CN114977128A - 基于电感参数的柔直线路纵联保护方法及系统 - Google Patents

基于电感参数的柔直线路纵联保护方法及系统 Download PDF

Info

Publication number
CN114977128A
CN114977128A CN202210706783.XA CN202210706783A CN114977128A CN 114977128 A CN114977128 A CN 114977128A CN 202210706783 A CN202210706783 A CN 202210706783A CN 114977128 A CN114977128 A CN 114977128A
Authority
CN
China
Prior art keywords
line
inductance
fault
sides
alternating current
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202210706783.XA
Other languages
English (en)
Inventor
马静
王栩成
李佳伦
王立新
孔德祯
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
North China Electric Power University
Original Assignee
North China Electric Power University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by North China Electric Power University filed Critical North China Electric Power University
Priority to CN202210706783.XA priority Critical patent/CN114977128A/zh
Publication of CN114977128A publication Critical patent/CN114977128A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02HEMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/26Sectionalised protection of cable or line systems, e.g. for disconnecting a section on which a short-circuit, earth fault, or arc discharge has occured
    • H02H7/261Sectionalised protection of cable or line systems, e.g. for disconnecting a section on which a short-circuit, earth fault, or arc discharge has occured involving signal transmission between at least two stations
    • H02H7/263Sectionalised protection of cable or line systems, e.g. for disconnecting a section on which a short-circuit, earth fault, or arc discharge has occured involving signal transmission between at least two stations involving transmissions of measured values
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02HEMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/26Sectionalised protection of cable or line systems, e.g. for disconnecting a section on which a short-circuit, earth fault, or arc discharge has occured
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/36Arrangements for transfer of electric power between ac networks via a high-tension dc link
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2203/00Indexing scheme relating to details of circuit arrangements for AC mains or AC distribution networks
    • H02J2203/20Simulating, e g planning, reliability check, modelling or computer assisted design [CAD]
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/60Arrangements for transfer of electric power between AC networks or generators via a high voltage DC link [HVCD]

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Testing Of Short-Circuits, Discontinuities, Leakage, Or Incorrect Line Connections (AREA)

Abstract

本发明涉及一种基于电感参数的柔直线路纵联保护方法及系统,属于电力系统继电保护技术领域,解决了现有的柔性直流系统交流线路保护动作性能下降,引起拒动误动的问题。该方法包括采集故障发生后的数据,包括:换流站交流侧的电压参考值、直流侧电压、交流线路M、N两侧的交流电流和交流电压;根据数据,计算出交流线路M、N两侧的电感值;根据交流线路两侧的电感值,计算出交流线路M、N两侧的电感误差系数;判断交流线路M、N两侧的电感误差系数是否满足故障识别判据,若满足,则判定交流线路发生区内故障,启动交流线路保护,否则,判定为交流线路发生区外故障,交流线路保护不动作。实现了准确快速的故障识别。

Description

基于电感参数的柔直线路纵联保护方法及系统
技术领域
本发明属于电力系统继电保护技术领域,尤其涉及一种基于电感参数的柔直线路纵联保护方法及系统。
背景技术
与传统交流电网相比,柔性直流(简称柔直)系统的电源特性、运行方式和控制保护策略等方面具有较大的差异。柔性直流换流站由大量电力电子器件组成,故障后快速的暂态特性将对传统的交流线路保护产生较大的影响。传统的交流线路保护出现动作性能下降,甚至不正确动作的问题。因此,研究适用于柔性直流系统接入的交流线路保护方法,对保障系统的安全运行至关重要。
目前,柔性直流系统交流线路保护主要分为距离保护、零序电流保护和电流差动保护。距离保护通过被保护线路的始端电压和电流的比值计算测量阻抗,进而判断故障点位置。距离保护灵敏度高,可在较短时间内有选择地切除故障线路。但由于柔性直流系统体现为电力电子受控源特征,无法提供稳定的工频故障电流,导致传统距离保护保护范围缩小,可能发生拒动。零序电流保护作为高阻接地故障情况下的辅助判据,灵敏度高,动作速度快。柔性直流系统换流变压器一般采用星角接线,零序电流不会流经换流站。因此,零序电流的分布主要由线路的零序阻抗和中性点接地变压器的零序阻抗决定,受柔性直流系统接入的影响较小。但零序电流保护仅能识别不对称故障,无法识别对称故障,不能作为线路主保护。电流差动保护利用线路两侧电流的幅值和相位,通过电流的矢量比较结果来识别区内外故障。能反应所有的故障类型,具有良好的网络拓扑适应能力,具有良好的选择性和速动性。但当区内发生高阻故障时,换流站侧提供故障电流的幅值和相角受柔性直流系统自身控制策略的影响,可能导致差动保护拒动。
发明内容
鉴于上述的分析,本发明实施例旨在提供一种基于电感参数识别的柔直线路纵联保护方法及系统,用以解决现有柔性直流系统交流线路保护难以快速、可靠识别故障区段的问题。
一方面,本发明实施例公开了一种基于电感参数的柔直线路纵联保护方法,包括:
采集故障发生后的数据,包括:换流站交流侧的电压参考值、直流侧电压、交流线路M、N两侧的交流电流和交流电压;
根据数据,计算出交流线路M、N两侧的电感值;
根据交流线路两侧的电感值,计算出交流线路M、N两侧的电感误差系数;
判断交流线路M、N两侧的电感误差系数是否满足故障识别判据,若满足,则判定交流线路发生区内故障,启动交流线路保护,否则,判定为交流线路发生区外故障,交流线路保护不动作。
在上述方案的基础上,本发明还做出了如下改进:
进一步地,柔直线路中换流站交流侧的等效模型为:
Figure BDA0003706379320000021
其中,N为A相上、下桥臂投入的子模块总数;Uc1为子模块电容电压;
Figure BDA0003706379320000022
iva分别为换流站交流侧A相电压参考值、A相电流;Rarm、Larm为任一相桥臂等效电阻和桥臂电感;LT为换流站交流侧电感;udc为换流站直流侧电压;uma为换流站交流A相输出电压;ima为换流站交流A相输出电流。
进一步地,基于等效模型,通过以下公式计算出交流线路M、N两侧的电感值:
Figure BDA0003706379320000031
Figure BDA0003706379320000032
其中,Rfm、Lfm分别为交流线路M侧电阻值和电感值,Rfn、Lfn分别为交流线路N侧电阻值和电感值;N为交流线路中上、下桥臂投入的子模块总数;
Figure BDA0003706379320000033
为换流站交流侧电压参考值;udc为换流站直流侧电压;im、in分别为交流线路M、N两侧的交流电流,um、un分别为交流线路M、N两侧的交流电压,en为交流线路N侧外的电源端口电压。
进一步地,通过以下公式计算出交流线路M、N两侧的电感误差系数:
Figure BDA0003706379320000034
其中,Em、En分别为交流线路M、N两侧的电感误差系数,H为故障发生后的一个周期内的采样点数,Lfm(k)、Lfn(k)分别为计算得到的第k个采样点的电感值,Lm、Ln分别为交流线路M、N两侧的等效电感。
进一步地,故障识别判据包括:
Figure BDA0003706379320000035
其中,Eset为动作阈值;
若Em、En满足公式(5),则判定为区内故障,否则,判定为区外故障。
进一步地,根据故障识别判据,识别出故障方向,包括:
当Em、En满足公式(5),故障方向为区内故障;
当Em不满足公式(5),故障方向为M侧区外故障;
当En不满足公式(5),故障方向为N侧区外故障。
进一步地,启动交流线路保护,执行:
向故障线路的保护装置发送跳闸信号。
进一步地,换流站为MMC换流站,其中负极结构与正极完全一致。
另一方面,本发明实施例公开了一种基于电感参数的柔直线路纵联保护系统,包括:
数据采集模块,用于采集故障发生后的数据,包括:换流站交流侧的电压参考值、直流侧电压、交流线路M、N两侧的交流电流和交流电压;
电感计算模块,用于根据数据,计算出交流线路M、N两侧的电感值;
电感误差系数确定模块,用于根据交流线路两侧的电感值,计算出交流线路M、N两侧的电感误差系数;
故障识别模块,用于判断交流线路M、N两侧的电感误差系数是否满足故障识别判据,若满足,则判定交流线路发生区内故障,启动交流线路保护,否则,判定为交流线路发生区外故障,交流线路保护不动作。
基于上述系统的进一步改进,通过以下公式计算出交流线路M、N两侧的电感误差系数:
Figure BDA0003706379320000051
其中,Em、En分别为交流线路M、N两侧的电感误差系数,H为故障发生后的一个周期内的采样点数,Lfm(k)、Lfn(k)分别为计算得到的第k个采样点的电感值,Lm、Ln分别为交流线路M、N两侧的等效电感。
与现有技术相比,本发明至少可实现如下有益效果之一:
本发明提出的基于电感参数识别的柔直线路纵联保护方法及系统,能够基于故障后采集的数据计算交流线路两侧电感值和电感误差系数,并根据计算结果准确识别区内、外故障,动作速度快,不受故障位置和过渡电阻的影响,很好地解决了现有的柔性直流系统交流线路保护动作性能差,可能引起误动拒动的问题。
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为基于电感参数的柔直线路纵联保护方法流程图;
图2为柔性直流系统结构示意图;
图3为MMC换流站内部的基本结构;
图4为MMC交流侧等效模型;
图5为区内故障时故障网络图;
图6为M侧区外故障时故障网络图;
图7为N侧区外故障时故障网络图;
图8基于电感参数的柔直线路纵联保护系统结构示意图;
图9为f1处发生经不同过渡电阻的A相接地故障时的电感值;其中,图9(a)、(b)分别表示Lfm、Lfn的变化曲线;
图10为f1处发生经不同过渡电阻的A相接地故障时的电感误差系数;其中,图10(a)、(b)分别表示Em、En的变化曲线;
图11为交流线路区内不同位置发生AB相间故障时的电感值;其中,图11(a)、(b)分别表示Lfm、Lfn的变化曲线;
图12为交流线路区内不同位置发生AB相间故障时的电感误差系数;其中,图12(a)、(b)分别表示Em、En的变化曲线;
图13为f2处发生经不同过渡电阻的A相接地故障时的电感误差系数;其中,图13(a)、(b)分别表示Em、En的变化曲线;
图14为f2处发生过渡电阻为0,A相接地故障时的电感值;其中,图14(a)、(b)分别表示Lfm、Lfn的变化曲线;
图15为f3处发生经不同过渡电阻的AB两相接地故障时的电感误差系数;其中,图15(a)、(b)分别表示Em、En的变化曲线;
图16为f3处发生过渡电阻为0,AB两相接地故障时的电感值;其中,图16(a)、(b)分别表示Lfm、Lfn的变化曲线。
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。
实施例1
本发明的一个具体实施例1,公开了一种基于电感参数的柔直线路纵联保护方法,流程图如图1所示,包括以下步骤:
步骤S1:采集故障发生后的数据,包括:换流站交流侧的电压参考值、直流侧电压、交流线路M、N两侧的交流电流和交流电压;
步骤S2:根据数据,计算出交流线路M、N两侧的电感值;
步骤S3:根据交流线路两侧的电感值,计算出交流线路M、N两侧的电感误差系数;
步骤S4:判断交流线路M、N两侧的电感误差系数是否满足故障识别判据,若满足,则判定交流线路发生区内故障,启动交流线路保护,否则,判定为交流线路发生区外故障,交流线路保护不动作。
与现有技术相比,本实施例提出的基于电感参数的柔直线路纵联保护方法,基于故障后采集的数据计算线路两端电感值和电感误差系数,并根据计算结果准确识别区内、外故障,动作速度快,不受故障位置和过渡电阻的影响,很好地解决了现有的柔性直流系统交流线路保护动作性能下降,甚至不正确动作的问题。
为便于本领域技术人员更好地理解本实施例中方案的形成过程,下面,以图2所示的柔性直流系统为例,对本实施例提供的基于电感参数识别的柔直线路纵联保护方法的工作原理做如下说明:
图3为双极MMC换流站内部的基本结构,其中负极结构与正极完全一致。假设正极直流电压为udc/2,负极直流电压为-udc/2,正负极间电压差为udc,根据图3可得正极换流站A相上、下桥臂的关系表达式为:
Figure BDA0003706379320000071
Figure BDA0003706379320000081
iva=ipa-ina (3)
其中,uva、iva分别为换流站交流侧A相电压、电流;upa、una分别为A相上、下桥臂等效电容电压;ipa、ina分别为A相上、下桥臂电流;Rarm、Larm分别为任一相桥臂等效电阻和桥臂电感;udc为换流站直流侧电压。
联立式(1)-(3)可得:
Figure BDA0003706379320000082
假设同一桥臂的子模块电容电压均相同,则桥臂电压可以由开关函数与总的桥臂电容电压之和表示,如下:
Figure BDA0003706379320000083
Figure BDA0003706379320000084
其中,Spa、Sna分别为上、下桥臂的开关函数,表示桥臂中子模块的投入比;
Figure BDA0003706379320000085
为上桥臂总的子模块电容电压之和,
Figure BDA0003706379320000086
为下桥臂总的子模块电容电压之和;并且,上、下桥臂电容电压之和表示为:
Figure BDA0003706379320000087
由图3可得MMC直流侧电压与每个子模块电容电压的关系表达式为:
udc=NUc1 (8)
其中,N为A相上、下桥臂投入的子模块总数;Uc1为子模块电容电压。
在任一时刻,A相上、下桥臂投入的子模块数分别为:
Figure BDA0003706379320000088
Figure BDA0003706379320000091
其中,
Figure BDA0003706379320000092
为换流站交流侧A相电压调制波,即电压参考值。
根据换流站桥臂开关函数的定义,并结合式(9)和式(10)可得桥臂开关函数为:
Figure BDA0003706379320000093
联立式(5)、式(6)、式(7)、式(8)和式(11)可得:
Figure BDA0003706379320000094
联立式(4)和式(12)可得:
Figure BDA0003706379320000095
根据图3可得换流站交流A相输出电压为:
Figure BDA0003706379320000096
其中,LT为换流器交流侧电感,ima为换流站交流A相输出电流。
联立式(13)和式(14)可得:
Figure BDA0003706379320000097
根据上述分析,可得柔性直流系统换流站的交流侧等效模型,如图4所示。图中Lm为换流站的等效电感,其值为(Larm+2LT)/2;Rm为换流站的等效电阻,其值为Rarm/2;Usm为换流站等效电压源,其受换流站控制系统的电压调制波和直流电流的影响。
当发生交流线路区内故障时,故障网络图如图5所示。图中,x为故障处距M侧母线距离,d为MN线路全长。
由图5可知,当发生区内故障时,M侧换流站等效模型不变,基于式(15)可得M侧的交流电压为:
Figure BDA0003706379320000101
其中,um为交流线路M侧的交流电压,
Figure BDA0003706379320000102
为换流站交流侧电压参考值,im为交流线路M侧的交流电流。
为了消除区内故障时,换流站控制系统对交流电压的影响,可消去M侧交流电压中的等效电压源,因此,定义M侧的电感值表达式为:
Figure BDA0003706379320000103
其中,Rfm、Lfm分别为M侧电阻值和电感值。
联立式(16)和式(17)可得:
Figure BDA0003706379320000104
由式(18)可知,当发生交流区内故障时,M侧电感值为已知定值,其值为桥臂电感的一半与变压器电感之和。
N侧的交流电压为:
Figure BDA0003706379320000105
其中,un为交流线路N侧的交流电压,en为交流线路N侧外的电源端口电压,in为交流线路N侧的交流电流,Rn、Ln分别为交流线路N侧的等效电阻和等效电感。
定义N侧计算电感表达式为:
Figure BDA0003706379320000111
其中,Rfn、Lfn分别为交流线路N侧电阻值和电感值。
联立式(19)和式(20)可得:
Figure BDA0003706379320000112
由式(21)可知,当发生交流区内故障时,N侧电感值为已知定值,其值为交流系统等效电感。
由以上分析可知,当发生交流线路区内故障时,线路两侧的电感值均为恒定值。
当发生交流M侧区外故障时,其故障网络图如图6所示。由图6可知,当发生交流M侧区外故障时,M侧的交流电压为:
Figure BDA0003706379320000113
式中,Rl、Ll分别为MN段线路电阻值和电感值。
联立式(17)和式(22)可得:
Figure BDA0003706379320000114
由图6可得:
Figure BDA0003706379320000115
Figure BDA0003706379320000116
其中,uf为故障点电压,if为故障点电流。
联立式(23)、式(24)及式(25),可得:
Figure BDA0003706379320000121
由式(26)可知,当发生M侧交流区外故障时,M侧电感值受故障电流的影响,其值偏离定值。
N侧的交流电压为:
Figure BDA0003706379320000122
联立式(20)和式(27)可得:
Figure BDA0003706379320000123
由式(28)可知,当发生M侧交流区外故障时,N侧电感值为已知定值,其值为交流系统等效电感。
由以上分析可知,当发生M侧交流线路区外故障时,M侧电感值受故障电流的影响偏离定值,而N侧的电感值仍为恒定值。
当发生交流N侧区外故障时,其故障网络图如图7所示。由图7可知,当发生交流N侧区外故障时,M侧的交流电压为:
Figure BDA0003706379320000124
需要说明的是,由于发生MN区内故障与N侧区外故障时,M侧换流站模型不变,故式(29)与式(16)相同。
联立式(17)和式(29)可得:
Figure BDA0003706379320000125
由式(30)可知,当发生交流区内故障时,M侧电感值为已知定值,其值为桥臂电感的一半与变压器电感之和。
N侧交流电压为:
Figure BDA0003706379320000131
联立式(20)和式(31)可得:
Figure BDA0003706379320000132
由式(32)可知,当发生N侧交流区外故障时,N侧电感值受故障电流的影响,其值偏离稳定值。
由以上分析可知,当发生N侧交流线路区外故障时,M侧电感值仍为恒定值,而N侧的电感值受故障电流的影响偏离定值。
根据上述分析可知,当交流线路区内发生故障时,线路两端保护的电感值为定值。当发生反向区外故障时,电感值将偏离定值。因此,本实施例通过线路两端的电感参数进行故障识别,电感误差系数的计算公式为:
Figure BDA0003706379320000133
其中,Em、En为线路两端的电感误差系数,H为故障发生后的一个周期内的采样点数,Lfm(k)、Lfn(k)分别为线路两侧保护计算得到的第k个采样点的电感值。
需要说明的是,H的数值由采样频率决定,电感误差系数采取求平均的方法,可以减小某个时刻电感值对整体的影响,提升保护判据可靠性,降低误动拒动概率。
优选地,一个周期设置为5ms。
故障识别判据包括:
Figure BDA0003706379320000141
其中,Eset为动作阈值,考虑计算误差、噪声干扰等因素的影响,Eset设置为0.3。
若满足故障判据,则判定为区内故障,否则,判定为区外故障。
根据故障识别判据,交流线路两侧保护识别出故障方向,包括:
当Em、En满足公式(34),故障方向为区内故障;
当Em不满足公式(34),故障方向为M侧区外故障;
当En不满足公式(34),故障方向为N侧区外故障。
因此,在发生故障后,根据交流线路MN两侧的电感值进行识别判断,当MN两侧的电感值均小于动作阈值,则发生区内故障,交流线路两侧保护传递故障方向为“区内故障”,向故障线路的保护装置发送跳闸信号;当M侧电感值大于等于动作阈值,则发生M侧区外故障,交流线路两侧保护仅传递故障方向为“M侧区外故障”,不动作;当N侧电感值大于等于动作阈值,则发生N侧区外故障,交流线路两侧保护仅传递故障方向为“N侧区外故障”,不动作。
实施例2
本发明的具体实施例2,公开了一种基于电感参数的柔直线路纵联保护,结构示意图如图8所示,包括:
数据采集模块,用于采集故障发生后的数据,包括:换流站交流侧的电压参考值、直流侧电压、交流线路M、N两侧的交流电流和交流电压;
电感计算模块,用于根据数据,计算获得交流线路M、N两侧的电感值;
电感误差系数确定模块,用于根据交流线路两侧的电感值,计算出交流线路M、N两侧的电感误差系数;
故障识别模块,用于判断交流线路M、N两侧的电感误差系数是否满足故障识别判据,若满足,则判定交流线路发生区内故障,启动交流线路保护,否则,判定为交流线路发生区外故障,交流线路保护不动作。
进一步地,通过以下公式计算出交流线路M、N两侧的电感误差系数:
Figure BDA0003706379320000151
其中,Em、En分别为交流线路M、N两侧的电感误差系数,H为故障发生后的一个周期内的采样点数,Lfm(k)、Lfn(k)分别为计算得到的第k个采样点的电感值,Eset为动作阈值,Lm、Ln分别为交流线路M、N两侧的等效电感。
本系统实施例和上述方法实施例,基于相同的原理实现,其相关之处可相互借鉴,且能达到相同的技术效果。
本系统实施例的具体实施过程参见上述方法实施例即可,本实施例在此不再赘述。由于本系统实施例与上述方法实施例原理相同,所以本系统也具有上述方法实施例相应的技术效果。
实施例3
系统结构如图2所示。其中,直流线路采用依频线路模型。多端柔性直流系统主要参数如表1所示,采样频率为10kHz,故障发生时刻为零时刻。
表1柔性直流系统主要参数
Figure BDA0003706379320000161
本实例设置的场景1为:设图2中f1处发生A相接地故障,不同过渡电阻故障情况下的电感值如图9所示,电感误差系数如图10所示。
在图9(a)、图9(b)中,当交流线路内部发生A相接地故障时,在不同过渡电阻的情况下,线路M侧和N侧均能可靠识别出电感值,并且其值与理论计算值相符。随着过渡电阻的增加,电感值波动较小,在理论值附近。在图10(a)、图10(b)中,随着过渡电阻的增加,线路两端的电感误差系数逐渐增大,在过渡电阻为300Ω的故障情况下,M侧电感误差系数Em在4.2ms时有最大值,其值为0.0335。N侧电感误差系数En在7.8ms时有最大值,其值为0.0647。因此,Em、En两者均小于门槛值,可判断线路MN发生区内故障。
根据以上分析可知,本方法在交流线路区内发生高阻故障时仍能准确识别,具有较高的可靠性和较强的耐受过渡电阻能力。
本实例设置的场景2为:设交流线路区内不同位置处发生AB相间故障,故障电阻为300Ω,该故障情况下的电感值如图11所示,电感误差系数如图12所示。
在图11(a)、图11(b)中,当交流线路不同位置发生AB相间故障时,线路M侧和N侧均能可靠识别出电感值,并且其值与理论计算值相符。由图11(a)可知,当M侧首端发生故障时,在故障初始阶段,电感值有所波动,但偏差不大,在故障5ms以后逐渐趋于理论值。由图11(b)可知,在不同位置发生故障时,N侧电感值波动很小,均与理论值相符。在图12(a)、图12(b)中,在M侧首端故障情况下,M侧电感误差系数Em在1.1ms时有最大值,其值为0.0525。在N侧首端故障情况下,N侧电感误差系数En在0.1ms时有最大值,其值为0.0105。因此,Em、En两者均小于门槛值,可判断线路MN发生区内故障。
由以上分析可知,本保护方案在区内不同故障位置均可实现保护的快速、准确动作。当线路末端发生高阻故障时,仍具有较高的灵敏度。
本实例设置的场景3为:设图2中f2处发生A相接地故障。不同过渡电阻故障情况下的电感误差系数如图13所示。
当f2处发生A相接地故障时,M侧保护计算的电感值将偏离理论值,根据计算得到的电感误差系数大于门槛值。由图13(a)可知,随着过渡电阻的增加,电感误差系数Em逐渐增大。Em在t=9.2ms且过渡电阻为0Ω时有最小值,其值为0.971,仍大于门槛值。线路N侧电感值与理论值一致,电感误差系数En小于门槛值。因此,可以判定发生M侧反向区外故障。其中,过渡电阻为0Ω情况下的线路两侧的电感值如图14所示。由图14可知,该故障情况下,线路M侧的电感值将偏离理论值,差异较大,线路N侧的电感值与理论值一致,和理论分析相符。因此,在不同过渡电阻故障情况下,仍能可靠识别该故障为区外故障,保护不误动。
本实例设置的场景4为:设图2中f3处发生AB两相接地故障。不同过渡电阻故障情况下的电感误差系数如图15所示。
当f3处发生AB两相接地故障时,N侧保护计算的电感值将偏离理论值,计算得到的电感误差系数大于门槛值。线路M侧电感值与理论值一致,电感误差系数Em小于门槛值。由图15(b)可知,随着过渡电阻的增加,N侧电感误差系数En逐渐减小。En在t=1.5ms且过渡电阻为0Ω时有最小值,其值为0.692。Em在t=1.2ms且过渡电阻为100Ω时有最大值,其值为0.0431。过渡电阻为0Ω情况下的线路两侧的电感值如图16所示。由图16可知,该故障情况下,线路N侧的电感值将偏离理论值,差异较大。线路M侧的电感值与理论值一致,和理论分析相符。
根据以上分析,在不同过渡电阻情况下,本方法均能可靠判定为N侧交流区外故障,保护不误动。而且,仅需线路两侧传递故障方向的判断结果,无需传递电气量信息,受数据同步误差的影响较小。
通过以上场景结果表明,本发明具有以下特点:
(1)该方法能准确、可靠识别各种类型故障,不受故障位置和过渡电阻的影响,在高阻故障情况下仍有较高的灵敏度。
(2)该保护方法利用时域信息求解电感,故障后5ms即可准确识别故障,动作速度快。
(3)该方法不需要线路两端数据严格同步,只需传递逻辑量信息,采样频率要求低,具有较强的耐受过渡电阻的能力,可以可靠识别各种类型的故障。
本领域技术人员可以理解,实现上述实施例方法的全部或部分流程,可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成,所述的程序可存储于计算机可读存储介质中。其中,所述计算机可读存储介质为磁盘、光盘、只读存储记忆体或随机存储记忆体等。
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 (10)

1.一种基于电感参数的柔直线路纵联保护方法,其特征在于,包括:
采集故障发生后的数据,包括:换流站交流侧的电压参考值、直流侧电压、交流线路M、N两侧的交流电流和交流电压;
根据所述数据,计算出交流线路M、N两侧的电感值;
根据所述交流线路两侧的电感值,计算出交流线路M、N两侧的电感误差系数;
判断交流线路M、N两侧的电感误差系数是否满足故障识别判据,若满足,则判定交流线路发生区内故障,启动交流线路保护,否则,判定为交流线路发生区外故障,交流线路保护不动作。
2.根据权利要求1所述的基于电感参数的柔直线路纵联保护方法,其特征在于,所述柔直线路中换流站交流侧的等效模型为:
Figure FDA0003706379310000011
其中,N为A相上、下桥臂投入的子模块总数;Uc1为子模块电容电压;
Figure FDA0003706379310000012
iva分别为换流站交流侧A相电压参考值、A相电流;Rarm、Larm为任一相桥臂等效电阻和桥臂电感;LT为换流站交流侧电感;udc为换流站直流侧电压;uma为换流站交流A相输出电压;ima为换流站交流A相输出电流。
3.根据权利要求2所述的基于电感参数的柔直线路纵联保护方法,其特征在于,基于所述等效模型,通过以下公式计算出交流线路M、N两侧的电感值:
Figure FDA0003706379310000013
Figure FDA0003706379310000014
其中,Rfm、Lfm分别为交流线路M侧电阻值和电感值,Rfn、Lfn分别为交流线路N侧电阻值和电感值;N为交流线路中上、下桥臂投入的子模块总数;uv *为换流站交流侧电压参考值;udc为换流站直流侧电压;im、in分别为交流线路M、N两侧的交流电流,um、un分别为交流线路M、N两侧的交流电压,en为交流线路N侧外的电源端口电压。
4.根据权利要求3所述的基于电感参数的柔直线路纵联保护方法,其特征在于,通过以下公式计算出交流线路M、N两侧的电感误差系数:
Figure FDA0003706379310000021
其中,Em、En分别为交流线路M、N两侧的电感误差系数,H为故障发生后的一个周期内的采样点数,Lfm(k)、Lfn(k)分别为计算得到的第k个采样点的电感值,Lm、Ln分别为交流线路M、N两侧的等效电感。
5.根据权利要求4所述的基于电感参数的柔直线路纵联保护方法,其特征在于,所述故障识别判据包括:
Figure FDA0003706379310000022
其中,Eset为动作阈值;
若Em、En满足公式(5),则判定为区内故障,否则,判定为区外故障。
6.根据权利要求5所述的基于电感参数的柔直线路纵联保护方法,其特征在于,根据所述故障识别判据,识别出故障方向,包括:
当Em、En满足公式(5),故障方向为区内故障;
当Em不满足公式(5),故障方向为M侧区外故障;
当En不满足公式(5),故障方向为N侧区外故障。
7.根据权利要求1所述的基于电感参数的柔直线路纵联保护方法,其特征在于,所述启动交流线路保护,执行:
向故障线路的保护装置发送跳闸信号。
8.根据权利要求2所述的基于电感参数的柔直线路纵联保护方法,其特征在于,所述换流站为MMC换流站,其中负极结构与正极完全一致。
9.一种基于电感参数的柔直线路纵联保护系统,其特征在于,包括:
数据采集模块,用于采集故障发生后的数据,包括:换流站交流侧的电压参考值、直流侧电压、交流线路M、N两侧的交流电流和交流电压;
电感计算模块,用于根据所述数据,计算出交流线路M、N两侧的电感值;
电感误差系数确定模块,用于根据所述交流线路两侧的电感值,计算出交流线路M、N两侧的电感误差系数;
故障识别模块,用于判断交流线路M、N两侧的电感误差系数是否满足故障识别判据,若满足,则判定交流线路发生区内故障,启动交流线路保护,否则,判定为交流线路发生区外故障,交流线路保护不动作。
10.根据权利要求9所述的基于电感参数的柔直线路纵联保护系统,其特征在于,通过以下公式计算出交流线路M、N两侧的电感误差系数:
Figure FDA0003706379310000031
其中,Em、En分别为交流线路M、N两侧的电感误差系数,H为故障发生后的一个周期内的采样点数,Lfm(k)、Lfn(k)分别为计算得到的第k个采样点的电感值,Lm、Ln分别为交流线路M、N两侧的等效电感。
CN202210706783.XA 2022-06-21 2022-06-21 基于电感参数的柔直线路纵联保护方法及系统 Pending CN114977128A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210706783.XA CN114977128A (zh) 2022-06-21 2022-06-21 基于电感参数的柔直线路纵联保护方法及系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210706783.XA CN114977128A (zh) 2022-06-21 2022-06-21 基于电感参数的柔直线路纵联保护方法及系统

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN114977128A true CN114977128A (zh) 2022-08-30

Family

ID=82964926

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210706783.XA Pending CN114977128A (zh) 2022-06-21 2022-06-21 基于电感参数的柔直线路纵联保护方法及系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114977128A (zh)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109888744B (zh) 一种高压直流输电线路的保护方法
CN109617027B (zh) 一种柔性直流配电系统高频突变量距离保护方法
CN110456227B (zh) 一种配电线路的单端行波测距方法
CN113933701A (zh) 基于瞬时电流畸变的多功率因数下t型三电平逆变器igbt开路故障诊断方法及系统
CN110133433B (zh) 一种基于突变积分乘积的直流配电网故障扰动辨识方法
Wang et al. Fast protection strategy for DC transmission lines of MMC-based MT-HVDC grid
CN114512966B (zh) 基于s变换频域阻抗的直流配电网纵联保护方法及系统
CN111398851A (zh) 一种mmc-hvdc直流输电线路故障检测方法
George et al. Distance protection for lines connecting converter interfaced renewable power plants: adaptive to grid-end structural changes
Ma et al. A pilot directional protection scheme for LCC-HVDC lines based on grounding resistance
CN112701668B (zh) 基于正负极电压差的高压直流线路纵联保护方法及系统
CN114744596B (zh) 基于电压匹配因子的柔性直流系统纵联保护方法及系统
CN111952941B (zh) 一种直流电网自适应纵联保护方法
CN116760303B (zh) 一种高压直流变压器及其故障冗余控制方法
CN115622004A (zh) 基于电感参数识别的交流线路纵联方向保护方法及装置
CN114977128A (zh) 基于电感参数的柔直线路纵联保护方法及系统
CN116938019A (zh) 一种三相光伏储能逆变器的控制方法
CN113659548B (zh) 基于正序故障分量能量方向的配电网纵联保护方法及系统
CN112653107B (zh) 一种多端柔性直流配电网的单端量保护方法
CN114744595B (zh) 一种交直流混联系统交流线路的保护方法及装置
CN114759529B (zh) 一种交直流混联系统逆变侧交流线路的保护方法及装置
CN107947213B (zh) 一种含有全桥模块的多端柔性直流输电系统的启动方法
CN114759527A (zh) 基于感性能量极性的直流线路纵联方向保护方法及系统
US20230341451A1 (en) Method and System for a pilot directional protection of LCC-HVDC lines based on virtual grounding resistance
Liu et al. A novel protection for HVDC transmission lines based on current ratio of DC filter and smoothing reactor

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination