CN114859262A - 柔性直流电网接地故障选线的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出了柔性直流电网接地故障选线的方法及系统，包括：分别监测母线共模电压以及各支路共模有功功率，经测量计算得到母线的直流共模电压，经测量计算得到各支路的三次谐波共模功率；柔性直流电网发生接地故障时，若直流母线出现直流共模电压偏置，第j条支路上的三次谐波共模有功功率较大且方向为流出母线，则判定是直流支路j发生故障。在诊断出接地故障支路后，发出信号告知控制系统切除该条直流支路，从而避免了其他支路短时停电，提高了直流电网运行的可靠性。

Description

柔性直流电网接地故障选线的方法及系统

技术领域

本发明属于柔性直流电网故障诊断技术领域，尤其涉及柔性直流电网接地故障选线的方法及系统。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

针对由一条母线、两条及以上AC/DC电源支路和若干负荷支路组成的直流侧不接地柔性直流电网，在故障检测时，一般采用逐路断开各支路来查找接地支路，这样的查找方法会造成试拉的支路短时停电。

两条及以上AC/DC电源支路供电，适合于重要负荷供电。需要短时间内准确切除故障，且不造成非故障线路失电。

目前具体的诊断手段：柔性直流配电系统中如果交流侧采用高阻接地，直流侧就不需要其他的接地措施，此时直流侧如果发生一点接地故障，会导致直流侧出现直流电压偏置，但短路电流很小，传统方法通常采用逐路断开各支路来查找接地支路，这样的查找方法会造成试拉的支路短时停电。

上述现有技术存在的问题是：传统的查找方法会造成试拉的支路短时停电。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本发明提供了柔性直流电网接地故障选线的方法，采用具体判据诊断接地故障支路，在诊断出接地故障支路后，发出信号告知控制系统切除该条直流支路，从而避免了其他支路短时停电，提高了直流电网运行的可靠性。

为实现上述目的，本发明的一个或多个实施例提供了如下技术方案：

第一方面，公开了柔性直流电网接地故障选线的方法，包括：

分别监测母线共模电压以及各支路共模有功功率，经测量计算得到母线的直流共模电压，经测量计算得到各支路的三次谐波共模功率；

柔性直流电网发生接地故障时，若直流母线出现直流共模电压偏置，第j条支路上的三次谐波共模有功功率较大且方向为流出母线，则判定是直流支路j发生故障。

作为进一步的技术方案，若直流母线出现直流共模电压偏置，即：

|U_com0|>k·U_dc

其中，母线的直流共模电压为U_com0，其绝对值为|U_com0|，k为过电压可靠系数，k取值范围为0<k<0.5，U_dc为直流母线额定极间电圧。

作为进一步的技术方案，若第j条支路上的三次谐波共模有功功率较大且方向为流出母线，即：

P_jcom3>ε，1≤j≤n

其中，设第i条支路三次谐波共模有功功率为P_icom3，ε为三次谐波共模有功功率测量可能出现的最大误差，ε取电源支路额定功率的1％，n为与母线直接相连的直流支路总数。

作为进一步的技术方案，还包括：

采样得到母线正极电压u_p、负极电压u_n，各直流支路正极电流i_ip、负极电流i_in，则母线共模电压u_com＝(u_p+u_n)/2，各支路共模电流i_icom＝i_ip+i_in。

作为进一步的技术方案，通过连续采样及傅里叶算法得到：

母线的直流共模电压U_com0，求取其绝对值得到|U_com0|；

母线的三次共模电压

求取其绝对值得到

各支路三次谐波共模电流向量

求取幅值，得到

求取

与

之间的相角差为α，则各支路三次谐波共模有功功率

第二方面，公开了柔性直流电网接地故障选线的系统，包括：

继电保护装置，被配置为：分别监测母线共模电压以及各支路共模有功功率，经测量计算得到母线的直流共模电压，经测量计算得到各支路的三次谐波共模功率；

柔性直流电网发生接地故障时，若直流母线出现直流共模电压偏置，第j条支路上的三次谐波共模有功功率较大且方向为流出母线，则判定是直流支路j发生故障。

上述柔性直流电网接地故障选线的方法及系统适用于直流侧不接地柔性直流配电网。

以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：

针对由一条母线、两条及以上AC/DC电源支路和若干负荷支路组成的柔性直流电网，在故障诊断时，利用直流共模电压偏置及各支路三次谐波共模有功功率来诊断接地故障支路，在诊断出接地故障端后，发出信号告知控制系统切除该条直流支路，从而避免了逐路断开各支路来查找故障支路造成的其他支路短时停电，使得直流电网可靠性得到提高。

本发明在直流侧不接地柔性直流网络母线和母线引出的支路分别装设可监测母线共模电压以及各支路共模功率的继电保护装置，当直流母线出现直流共模电压偏置，判定三次谐波共模有功功率较大且方向为流出母线的直流支路上发生接地故障，适用于一条母线引出若干条支路的直流侧不接地柔性直流网络，可在某一条支路发生接地故障时，迅速判断故障发生线路并发出信号告知控制系统切除该段线路，保障柔性直流电网安全可靠运行。

本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明实施例系统结构图；

图2为本发明实施例判据示意图。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。

在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例一

本实施例公开了柔性直流电网接地故障选线的系统，参见附图1所示，所述柔性直流电网的若干条支路包括电源支路和负荷支路都连接在母线上。将电压传感器一次侧分别接入正、负极直流母线及接地，电压传感器二次侧接入继电保护装置模拟量采集模块；在直流支路正、负极上装设电流传感器，电流传感器二次侧接至继电保护装置模拟量采集模块；保护装置可采样得到母线正极电压u_p、负极电压u_n，各直流支路正极电流i_ip、负极电流i_in，则母线共模电压u_com＝(u_p+u_n)/2，各支路共模电流i_icom＝i_ip+i_in。通过连续采样及傅里叶算法可以得到母线的直流共模电压U_com0，求取其绝对值得到|U_com0|、母线的三次共模电压

求取其绝对值得到

以及各支路三次谐波共模电流向量

求取幅值，得到

求取

与

之间的相角差为α，则各支路三次谐波共模有功功率

上述方案目的是为直流侧不接地柔性直流系统，提供一种柔性直流电网接地故障选线的方法，与采集某时刻的有功功率幅值大小进行判断，以及采集故障前后的有功功率变化量大小进行判断不同的是，本实施例子的技术方案采集某时刻有功功率的幅值大小和方向(正负)来进行判断。

在上述实施例子中提出的利用直流共模电压偏置及各支路三次谐波共模有功功率大小来诊断接地故障支路，可以短时准确地切除故障线路，从而避免了逐路断开各支路来查找故障支路造成的其他支路短时停电，使得直流电网可靠性得到提高。

当AC/DC采用空间矢量脉宽调制技术(SVPWM)时，通常会产生纵向的三次谐波共模电压，如果交流侧中性点经高阻接地，直流侧不接地，正常运行时负荷侧三次谐波不构成通路，各个负荷支路没有三次谐波电流，当任一支路发生单极接地故障，电源支路交流侧接地点与故障支路接地点之间三次谐波电压构成通路，在故障支路直流侧产生共模的三次谐波电压，从而产生三次共模有功功率，本发明就是利用此种情况下产生的三次共模有功功率进行故障判断。

实施例二

本实施例的目的是提供柔性直流电网接地故障选线的方法，包括：

分别监测母线共模电压以及各支路共模有功功率；经测量计算得到母线的直流共模电压为U_com0，其绝对值为|U_com0|，经测量计算得到各支路的三次谐波共模功率，设第i条支路三次谐波共模有功功率为P_icom3，当该柔性直流电网发生接地故障时，可通过下面判据诊断是何条线路发生接地故障：

判据：若直流母线出现直流共模电压偏置，即：|U_com0|>k·U_dc，若第j条支路上的三次谐波共模有功功率较大且方向为流出母线，即：P_jcom3>ε，1≤j≤n，则判定是直流支路j发生故障。

其中：k为过电压可靠系数，k取值范围为0<k<0.5，n为与母线直接相连的直流支路总数，ε为三次谐波共模有功功率测量可能出现的最大误差，ε取电源支路额定功率的1％。

需要说明的是，在此应用场景下，采用有功功率大小和方向判据，不需要区分电源支路和负荷支路，两种支路都适用于此判据。

具体的，柔性直流电网接地故障选线的保护逻辑框图如图2所示。当柔性直流电网与母线相连的所有直流支路均不发生接地故障时，不会出现共模直流偏置电压，继电保护计算得到的母线直流共模电压绝对值

不会大于测量最大误差，不会误判。当某一条直流支路发生接地故障时，等效于故障点接入一个共模直流电源，直流线路出现直流共模电压偏置，即|U_com0|>k·U_dc，并且AC/DC换流器产生的三次谐波共模电压与故障接地点构成通路，三次谐波共模有功功率从各个电源支路传递到故障点，非故障负荷支路由于不构成三次共模电压通路，则非故障负荷支路不会检测到三次谐波共模有功功率，继电保护计算得到的三次谐波共模有功功率不会大于测量最大误差，非故障电源支路三次谐波共模有功功率的方向为流入母线，继电保护计算得到的三次谐波共模有功功率为负，故障支路会产生较大的三次谐波共模有功功率并且方向为流出母线，不失一般性，设第j条直流支路接地，1≤j≤n，则P_jcom3>ε，1≤j≤n，其他电源支路三次谐波共模有功功率方向为流入母线，三次谐波共模有功功率为负，其他负荷支路由于不接地所以三次谐波共模有功功率近似为0，因此只能检测到j支路三次谐波共模有功功率较大且三次谐波共模有功功率方向为流出母线，即P_jcom3>ε，据此可以判断第j条负荷支路发生了接地故障。

本领域技术人员应该明白，上述本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算机装置来实现，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。本发明不限制于任何特定的硬件和软件的结合。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.柔性直流电网接地故障选线的方法，其特征是，包括：

分别监测母线共模电压以及各支路共模有功功率，经测量计算得到母线的直流共模电压，经测量计算得到各支路的三次谐波共模功率；

柔性直流电网发生接地故障时，若直流母线出现直流共模电压偏置，第j条支路上的三次谐波共模有功功率较大且方向为流出母线，则判定是直流支路j发生故障。

2.如权利要求1所述的柔性直流电网接地故障选线的方法，其特征是，若直流母线出现直流共模电压偏置，即：|U_com0|>k·U_dc

其中，母线的直流共模电压为U_com0，其绝对值为|U_com0|，k为过电压可靠系数，k取值范围为0<k<0.5，U_dc为直流母线额定极间电圧。

3.如权利要求1所述的柔性直流电网接地故障选线的方法，其特征是，若第j条支路上的三次谐波共模有功功率较大且方向为流出母线，即：

P_jcom3>ε，1≤j≤n

其中，设第i条支路三次谐波共模有功功率为P_icom3，ε为三次谐波共模有功功率测量可能出现的最大误差，ε取电源支路额定功率的1％，n为与母线直接相连的直流支路总数。

4.如权利要求1所述的柔性直流电网接地故障选线的方法，其特征是，还包括：

采样得到母线正极电压u_p、负极电压u_n，各直流支路正极电流i_ip、负极电流i_in，则母线共模电压u_com＝(u_p+u_n)/2，各支路共模电流i_icom＝i_ip+i_in。

5.如权利要求1所述的柔性直流电网接地故障选线的方法，其特征是，通过连续采样及傅里叶算法得到：

母线的直流共模电压U_com0，求取其绝对值得到|U_com0|；

母线的三次共模电压

求取其绝对值得到

各支路三次谐波共模电流向量

求取幅值，得到

求取

与

之间的相角差为α，则各支路三次谐波共模有功功率

6.柔性直流电网接地故障选线的系统，其特征是，包括：

继电保护装置，被配置为：分别监测母线共模电压以及各支路共模有功功率，经测量计算得到母线的直流共模电压，经测量计算得到各支路的三次谐波共模功率；

柔性直流电网发生接地故障时，若直流母线出现直流共模电压偏置，第j条支路上的三次谐波共模有功功率较大且方向为流出母线，则判定是直流支路j发生故障。

7.如权利要求1所述的柔性直流电网接地故障选线的系统，其特征是，若直流母线出现直流共模电压偏置，即：|U_com0|>k·U_dc

其中，母线的直流共模电压为U_com0，其绝对值为|U_com0|，k为过电压可靠系数，k取值范围为0<k<0.5，U_dc为直流母线额定极间电圧。

8.如权利要求1所述的柔性直流电网接地故障选线的系统，其特征是，若第j条支路上的三次谐波共模有功功率较大且方向为流出母线，即：

P_jcom3>ε，1≤j≤n

其中，设第i条支路三次谐波共模有功功率为P_icom3，ε为三次谐波共模有功功率测量可能出现的最大误差，ε取电源支路额定功率的1％，n为与母线直接相连的直流支路总数。

9.如权利要求1所述的柔性直流电网接地故障选线的系统，其特征是，还包括：

采样得到母线正极电压u_p、负极电压u_n，各直流支路正极电流i_ip、负极电流i_in，则母线共模电压u_com＝(u_p+u_n)/2，各支路共模电流i_icom＝i_ip+i_in。

10.如权利要求1所述的柔性直流电网接地故障选线的系统，其特征是，通过连续采样及傅里叶算法得到：

母线的直流共模电压U_com0，求取其绝对值得到|U_com0|；

母线的三次共模电压

求取其绝对值得到

各支路三次谐波共模电流向量

求取幅值，得到

求取

与

之间的相角差为α，则各支路三次谐波共模有功功率

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