CN110137920A - 一种基于电压相关性的mmc直流输电线路保护方法 - Google Patents

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    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/26—Sectionalised protection of cable or line systems, e.g. for disconnecting a section on which a short-circuit, earth fault, or arc discharge has occured
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Abstract

本发明涉及一种基于电压相关性的MMC直流输电线路保护方法，属于电力系统继电保护技术领域。当直流输电线路发生故障时，首先收集线路两端的正、负极电压，得到相关系数，然后利用相关系数进行单极接地故障的判断，如果判断结果为非单极接地故障，再计算极间电压，并求得极间电压的变化率，最后用电压变化率判断是否为两极短路。本发明有很强的耐受过渡电阻能力，数据窗仅3ms，速动性好，有较强的应用前景。

Description

一种基于电压相关性的MMC直流输电线路保护方法
技术领域
本发明涉及一种基于电压相关性的MMC直流输电线路保护方法，属于电力系统继电保护技术领域。
背景技术
基于MMC(模块化多电平换流器modular multilevel converter)的柔性直流输电技术相比于传统直流具有诸多优点，例如没有无功补偿问题、没有换相失败问题、可以为无源系统供电等诸多优点，成为现今的研究热点。目前，对于MMC直流输电线路保护的研究还较少。由于MMC基本单元的拓扑结构和子模块的工作原理相较于传统直流有很大的不同，直流输电线路保护方法可以参照传统直流输电线路保护的方法，但不一定所有适用于传统直流输电线路保护的方法都适用于MMC直流输电线路。并且现有直流输电线路保护的方法也有很多不足，比如说对高阻接地故障就不能有效识别，而且有效识别高阻接地故障一直以来就是电力系统继电保护领域的难题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提出一种基于电压相关性的MMC直流输电线路保护方法，能有效识别单极接地高阻故障，针对两极故障和线路外部故障，应用极间电压变化率进行区分。利用电压相关性和极间电压变化率两种算法组合就能有效识别线路内部故障和外部故障，速动性好，有较强应用前景。
本发明的技术方案是：一种基于电压相关性的MMC直流输电线路保护方法，当直流输电线路发生故障时，首先收集线路两端的正、负极电压，得到相关系数，然后利用相关系数进行单极接地故障的判断，如果判断结果为非单极接地故障，再计算极间电压，并求得极间电压的变化率，最后用电压变化率判断是否为两极短路。
具体步骤为：
(1)MMC直流输电系统故障后，根据保护安装处的量测装置测得的正极电压up和负极电压un，采样窗口为3ms，求得两者的相关系数r：
式中，upi表示正极电压的第i个值，表示所采样的正极电压的平均值，m表示信号的长度，uni表示负极电压的第i个值，表示所采样的负极电压的平均值；
(2)设相关系数的门槛值rset＝0.5，进行故障判断，若r＞rset，判定为单极接地故障，则相应线路保护动作；若r＜rset，判定为发生非单极接地故障，则继续进行下一步；
(3)计算极间电压udc，因为发生两极短路的极间电压与发生线路外部故障的极间电压差别较大，所以用极间电压来判断是两极短路还是线路外部故障。
udc＝up-un (2)
(4)求极间电压的电压变化率|du/dt|，电压变化率|du/dt|是通过计算每2个采样点的差值，选取3ms时间段内差值的最大值得到的。
(5)设电压变化率的门槛值为59.6kV/ms(参照传统直流输电线路保护的电压变化率整定值，再考虑一定裕度得到门槛值)，若电压变化率在3ms时间内的最大值|du/dt|max＞Δset，则判定为双极短路，相应线路保护动作；若电压变化率|du/dt|max＜Δset，则判定为线路外部故障，线路保护不动作。
本发明的原理是：当MMC直流输电线路发生单极接地故障时，正、负极电压之间的相关系数接近于1，明显有别于两极短路和线路外部故障，可用相关系数甄别出单极接地故障。双极短路极间电圧的变化率|du/dt|相较于线路外部故障，两者差别明显，可用电压变化率来区分双极短路和外部故障。
本发明的有益效果是：
1、利于电压相关性甄别单极接地故障有超强的耐受过渡电阻能力，为识别高阻接地故障提供理论支撑，可考虑推广应用。
2、MMC直流输电线路保护采用单端正、负极电压之间的Person相关系数来甄别单极接地故障，无需与对端信号通信，就能可靠、灵敏地识别故障。
3、所提保护方案数据窗长仅为3ms，速动性很好。
附图说明
图1是本发明流程图；
图2是本发明实施例中MMC直流输电系统结构图；
图3是本发明不同过渡电阻下正极线路20km、100km和260km故障相关系数柱状图；
图4是本发明不同过渡电阻下负极180km和340km故障相关系数柱状图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，对本发明作进一步说明。
实施例1：建立如附图2所示的MMC高压直流输电系统作为仿真模型。联接变压器阀侧绕组采用三角形联结，无中性点，联接变压器交流侧均采用星形联结，其中性点直接接地。直流侧经钳位电阻接地，钳位电阻阻值很大，主要功能是钳位两极电压和正常运行时可提供直流系统的电位参考点。直流电压为±320kV，输电线路400km，输送有功1169MW，设在正极线路260km处发生金属性短路故障。
(1)MMC直流输电系统故障后，测得保护安装处测得的正、负极电压(采样窗口为3ms)，根据公式(1)求得两者的相关系数r＝0.9876：
(2)求得的相关系数r＝0.9876与设定的门槛值rset＝0.5比较，得到r＞rset，则判定为单极接地故障，相应线路保护动作。
实施例2：建立如附图2所示的MMC高压直流输电系统作为仿真模型。联接变压器阀侧绕组采用三角形联结，无中性点，联接变压器交流侧均采用星形联结，其中性点直接接地。直流侧经钳位电阻接地，钳位电阻阻值很大，主要功能是钳位两极电压和正常运行时可提供直流系统的电位参考点。直流电压为±320kV，输电线路400km，输送有功1169MW，设在线路320km处发生两极短路故障，过渡电阻为300Ω。
(1)MMC直流输电系统故障后，测得保护安装处测得的正、负极电压(采样窗口为3ms)，根据公式(1)求得两者的相关系数r＝-1：
(2)求得的相关系数r＝-1与设定的门槛值rset＝0.5比较，得到，r＜rset，继续进行下一步；
(3)根据公式(2)计算极间电压udc：
(4)求极间电压的电压变化率|du/dt|；
(5)电压变化率在3ms时间内的最大值|du/dt|max＝117.8与设定的门槛值Δset＝69.6kV/ms比较，电压变化率|du/dt|max＞Δset，则判定为双极短路，相应线路保护动作。
实施例3：建立如附图2所示的MMC高压直流输电系统作为仿真模型。联接变压器阀侧绕组采用三角形联结，无中性点，联接变压器交流侧均采用星形联结，其中性点直接接地。直流侧经钳位电阻接地，钳位电阻阻值很大，主要功能是钳位两极电压和正常运行时可提供直流系统的电位参考点。直流电压为±320kV，输电线路400km，输送有功1169MW，设在整流侧发生交流系统三相短路故障。
(1)MMC直流输电系统故障后，测得保护安装处测得的正、负极电压(采样窗口为3ms)，根据公式(1)求得两者的相关系数r＝-1：
(2)求得的相关系数r＝-1与设定的门槛值rset＝0.5比较，得到，r＜rset，继续进行下一步；
(3)根据公式(2)计算极间电压udc：
(4)求极间电压的电压变化率|du/dt|；
(5)电压变化率在3ms时间内的最大值|du/dt|max＝7.9与设定的门槛值Δset＝69.6kV/ms比较，电压变化率|du/dt|max＜Δset，则判定为线路外部故障，线路保护不动作。
以上结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (2)

1.一种基于电压相关性的MMC直流输电线路保护方法，其特征在于：当直流输电线路发生故障时，首先收集线路两端的正、负极电压，得到相关系数，然后利用相关系数进行单极接地故障的判断，如果判断结果为非单极接地故障，再计算极间电压，并求得极间电压的变化率，最后用电压变化率判断是否为两极短路。
2.根据权利要求1所述的基于电压相关性的MMC直流输电线路保护方法，其特征在于具体步骤为：
(1)MMC直流输电系统故障后，根据保护安装处的量测装置测得的正极电压up和负极电压un，求得两者的相关系数r：
式中，upi表示正极电压的第i个值，表示所采样的正极电压的平均值，m表示信号的长度，uni表示负极电压的第i个值，表示所采样的负极电压的平均值；
(2)设相关系数的门槛值rset＝0.5，进行故障判断，若r＞rset，判定为单极接地故障，则相应线路保护动作；若r＜rset，判定为发生非单极接地故障，则继续进行下一步；
(3)计算极间电压udc：
udc＝up-un (2)
(4)求极间电压的电压变化率|du/dt|；
(5)设电压变化率的门槛值为59.6kV/ms，若电压变化率在3ms时间内的最大值|du/dt|max＞Δset，则判定为双极短路，相应线路保护动作；若电压变化率|du/dt|max＜Δset，则判定为线路外部故障，线路保护不动作。
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