CN111555248A - 一种柔性直流输电系统换流器接地故障保护方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种柔性直流输电系统换流器接地故障保护方法，包括：步骤1：采集极母线换流器侧电流，极母线线路侧电流，极中性母线换流器侧电流；步骤2：依据步骤1采集的各模拟量来计算换流器与极中性母线连接区域的接地故障特征并判断换流器与极中性母线连接区域是否发生接地故障。本发明还同时公开了相应的柔性直流输电系统换流器接地故障保护装置。采用本发明的技术方案，能够有效检测出柔性直流换流器与极中性母线连接区域的接地故障。
Description
技术领域
本发明属于柔性直流输电领域，特别涉及一种柔性直流输电系统换流器接地故障保护方法及装置。
背景技术
柔性直流输电系统换流器的结构有两种：第一种是桥臂电抗器一般位于交流连接点与换流阀之间、三相上、下桥臂电流互感器位于桥臂电抗器与换流阀之间，如图1所示；第二种是桥臂电抗器位于直流正极公共点或负极公共点与换流阀之间，三相上、下桥臂电流互感器位于桥臂电抗器与换流阀之间，如图2所示；不管上面哪一种，桥臂电抗器与换流阀组成的桥臂都位于直流正极公共点与负极公共点之间。极母线换流器侧电流特指图1和图2中的IdH，极母线线路侧电流特指图1和图2中的IDL，极中性母线换流器侧电流特指图1和图2中的IdN。
当柔性直流输电系统处于双极平衡运行方式时，如果发生图1中F1所示的某一相最靠近极中性母线的一个子模块发生接地故障，或者图2中F1所示的电抗器与换流阀之间发生接地故障，抑或者是图1和图2中F2所示的换流器与极中性母线之间的引线接地故障，因为其故障电流很小，目前配置的保护，如差动速断、过流速断、过负荷、谐波保护都检测不了这种故障。另外，持续的轻微短路故障可能会进一步恶化成严重的短路故障，对换流阀及桥臂电抗器等设备带来危害。因此,本发明提供一种柔性直流输电系统换流器接地故障保护方法，能够有效地检测柔性直流换流器与极中性母线连接区域的接地故障。
发明内容
本发明的目的是：提供一种柔性直流输电系统换流器接地故障保护方法及装置，能够解决双极运行方式下换流器与极中性母线连接区域的接地故障识别难的问题。
为了达成上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种柔性直流输电系统换流器接地故障保护方法，所述柔性直流输电系统包含至少一组换流器单元，所述换流器单元的每个桥臂的桥臂电抗器和换流阀都位于直流正极公共点与负极公共点之间，所述方法包括如下步骤：
步骤1：采集极母线换流器侧电流，极母线线路侧电流，极中性母线换流器侧电流；
步骤2：依据步骤1采集的各模拟量来计算换流器与极中性母线连接区域的接地故障特征并判断换流器与极中性母线连接区域是否发生接地故障。
优选的方案中，上述方法还包括步骤3：若确认换流器与极中性母线连接区域发生接地故障，经预设延时后闭锁换流器并跳开换流器所连接的交流进线断路器，或者经预设延时降低本极功率。
优选的方案中，步骤2中所述接地故障特征包括：极母线线路侧电流的谐波有效值和极母线换流器侧电流与极中性母线换流器侧电流差值的有效值。
优选的方案中，当下述三个条件同时满足并且持续时间大于预设时间定值时，判定换流器与极中性母线连接区域发生接地故障：
1)柔性直流系统处于双极运行模式；
2)极母线线路侧电流的谐波有效值小于第一电流定值；
3)极母线换流器侧电流与极中性母线换流器侧电流差值的有效值大于第二电流定值。
优选的方案中，所述第一电流定值应小于区外故障在极母线处产生的最大谐波电流。
优选的方案中，所述第二电流定值取第二起动电流定值、比率系数与当前直流电流指令值乘积中的较大值，所述第二电流起动定值小于可能出现的最小故障电流大于此最小故障电流下的稳态测量误差，所述比率系数大于测量设备稳态最大测量误差百分数的两倍。
优选的方案中，所述预设时间定值同时大于柔性直流输电系统中其它谐波保护的时间定值和交流系统中的谐波衰减时间。
本发明同时提出一种柔性直流输电系统换流器接地故障保护装置，所述柔性直流输电系统包含至少一组换流器单元，所述换流器单元的每个桥臂的桥臂电抗器和换流阀都位于直流正极公共点与负极公共点之间，所述装置包括：
故障采集单元：采集极母线换流器侧电流，极母线线路侧电流，极中性母线换流器侧电流；
判断单元：依据故障采集单元采集的各模拟量来提取计算换流器与极中性母线连接区域的接地故障特征并判断换流器与极中性母线连接区域是否发生接地故障。
优选的方案中，上述装置还包括处理单元，若判断单元中若确认换流器与极中性母线连接区域发生接地故障，经预设延时后闭锁换流器并跳开换流器所连接的交流进线断路器，或者经预设延时降低本极功率。
优选的方案中，所述判断单元中，当柔性直流系统处于双极运行模式，极母线线路侧电流的谐波有效值小于第一电流定值，极母线换流器侧电流与极中性母线换流器侧电流差值的有效值大于第二电流定值，上述三个条件同时满足并且持续时间大于预设时间定值时判断为换流器与极中性母线连接区域发生接地故障。
优选的方案中，所述判断单元中，所述第一电流定值应小于区外故障在极母线处产生的最大谐波电流。
优选的方案中，所述判断单元中，所述第二电流定值取第二起动电流定值、比率系数与当前直流电流指令值乘积中的较大值，所述第二电流起动定值小于可能出现的最小故障电流大于此最小故障电流下的稳态测量误差，所述比率系数大于测量设备稳态最大测量误差百分数的两倍。
优选的方案中，所述判断单元中，所述预设时间定值同时大于柔性直流输电系统中其它谐波保护的时间定值和大于交流系统中的谐波衰减时间。
本发明的有益效果：采用本发明的技术方案可以在柔性直流输电系统双极运行方式下，有效检测出换流器与极中性母线连接区域的接地故障。
附图说明
图1为柔性直流换流器结构1示意图；
图2为柔性直流换流器结构2示意图；
图3为本申请的一种柔性直流输电系统换流器接地故障保护方法实施例流程图；
图4为本申请的一种柔性直流输电系统换流器接地故障保护方法另一个实施例流程图；
图5为本申请的一种柔性直流输电系统换流器接地故障保护装置实施例示意图；
图6为本申请的一种柔性直流输电系统换流器接地故障保护装置另一个实施例示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体的实施例对本发明技术方案作进一步的详细描述，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
本发明涉及的专有名字解释如下：
柔性直流输电系统：换流阀以IGBT等全控型器件为开关元件的直流输电系统；
换流阀：直流输电系统中实现交直流变换的设备；
极母线：连接换流阀高压端和高压输电线路的站内母线；
极中性母线：连接换流阀低压端和站内双极区的站内母线；
双极运行模式：指直流输电系统的两个极都处在传输功率的状态；
起动电流：继电保护定值整定时在各种工况下设定的最小动作值。
如图3所示为本发明的一种柔性直流输电系统换流器接地故障保护方法实施例流程图，包括如下步骤：
步骤1：采集极母线换流器侧电流，极母线线路侧电流，极中性母线换流器侧电流；
步骤2：依据步骤1采集的各模拟量来计算换流器与极中性母线连接区域的接地故障特征并判断换流器与极中性母线连接区域是否发生接地故障。其中，接地故障特征包括：极母线线路侧电流的谐波有效值和极母线换流器侧电流与极中性母线换流器侧电流差值的有效值。
当下述三个条件同时满足并且持续时间大于预设时间定值时，判定换流器与极中性母线连接区域发生接地故障：
1)柔性直流系统处于双极运行模式；
2)极母线线路侧电流的谐波有效值小于第一电流定值；
3)极母线换流器侧电流与极中性母线换流器侧电流差值的有效值大于第二电流定值。
第一电流定值的取值原则是：第一电流定值应小于区外故障在极母线处产生的最大谐波电流。第二电流定值的取值原则是：第二电流定值取第二起动电流定值、比率系数与当前直流电流指令值乘积中的较大值，并且第二电流起动定值小于可能出现的最小故障电流大于此最小故障电流下的稳态测量误差，比率系数应大于测量设备稳态最大测量误差百分数的两倍。时间定值T取值原则是：时间定值T应大于柔性直流输电系统中其它谐波保护的时间定值，并且大于交流系统中的谐波衰减时间。
优选的实施例中，如图4所示，在上述实施例的基础上还包括步骤3：若确认换流器与极中性母线连接区域发生接地故障，经预设延时后闭锁换流器并跳开换流器所连接的交流进线断路器，或者经预设延时降低本极功率。
下面结合附图1说明具体的实施案例二：
以如图1为例，假定以直流电流指令1000A运行并且处于双极平衡运行模式，换流阀每一个桥臂的子模块电压假设为1.6kV，当F1故障发生时，A相下桥臂的一个子模块被旁路，这样A相下桥臂比B、C相下桥臂少一个子模块，因此故障点会有比较小的谐波电流和直流电流流过，并且其电流等于极母线换流器侧电流IdH与极中性母线换流器侧电流IdN的差值。
通过设定合理的第二定值，必有极母线换流器侧电流IdH与极中性母线换流器侧电流IdN差值的有效值大于第二定值。
因为F1故障发生时极母线换流器侧电流IdH与极中性母线换流器侧电流IdN的差值较小，所以当区外故障引起的谐波电流很大时，测量设备特性的不一致会导致极母线换流器侧电流IdH与极中性母线换流器侧电流IdN的差值也能满足第二定值。基于上述因素，极母线线路侧电流IdL的谐波有效值小于第一定值也作为保护的另外一个条件。当以上条件同时满足并且持续时间大于时间定值T则保护动作。
本申请实施例的方法用于包含有至少一组换流器单元的柔性直流输电系统，所述换流器单元的每个桥臂的桥臂电抗器和换流阀都位于直流正极公共点与负极公共点之间。采用本方法可以有效检测出柔性直流换流器与极中性母线连接区域的接地故障。
如图5所示为本申请一种柔性直流输电系统换流器接地故障保护装置的实施例，包括：故障采集单元和判断单元。
故障采集单元：采集极母线换流器侧电流，极母线线路侧电流，极中性母线换流器侧电流；
判断单元：依据故障采集单元采集的各模拟量来提取计算换流器与极中性母线连接区域的接地故障特征并判断换流器与极中性母线连接区域是否发生接地故障。包括：柔性直流系统处于双极运行模式，极母线线路侧电流的谐波有效值小于第一电流定值，极母线换流器侧电流与极中性母线换流器侧电流差值的有效值大于第二电流定值，上述三个条件同时满足并且持续时间大于时间定值T判断为换流器与极中性母线连接区域发生接地故障。
如图6所示的另一个实施例中，保护装置还包括处理单元，若判断单元中确认换流器与极中性母线连接区域发生接地故障，经预设延时后闭锁换流器并跳开换流器所连接的交流进线断路器，或者经预设延时降低本极功率。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或者等效流程变换，或者直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (13)
1.一种柔性直流输电系统换流器接地故障保护方法，所述柔性直流输电系统包含至少一组换流器单元，所述换流器单元的每个桥臂的桥臂电抗器和换流阀都位于直流正极公共点与负极公共点之间，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
步骤1：采集极母线换流器侧电流，极母线线路侧电流，极中性母线换流器侧电流；
步骤2：依据步骤1采集的各模拟量来计算换流器与极中性母线连接区域的接地故障特征并判断换流器与极中性母线连接区域是否发生接地故障。
2.如权利要求1所述的一种柔性直流输电系统换流器接地故障保护方法，其特征在于，还包括步骤3：若确认换流器与极中性母线连接区域发生接地故障，经预设延时后闭锁换流器并跳开换流器所连接的交流进线断路器，或者经预设延时降低本极功率。
3.如权利要求1所述的一种柔性直流输电系统换流器接地故障保护方法，其特征在于，步骤2中所述接地故障特征包括：极母线线路侧电流的谐波有效值和极母线换流器侧电流与极中性母线换流器侧电流差值的有效值。
4.如权利要求3所述的一种柔性直流输电系统换流器接地故障保护方法，其特征在于，当下述三个条件同时满足并且持续时间大于预设时间定值时，判定换流器与极中性母线连接区域发生接地故障：
1)柔性直流系统处于双极运行模式；
2)极母线线路侧电流的谐波有效值小于第一电流定值；
3)极母线换流器侧电流与极中性母线换流器侧电流差值的有效值大于第二电流定值。
5.如权利要求4所述的一种柔性直流输电系统换流器接地故障保护方法，其特征在于，所述第一电流定值应小于区外故障在极母线处产生的最大谐波电流。
6.如权利要求4所述的一种柔性直流输电系统换流器接地故障保护方法，其特征在于，所述第二电流定值取第二起动电流定值、比率系数与当前直流电流指令值乘积中的较大值，所述第二电流起动定值小于可能出现的最小故障电流大于此最小故障电流下的稳态测量误差，所述比率系数大于测量设备稳态最大测量误差百分数的两倍。
7.如权利要求4所述的一种柔性直流输电系统换流器接地故障保护方法，其特征在于，所述预设时间定值同时大于柔性直流输电系统中其它谐波保护的时间定值和交流系统中的谐波衰减时间。
8.一种柔性直流输电系统换流器接地故障保护装置，所述柔性直流输电系统包含至少一组换流器单元，所述换流器单元的每个桥臂的桥臂电抗器和换流阀都位于直流正极公共点与负极公共点之间，其特征在于，所述装置包括：
故障采集单元：采集极母线换流器侧电流，极母线线路侧电流，极中性母线换流器侧电流；
判断单元：依据故障采集单元采集的各模拟量来提取计算换流器与极中性母线连接区域的接地故障特征并判断换流器与极中性母线连接区域是否发生接地故障。
9.如权利要求8所述的一种柔性直流输电系统换流器接地故障保护装置，其特征在于，还包括处理单元，若判断单元中若确认换流器与极中性母线连接区域发生接地故障，经预设延时后闭锁换流器并跳开换流器所连接的交流进线断路器，或者经预设延时降低本极功率。
10.如权利要求8所述的一种柔性直流输电系统换流器接地故障保护装置，其特征在于，所述判断单元中，当柔性直流系统处于双极运行模式，极母线线路侧电流的谐波有效值小于第一电流定值，极母线换流器侧电流与极中性母线换流器侧电流差值的有效值大于第二电流定值，上述三个条件同时满足并且持续时间大于预设时间定值时判断为换流器与极中性母线连接区域发生接地故障。
11.如权利要求10所述的一种柔性直流输电系统换流器接地故障保护装置，其特征在于，所述判断单元中，所述第一电流定值应小于区外故障在极母线处产生的最大谐波电流。
12.如权利要求10所述的一种柔性直流输电系统换流器接地故障保护装置，其特征在于，所述判断单元中，所述第二电流定值取第二起动电流定值、比率系数与当前直流电流指令值乘积中的较大值，所述第二电流起动定值小于可能出现的最小故障电流大于此最小故障电流下的稳态测量误差，所述比率系数大于测量设备稳态最大测量误差百分数的两倍。
13.如权利要求10所述的一种柔性直流输电系统换流器接地故障保护装置，其特征在于，所述判断单元中，所述预设时间定值同时大于柔性直流输电系统中其它谐波保护的时间定值和大于交流系统中的谐波衰减时间。
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