CN110797901B - 特高压混合直流输电vsc交流断面失电识别方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种特高压混合直流输电VSC交流断面失电识别方法及装置，属于电力电子技术与直流输电技术领域，通过检测并计算VSC解锁状态下，联接变压器原边侧交流电压、电流有效值、逆变站极母线的直流电流，以及VSC有功功率实际值与参考值的偏差与对应的判据定值的关系，判断VSC是否发生交流断面失电故障。有效解决了现有VSC交流断面识别方式准确度低、可靠性差的问题。
Description
技术领域
本发明基于逆变站高端LCC与低端多个VSC级联的特高压混合直流输电系统，提出了一种特高压混合直流输电VSC交流断面失电识别方法及装置，属于电力电子技术与直流输电技术领域。
背景技术
常规特高压直流输电系统使用电网换相型换流器LCC，无法避免换相失败造成系统传输功率中断的问题。混合直流输电系统，逆变站使用电压源型换流器VSC或者使用LCC与VSC的组合。电压源型换流器无换相失败，有功功率和无功功率可独立控制，无需配置交流滤波器。LCC与VSC的组合可以在一定程度预防换相失败和抑制换相失败导致的系统功率中断问题的发生。目前混合直流输电系统成为一个研究热点，具有广阔的应用前景。
但是，对于特高压混合直流输电系统，在大功率运行工况下，VSC发生交流断面失电 (联接变压器原边侧三相进线断开)后，VSC直流侧功率大于交流侧，导致子模块电容电压升高，联接变压器原边侧出现过电压。在小功率运行工况下，VSC发生交流断面失电后，其余换流器通过转移功率，一般不会导致直流过压。因而，通过过电压检测的方式可能在某些情况下无法实现对VSC交流断面失电的准确检测。
为了实现对特高压直流输电系统VSC交流断面失电情况的有效识别，急需一种特高压直流输电系统VSC断面失电识别方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种特高压混合直流输电VSC交流断面失电识别方法及装置，解决现有技术中VSC交流断面识别准确性差、可靠性低的问题。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：本发明提供了一种特高压混合直流输电VSC 交流断面失电识别方法，包括如下步骤：
1)测量并计算故障分量：所述故障分量包括联接变压器原边侧交流电压、电流有效值，变站极母线的直流电流，以及VSC有功功率实际值与参考值的偏差；
2)设置故障判据定值：设置交流电压判据定值、交流电流判据定值、逆变站极母线电流判据定值以及有功功率判据定值；
3)在VSC解锁状态下，根据各故障分量与其对应的判据定值的关系判定VSC是否发生交流断面失电故障。
本发明通过检测并计算VSC解锁状态下，联接变压器原边侧交流电压、电流有效值、逆变站极母线的直流电流，以及VSC有功功率实际值与参考值的偏差，并分别判定与对应的判据定值的关系，判断VSC是否发生交流断面失电故障。一方面，提高了VSC交流断面识别方式精确性和可靠性；另一方面，方法简单，提高了故障判别效率。
进一步的，在VSC解锁状态下，各故障分量与其对应的判据定值的关系满足以下故障判据时，判定VSC发生交流断面故障：
式中UasS为联接变压器原边侧交流电压的有效值，Δ1为交流电压判据定值；IacS为联接变压器原边侧交流电流的有效值，Δ2为交流电流判据定值；IdL为逆变站极母线的直流电流，b为逆变站极母线电流判据定值；Pacref为VSC的有功功率参考值，Pac为VSC的有功功率实际值，Δ3为有功功率判据定值，dblk＝1表示VSC为解锁状态。
进一步的，IdL为逆变站极母线的直流电流的标幺值，b的值为0.08。
本发明还提供了一种特高压混合直流输电VSC交流断面失电识别装置，包括处理器和存储器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序以实现如下步骤：
1)测量并计算故障分量：所述故障分量包括联接变压器原边侧交流电压、电流有效值，变站极母线的直流电流，以及VSC有功功率实际值与参考值的偏差；
2)设置故障判据定值：设置交流电压判据定值、交流电流判据定值、逆变站极母线电流判据定值以及有功功率判据定值；
3)在VSC解锁状态下，根据各故障分量与其对应的判据定值的关系判定VSC是否发生交流断面失电故障。
本发明通过检测并计算VSC解锁状态下，联接变压器原边侧交流电压、电流有效值、逆变站极母线的直流电流，以及VSC有功功率实际值与参考值的偏差，并分别判定与对应的判据定值的关系，判断VSC是否发生交流断面失电故障。一方面，提高了VSC交流断面识别方式精确性和可靠性；另一方面，方法简单，提高了故障判别效率。
进一步的，在VSC解锁状态下，各故障分量与其对应的判据定值的关系满足以下故障判据时，判定VSC发生交流断面故障：
式中UasS为联接变压器原边侧交流电压的有效值，Δ1为交流电压判据定值；IacS为联接变压器原边侧交流电流的有效值，Δ2为交流电流判据定值；IdL为逆变站极母线的直流电流，b为逆变站极母线电流判据定值；Pacref为VSC的有功功率参考值，Pac为VSC的有功功率实际值，Δ3为有功功率判据定值，dblk＝1表示VSC为解锁状态。
进一步的，IdL为逆变站极母线的直流电流的标幺值，b的值为0.08。
附图说明
图1是本发明实施例中特高压混合直流输电系统拓扑结构图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的实施方式作进一步详细的说明。应该强调的是下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。
识别方法实施例：
图1是本发明提供的特高压混合直流输电系统拓扑结构图。该特高压混合直流输电系统的整流站与常规特高压相同，采用电网换相型换流器LCC，逆变站高端阀组使用电网换相型换流器LCC，低端阀组为三个VSC阀组并联。VSC阀组直流侧并联可控避雷器。图 1中，ACF：交流滤波器，DCF：直流滤波器。但是本发明并不限于上述拓扑结构，只要是通过LCC和VSC组合的形式组成的特高压混合直流输电系统，均适用本发明所提出的方法。
本实施例中通过对VSC各故障分量的检测，通过相应的判据实现VSC交流断面失电故障检测。下面详细介绍该故障判断过程：
1)测量并计算故障分量。
VSC交流断面失电识别需要躲过系统启停、VSC投退、交流系统故障、直流线路接地故障的干扰。本实施例中通过测量联接变压器原边侧交流电压、电流有效值、逆变站极母线的直流电流，以及计算VSC有功功率实际值与参考值的偏差，并通过对这些检测故障分量的综合判定，实现对VSC交流断面失电故障的准确检测。
2)设置故障判据定值：设置交流电压判据定值、交流电流判据定值、逆变站极母线电流判据定值以及有功功率判据定值。
3)在VSC解锁状态下，同时判定各故障分量与其对应的判据定值的关系判定该VSC是否发生交流断面失电故障。
本实施例提供的特高压混合直流输电VSC交流断面失电识别判据如下式所示。
式中，UasS为联接变压器原边侧交流电压的有效值，Δ1为交流电压判据定值，IacS为联接变压器原边侧交流电流的有效值，Δ2为交流电流判据定值，IdL为逆变站极母线的直流电流，本实施例中将该逆变站极母线的直流电流的判据定值设置为0.08，作为其他实施方式，可根据实际情况进行设定；Pacref为VSC的有功功率参考值，Pac为VSC的有功功率实际值，Δ3为有功功率判据定值，dblk为VSC的解锁状态，dblk＝1表示VSC处于解锁状态。
当上述判据全满足时，表明VSC发生了交流断面失电故障。
本实施例中所给出的判据中，UacS＞Δ1为网侧交流电压有效值大于定值，该判据可以排除交流系统严重故障干扰。对判据定值进行保护整定需要躲过小功率时辅助限压控制和稳态最小交流电压的影响。IacS＜Δ2为网侧交流电流有效值小于阈值，该判据可以排除交流系统严重故障干扰。保护整定需要躲过断线后的线路容性电流。IdL＞0.08为极母线电流标幺值大于0.08pu，该判据可以排除直流线路接地故障干扰。
为VSC有功功率参考值和实际值的偏差，该判据可以排除交流系统轻微故障、系统启停、VSC阀组投退的干扰。dblk＝1为VSC解锁状态，该判据可以排除VSC充电时功率冲击的干扰。
识别装置实施例：
本发明还提供了一种特高压混合直流输电系统VSC断面失电识别装置，包括处理器和存储器，以及存储在存储器上并在所述处理器上运行的计算机程序，处理器可以采用单片机、FPGA、DSP、PLC或MCU等实现，存储器可以采用RAM存储器、闪存、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、移动磁盘、CD-ROM或者本领域已知的任何其他形式的存储介质，可以将该存储介质耦接至处理器，使处理器能够从该存储介质读取信息，或者该存储介质可以是处理器的组成部分。
处理器执行所述计算机程序时实现以下特高压混合直流输电系统VSC断面失电识别方法：
1)测量并计算故障分量：所述故障分量包括联接变压器原边侧交流电压、电流有效值、逆变站极母线的直流电流，以及VSC有功功率实际值与参考值的偏差；
2)设置故障判据定值：设置交流电压判据定值、交流电流判据定值、逆变站极母线电流判据定值以及有功功率判据定值；
3)在VSC解锁状态下，根据各故障分量与其对应的判据定值的关系判定VSC是否发生交流断面失电故障。
各步骤的具体实现方式已在上述识别方法的实施例中进行了详细说明，这里不再赘述。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。
Claims (6)
1.一种特高压混合直流输电VSC交流断面失电识别方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)测量并计算故障分量：所述故障分量包括联接变压器原边侧交流电压、电流有效值，变站极母线的直流电流，以及VSC有功功率实际值与参考值的偏差；
2)设置故障判据定值：设置交流电压判据定值、交流电流判据定值、逆变站极母线电流判据定值以及有功功率判据定值；
3)在VSC解锁状态下，根据各故障分量与其对应的判据定值的关系判定VSC是否发生交流断面失电故障。
2.根据权利要求1所述的特高压混合直流输电VSC交流断面失电识别方法，其特征在于，在VSC解锁状态下，各故障分量与其对应的判据定值的关系满足以下故障判据时，判定VSC发生交流断面故障：
式中UasS为联接变压器原边侧交流电压的有效值，Δ1为交流电压判据定值；IacS为联接变压器原边侧交流电流的有效值，Δ2为交流电流判据定值；IdL为逆变站极母线的直流电流，b为逆变站极母线电流判据定值；Pacref为VSC的有功功率参考值，Pac为VSC的有功功率实际值，Δ3为有功功率判据定值，dblk＝1表示VSC为解锁状态。
3.根据权利要求2所述的特高压混合直流输电VSC交流断面失电识别方法，其特征在于，IdL为逆变站极母线的直流电流的标幺值，b的值为0.08。
4.一种特高压混合直流输电VSC交流断面失电识别装置，其特征在于，包括处理器和存储器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序以实现如下步骤：
1)测量并计算故障分量：所述故障分量包括联接变压器原边侧交流电压、电流有效值，变站极母线的直流电流，以及VSC有功功率实际值与参考值的偏差；
2)设置故障判据定值：设置交流电压判据定值、交流电流判据定值、逆变站极母线电流判据定值以及有功功率判据定值；
3)在VSC解锁状态下，根据各故障分量与其对应的判据定值的关系判定VSC是否发生交流断面失电故障。
5.根据权利要求4所述的特高压混合直流输电VSC交流断面失电识别装置，其特征在于，在VSC解锁状态下，各故障分量与其对应的判据定值的关系满足以下故障判据时，判定VSC发生交流断面故障：
式中UasS为联接变压器原边侧交流电压的有效值，Δ1为交流电压判据定值；IacS为联接变压器原边侧交流电流的有效值，Δ2为交流电流判据定值；IdL为逆变站极母线的直流电流，b为逆变站极母线电流判据定值；Pacref为VSC的有功功率参考值，Pac为VSC的有功功率实际值，Δ3为有功功率判据定值，dblk＝1表示VSC为解锁状态。
6.根据权利要求5所述的特高压混合直流输电VSC交流断面失电识别装置，其特征在于，IdL为逆变站极母线的直流电流的标幺值，b的值为0.08。
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