CN111884244A - 一种判断换流变阀侧交流故障相别的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明一种判断换流变阀侧交流故障相别的方法和系统，包括以下步骤：S1当换流变阀侧交流区域发生故障时，通过交流区域的差动保护动作信号判断故障是否为单相故障，若是单相故障，进入下一步，若否则判断故障为非单相故障；S2对差动保护动作信号延时t1之后再次判断故障是否为单相故障，若是单相故障，进入下一步，若否则判断故障为非单相故障；S3计算换流变阀侧交流区域中各相交流电压的有效值，判断是否仅差动保护动作信号对应的相的交流电压有效值小于阈值，若是则判断故障为单相故障，并记录发生故障的电压相；若否则判断故障为非单相故障。其能够可靠、准确的判断阀侧交流区域发生的单相或非单相故障，保证系统的稳定和设备的安全。

Description

一种判断换流变阀侧交流故障相别的方法和系统
技术领域
本发明是关于一种判断换流变阀侧交流故障相别的方法和系统，属于电力电子技术领域。
背景技术
柔性直流输电是一种新型的直流输电技术，其特点是采用基于全控型器件的电压源型换流器和脉宽调制技术进行直流输电。柔性直流输电技术以其更好的可控性和适应性，适合应用于可再生能源并网、分布式发电并网、孤岛供电、城市电网供电、异步交流电网互联等领域。
随着柔性直流技术的发展，高电压等级、大容量的工程越来越多，柔性直流系统的拓扑结构，从对称单极发展成双极结构。双极拓扑结构，一般采用站内接地或者是接地极的方式接地，接地点在双极的中性线区域。在阀侧交流区域发生故障后，尤其是单相故障，站内的中性区接地点和故障接地点构成回路，故障后暂态过程中，由换流器提供故障电流，由于故障电流含有直流偏置，导致阀侧安装的交流断路器，无法拉断故障电流，使故障电流持续时间较长，容易损坏设备，危害直流系统稳定和安全。
在学术和实际工程中，对上述问题已有了适合的解决方案，即发生单相故障时与其他故障类型的处理策略分离开来，针对单相故障的特征，合理分配保护动作、开关动作的时序，能够有效的避免开关的损坏并且正确的切除故障。但执行不同策略的前提，是能够快速准确的判断出故障的相别。因此，如何区分出不同的交流故障相，成为故障执行逻辑以及故障切除的先决条件，也是保护动作后重要的逻辑之一，但现有技术中还没有可以简单快速区分出不同的交流故障相的方法。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种判断换流变阀侧交流故障相别的方法和系统，其通过差动保护的动作信号和换流变阀侧交流故障的有效值，判别出换流变阀侧交流故障的相别，从而对不同相别的故障采用不同的处理策略，其能够简单、可靠、快速的判断出不同的交流故障相，从而减小对设备的危害和对系统的扰动。
为实现上述目的，本发明公开了一种判断换流变阀侧交流故障相别的方法，包括以下步骤：S1当换流变阀侧交流区域发生故障时，通过交流区域的差动保护动作信号判断故障是否为单相故障，若是单相故障，进入下一步，若否则判断故障为非单相故障；S2对差动保护动作信号延时t1之后再次判断故障是否为单相故障，若是单相故障，进入下一步，若否则判断故障为非单相故障；S3计算换流变阀侧交流区域中各相交流电压有效值，判断是否仅差动保护动作信号对应的相的交流电压有效值小于阈值，若是则判断故障为单相故障，并记录发生故障的电压相；若否则判断故障为非单相故障。
进一步，换流器所在的拓扑结构中包括用于提供交流电压的换流变压器和用于交直流变换的换流单元，换流单元包括若干相，每相均包括上桥臂和下桥臂，每个桥臂均包括桥臂电抗器及模块化多电平换流器。
进一步，换流变压器阀侧设有第一电流互感器，用于测量换流变压器阀侧电流；换流变压器和换流单元之间靠近换流单元侧设有第二电流互感器，用于测量换流单元阀侧连接线上电流；上桥臂的电抗器和换流器之间设有第三电流互感器，上桥臂的电抗器和换流器之间设有第四电流互感器，第三电流互感器和第四电流互感器分别用于检测上桥臂和下桥臂的电流。
进一步，换流变阀侧交流区域为第一电流互感器与第三电流互感器及第四电流互感器之间的所有交流区域。
进一步，差动保护动作信号包括：第一电流互感器与第二电流互感器之间，第二电流互感器与第三电流互感器及第四电流互感器之间，第一电流互感器与第三电流互感器及第四电流互感器之间的换流变阀侧差动保护动作信号。
进一步，换流变阀侧交流区域内设置有电压互感器，用于测量换流变阀侧电压。
进一步，阈值整定为不包括正常运行电压的波动下限，且在过渡电阻故障时，满足工程设计的电压跌落要求的电压值。
进一步，交流故障相别的方法用于柔性直流输电系统。
本发明还公开了一种判断换流变阀侧交流故障相别的系统，包括：初步判断模块，用于当换流变阀侧交流区域发生故障时，通过交流区域的差动保护动作信号判断故障是否为单相故障，若是单相故障，进入延时判断模块，若否则判断故障为非单相故障；延时判断模块，用于对差动保护动作信号延时t1之后再次判断故障是否为单相故障，若是单相故障，进入最终判断模块，若否则判断故障为非单相故障；最终判断模块，用于计算换流变阀侧交流区域中各相交流电压的有效值，判断是否仅差动保护动作信号对应的相的交流电压有效值小于阈值，若是则判断故障为单相故障，并记录发生故障的电压相；若否则判断故障为非单相故障。
进一步，阈值整定为不包括正常运行电压的波动下限，且在过渡电阻故障时，满足工程设计的电压跌落要求的电压值。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：本发明中判断换流变阀侧交流故障相别的方法和系统，通过差动保护的动作信号和换流变阀侧交流故障的有效值，判别出换流变阀侧交流故障的相别，从而对不同相别的故障采用不同的处理策略，能够可靠、准确的判断阀侧交流区域发生的单相或非单相故障，从而实施不同的故障后处理策略，保证系统的稳定和设备的安全，且其步骤简单，移植性好，可方便的与现有装置兼容，在现有装置中实现其功能，适用性强。
附图说明
图1是本发明一实施例中判断换流变阀侧交流故障相别的方法的流程图；
图2是本发明一实施例中换流系统拓扑结构示意图。
附图标记：
1-换流变压器；2-模块化多电平换流器；3-桥臂电抗器；4-第一电流互感器；5-第二电流互感器；6-第三电流互感器；7-第四电流互感器；8-电压互感器。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方向，通过具体实施例对本发明进行详细的描绘。然而应当理解，具体实施方式的提供仅为了更好地理解本发明，它们不应该理解成对本发明的限制。在本发明的描述中，需要理解的是，所用到的术语仅仅是用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
实施例一
本实施例公开了一种判断换流变阀侧交流故障相别的方法，如图1、2所示，包括以下步骤：
S1当换流变阀侧交流区域发生故障(图2中F所示位置即为发生故障的位置)时，通过交流区域的差动保护动作信号判断故障是否为单相故障，若是单相故障，进入下一步，若否则判断故障为非单相故障，若判断为非单相故障，就执行非单相故障处理逻辑，下面各步骤中，判断出非单相故障后也需要执行非单相处理逻辑；
S2对差动保护动作信号延时t1之后再次判断故障是否为单相故障，若是单相故障，进入下一步，若否则判断故障为非单相故障；
S3计算换流变阀侧交流区域中各相交流电压的有效值，判断是否仅差动保护动作信号对应的相的交流电压有效值小于阈值，若是则判断故障为单相故障，并记录发生故障的电压相；若否则判断故障为非单相故障。判断为单相故障后，对具体的电压相实行单相处理逻辑，从而有针对性的对换流变阀侧交流故障进行处理，保证换流器系统安全。
其中，差动保护是利用基尔霍夫电流定理工作的，当保护区域正常运行或区外故障时，则流入保护区域的电流和流出电流相等，差动继电器不动作。当保护区域内部发生故障时，保护区两侧(或三侧)向故障点提供短路电流，差动电流增大至动作定值以上，差动继电器动作。使差动继电器动作的电信号即为差动保护动作信号。
如图2所示，换流器的拓扑结构为双极拓扑结构。双极拓扑结构包括两个独立的对称组成的正极单元和负极单元，正极单元和负极单元均包括一换流变压器1和与换流变压器1连接换流单元，换流单元分为三相，每相包括上桥臂和下桥臂，上桥臂和下桥臂均包括一模块化多电平换流器2和一桥臂电抗器3，正极单元的上桥臂连接直流输出端的高压侧；负极单元的下桥臂连接直流输出端的低压侧，正极单元的下桥臂和负极单元的上桥臂连接，并接地。模块化多电平换流器2包括：相互并联的电容器和变流桥，变流桥包括第一桥臂和第二桥臂，第一桥臂和第二桥臂均连接有由可关断电力电子器件反向并联二极管组成的子单元，其中，连接在第一桥臂上的可关断电力电子器件为T1，反并联二极管为D1，连接在第二桥臂上的可关断电力电子器件为T2，反并联二极管为D1。第一桥臂的正极连接电容器一端，第二桥臂的负极连接电容器的另一端，第一桥臂的负极与第二桥臂的正极相连并连接一条引出线，另一条引出线从电容器的另一端引出。可关断电力电子器件为绝缘栅双极型晶体管IGBT或集成门极换流晶闸管IGCT等。
换流变压器1的阀侧设有第一电流互感器4，用于测量换流变压器1阀侧电流；换流变压器1和换流单元之间靠近换流单元侧设有第二电流互感器5，用于测量换流单元阀侧连接线上电流；上桥臂的电抗器和换流器之间设有第三电流互感器6，上桥臂的电抗器和换流器之间设有第四电流互感器7，第三电流互感器6和第四电流互感器7分别用于检测上桥臂和下桥臂的电流。
换流变阀侧交流区域为第一电流互感器4与第三电流互感器6或第四电流互感器7之间的所有交流区域。换流变阀侧交流区域内设置有电压互感器8，用于测量换流变阀侧电压。
差动保护动作信号包括：第一电流互感器4与第二电流互感器5之间，第二电流互感器5与第三电流互感器6及第四电流互感器7之间，第一电流互感器4与第三电流互感器6及第四电流互感器7之间的换流变阀侧差动保护动作信号。
阈值Uset整定为不包括正常运行电压的波动下限，且在过渡电阻故障时，满足工程设计的电压跌落要求的电压值。
交流故障相别的方法用于柔性直流输电系统。
实施例二
如图2所示，若电路中F点处发生A相接地故障，首先A相差动保护动作，检测到动作信号仅为A相，是单相动作，经过t1延时后，发现仍然是A相的单相故障，此时计算出阀侧三相电压的有效值UVA、UVB和UVC，其中仅UVA<Uset，判断出该故障为A相接地故障，执行单相动作逻辑。
实施例三
如图2所示，若电路中F点处发生AB相故障，A相差动保护和B相差动保护同时动作，检测到差动保护动作信号不是单相，直接判断出该故障为AB相故障，执行非单相动作逻辑。
实施例四
如图2所示，若电路中F点处发生A相接地故障，首先A相差动保护动作，检测到动作信号仅为A相，是单相动作，经过t1延时后，检测到B相差动保护动作信号，说明A相和B相是相继故障，则判断出该故障为AB相故障，执行非单相动作逻辑。
实施例五
基于相同的发明构思，本实施例还公开了一种判断换流变阀侧交流故障相别的系统，包括：
初步判断模块，用于当换流变阀侧交流区域发生故障时，通过交流区域的差动保护动作信号判断故障是否为单相故障，若是单相故障，进入延时判断模块，若否则判断故障为非单相故障；
延时判断模块，用于对差动保护动作信号延时t1之后再次判断故障是否为单相故障，若是单相故障，进入最终判断模块，若否则判断故障为非单相故障；
最终判断模块，用于计算换流变阀侧交流区域中各相交流电压的有效值，判断是否仅差动保护动作信号对应的相的交流电压有效值小于阈值，若是则判断故障为单相故障，并记录发生故障的电压相；若否则判断故障为非单相故障。
其中，阈值整定为不包括正常运行电压的波动下限，且在过渡电阻故障时，满足工程设计的电压跌落要求的电压值。
综上，本发明中判断换流变阀侧交流故障相别的方法和系统能够可靠、准确的判断阀侧交流区域发生的单相或非单相故障，从而实施不同的故障后处理策略，保证系统的稳定和设备的安全。
上述内容仅为本申请的具体实施方式，但本申请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申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种判断换流变阀侧交流故障相别的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1当换流变阀侧交流区域发生故障时，通过所述交流区域的差动保护动作信号判断所述故障是否为单相故障，若是单相故障，进入下一步，若否则判断所述故障为非单相故障；
S2对所述差动保护动作信号延时t1之后再次判断所述故障是否为单相故障，若是单相故障，进入下一步，若否则判断所述故障为非单相故障；
S3计算所述换流变阀侧交流区域中各相交流电压有效值，判断是否仅差动保护动作信号对应的相的交流电压有效值小于阈值，若是则判断所述故障为单相故障，并记录发生故障的电压相；若否则判断所述故障为非单相故障。
2.如权利要求1所述的判断换流变阀侧交流故障相别的方法，其特征在于，所述换流器所在的拓扑结构中包括用于提供交流电压的换流变压器和用于交直流变换的换流单元，所述换流单元包括若干相，每相均包括上桥臂和下桥臂，每个所述桥臂均包括桥臂电抗器及模块化多电平换流器。
3.如权利要求2所述的判断换流变阀侧交流故障相别的方法，其特征在于，换流变压器阀侧设有第一电流互感器，用于测量换流变压器阀侧电流；换流变压器和换流单元之间靠近换流单元侧设有第二电流互感器，用于测量换流单元阀侧连接线上电流；所述上桥臂的电抗器和换流器之间设有第三电流互感器，所述上桥臂的电抗器和换流器之间设有第四电流互感器，所述第三电流互感器和所述第四电流互感器分别用于检测所述上桥臂和所述下桥臂的电流。
4.如权利要求3所述的判断换流变阀侧交流故障相别的方法，其特征在于，所述换流变阀侧交流区域为第一电流互感器与第三电流互感器或第四电流互感器之间的所有交流区域。
5.如权利要求3所述的判断换流变阀侧交流故障相别的方法，其特征在于，所述差动保护动作信号包括：第一电流互感器与第二电流互感器之间，第二电流互感器与第三电流互感器及第四电流互感器之间，第一电流互感器与第三电流互感器及第四电流互感器之间的换流变阀侧差动保护动作信号。
6.如权利要求1-5任一项所述的判断换流变阀侧交流故障相别的方法，其特征在于，所述换流变阀侧交流区域内设置有电压互感器，用于测量换流变阀侧电压。
7.如权利要求1-5任一项所述的判断换流变阀侧交流故障相别的方法，其特征在于，所述阈值整定为不包括正常运行电压的波动下限，且在过渡电阻故障时，满足工程设计的电压跌落要求的电压值。
8.如权利要求1-5任一项所述的判断换流变阀侧交流故障相别的方法，其特征在于，所述交流故障相别的方法用于柔性直流输电系统。
9.一种判断换流变阀侧交流故障相别的系统，其特征在于，包括：
初步判断模块，用于当换流变阀侧交流区域发生故障时，通过所述交流区域的差动保护动作信号判断所述故障是否为单相故障，若是单相故障，进入延时判断模块，若否则判断所述故障为非单相故障；
延时判断模块，用于对所述差动保护动作信号延时t1之后再次判断所述故障是否为单相故障，若是单相故障，进入最终判断模块，若否则判断所述故障为非单相故障；
最终判断模块，用于计算所述换流变阀侧交流区域中各相交流电压的有效值，判断是否仅差动保护动作信号对应的相的交流电压有效值小于阈值，若是则判断所述故障为单相故障，并记录发生故障的电压相；若否则判断所述故障为非单相故障。
10.如权利要求9所述的判断换流变阀侧交流故障相别的系统，其特征在于，所述阈值整定为不包括正常运行电压的波动下限，且在过渡电阻故障时，满足工程设计的电压跌落要求的电压值。
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