CN116780477A - 变流器直流短路保护系统、方法、计算机设备和计算机可读存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种变流器直流短路保护系统、方法、计算机设备和计算机可读存储介质，系统包括：第一判别模块，用于获取直流侧电压U_DC在ΔT时间内的电压变化ΔU、直流侧电压变化率K：K＝ΔT/ΔU、直流欠压近端保护定值U_set1、电压变化率近端保护定值K₁、直流欠压远端保护定值U_set2、电压变化率远端保护定值K₂，在U_DC＜U_set1且K＞K₁时，判定内部短路或近端短路故障，在K＜K₁且K＞K₂，或U_DC＞U_set2且U_DC＜U_set1时，判定外部远端短路故障；第二判别模块，用于在判定内部短路或外部近端短路故障、外部远端短路故障中任一者后，发送导通旁路信号，经后备保护延时定值T，在当前功率单元交流侧电流最大值I_{AC_max}＞短路保护交流电流定值I_{AC_over}时，判定旁路未成功，并重新发送导通旁路信号。

Description

变流器直流短路保护系统、方法、计算机设备和计算机可读存 储介质

技术领域

本发明属于变流器短路保护技术领域，具体涉及一种变流器直流短路保护系统、方法、计算机设备和计算机可读存储介质。

背景技术

基于IGBT功率器件的变流器目前广泛应用于工矿企业、电力企业、轨道交通等行业，这些大功率PWM变流器在大多数使用场合会存在超越正常工况的过载和电气冲击，造成持续性的短路故障。对于PWM变流器，一旦发生直流侧短路故障，IGBT功率模块的反并联二极管将承受短路电流，该电流远超过反并联二极管的耐受电流。若依靠直流断路器大电流脱扣保护切除故障点，保护动作时间在百微秒。相比之下，传统IGBT器件的I²t值一般为59×10⁴A²·s，无法满足短路故障时耐冲击能力的要求，因此短路故障点无法迅速切除将导致内部IGBT器件损坏。

传统保护中对内部直流侧短路故障设置熔丝保护。有的技术将风机变流器IGBT功率模组交直流侧并联短路保护装置，快速增大熔断值，提高保护灵敏度，但熔丝价格昂贵，且熔丝一次性使用，保护动作后需要运维人员更新熔丝，操作繁琐。

对于直流侧短路保护，有的技术通过将直流侧电流作为短路故障识别的特征量，但只能识别外部近端短路故障。有的技术选取直流电流变化率作为特征量，实现了变流器外部远端短路故障和外部近端短路故障的识别和区分，但当变流器功率单元内部发生直流短路故障时，由于内部形成短路故障点，直流侧无故障电流，现有电流判据无法快速识别。

发明内容

发明目的：本申请提供一种变流器直流短路保护系统、方法、计算机设备和计算机可读存储介质，用于解决变流器直流侧短路故障如何快速识别且避免短路电流损坏变流设备的问题。

技术方案：本申请提供一种变流器直流短路保护系统，包括：第一判别模块，所述第一判别模块用于获取N个直流侧电压U_DC在ΔT时间内的电压变化ΔU，计算直流侧电压变化率K满足：K＝ΔT/ΔU；所述第一判别模块用于设定直流欠压近端保护定值U_set1、电压变化率近端保护定值K₁，所述第一判别模块用于在U_DC＜U_set1且K＞K₁时，判定为内部短路或近端短路故障；所述第一判别模块用于设定直流欠压远端保护定值U_set2、电压变化率远端保护定值K₂，所述第一判别模块用于在K＜K₁且K＞K₂，或者U_DC＞U_set2且U_DC＜U_set1时，判定为外部远端短路故障；第二判别模块，所述第二判别模块用于在判定内部短路或外部近端短路故障、外部远端短路故障中的任一种后，发送导通旁路信号，经后备保护延时定值T，获取当前功率单元交流侧电流最大值I_{AC_max}、短路保护交流电流定值I_{AC_over}，所述第二判别模块用于在I_{AC_max}＞I_{AC_over}时，判定旁路未成功，并重新发送导通旁路信号。

在一些实施例中，所述第一判别模块包括就地保护单元，所述第二判别模块包括集中保护单元和旁路单元，所述集中保护单元与所述就地保护单元通讯连接，所述集中保护单元与所述旁路单元通讯连接，所述就地保护单元与所述旁路单元通讯连接。

在一些实施例中，所述旁路单元包括A型拓扑、B型拓扑或C型拓扑中的任意一者或任意两者的组合；所述A型拓扑为三相桥式电路，所述A型拓扑包括直流侧和交流侧，所述变流器包括输入端和直流输出端，所述交流侧连接于所述输入端，所述直流侧连接于所述直流输出端；所述B型拓扑为三只双向晶闸管器件并联成的角型或星型，所述变流器包括交流输入端，所述B型拓扑连接于所述交流输入端；所述C型拓扑包括相连接的双向晶闸管，所述变流器包括三个交流端，所述C型拓扑连接于所述变流器的三个交流端。

在一些实施例中，所述直流欠压保护定值U_set1满足：400V≤U_set1≤600V。

在一些实施例中，所述电压变化率近端保护定值K₁满足：1.5kV/ms≤K₁≤2.5kV/ms。

在一些实施例中，所述直流欠压保护定值U_set2满足：700V≤U_set2≤900V。

在一些实施例中，所述电压变化率远端保护定值K₂满足：80V/ms≤K₂≤120V/ms。

本申请还提供一种变流器直流短路保护方法，包括步骤如下：获取N个直流侧电压U_DC在ΔT时间内的电压变化ΔU，计算直流侧电压变化率K满足：K＝ΔT/ΔU；设定直流欠压近端保护定值U_set1、电压变化率近端保护定值K₁，当U_DC＜U_set1且K＞K₁时，判定为内部短路或近端短路；设定直流欠压远端保护定值U_set2、电压变化率远端保护定值K₂，当K＜K₁且K＞K₂，或者，当U_DC＞U_set2且U_DC＜U_set1，判定为外部远端短路；当判定变流器发生内部短路或外部近端短路、外部远端短路中任一种故障类型时，发送导通旁路信号，经后备保护延时定值T，获取当前功率单元交流侧电流最大值I_{AC_max}、短路保护交流电流定值I_{AC_over}，若I_{AC_max}＞I_{AC_over}，判定旁路未成功，重新发送导通旁路信号。

在一些实施例中，所述直流欠压保护定值U_set1满足：400V≤U_set1≤600V。

在一些实施例中，所述电压变化率近端保护定值K₁满足：1.5kV/ms≤K₁≤2.5kV/ms。

在一些实施例中，所述直流欠压保护定值U_set2满足：700V≤U_set2≤900V。

在一些实施例中，所述电压变化率远端保护定值K₂满足：80V/ms≤K₂≤120V/ms。

本申请还提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上所述变流器直流短路保护方法的步骤。

本申请还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述变流器直流短路保护方法的步骤。

有益效果：与现有技术相比，本发明的变流器直流短路保护系统、方法、计算机设备和计算机可读存储介质，变流器直流短路保护系统包括：第一判别模块，第一判别模块用于获取N个直流侧电压U_DC在ΔT时间内的电压变化ΔU，计算直流侧电压变化率K满足：K＝ΔT/ΔU；第一判别模块用于设定直流欠压近端保护定值U_set1、电压变化率近端保护定值K₁，第一判别模块用于在U_DC＜U_set1且K＞K₁时，判定为内部短路或近端短路故障；第一判别模块用于设定直流欠压远端保护定值U_set2、电压变化率远端保护定值K₂，第一判别模块用于在K＜K₁且K＞K₂，或者U_DC＞U_set2且U_DC＜U_set1时，判定为外部远端短路故障；第二判别模块，第二判别模块用于在判定内部短路或外部近端短路故障、外部远端短路故障中的任一种后，发送导通旁路信号，经后备保护延时定值T，获取当前功率单元交流侧电流最大值I_{AC_max}、短路保护交流电流定值I_{AC_over}，第二判别模块用于在I_{AC_max}＞I_{AC_over}时，判定旁路未成功，并重新发送导通旁路信号。

因此，本申请该变流器直流短路保护系统，通过第一判别模块在直流侧电压U_DC＜直流欠压近端保护定值U_set1且直流侧电压变化率K＞电压变化率近端保护定值K₁时，判定变流器发生内部短路或近端短路故障，通过第一判别模块在直流侧电压变化率K＜电压变化率近端保护定值K₁且直流侧电压变化率K＞电压变化率远端保护定值K₂，或直流侧电压U_DC＞直流欠压远端保护定值U_set2且直流侧电压U_DC＜直流欠压近端保护定值U_set1时，判定变流器发生外部短路故障，实现变流器发生内部管路故障、近端短路故障、远端短路故障中的任一种时，均可以快速保护变流器。

附图说明

下面结合附图，通过对本发明的具体实施方式详细描述，将使本发明的技术方案及其它有益效果显而易见。

图1为本申请优选实施例中变流器直流短路保护系统的控制流程图；

图2为本申请变流器直流短路保护系统的局部结构示意图；

图3为本申请变流器直流短路保护系统的另一局部结构示意图；

附图标记，10-第一判别模块，20-第二判别模块，100-就地保护单元，200-集中保护单元，300-旁路单元。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个特征。

下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。

请参阅图1、图2和图3，图1为本申请优选实施例中变流器直流短路保护系统的控制流程图，图2为本申请变流器直流短路保护系统的局部结构示意图，图3为本申请变流器直流短路保护系统的另一局部结构示意图；本发明提供一种变流器直流短路保护系统，属于技术变流器安全保护领域，适用于轨道交通双向变流器直流短路快速保护。本申请该变流器直流短路保护系统，包括：第一判别模块10，第一判别模块10用于获取N个直流侧电压U_DC在ΔT时间内的电压变化ΔU，计算直流侧电压变化率K满足：K＝ΔT/ΔU；第一判别模块10用于设定直流欠压近端保护定值U_set1、电压变化率近端保护定值K₁，第一判别模块10用于在U_DC＜U_set1且K＞K₁时，判定为内部短路或近端短路故障；第一判别模块10用于设定直流欠压远端保护定值U_set2、电压变化率远端保护定值K₂，第一判别模块10用于在K＜K₁且K＞K₂，或者U_DC＞U_set2且U_DC＜U_set1时，判定为外部远端短路故障；第二判别模块20，第二判别模块20用于在判定内部短路或外部近端短路故障、外部远端短路故障中的任一种后，发送导通旁路信号，经后备保护延时定值T，获取当前功率单元交流侧电流最大值I_{AC_max}、短路保护交流电流定值I_{AC_over}，第二判别模块20用于在I_{AC_max}＞I_{AC_over}时，判定旁路未成功，并重新发送导通旁路信号。

在本申请实施例中，该变流器直流短路保护系统用于对变流器功率单元进行直流短路保护；该变流器直流短路保护系统中，第一判别模块10包括就地保护单元100，就地保护单元100设为多个，第二判别模块20包括集中保护单元200和旁路单元300，集中保护单元200与就地保护单元100通讯连接，集中保护单元200与旁路单元300通讯连接，就地保护单元100与旁路单元300通讯连接。

在一些实施例中，就地保护单元100设为N个，N≥1，集中保护单元200设为一个，旁路单元300设为一个；集中保护单元200与N个就地保护单元100通过光纤进行通讯连接，实现故障信息微秒级传送的目的；集中保护单元200和N个就地保护单元100均通过光纤与旁路单元300进行通讯连接，实现导通信号的传达目的。

在一些实施例中，该变流器直流短路保护系统发生近端短路故障时，直流侧电压的欠压保护动作电压即直流欠压保护定值U_set1，U_set1根据保护系统发生近端短路故障时的直流电压和系统保护需求进行选定，U_set1的值一般为保护系统直流侧额定电压的30～40％，直流欠压保护定值U_set1满足：400V≤U_set1≤600V。

在一些实施例中，电压变化率近端保护定值K₁满足：1.5kV/ms≤K₁≤2.5kV/ms。

在一些实施例中，该变流器直流短路保护系统发生近端短路故障时，根据系统发生近端短路故障时的直流电压变化率和系统保护需求选定K₁的值；直流侧的电压变化率近端保护定值K₁满足：1.5kV/ms≤K₁≤2.5kV/ms。

在一些实施例中，变流器直流短路保护系统发生远端短路故障时，根据系统发生远端短路故障时的直流电压和系统保护需求进行选定U_set2的值；直流侧电压的欠压保护动作电压即直流欠压保护定值U_set2满足：700V≤U_set≤900V。

在一些实施例中，电压变化率远端保护定值K₂小于电压变化率近端保护定值K₁，当变流器直流短路保护系统发生远端短路故障时，直流侧的电压变化率远端保护定值K₂满足：80V/ms≤K₂≤120V/ms，K₂的值根据系统发生远端短路故障时的直流电压变化率和系统保护需求进行选定，K₂的值一般为保护系统直流侧额定电压的40～60％；电压变化率远端保护定值K₂满足：80V/ms≤K₂≤120V/ms。

在一些实施例中，该变流器直流短路保护系统分为变流模块和控制保护装置；变流模块包括功率单元，功率单元设为N个，就地保护单元100设于变流模块内，具体为，就地保护单元100设于功率单元内，就地保护单元100用于实时检测功率单元直流侧电压幅值及变化率特征，就地保护单元100用于识别直流侧内部短路或外部近端短路故障、外部远端短路故障，并用于将故障类型发送至集中保护单元200；就地保护单元100作为主保护，就地保护单元100用于向旁路单元300下发驱动控制脉冲。集中保护单元200设于控制保护装置内，集中保护单元200用于采集交流侧电流、N个就地保护单元100的故障信息，根据N个就地保护单元100的故障信息、交流侧电流，综合判断直流短路故障状态；集中保护单元200作为后备保护，集中保护单元200用于对旁路失败的旁路单元300重新下发驱动控制脉冲，集中保护单元200用于根据功率单元交流电流确认旁路是否成功，并将变流器退出运行。旁路单元300交流侧连接于变流器输入端，当发生短路故障时，旁路单元300用于通过就地保护单元100或集中保护单元200驱动控制脉冲旁路变流器模组，以实现变流器短路保护。因此，就地保护单元100确保旁路保护微秒级动作，集中保护单元200用作后备保护提高了可靠性，从而实现对内部短路故障、外部短路故障双重快速保护。

在一些实施例中，旁路单元300为A型拓扑、B型拓扑或C型拓扑中的任意一者或任意两者的组合。

需要进一步说明的是，在一些实施例中，A型拓扑为三相桥式电路，A型拓扑采用晶闸管组成的三相桥式电路，A型拓扑包括直流侧和交流侧，变流器为双向变流器，变流器包括输入端和直流输出端，交流侧连接于变流器的输入端，直流侧连接于变流器的直流输出端。

在一些实施例中，A型拓扑的半控器件满足条件如下：(1)浪涌能力满足短路时耐冲击能力要求，其中浪涌能力为I²t；(2)三相桥式电路的支路阻抗远大于变流器功率单元支路阻抗，设三相桥式电路的支路阻抗与变流器功率单元支路阻抗比值为M，M大于10。

在一些实施例中，B型拓扑为三只双向晶闸管器件并联成的角型或星型，变流器包括交流输入端，B型拓扑连接于变流器的交流输入端。

在一些实施例中，B型拓扑的半控器件的浪涌能力满足短路时耐冲击能力要求，其中浪涌能力为I²t。

在一些实施例中，C型拓扑包括相连接的两只双向晶闸管器件，变流器包括三个交流端，C型拓扑连接于变流器的三个交流端上。

在一些实施例中，C型拓扑的半控器件的浪涌能力满足短路时耐冲击能力要求，其中浪涌能力为I²t。

还需要说明的是，本申请实施例针对适用于轨道交通双向变流器的变流器直流短路保护系统，目前轨道交通牵引供电系统中针对接触网测短路故障，采用直流馈线柜经大电流脱扣保护切除短路故障点的保护方式，保护方式需要双向变流器耐受27kA、持续120ms的短路电流，电流远超过短路故障点近端IGBT模块的反并联二极管的耐受电流，造成器件损坏，轨道供电系统交流侧35kV，直流侧1500V，双向变流器的变压器高压侧接AC40.5kV开关柜，通过AC40.5kV开关柜接入中压环网，变压器低压侧接交流低压开关，通过变压器进行电能交换。双向变流器装置由变流模块及其控制保护装置构成，变流模块交流侧连接变压器低压绕组，直流侧为直流输出端；变流器模块由N个变流器功率单元与电感串联后再并联构成。同样地，集中保护单元200位于双向变流器的控制保护装置内，就地保护单元100位于双向变流器的功率单元内；采用晶闸管组成的三相桥式电路，三相桥式电路的交流侧连接变流器的输入端，三相桥式电路的直流侧连接双向变流器的直流输出端的接线方式作为旁路单元300。

因此，本申请该变流器直流短路保护系统，包括：第一判别模块10，第一判别模块10用于获取直流侧电压U_DC在ΔT时间内的电压变化ΔU、直流侧电压变化率K：K＝ΔT/ΔU、直流欠压近端保护定值U_set1、电压变化率近端保护定值K₁、直流欠压远端保护定值U_set2、电压变化率远端保护定值K₂，第一判别模块10用于在U_DC＜U_set1且K＞K₁时，判定内部短路或近端短路故障，第一判别模块10用于在K＜K₁且K＞K₂，或U_DC＞U_set2且U_DC＜U_set1时，判定外部远端短路故障；第二判别模块20，第二判别模块20用于在判定内部短路或外部近端短路故障、外部远端短路故障中任一者后，发送导通旁路信号，经后备保护延时定值T，第二判别模块20用于在当前功率单元交流侧电流最大值I_{AC_max}＞短路保护交流电流定值I_{AC_over}时，判定旁路未成功，并重新发送导通旁路信号。通过第一判别模块10，在直流侧电压U_DC＜直流欠压近端保护定值U_set1且直流侧电压变化率K＞电压变化率近端保护定值K₁时，判定变流器发生内部短路或近端短路故障，通过第一判别模块10，在直流侧电压变化率K＜电压变化率近端保护定值K₁且直流侧电压变化率K＞电压变化率远端保护定值K₂，或直流侧电压U_DC＞直流欠压远端保护定值U_set2且直流侧电压U_DC＜直流欠压近端保护定值U_set1时，可以判定变流器发生外部短路故障，实现变流器发生内部管路故障、近端短路故障、远端短路故障中的任一种时，均可以快速保护变流器。并且，通过将就地保护单元100设于功率模块内，采用就地化布置，采样速率更快，与将电压电流采样传送至主控单元相比，故障识别速度更快，集中保护单元200用作后备保护，保证了旁路保护动作的可靠性。此外，就地保护单元100采用功率单元的直流侧电压以及直流侧电压变化率作为故障判据，与电流判据相比，在短路电流流过功率单元内二极管之前便可识别故障，避免了故障电流流过二极管，并且缩短了故障切除时间。

请参阅图1，图1为优选实施例变流器直流短路保护方法的控制流程图，基于上述的变流器直流短路保护系统，本申请还提供一种变流器直流短路保护方法，由此介绍利用变流器直流保护方法实现故障判断与旁路保护的详细过程，变流器直流短路保护方法包括以下步骤：

步骤100：获取N个就地保护单元100的直流侧电压U_DC，计算直流侧电压U_DC在ΔT时间内的电压变化ΔU，计算直流侧电压变化率K满足：K＝ΔT/ΔU；设定直流欠压近端保护定值U_set1、电压变化率近端保护定值K₁；当直流侧电压U_DC低于直流欠压近端保护定值U_set1，且电压变化率K大于电压变化率近端保护定值K₁时，判别发生内部短路或近端短路故障。

在本步骤100中，根据直流侧电压U_DC，计算在ΔT时间内的电压变化ΔU，计算电压变化率K满足：K＝ΔT/ΔU。

在本步骤100中，通过设定条件一和条件二，来检测内部短路或外部近端短路故障，条件一满足：直流侧电压U_DC低于直流欠压近端保护定值U_set1；设定条件二满足：电压变化率K大于电压变化率近端保护定值K₁；当同时满足条件一和条件二时，就地保护单元100可以识别功率模块发生内部短路或近端短路故障，并将故障状态上送集中保护单元200。

在本步骤100中，在一些实施例中，该变流器直流短路保护系统发生近端短路故障时，直流侧电压的欠压保护动作电压即直流欠压保护定值U_set1，U_set1根据保护系统发生近端短路故障时的直流电压和系统保护需求进行选定，U_set1的值一般为保护系统直流侧额定电压的30～40％；直流欠压保护定值U_set1满足：400V≤U_set1≤600V；在具体实施例中，对于轨道交通直流1500V的系统，就地保护单元100的直流欠压保护定值U_set1设为500V。

在一些实施例中，该变流器直流短路保护系统发生近端短路故障时，直流侧的电压变化率近端保护定值K₁满足：1.5kV/ms≤K₁≤2.5kV/ms，根据系统发生近端短路故障时的直流电压变化率和系统保护需求选定K₁的值；就地保护单元100采样频率为微秒级，内部短路或近端短路时，电压在短时间内迅速下降，电压变化率近端保护定值K₁设为2kV/ms。

步骤200：设定直流欠压远端保护定值U_set2、电压变化率远端保护定值K₂；当电压变化率K小于电压变化率近端保护定值K₁且电压变化率K大于电压变化率远端保护定值K₂，或者，当直流侧电压U_DC大于直流欠压远端保护定值U_set2且直流侧电压U_DC小于直流欠压近端保护定值U_set1，判别发生外部远端短路故障。

即，在步骤200中，通过设定条件三和条件四，以检测是否发生外部远端短路故障，其中条件三满足：电压变化率K小于电压变化率近端保护定值K₁且电压变化率K大于电压变化率远端保护定值K₂；条件四满足：直流侧电压U_DC大于直流欠压远端保护定值U_set2且直流侧电压U_DC小于直流欠压近端保护定值U_set1；当满足条件三和条件四的任一者时，就地保护单元100可以识别功率模块发生远端短路故障，并将故障状态传送至集中保护单元200。

在步骤200中，变流器直流短路保护系统发生远端短路故障时，直流侧电压的欠压保护动作电压即直流欠压保护定值U_set2满足：700V≤U_set≤900V，根据系统发生远端短路故障时的直流电压和系统保护需求进行选定U_set2的值；在一些实施例中，对于直流1500V的系统，就地保护单元100的直流欠压保护定值U_set2设为800V。

在一些实施例中，电压变化率远端保护定值K₂小于电压变化率近端保护定值K₁，且电压变化率远端保护定值K₂大于列车牵引时直流电压的下降率，当变流器直流短路保护系统发生远端短路故障时，直流侧的电压变化率远端保护定值K₂满足：80V/ms≤K₂≤120V/ms，K₂的值根据系统发生远端短路故障时的直流电压变化率和系统保护需求进行选定，K₂的值一般为保护系统直流侧额定电压的40～60％；在具体实施例中，电压变化率远端保护定值K₂设为100V/ms。

步骤300：当判定变流器发生内部短路或外部近端短路、外部远端短路中任一种故障类型时，发送导通旁路信号，经后备保护延时定值T，获取当前功率单元交流侧电流最大值I_{AC_max}、短路保护交流电流定值I_{AC_over}，若I_{AC_max}＞I_{AC_over}，判定旁路未成功，重新发送导通旁路信号。

需要解释的是，在步骤300中，当判定变流器发生内部短路、外部近端短路或外部远端短路时，通过集中保护单元200立即封锁功率单元的脉冲信号，对应的功率模块停止运行，就地保护单元100闭锁脉冲、导通旁路单元300，将故障相关信息发送至集中保护单元200，同时联跳交直流侧断路器，退出双向变流器。其中故障相关信息包括故障类型和功率单元交流侧电流最大值I_{AC_max}。

本步骤300的目的在于检测旁路是否成功。在本步骤300中，经后备保护延时定值T后，通过集中保护单元200检测当前功率单元的交流侧电流I_AC，获取交流侧电流最大值I_{AC_max}，当交流侧电流最大值I_{AC_max}大于短路保护交流电流定值I_{AC_over}时，判定旁路未成功，通过集中保护单元200重新下发导通旁路单元300信号。

因此，本申请上述的变流器直流短路保护方法，包括步骤如下：获取N个直流侧电压U_DC在ΔT时间内的电压变化ΔU，计算直流侧电压变化率K满足：K＝ΔT/ΔU；设定直流欠压近端保护定值U_set1、电压变化率近端保护定值K₁，当U_DC＜U_set1且K＞K₁时，判定为内部短路或近端短路；设定直流欠压远端保护定值U_set2、电压变化率远端保护定值K₂，当K＜K₁且K＞K₂，或者，当U_DC＞U_set2且U_DC＜U_set1，判定为外部远端短路；当判定变流器发生内部短路或外部近端短路、外部远端短路中任一种故障类型时，发送导通旁路信号，经后备保护延时定值T，获取当前功率单元交流侧电流最大值I_{AC_max}、短路保护交流电流定值I_{AC_over}，若I_{AC_max}＞I_{AC_over}，判定旁路未成功，重新发送导通旁路信号；从而，通过在直流侧电压U_DC＜直流欠压近端保护定值U_set1且直流侧电压变化率K＞电压变化率近端保护定值K₁时，判定为内部短路或近端短路故障；在直流侧电压变化率K＜电压变化率近端保护定值K₁且K＞电压变化率远端保护定值K₂，或者，当直流侧电压U_DC＞直流欠压远端保护定值U_set2且直流侧电压U_DC＜直流欠压近端保护定值U_set1，判定为外部远端短路故障，从而，当变流器发生内部管路故障、近端短路故障、远端短路故障中的任一种时，通过本申请变流器直流短路保护系统均可以快速保护变流器；并且采样速率更快，故障识别速度更快，后备保护延时功能可以保证旁路保护动作的可靠性；此外，通过直流侧电压以及直流侧电压变化率作为故障判据，与电流判据相比，在短路电流流过功率单元内二极管之前便可识别故障，避免了故障电流流过二极管，并且缩短了故障切除时间。

本申请还提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述变流器直流短路保护方法的步骤。

本申请还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述变流器直流短路保护方法的步骤。

本申请的变流器直流短路保护系统及其方法、计算机设备和计算机可读存储介质，该变流器直流短路保护系统包括：第一判别模块10，第一判别模块10用于获取直流侧电压U_DC在ΔT时间内的电压变化ΔU、直流侧电压变化率K：K＝ΔT/ΔU、直流欠压近端保护定值U_set1、电压变化率近端保护定值K₁、直流欠压远端保护定值U_set2、电压变化率远端保护定值K₂，第一判别模块10用于在U_DC＜U_set1且K＞K₁时，判定内部短路或近端短路故障，第一判别模块10用于在K＜K₁且K＞K₂，或U_DC＞U_set2且U_DC＜U_set1时，判定外部远端短路故障；第二判别模块20，第二判别模块20用于在判定内部短路或外部近端短路故障、外部远端短路故障中任一者后，发送导通旁路信号，经后备保护延时定值T，第二判别模块20用于在当前功率单元交流侧电流最大值I_{AC_max}＞短路保护交流电流定值I_{AC_over}时，判定旁路未成功，并重新发送导通旁路信号。通过第一判别模块10，在直流侧电压U_DC＜直流欠压近端保护定值U_set1且直流侧电压变化率K＞电压变化率近端保护定值K₁时，判定变流器发生内部短路或近端短路故障，通过第一判别模块10，在直流侧电压变化率K＜电压变化率近端保护定值K₁且直流侧电压变化率K＞电压变化率远端保护定值K₂，或直流侧电压U_DC＞直流欠压远端保护定值U_set2且直流侧电压U_DC＜直流欠压近端保护定值U_set1时，可以判定变流器发生外部短路故障，实现变流器发生内部管路故障、近端短路故障、远端短路故障中的任一种时，均可以快速保护变流器。并且，通过将就地保护单元100设于功率模块内，采用就地化布置，采样速率更快，与将电压电流采样传送至主控单元相比，故障识别速度更快，集中保护单元200用作后备保护，保证了旁路保护动作的可靠性。此外，就地保护单元100采用功率单元的直流侧电压以及直流侧电压变化率作为故障判据，与电流判据相比，在短路电流流过功率单元内二极管之前便可识别故障，避免了故障电流流过二极管，并且缩短了故障切除时间。因此，本申请该变流器直流短路保护系统，当变流器发生内部短路故障、外部近端短路故障、外部远端短路故障种任一种时，均能快速保护变流器；并且通过将就地保护单元100设于功率模块内，实现就地化布置，采样速率更快，与将电压电流采样上送主控单元相比，实现故障识别速度更快，后备保护延时设置可以保证旁路保护动作的可靠性；采用将功率单元的直流侧电压以及变化率作为故障判据，与电流判据相比，在短路电流流过功率单元内二极管之前便可识别故障，避免了故障电流流过二极管，并且缩短了故障切除时间。

以上对本发明实施例所提供的变流器直流短路保护系统、方法、计算机设备和计算机可读存储介质进行了详细介绍，本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的技术方案及其核心思想；本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例的技术方案的范围。

Claims (14)

1.一种变流器直流短路保护系统，其特征在于，包括：

第一判别模块(10)，所述第一判别模块(10)用于获取N个直流侧电压U_DC在ΔT时间内的电压变化ΔU，计算直流侧电压变化率K满足：K＝ΔT/ΔU；

所述第一判别模块(10)用于设定直流欠压近端保护定值U_set1、电压变化率近端保护定值K₁，所述第一判别模块(10)用于在U_DC＜U_set1且K＞K₁时，判定为内部短路或近端短路故障；

所述第一判别模块(10)用于设定直流欠压远端保护定值U_set2、电压变化率远端保护定值K₂，所述第一判别模块(10)用于在K＜K₁且K＞K₂，或者U_DC＞U_set2且U_DC＜U_set1时，判定为外部远端短路故障；

第二判别模块(20)，所述第二判别模块(20)用于在判定内部短路或外部近端短路故障、外部远端短路故障中的任一种后，发送导通旁路信号，经后备保护延时定值T，获取当前功率单元交流侧电流最大值I_{AC_max}、短路保护交流电流定值I_{AC_over}，所述第二判别模块(20)用于在I_{AC_max}＞I_{AC_over}时，判定旁路未成功，并重新发送导通旁路信号。

2.根据权利要求1所述的变流器直流短路保护系统，其特征在于，所述第一判别模块(10)包括就地保护单元(100)，所述第二判别模块(20)包括集中保护单元(200)和旁路单元(300)，所述集中保护单元(200)与所述就地保护单元(100)通讯连接，所述集中保护单元(200)与所述旁路单元(300)通讯连接，所述就地保护单元(100)与所述旁路单元(300)通讯连接。

3.根据权利要求2所述的变流器直流短路保护系统，其特征在于，所述旁路单元(300)包括A型拓扑、B型拓扑或C型拓扑中的任意一者或任意两者的组合；所述A型拓扑为三相桥式电路，所述A型拓扑包括直流侧和交流侧，所述变流器包括输入端和直流输出端，所述交流侧连接于所述输入端，所述直流侧连接于所述直流输出端；所述B型拓扑为三只双向晶闸管器件并联成的角型或星型，所述变流器包括交流输入端，所述B型拓扑连接于所述交流输入端；所述C型拓扑包括相连接的双向晶闸管，所述变流器包括三个交流端，所述C型拓扑连接于所述变流器的三个交流端。

4.根据权利要求1所述的变流器直流短路保护系统，其特征在于，所述直流欠压保护定值U_set1满足：400V≤U_set1≤600V。

5.根据权利要求1所述的变流器直流短路保护系统，其特征在于，所述电压变化率近端保护定值K₁满足：1.5kV/ms≤K₁≤2.5kV/ms。

6.根据权利要求1所述的变流器直流短路保护系统，其特征在于，所述直流欠压保护定值U_set2满足：700V≤U_set2≤900V。

7.根据权利要求1所述的变流器直流短路保护系统，其特征在于，所述电压变化率远端保护定值K₂满足：80V/ms≤K₂≤120V/ms。

8.一种变流器直流短路保护方法，其特征在于，包括步骤如下：

获取N个直流侧电压U_DC在ΔT时间内的电压变化ΔU，计算直流侧电压变化率K满足：K＝ΔT/ΔU；设定直流欠压近端保护定值U_set1、电压变化率近端保护定值K₁，当U_DC＜U_set1且K＞K₁时，判定为内部短路或近端短路；

设定直流欠压远端保护定值U_set2、电压变化率远端保护定值K₂，当K＜K₁且K＞K₂，或者，当U_DC＞U_set2且U_DC＜U_set1，判定为外部远端短路；

当判定变流器发生内部短路或外部近端短路、外部远端短路中任一种故障类型时，发送导通旁路信号，经后备保护延时定值T，获取当前功率单元交流侧电流最大值I_{AC_max}、短路保护交流电流定值I_{AC_over}，若I_{AC_max}＞I_{AC_over}，判定旁路未成功，重新发送导通旁路信号。

9.根据权利要求8所述的变流器直流短路保护方法，其特征在于，所述直流欠压保护定值U_set1满足：400V≤U_set1≤600V。

10.根据权利要求8所述的变流器直流短路保护方法，其特征在于，所述电压变化率近端保护定值K₁满足：1.5kV/ms≤K₁≤2.5kV/ms。

11.根据权利要求8所述的变流器直流短路保护方法，其特征在于，所述直流欠压保护定值U_set2满足：700V≤U_set2≤900V。

12.根据权利要求8所述的变流器直流短路保护方法，其特征在于，所述电压变化率远端保护定值K₂满足：80V/ms≤K₂≤120V/ms。

13.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求8中所述变流器直流短路保护方法的步骤。

14.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求8中所述变流器直流短路保护方法的步骤。