CN109672147B - 一种晶闸管电流源型变流电路的快速电流保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种晶闸管电流源型变流电路的快速电流保护方法，通过安装在晶闸管电流源型变流电路各交流侧的三相电流互感器进行三相交流电流采集，并进行零漂处理，随后采用软件变流将具有频率特性的三相交流电流转换成仅有直流脉动特点的直流电流，最后基于该直流电流进行过流保护、差动保护、电流变化率保护等快速电流保护的逻辑判断。本发明将随频率交变的交流电流转换为直流电流，并在此基础上进行保护逻辑的判断，大大提升了该拓扑电路电流保护算法的灵敏性和速动性，转换后的直流电流保护方法频率适用范围广，能满足2‑120Hz范围内电流保护的动作需求；当变流电路两侧频率不一致时，该方法能弥补交流保护方法的缺陷，不受其影响。

Description

一种晶闸管电流源型变流电路的快速电流保护方法

技术领域

本发明涉及电力系统的晶闸管电流源型变流电路领域，尤其涉及一种晶闸管电流源型变流电路的快速电流保护方法。

背景技术

因大型调相机在特高压交直流混联电网具有很强的电压稳态和动态无功支撑作用，抽水蓄能和燃气轮机机组在电网中有很强的削峰填谷、事故备用、新能源消纳等作用，高压直流输电能有效缓解我国能源资源与用电负荷逆向分布问题，在长距离大容量电力输送方面有很大优势，所以大型调相机、抽水蓄能机组、燃气轮机机组、高压直流输电等在电网中将持续、快速、健康发展。晶闸管电流源型变频器是大型调相机机组、抽水蓄能机组、燃气轮机机组的首选启动设备，高压直流输电所用拓扑也是晶闸管电流源型变流电路。晶闸管电流源型变流电路的输入、输出交流电流均为非正弦波，谐波含量大，谐波对传统交流保护方法影响大，如能有效结合这种变流电路本身的特点来设计保护方法，将大大提升保护动作的灵敏性和速动性。

晶闸管电流源型变流电路电流为120°正负半波导通的类方波波形，谐波含量大，变频运行时频率变化范围广，如采用交流傅氏、全波积分等快速保护算法进行保护幅值计算，存在幅值受谐波影响精度差、低频计算周期长等缺点，很难满足保护逻辑判断的灵敏性和速动性要求。

发明内容

发明目的：针对以上问题，本发明提出一种晶闸管电流源型变流电路的快速电流保护方法。

技术方案：为实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案是：一种晶闸管电流源型变流电路的快速电流保护方法，包括步骤：

(1)通过安装在晶闸管电流源型变流电路各交流侧的三相电流互感器进行三相交流电流采集；

(2)将获取的三相交流电流进行电流数字零漂处理；

(3)进行软件变流处理，将无零漂三相交流电流转换成直流电流；

(4)软件变流后的直流电流输入至保护逻辑判断模块进行保护逻辑判断。

进一步地，所述变流电路各交流侧的交流电流频率可以相同，也可以不同。

进一步地，所述零漂处理包括一次回路零漂、二次回路零漂和数字采集回路零漂。

进一步地，软件变流模块根据6脉变流原理，结合晶闸管依次循环导通的原理，依次将交流电流转换成直流电流。

进一步地，所述保护逻辑判断包括利用变流电路单侧直流电流幅值进行电流过流保护、电流变化率保护和利用变流电路两侧直流电流幅值进行电流差动保护，当电流幅值大于门槛值和时限定值时保护动作。

进一步地，所述门槛值包括电流门槛值、电流变化率门槛值和差动电流门槛值；与当前控制的直流电流大小相结合，通过合理系数进行设置，也可以根据变流电路对应各变流侧的额定值进行合理设置。

进一步地，所述时限定值包括电流时限定值、电流变化率时限定值和差动电流时限定值；当与下级回路配合时，时限整定应躲过下级故障保护的动作时间；当不存在此问题时，时限定值应以保护可靠不误动的防抖时间为依据进行整定。

有益效果：本发明的晶闸管电流源型变流电路的快速保护方法，具有以下优点：

(1)电流数据的获取点是晶闸管电流源型变流电路的交流侧，两侧或多侧进行差动保护逻辑判断时，其保护范围不仅包括直流部分，还涵盖了对应的变流桥本身，保护范围增大；

(2)差动保护的逻辑判断是基于转换后的直流电流，而非原变流电路前后的交流电流，不需要处理变流电路两侧或多侧频率不一致、相位差不确定等问题，计算方法简单；

(3)软件变流后的直流电流仅有较小直流脉动，不是正负交变的电量，过流保护、电流变化率保护等可直接采用瞬时值进行保护逻辑判断，其动作速度、动作可靠性相对交流保护方法更快、更好。

附图说明

图1是6-6脉冲晶闸管电流源型变流电路的主回路图；

图2是晶闸管电流源型变流电路快速电流保护方法逻辑图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。

如图1所示是6-6脉冲晶闸管电流源型变流电路的主回路图，如图2所示是晶闸管电流源型变流电路快速电流保护方法逻辑图，本发明所述的方法具体包括步骤：

(1)通过安装在晶闸管电流源型变流电路各交流侧的三相电流互感器进行三相交流电流采集；

通过安装在晶闸管电流源型变流电路各交流侧的三相电流互感器，采集交流电流Ia1、Ib1、Ic1、Ia2、Ib2、Ic2，该电流能准确反应出不同工作频率下120°正负半波导通的类方波交变电流的实际情况。

(2)将获取的三相交流电流进行电流数字零漂处理；

以变流电路的某一侧为例，将获取的三相交流电流Ia1、Ib1、Ic1输出至数字零漂处理模块，该模块在系统一次回路未带电时已进行了整个采集系统的零漂校验，涵盖一次回路、二次回路、数据采集回路等所有回路的零漂。经数字零漂模块的处理后，输出无零漂三相交流电流Ia1′、Ib1′、Ic1′，以避免零漂对后续数据处理、保护判断等造成的影响。

(3)进行软件变流处理，将无零漂三相交流电流转换成直流电流；

以变流电路的某一侧为例，无零漂的三相交流电流Ia1′、Ib1′、Ic1′输入至软件变流模块，软件变流模块根据6脉变流原理，结合晶闸管VT1、VT2……VT6、VT1依次循环导通的原理，依次将交流电流Ia1′、Ib1′、Ic1′转换成直流电流Id1。当某两个晶闸管处于换相状态时，软件变流模块首先识别出当前状态，随后将对应的两相电流合并转换成对应的直流电流。在忽略电流脉动的情况下，该直流电流不再具备频率特性，是一个相对稳定的电流，有利于保护逻辑的判断。

(4)软件变流后的直流电流输入至保护逻辑判断模块进行保护逻辑判断。

软件变流后的直流电流Id1、Id2输入至保护逻辑判断模块，并分别进入对应的电流过流保护子单元、电流变化率保护子单元等，辅以必要的电流门槛值、电流变化率门槛值和时限定值等判据进行变流电路的单侧故障逻辑判断；两侧直流电流Id1、Id2同时进入电流差动保护子单元，辅以必要的差动电流门槛值和时限定值等判据，进行整个变流电路不同侧直流电流的大小比较，进行差动保护逻辑判断。

门槛定值整定与电流有关的幅值、变化率、差动门槛等定值可与当前控制的直流电流大小相结合，通过合理系数进行设置，也可以根据变流电路对应各变流侧的额定值进行合理设置。

时限定值整定当需与下级回路配合时，时限整定应躲过下级故障保护的动作时间，当不存在此问题时，时限定值应以保护可靠不误动的防抖时间为依据进行整定。

以上所述仅是以整流侧、逆变侧均为单个6脉冲变流拓扑为例进行说明的，当整流侧、逆变侧的一侧或两侧为12脉冲、18脉冲、24脉冲等变流拓扑时，其逻辑与两侧均为单个6脉冲变流拓扑完全类似，所以整流侧、逆变侧的一侧或两侧为12脉冲、18脉冲、24脉冲等变流拓扑时的快速电流保护方法也完全为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种晶闸管电流源型变流电路的快速电流保护方法，其特征在于，包括步骤：

(1)通过安装在晶闸管电流源型变流电路交流侧的三相电流互感器进行三相交流电流采集；

(2)将获取的三相交流电流进行电流数字零漂处理，所述零漂处理包括一次回路零漂、二次回路零漂和数字采集回路零漂；

(3)进行软件变流处理，根据6脉变流原理，结合晶闸管依次循环导通的原理，依次将无零漂三相交流电流转换成直流电流；

(4)软件变流后的直流电流输入至保护逻辑判断模块进行保护逻辑判断，所述保护逻辑判断包括利用变流电路单侧直流电流幅值进行电流过流保护、电流变化率保护和利用变流电路两侧直流电流幅值进行电流差动保护，当电流幅值大于门槛值和时限定值时保护动作。

2.根据权利要求1所述的晶闸管电流源型变流电路的快速电流保护方法，其特征在于，所述变流电路交流侧的交流电流频率可以相同，也可以不同。

3.根据权利要求1所述的晶闸管电流源型变流电路的快速电流保护方法，其特征在于，所述门槛值包括电流门槛值、电流变化率门槛值和差动电流门槛值；与当前控制的直流电流大小相结合，通过系数进行设置，也可以根据变流电路对应变流侧的额定值进行设置。

4.根据权利要求1所述的晶闸管电流源型变流电路的快速电流保护方法，其特征在于，所述时限定值包括电流时限定值、电流变化率时限定值和差动电流时限定值；当与下级回路配合时，时限整定应躲过下级故障保护的动作时间；当不存在此问题时，时限定值应以保护可靠不误动的防抖时间为依据进行整定。