护分成2段，其中保护1段通过提高定值门槛的方式使各终端站保护各自站端到分支站汇流母线方向的线路大部分区域，保证了该段线路保护的快速性和选择性；保护2段分通讯正常和通讯故障两种情况，分别通过增加线路故障选择性逻辑，实现对分支站汇流母线及各终端站靠近汇流母线区剩余的少部分线路的故障选择性。此方法可以实现直流线路行波保护、电压突变量保护在分支线路全部保护区的可靠、正确动作。

附图说明

图1是本发明的并联三端直流线路示意图；

图2是本发明的并联多端拓扑1直流线路示意图；

图3是本发明的并联多端拓扑2直流线路示意图；

图4是本发明的分支线路保护2段实施逻辑框图；

图5是本发明的延时模块示意图；

图6是本发明的延时模块功能示意图。

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明的技术方案作进一步的详细说明。

本发明提供一种并联多端拓扑直流分支线路保护方法，通过对各终端站行波保护、电压突变量保护分段并增加线路故障选择性逻辑，实现分支线路全部保护区的可靠、正确动作。

本实施例中将终端站的线路行波保护和线路电压突变量保护分成2段，其中保护1段通过提高定值门槛的方式使各终端站保护各自站端到分支站汇流母线方向的线路大部分区域，保证了该段线路保护的快速性和选择性；保护2段分通讯正常和通讯故障两种情况，保护汇流母线及各终端站剩余靠近汇流母线区的少部分线路区域。通讯正常时，各终端站接收分支站传来的行波保护、电压突变量保护动作信号并与本终端站行波保护、电压突变量保护2段动作信号相与后保护动作，虽然牺牲了该段线路保护的快速性但保证了保护选择性；通讯故障时，各终端站行波保护、电压突变量保护2段逻辑条件满足后，执行灭弧处理措施，然后通过各终端站直流电压判断分支站直流线路重启成功并建立起直流电压后再触发本终端站线路保护动作，保证了该段线路保护的选择性。通过对并联多端拓扑直流分支线路保护分段以及线路故障选择性逻辑处理，保证直流线路行波保护、电压突变量保护在分支线路全部保护区的可靠、正确动作。

本实施例中，1段保护区域为各终端站到分支站汇流母线方向的线路全长x%的区域，一般选择50-100%之间，典型值70%，参照两端直流线路保护只需通过提高线路行波保护和电压突变量保护定值门槛的方式即可实现；2段保护区域从各终端站线路长度x%开始到靠近汇流母线区的少部分线路区域，线路全长x%至100%的区域，通过增加线路故障选择性辅助判据的方式实现。

（1）1段保护：

通过线路保护的分段，终端站行波保护和电压突变量保护的1段直接根据本站侧采样的电压电流进行行波保护和电压突变量保护原理判断，通过提高定值门槛方式使终端站保护各自靠近本站线路全长x%的区域，不需要分支站线路保护发来的动作选择性信号，也不受有无站间通讯故障的影响，实现直流线路保护快速性和选择性的目的。

（2）2段保护：

（2.1）站间通讯正常时，终端站行波保护和电压突变量保护2段实现正确的选择性问题。考虑在终端站行波保护和电压突变量保护自身2段逻辑判据满足后与上从分支站收到的线路行波保护和电压突变量保护动作信号才动作，实现直流输电线路靠近回流母线剩余线路全长x%至100%的区域的保护，保证了该段线路保护的选择性。

（2.2）站间通讯故障时，终端站行波保护和电压突变量2段实现正确的选择性问题。考虑在终端站行波保护和电压突变量保护自身判据满足后立即执行灭弧处理，但暂时不发线路保护动作信号，通过各终端站直流电压检测判断分支站直流线路重启成功并建立起直流电压后再触发本站线路保护动作，实现直流输电线路靠近回流母线剩余线路全长x%至100%的区域的保护，保证了该段线路保护的选择性。

同时，线路故障重起逻辑设定在任何情况下线路保护都具有选择性的分支站。在无站间通讯的情况，分支站检测到汇流母线故障立即闭锁，检测到线路故障则等待一定的去游离时间后开始线路重起并建立直流电压。

当并联多端拓扑直流包含多条汇流母线时，某一汇流母线所在分支站的直流线路保护设定与其相邻的汇流母线分支站为终端站，再按照上面所述的方法为该终端站对应的直流分支线路配置线路保护。

通过线路连接到汇流母线的换流站为终端站，直接连接汇流母线的换流站为分支站。常规直流换流站灭弧处理采取强制移相的方式灭弧；对于柔性直流换流站灭弧处理则通过在直流侧快速调制出负向直流电压的方式灭弧。

如图1所示为并联三端直流线路示意图，站1和站2为终端站，站3为分支站，F1、F2、F3分别是分支线路1、分支线路2和汇流母线上的接地故障点，阴影区为线路故障选择性盲区。因为站1与站2线路保护无法根据采集的电流、电压及开关量实现自身的选择性，所以解决站1与站2路保护的选择性必须从整个系统的角度去考虑。另外站3两条输电线路上都配置了电流互感器与电压互感器并且其保护装置都是独立配置的，站3的线路保护装置会配置分支线路1保护、分支线路2保护、汇流母线保护，因此可以利用站3的线路保护协助实现站1与站2线路保护的选择性。UDL1、IDL1分别为分支线路1上靠近终端站的电压和电流，UDL2、IDL2分别为分支线路2上靠近终端站的电压和电流，UDL30、IDL30分别为分支站的电压和电流，UDL31、IDL31分别为分支线路1上靠近分支站汇流母线的电压和电流，UDL32、IDL32分别为分支线路2上靠近分支站汇流母线的电压和电流；HSS30、HSS31、HSS32分别是站1、站2和站3连接到汇流母线的快速开关，在两端运行方式下，通过HSS31、HSS32的隔离作用能满足一条线路运行，另一条线路检修的需求；靠近终端站线路全长x%为终端站线路行波保护、电压突变量保护1段保护范围，靠近汇流母线剩余线路全长（100-x）%阴影部分为终端站线路行波保护、电压突变量保护2段保护范围。

如图2所示为并联多端单汇流母线拓扑直流线路示意图，本实施例中为N端。该图由并联三端直流拓扑直流扩展而来，一条汇流母线，一个分支站，N-1个终端站和N-1条线路组成。

如图3所示为并联多端多汇流母线拓扑直流线路示意图，本实施例中为n条汇流母线。该图由并联多端单汇流母线拓扑直流扩展而来，n条汇流母线，n个分支站，每条汇流母线连接多个终端站，该拓扑可以等效为n个并联多端单汇流母线拓扑直流。其中，两两分支站之间通过直流线路相连接；这些直流线路的保护通过设定2个相邻的汇流母线链接的分支站互为对方的终端站的方式，使得这些直流线路成为本专利定义的分支线路，同样适用本专利方法。

如图4所示为线路保护2段实施逻辑框图。站间通讯正常时，在终端站行波保护和电压突变量保护2段判据满足后与上从分支站收到的线路保护动作信号，经过延时T后保护动作，实现线路故障选择性盲区的保护。所述延时T时间范围是0～1.0s。站间通讯故障时，在终端站行波保护和电压突变量保护自身判据满足后立即执行灭弧处理但是暂时不发线路保护动作信号，通过各终端站直流电压大于直流电压低定值来判断分支站直流线路重启成功并建立起直流电压后再触发本站线路保护动作，经过延时T后保护动作，从而实现线路故障选择性盲区的保护。所述延时T时间范围是0～1.0s。

如图5所示为延时模块。实现的功能是：将输入口1接收到的真值信号延后T时间后输出到输出口2，输入口接收到假值信号不延时直接输出到输出口2。

如图6所示为延时模块功能示意。①当输入真信号持续时间小于T时，输出为假；②输入真信号持续时间等于T时，输出为假；③输入真信号持续时间大于T时，输出为真。

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)

1.一种并联多端拓扑直流分支线路保护方法，其特征在于：换流站通过线路连接到汇流母线的换流站为终端站，直接连接汇流母线的换流站为分支站，连接终端站与分支站的线路为分支线路；通过对各终端站行波保护、电压突变量保护分段并增加线路故障选择性逻辑，实现分支线路全部保护区的可靠、正确动作。

2.如权利要求1所述的一种并联多端拓扑直流分支线路保护方法，其特征在于：所述并联多端拓扑直流包括1条汇流母线汇集多条直流线路的拓扑，或者多条汇流母线汇集多条直流线路的拓扑。

3.如权利要求1所述的一种并联多端拓扑直流分支线路保护方法，其特征在于：各终端站行波保护、电压突变量保护分成2段，其中保护1段通过提高定值门槛的方式使各终端站保护各自站端到分支站汇流母线方向的线路大部分区域；保护2段分通讯正常和通讯故障两种情况，分别通过增加线路故障选择性逻辑，保护各终端站靠近汇流母线区剩余的少部分线路区域。

4.如权利要求3所述的一种并联多端拓扑直流分支线路保护方法，其特征在于：各终端站线路行波保护、电压突变量保护1段保护靠近终端站线路x%的区域，其中x%取值范围大于50%小于100%；保护2段保护区域从各终端站线路长度x%开始的剩余线路区域，即线路全长x%至100%的区域。

5.如权利要求4所述的一种并联多端拓扑直流分支线路保护方法，其特征在于：x%取值范围为大于50%小于90%。

6.如权利要求3所述的一种并联多端拓扑直流分支线路保护方法，其特征在于：在通讯正常的情况下，各终端站行波保护、电压突变量保护2段动作的条件具体为：在终端站行波保护和电压突变量保护自身2段逻辑判据满足后与上从分支站收到的线路行波保护和电压突变量保护动作信号才动作，实现线路故障的选择性。

7.如权利要求3所述的一种并联多端拓扑直流分支线路保护方法，其特征在于：在通讯故障的情况下，各终端站行波保护、电压突变量保护2段动作的条件具体为：在终端站行波保护和电压突变量保护自身2段逻辑判据满足后，执行灭弧处理措施，通过各终端站直流电压检测判断分支站直流线路重启成功并建立起直流电压后再触发本站线路保护动作，实现线路故障的选择性。

8.如权利要求3所述的一种并联多端拓扑直流分支线路保护方法，其特征在于：当并联多端拓扑直流包含多条汇流母线时，某一汇流母线所在分支站的直流线路保护设定与其相邻的汇流母线分支站为终端站，再按照所述并联多端拓扑直流分支线路保护方法为该终端站对应的直流分支线路配置线路保护。

9.如权利要求3所述的一种并联多端拓扑直流分支线路保护方法，其特征在于：线路故障重起逻辑设定在任何情况下线路保护都具有选择性的分支站；在无站间通讯的情况，分支站检测到汇流母线故障立即闭锁，检测到线路故障则等待一定的去游离时间后开始线路重起并建立直流电压。

10.如权利要求7所述的一种并联多端拓扑直流分支线路保护方法，其特征在于：所述灭弧处理措施为：常规直流换流站灭弧处理采取强制移相的方式灭弧；对于柔性直流换流站灭弧处理则通过在直流侧快速调制出负向直流电压的方式灭弧。