CN111884171B - 一种交直流系统的单相故障线路重合闸方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种交直流系统的单相故障线路重合闸方法及系统，属于继电保护技术领域，解决了现有的单相故障线路重合闸方法不能区分瞬时性和永久性故障造成交直流系统安全性和稳定性较低的问题。采集逆变侧靠近变压器端交流母线的三相电压、三相线路出口测量电流和远离变压器端交流母线的三相电压；计算单相故障线路的能量计算值及能量动作值；在最大延时时间内，基于单相故障线路的能量计算值、能量动作值及瞬时/永久性故障的能量判据，判断单相故障线路的故障性质；基于所述单相故障线路的故障性质产生重合闸控制信号，以实现对单相故障线路的保护，提高了系统的安全性和可靠性。

Description

一种交直流系统的单相故障线路重合闸方法及系统
技术领域
本发明涉及继电保护技术领域，尤其涉及一种交直流系统的单相故障线路重合闸方法及系统。
背景技术
当交直流互联系统的受端系统中交流线路发生单相故障并被保护切除后，由于受端系统电压的支撑作用，直流系统换相失败能够自行恢复，故障线路保持非全相运行状态。自动重合闸因为其所需要投资少，原理简单，且工作可靠得到了广泛应用。
目前，现有的单相故障线路重合闸方法不能区分瞬时性和永久性故障，将不可避免受到重合于永久性故障的危害。若线路自动重合于永久性故障，则将再次引起直流系统发生换相失败。连续的冲击不仅严重危害了高压直流设备的安全性，大幅的有功及无功功率波动将使系统运行稳定性进一步恶化。直流系统在400ms若检测到两次换相失败，则将闭锁直流，严重情况可能引起交直流系统的连锁故障，造成大规模经济损失。
发明内容
鉴于上述的分析，本发明实施例旨在提供一种交直流系统的单相故障线路重合闸方法及系统，用以解决现有的单相故障线路重合闸方法不能区分瞬时性和永久性故障造成交直流系统安全性和稳定性较低的问题。
一方面，本发明实施例提供了一种交直流系统的单相故障线路重合闸方法，包括如下步骤：
采集逆变侧靠近变压器端交流母线的三相电压uam、ubm、ucm、三相线路出口测量电流ia、ib、ic和远离变压器端交流母线的三相电压uan、ubn、ucn；
基于采集的所述逆变侧靠近变压器端交流母线的三相电压uam、ubm、ucm、三相线路出口测量电流ia、ib、ic和远离变压器端交流母线的三相电压uan、ubn、ucn，计算所述单相故障线路的能量计算值Ecal及能量动作值EDZ；
在最大延时时间内，基于所述单相故障线路的能量计算值Ecal、能量动作值EDZ及瞬时/永久性故障的能量判据，判断单相故障线路的故障性质；
基于所述单相故障线路的故障性质产生重合闸控制信号，以实现对单相故障线路的保护。
进一步，所述能量计算值Ecal的计算公式为：
Figure BDA0002585741480000021
其中，
Figure BDA0002585741480000022
Figure BDA0002585741480000023
式中，Ecal为能量计算值，t1为积分数据窗的开始时刻，t2为积分数据窗的结束时刻，t为积分数据窗的某一时刻，T为工频周期，j相为所述单相故障线路对应逆变侧交流母线的单相，其为a、b、c三相中的一相，x、y相为其余两相，ijm为逆变侧靠近变压器端交流母线的j相电流，ijn为逆变侧远离变压器端交流母线的j相电流，ujm为逆变侧靠近变压器端交流母线的j相电压，uxm为逆变侧靠近变压器端交流母线的x相电压，uym为逆变侧靠近变压器端交流母线的y相电压，ujn为逆变侧远离变压器端交流母线的j相电压，uxn为逆变侧远离变压器端交流母线的x相电压，uyn为逆变侧远离变压器端交流母线的y相电压，Cm为交流线路间的互容，Cs为交流线路的对地电容。
进一步，所述能量动作值EDZ的计算公式为：
Figure BDA0002585741480000031
Figure BDA0002585741480000032
其中，
Figure BDA0002585741480000033
Figure BDA0002585741480000034
式中，EDZ为能量动作值，Δum为逆变器至单相故障线路上故障点的电压降落，ixm为逆变侧靠近变压器端交流母线的x相线路电流，iym为逆变侧靠近变压器端交流母线的y相线路电流，ix为逆变侧靠近变压器端交流母线的x相线路出口测量电流，iy为逆变侧靠近变压器端交流母线的y相线路出口测量电流，ρ为故障点距逆变站交流母线保护安装处的故障距离，Rs为交流线路的自阻，Rm为交流线路相间互阻，Ls为交流线路的自感，Lm为交流线路相间互感。
进一步，所述瞬时/永久性故障的能量判据的计算公式为：
|Ecal-EDZ|＜Eset
式中，Eset为能量门槛值。
进一步，在最大延时时间内，基于所述单相故障线路的能量计算值Ecal、能量动作值EDZ及瞬时/永久性故障的能量判据，判断单相故障线路的故障性质，包括：
若单相故障线路的能量计算值Ecal及能量动作值EDZ满足所述能量判据，则为瞬时性故障，重合闸装置向逆变侧断路器发出重合闸命令，断路器闭合；
若单相故障线路的能量计算值Ecal及能量动作值EDZ不满足所述能量判据，则为永久性故障，重合闸装置闭锁。
另一方面，本发明实施例提供了一种交直流系统的单相故障线路重合闸系统，包括：
数据采集模块，用于采集逆变侧靠近变压器端交流母线的三相电压uam、ubm、ucm、三相线路出口测量电流ia、ib、ic和远离变压器端交流母线的三相电压uan、ubn、ucn；
能量计算模块，用于根据采集的所述逆变侧靠近变压器端交流母线的三相电压uam、ubm、ucm、三相线路出口测量电流ia、ib、ic和远离变压器端交流母线的三相电压uan、ubn、ucn，计算所述单相故障线路的能量计算值Ecal及能量动作值EDZ；
故障性质判断模块，用于在最大延时时间内，根据所述单相故障线路的能量计算值Ecal、能量动作值EDZ及瞬时/永久性故障的能量判据，判断单相故障线路的故障性质；
保护动作模块，用于根据所述单相故障线路的故障性质产生重合闸控制信号，以实现对单相故障线路的保护。
进一步，所述能量计算模块通过下述公式计算能量计算值Ecal：
Figure BDA0002585741480000051
其中，
Figure BDA0002585741480000052
Figure BDA0002585741480000053
式中，Ecal为能量计算值，t1为积分数据窗的开始时刻，t2为积分数据窗的结束时刻，t为积分数据窗的某一时刻，T为工频周期，j相为所述单相故障线路对应逆变侧交流母线的单相，其为a、b、c三相中的一相，x、y相为其余两相，ijm为逆变侧靠近变压器端交流母线的j相电流，ijn为逆变侧远离变压器端交流母线的j相电流，ujm为逆变侧靠近变压器端交流母线的j相电压，uxm为逆变侧靠近变压器端交流母线的x相电压，uym为逆变侧靠近变压器端交流母线的y相电压，ujn为逆变侧远离变压器端交流母线的j相电压，uxn为逆变侧远离变压器端交流母线的x相电压，uyn为逆变侧远离变压器端交流母线的y相电压，Cm为交流线路间的互容，Cs为交流线路的对地电容。
进一步，所述能量计算模块通过下述公式计算能量动作值EDZ：
Figure BDA0002585741480000054
Figure BDA0002585741480000055
其中，
Figure BDA0002585741480000056
Figure BDA0002585741480000061
式中，EDZ为能量动作值，Δum为逆变器至单相故障线路上故障点的电压降落，ixm为逆变侧靠近变压器端交流母线的x相线路电流，iym为逆变侧靠近变压器端交流母线的y相线路电流，ix为逆变侧靠近变压器端交流母线的x相线路出口测量电流，iy为逆变侧靠近变压器端交流母线的y相线路出口测量电流，ρ为故障点距逆变站交流母线保护安装处的故障距离，Rs为交流线路的自阻，Rm为交流线路相间互阻，Ls为交流线路的自感，Lm为交流线路相间互感。
进一步，所述故障性质判断模块通过下述公式获得瞬时/永久性故障的能量判据：
|Ecal-EDZ|＜Eset
式中，Eset为能量门槛值。
进一步，所述故障性质判断模块执行下述流程：
若单相故障线路的能量计算值Ecal及能量动作值EDZ满足所述能量判据，则为瞬时性故障，重合闸装置向逆变侧断路器发出重合闸命令，断路器闭合；
若单相故障线路的能量计算值Ecal及能量动作值EDZ不满足所述能量判据，则为永久性故障，重合闸装置闭锁。
与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：
1、一种交直流系统的单相故障线路重合闸方法，通过采集逆变侧交流母线两端对应的电压及电流信息，并基于采集的电压及电流信息计算单相故障线路的能量计算值及能量动作值，进而通过瞬时/永久性故障的能量判据判断单相故障线路的故障性质，重合闸装置基于该故障性质发送相应的信号至断路器，使得相应的断路器动作以实现对单相故障线路的保护，解决了现有的单相故障线路重合闸方法不能区分瞬时性和永久性故障造成交直流系统安全性和稳定性较低的问题，提高了交直流系统的稳定性和安全性。
2、通过计算能量动作值及能量计算值，为后期进行单相线路故障性质的判断提供了基础和支持，计算简单，易于实施，提高了判断单相故障线路故障性质的效率，具有重要的意义。
3、通过构造瞬时/永久性故障的能量判据以判断单相故障线路的故障性质，在得到单相故障线路的故障性质后，重合闸装置根据故障性质向逆变侧断路器发送相应的断路器信号，以实现对单相故障线路的保护，方法简单，可实施性强，提高了交直流系统的稳定性和可靠性。
4、通过数据采集模块采集交流母线两端对应的电压及电流信息，能量计算模块根据采集的母线电压及电流信息计算单相故障线路的能量计算值及能量动作值，故障性质判断模块根据瞬时/永久性故障的能量判据判断单相故障线路的故障性质，最后，保护动作模块根据故障性质发送相应的信号至断路器，使得相应的断路器动作以实现对单相故障线路的保护，四个模块相互配合，解决了现有的单相故障线路重合闸方法不能区分瞬时性和永久性故障造成交直流系统安全性和稳定性较低的问题，提高了交直流系统的稳定性和安全性。
本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。
附图说明
附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
图1为交直流系统的单相故障线路重合闸方法流程图；
图2为交直流系统原理图；
图3为交流线路a相故障时的瞬时故障等效模型；
图4为交流线路a相故障时的永久故障等效模型；
图5为交直流互联仿真系统原理图；
图6为瞬时故障下的能量计算结果图；
图7为瞬时故障判断结果图；
图8为永久故障下的能量计算结果图；
图9为永久故障判断结果图；
图10为交直流系统的单相故障线路重合闸系统结构图；
附图标记：
100-数据采集模块；200-能量计算模块；300-故障性质判断模块；400-保护动作模块。
具体实施方式
下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。
现有的单相故障线路重合闸方法不能区分瞬时性和永久性故障，若线路自动重合于永久性故障，则将再次引起直流系统发生换相失败。连续的冲击不仅严重危害了高压直流设备的安全性，大幅的有功及无功功率波动将使系统运行稳定性进一步恶化，直流系统在400ms期间若检测到两次换相失败，则将闭锁直流，严重情况可能引起交直流系统的连锁故障，造成大规模经济损失。为此，本申请提出了一种交直流系统的单相故障线路重合闸方法及系统，通过采集逆变侧交流母线两端的电压及电流信息，并基于采集的电压及电流信息计算单相故障线路的能量计算值及能量动作值，进而通过瞬时/永久性故障的能量判据判断单相故障线路的故障性质，重合闸装置基于该故障性质发送相应的信号至断路器，使得相应的断路器动作已实现对单相故障线路的保护，解决了现有的单相故障线路重合闸方法不能区分瞬时性和永久性故障造成交直流系统安全性和稳定性较低的问题，提高了交直流系统的稳定性和安全性。
本发明的一个具体实施例，公开了一种交直流系统的单相故障线路重合闸方法，如图1所示。包括如下步骤：
步骤S1、采集逆变侧靠近变压器端交流母线的三相电压uam、ubm、ucm、三相线路出口测量电流ia、ib、ic和远离变压器端交流母线的三相电压uan、ubn、ucn。具体来说，如图2所示的交直流系统原理图，需采集包括单相故障线路在内的逆变侧靠近变压器端交流母线的三相电压uam、ubm、ucm、三相线路出口测量电流ia、ib、ic和远离变压器端交流母线的三相电压uan、ubn、ucn。
步骤S2、基于采集的所述逆变侧靠近变压器端交流母线的三相电压uam、ubm、ucm、三相线路出口测量电流ia、ib、ic和远离变压器端交流母线的三相电压uan、ubn、ucn，计算单相故障线路的能量计算值Ecal及能量动作值EDZ。具体来说，在计算单相故障线路的能量计算值及能量动作值之前，首先根据交流故障线路对应的瞬时/永久性故障等效模型推导能量计算值及能量动作值的计算公式，进而根据采集的电压电流数据计算能量计算值及能量动作值。以交流线路a相故障为例，交流线路a相故障时的瞬时故障等效模型如图3所示，由KCL定理可得如下表达式：
iam＝i1+i2-i3 (1)
其中，i1,i2,i3分别表示b、c相与a相间耦合电流以及a相对地耦合电流，i1,i2,i3的表达式分别为：
Figure BDA0002585741480000101
将公式(2)带入公式(1)可得到：
Figure BDA0002585741480000102
同理，基于步骤S1采集得到的电流和电压信息可得到：
Figure BDA0002585741480000103
Figure BDA0002585741480000104
Figure BDA0002585741480000105
交流线路a相故障时的永久故障等效模型如图4所示，此时a相线路两端断路器断开，且故障仍存在。通过KVL定理，可得到交流系统线路两端至单相故障线路上故障点的电压降落Δum表达式分别为：
Figure BDA0002585741480000106
通过上述计算获得逆变侧靠近变压器端交流母线的a相电流iam、逆变侧远离变压器端交流母线的a相电流ian、逆变器至单相故障线路上故障点的电压降落Δum后，可通过下述公式计算a相故障线路的能量计算值及能量动作值为：
Figure BDA0002585741480000107
Figure BDA0002585741480000111
考虑到输入线路的能量主要消耗在线路电感和线路间电感上，且主要为无功功率，在一周期内积分为零使得判据不明显。因此，在能量计算公式中，电流采用延时90°时的电流再与电压相乘，使能量计算值主要反映电感上消耗能量。
同理，可得到交流线路b、c相发生故障时的能量计算值及能量动作值，对交流线路三相线路各自发生故障时的能力计算值及能量动作值进行总结，可得到如下所示的交流线路任一相发生故障时能量计算值及能量动作值公式。
优选地，能量计算值Ecal的计算公式为：
Figure BDA0002585741480000112
其中，
Figure BDA0002585741480000113
Figure BDA0002585741480000114
式中，Ecal为能量计算值，t1为积分数据窗的开始时刻，t2为积分数据窗的结束时刻，t为积分数据窗的某一时刻，T为工频周期，j相为所述单相故障线路对应逆变侧交流母线的单相，其为a、b、c三相中的一相，x、y相为其余两相，ijm为逆变侧靠近变压器端交流母线的j相电流，ijn为逆变侧远离变压器端交流母线的j相电流，ujm为逆变侧靠近变压器端交流母线的j相电压，uxm为逆变侧靠近变压器端交流母线的x相电压，uym为逆变侧靠近变压器端交流母线的y相电压，ujn为逆变侧远离变压器端交流母线的j相电压，uxn为逆变侧远离变压器端交流母线的x相电压，uyn为逆变侧远离变压器端交流母线的y相电压，Cm为交流线路间的互容，Cs为交流线路的对地电容。
优选地，能量动作值EDZ的计算公式为：
Figure BDA0002585741480000121
Figure BDA0002585741480000122
其中，
Figure BDA0002585741480000123
Figure BDA0002585741480000124
式中，EDZ为能量动作值，Δum为逆变器至单相故障线路上故障点的电压降落，ixm为逆变侧靠近变压器端交流母线的x相线路电流，iym为逆变侧靠近变压器端交流母线的y相线路电流，ix为逆变侧靠近变压器端交流母线的x相线路出口测量电流，iy为逆变侧靠近变压器端交流母线的y相线路出口测量电流，ρ为故障点距逆变站交流母线保护安装处的故障距离，Rs为交流线路的自阻，Rm为交流线路相间互阻，Ls为交流线路的自感，Lm为交流线路相间互感。
通过计算能量动作值及能量计算值，为后期进行单相线路故障性质的判断提供了基础和支持，计算简单，易于实施，有效提高了单相线路故障判别的效率，具有重要的意义。
步骤S3、在最大延时时间内，基于单相故障线路的能量计算值Ecal、能量动作值EDZ及瞬时/永久性故障的能量判据，判断单相故障线路的故障性质。具体来说，首先是构造瞬时/永久性故障的能量判据，若步骤2计算得到的能量动作值及能量计算值满足瞬时/永久性故障的能量判据，则为瞬时性故障；在最大延时时间内，若能量动作值及能量计算值不满足瞬时/永久性故障的能量判据，则为永久性故障。
优选地，瞬时/永久性故障的能量判据的计算公式为：
|Ecal-EDZ|＜Eset
式中，Eset为能量门槛值。
具体来说，当单相故障线路为瞬时故障时，|Ecal(t)-EDZ(t)|理论值为0，而永久故障下|Ecal(t)-EDZ(t)|较大。能量门槛值的设定是为了躲过计算等原因产生的误差，因此能量门槛值的大小是根据所应用电力系统具体情况和系统后台计算能力等确定的一个固定数值，其中，本申请的后续实施例的仿真过程中能量门槛值Eset的取值为10KJ。
步骤S4、基于单相故障线路的故障性质产生重合闸控制信号，以实现对单相故障线路的保护。优选地，在最大延时时间内，基于单相故障线路的能量计算值Ecal、能量动作值EDZ及瞬时/永久性故障的能量判据，判断单相故障线路的故障性质，包括：若单相故障线路的能量计算值Ecal及能量动作值EDZ满足能量判据，则为瞬时性故障，重合闸装置向逆变侧断路器发出重合闸命令，断路器闭合；若单相故障线路的能量计算值Ecal及能量动作值EDZ不满足能量判据，则为永久性故障，重合闸装置闭锁。
重合闸装置设置于变电站的继电室内，断路器设置于单相故障线路MN的出口，重合闸装置能够根据单相故障线路的故障性质发送相应的断路器控制信号至断路器，以控制断路器执行相应的动作，实现对单相故障线路的保护。断路器的状态包括闭锁和不闭锁，其中，不闭锁状态下断路器是可以闭合或断开的，在本实施例中，当单相线路的故障性质为瞬时性故障时，重合闸装置向逆变侧断路器发出重合闸命令，此时断路器闭合，单相故障线路恢复正常供电；当重合闸闭锁时，单相故障线路不再启动，以保证检修的安全。
具体来说，当能量计算值及能量动作值满足能量判据时，判断为瞬时性故障；在最大延时范围内，单相故障线路的能量计算值及能量动作值不满足能量判据，且判断为永久性故障。当故障性质为瞬时性故障时，重合闸装置向逆变侧断路器发出重合闸命令，断路器闭合，当故障性质为永久性故障时，重合闸装置闭锁，其中，最大延时时间根据系统允许的最大非全相运行时间确定。
通过构造瞬时/永久性故障的能量判据以判断单相故障线路的故障性质，在得到单相故障线路的故障性质后，重合闸装置根据故障性质向逆变侧断路器发送相应的断路器信号，以实现对单相故障线路的保护，方法简单，可实施性强，提高了交直流系统的稳定性和可靠性，判断故障的速度快，有利于对单相故障线路的及时保护。
与现有技术相比，本实施例提供的一种交直流系统的单相故障线路重合闸方法，通过采集逆变侧两端交流母线的电压及电流信息，并基于采集的电压及电流信息计算单相故障线路的能量计算值及能量动作值，进而通过瞬时/永久性故障的能量判据判断单相故障线路的故障性质，重合闸装置基于该故障性质实现对单相故障线路的保护，解决了现有的单相故障线路重合闸方法不能区分瞬时性和永久性故障造成交直流系统安全性和稳定性较低的问题，提高了交直流系统的稳定性和安全性。
本实施例搭建的交直流互联仿真系统如图5所示，直流部分为±500kV直流输电系统，逆变侧交流母线电压为230kV，逆变侧交流母线连接有交流输电线路MN与MS，其中设MN为故障线路。线路MN与MS线路全长均为120km，参数为：r1＝0.1834*10-4Ω/m，x1＝0.263*10-3Ω/m，c1＝500MΩ*m；r0＝0.1417*10-3Ω/km，x0＝0.6027*10-3Ω/km，C0＝800MΩ*m。系统S正序阻抗和零序阻抗分别为ZR1＝4.477+j59.913Ω，ZR0＝2.0+j6.37Ω。采样频率为2kHz。
在t＝0.5s时线路中点分别设置a相接地瞬时/永久故障，接地电阻为50Ω，在t＝0.6s时切除故障。瞬时故障情形下，输入故障相线路的能量计算结果图如图6所示，包括能量计算值和能量动作值，其中，实线代表能量计算值Ecal，虚线代表能量动作值EDZ。由图中可以看出，线路上故障未消失时能量计算值Ecal大于能量门槛值EDZ，在故障消失后两种能量计算值与能量动作值均接近于零。
瞬时故障判断结果图如图7所示，实线代表能量计算值与能量动作值两者差值的绝对值|Ecal(t)-EDZ(t)|，虚线代表能量门槛值Eset，本申请取能量门槛值Eset的值为10。由图中可以看出，在t＝0.75s故障点电弧熄灭时，能量差值迅速变为小于Eset的数值，判定为瞬时性故障电弧已熄灭，可发出线路重合闸命令，断路器闭合。仿真结果与理论推导保持一致。
当故障性质为a相接地永久性故障时，输入故障线路的能量计算值和能量动作值波形如图8所示，实线代表能量计算值Ecal，虚线代表能量动作值EDZ，在永久性故障期间，能量计算值Ecal与EDZ始终相差较大数值。
a相接地永久性故障性质判定结果如图9所示，实线代表能量差值的绝对值|Ecal(t)-EDZ(t)|，虚线代表能量门槛值Eset。其中，能量差值始终大于门槛值，判据判别为永久性故障故障存在情形，不会发出重合闸命令。当时间超过最大延时后，发出闭锁命令，断路器闭锁。
本发明的另一个具体实施例，公开了一种交直流系统的单相故障线路重合闸系统，如图10所示。包括：数据采集模块100，用于采集逆变侧靠近变压器端交流母线的三相电压uam、ubm、ucm、三相线路出口测量电流ia、ib、ic和远离变压器端交流母线的三相电压uan、ubn、ucn；能量计算模块200，用于采集的逆变侧靠近变压器端交流母线的三相电压uam、ubm、ucm、三相线路出口测量电流ia、ib、ic和远离变压器端交流母线的三相电压uan、ubn、ucn，计算单相故障线路的能量计算值Ecal及能量动作值EDZ；故障性质判断模块300，用于在最大延时时间内，根据单相故障线路的能量计算值Ecal、能量动作值EDZ及瞬时/永久性故障的能量判据，判断单相故障线路的故障性质；保护动作模块400，用于根据单相故障线路的故障性质产生重合闸控制信号，以实现对单相故障线路的保护。
通过数据采集模块采集逆变侧交流母线两端的电压及电流信息，能量计算模块根据采集的电压及电流信息计算单相故障线路的能量计算值及能量动作值，故障性质判断模块根据瞬时/永久性故障的能量判据判断单相故障线路的故障性质，最后，保护动作模块根据故障性质发送相应的信号至断路器，使得相应的断路器动作以实现对单相故障线路的保护，四个模块相互配合，解决了现有的单相故障线路重合闸方法不能区分瞬时性和永久性故障造成交直流系统安全性和稳定性较低的问题，提高了交直流系统的稳定性和安全性。
优选地，能量计算模块通过下述公式计算能量计算值Ecal：
Figure BDA0002585741480000161
其中，
Figure BDA0002585741480000162
Figure BDA0002585741480000163
式中，Ecal为能量计算值，t1为积分数据窗的开始时刻，t2为积分数据窗的结束时刻，t为积分数据窗的某一时刻，T为工频周期，j相为所述单相故障线路对应逆变侧交流母线的单相，其为a、b、c三相中的一相，x、y相为其余两相，ijm为逆变侧靠近变压器端交流母线的j相电流，ijn为逆变侧远离变压器端交流母线的j相电流，ujm为逆变侧靠近变压器端交流母线的j相电压，uxm为逆变侧靠近变压器端交流母线的x相电压，uym为逆变侧靠近变压器端交流母线的y相电压，ujn为逆变侧远离变压器端交流母线的j相电压，uxn为逆变侧远离变压器端交流母线的x相电压，uyn为逆变侧远离变压器端交流母线的y相电压，Cm为交流线路间的互容，Cs为交流线路的对地电容。
优选地，能量计算模块通过下述公式计算能量动作值EDZ：
Figure BDA0002585741480000171
Figure BDA0002585741480000172
其中，
Figure BDA0002585741480000173
Figure BDA0002585741480000174
式中，EDZ为能量动作值，Δum为逆变器至单相故障线路上故障点的电压降落，ixm为逆变侧靠近变压器端交流母线的x相线路电流，iym为逆变侧靠近变压器端交流母线的y相线路电流，ix为逆变侧靠近变压器端交流母线的x相线路出口测量电流，iy为逆变侧靠近变压器端交流母线的y相线路出口测量电流，ρ为故障点距逆变站交流母线保护安装处的故障距离，Rs为交流线路的自阻，Rm为交流线路相间互阻，Ls为交流线路的自感，Lm为交流线路相间互感。
通过能量计算模块，计算能量动作值及能量计算值，为后期进行单相线路故障性质的判断提供了基础和支持，计算简单，易于实施，具有重要的意义。
优选地，故障性质判断模块通过下述公式获得瞬时/永久性故障的能量判据：
|Ecal-EDZ|＜Eset
式中，Eset为能量门槛值。
优选地，故障性质判断模块执行下述流程：
若单相故障线路的能量计算值Ecal及能量动作值EDZ满足能量判据，则为瞬时性故障，重合闸装置向逆变侧断路器发出重合闸命令，断路器闭合；若单相故障线路的能量计算值Ecal及能量动作值EDZ不满足能量判据，则为永久性故障，重合闸装置闭锁。
通过故障性质判断模块及保护动作模块，构造瞬时/永久性故障的能量判据以判断单相故障线路的故障性质，在得到单相故障线路的故障性质后，重合闸装置根据故障性质向逆变侧断路器发送相应的断路器信号，以实现对单相故障线路的保护，方法简单，可实施性强，提高了交直流系统的稳定性和可靠性。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种交直流系统的单相故障线路重合闸方法，其特征在于，包括如下步骤：
采集逆变侧靠近变压器端交流母线的三相电压uam、ubm、ucm、三相线路出口测量电流ia、ib、ic和远离变压器端交流母线的三相电压uan、ubn、ucn；
基于采集的所述逆变侧靠近变压器端交流母线的三相电压uam、ubm、ucm、三相线路出口测量电流ia、ib、ic和远离变压器端交流母线的三相电压uan、ubn、ucn，计算所述单相故障线路的能量计算值Ecal及能量动作值EDZ；
在最大延时时间内，基于所述单相故障线路的能量计算值Ecal、能量动作值EDZ及瞬时/永久性故障的能量判据，判断单相故障线路的故障性质；其中，所述瞬时/永久性故障的能量判据的计算公式为：
|Ecal-EDZ|＜Eset
式中，Eset为能量门槛值；
基于所述单相故障线路的故障性质产生重合闸控制信号，以实现对单相故障线路的保护。
2.根据权利要求1所述的单相故障线路重合闸方法，其特征在于，所述能量计算值Ecal的计算公式为：
Figure FDA0002986103660000011
其中，
Figure FDA0002986103660000012
Figure FDA0002986103660000013
式中，Ecal为能量计算值，t1为积分数据窗的开始时刻，t2为积分数据窗的结束时刻，t为积分数据窗的某一时刻，T为工频周期，j相为所述单相故障线路对应逆变侧交流母线的单相，其为a、b、c三相中的一相，x、y相为其余两相，ijm为逆变侧靠近变压器端交流母线的j相电流，ijn为逆变侧远离变压器端交流母线的j相电流，ujm为逆变侧靠近变压器端交流母线的j相电压，uxm为逆变侧靠近变压器端交流母线的x相电压，uym为逆变侧靠近变压器端交流母线的y相电压，ujn为逆变侧远离变压器端交流母线的j相电压，uxn为逆变侧远离变压器端交流母线的x相电压，uyn为逆变侧远离变压器端交流母线的y相电压，Cm为交流线路间的互容，Cs为交流线路的对地电容。
3.根据权利要求2所述的单相故障线路重合闸方法，其特征在于，所述能量动作值EDZ的计算公式为：
Figure FDA0002986103660000021
Figure FDA0002986103660000022
其中，
Figure FDA0002986103660000023
Figure FDA0002986103660000024
式中，EDZ为能量动作值，Δum为逆变器至单相故障线路上故障点的电压降落，ixm为逆变侧靠近变压器端交流母线的x相线路电流，iym为逆变侧靠近变压器端交流母线的y相线路电流，ix为逆变侧靠近变压器端交流母线的x相线路出口测量电流，iy为逆变侧靠近变压器端交流母线的y相线路出口测量电流，ρ为故障点距逆变站交流母线保护安装处的故障距离，Rs为交流线路的自阻，Rm为交流线路相间互阻，Ls为交流线路的自感，Lm为交流线路相间互感。
4.根据权利要求1所述的单相故障线路重合闸方法，其特征在于，在最大延时时间内，基于所述单相故障线路的能量计算值Ecal、能量动作值EDZ及瞬时/永久性故障的能量判据，判断单相故障线路的故障性质，包括：
若单相故障线路的能量计算值Ecal及能量动作值EDZ满足所述能量判据，则为瞬时性故障，重合闸装置向逆变侧断路器发出重合闸命令，断路器闭合；
若单相故障线路的能量计算值Ecal及能量动作值EDZ不满足所述能量判据，则为永久性故障，重合闸装置闭锁。
5.一种交直流系统的单相故障线路重合闸系统，其特征在于，包括：
数据采集模块，用于采集逆变侧靠近变压器端交流母线的三相电压uam、ubm、ucm、三相线路出口测量电流ia、ib、ic和远离变压器端交流母线的三相电压uan、ubn、ucn；
能量计算模块，用于根据采集的所述逆变侧靠近变压器端交流母线的三相电压uam、ubm、ucm、三相线路出口测量电流ia、ib、ic和远离变压器端交流母线的三相电压uan、ubn、ucn，计算所述单相故障线路的能量计算值Ecal及能量动作值EDZ；
故障性质判断模块，用于在最大延时时间内，根据所述单相故障线路的能量计算值Ecal、能量动作值EDZ及瞬时/永久性故障的能量判据，判断单相故障线路的故障性质；其中，所述故障性质判断模块通过下述公式获得瞬时/永久性故障的能量判据：
|Ecal-EDZ|＜Eset
式中，Eset为能量门槛值；
保护动作模块，用于根据所述单相故障线路的故障性质产生重合闸控制信号，以实现对单相故障线路的保护。
6.根据权利要求5所述的单相故障线路重合闸系统，其特征在于，所述能量计算模块通过下述公式计算能量计算值Ecal：
Figure FDA0002986103660000041
其中，
Figure FDA0002986103660000042
Figure FDA0002986103660000043
式中，Ecal为能量计算值，t1为积分数据窗的开始时刻，t2为积分数据窗的结束时刻，t为积分数据窗的某一时刻，T为工频周期，j相为所述单相故障线路对应逆变侧交流母线的单相，其为a、b、c三相中的一相，x、y相为其余两相，ijm为逆变侧靠近变压器端交流母线的j相电流，ijn为逆变侧远离变压器端交流母线的j相电流，ujm为逆变侧靠近变压器端交流母线的j相电压，uxm为逆变侧靠近变压器端交流母线的x相电压，uym为逆变侧靠近变压器端交流母线的y相电压，ujn为逆变侧远离变压器端交流母线的j相电压，uxn为逆变侧远离变压器端交流母线的x相电压，uyn为逆变侧远离变压器端交流母线的y相电压，Cm为交流线路间的互容，Cs为交流线路的对地电容。
7.根据权利要求6所述的单相故障线路重合闸系统，其特征在于，所述能量计算模块通过下述公式计算能量动作值EDZ：
Figure FDA0002986103660000051
Figure FDA0002986103660000052
其中，
Figure FDA0002986103660000053
Figure FDA0002986103660000054
式中，EDZ为能量动作值，Δum为逆变器至单相故障线路上故障点的电压降落，ixm为逆变侧靠近变压器端交流母线的x相线路电流，iym为逆变侧靠近变压器端交流母线的y相线路电流，ix为逆变侧靠近变压器端交流母线的x相线路出口测量电流，iy为逆变侧靠近变压器端交流母线的y相线路出口测量电流，ρ为故障点距逆变站交流母线保护安装处的故障距离，Rs为交流线路的自阻，Rm为交流线路相间互阻，Ls为交流线路的自感，Lm为交流线路相间互感。
8.根据权利要求5所述的单相故障线路重合闸系统，其特征在于，所述故障性质判断模块执行下述流程：
若单相故障线路的能量计算值Ecal及能量动作值EDZ满足所述能量判据，则为瞬时性故障，重合闸装置向逆变侧断路器发出重合闸命令，断路器闭合；
若单相故障线路的能量计算值Ecal及能量动作值EDZ不满足所述能量判据，则为永久性故障，重合闸装置闭锁。
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