CN117117792A - 一种具有新型防误判据的直流换流器短路保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有新型防误判据的直流换流器短路保护方法，该方法步骤如下：采集直流换流器的电流和电压数据；基于电流数据，提取Y桥和D桥三相交流电流的绝对最大值；判断差动电流是否满足直流换流器桥差保护动作方程，若满足则输出桥差保护切换信号，引入新型防误判据进行二次判断；判断直流换流器阀侧电压有效值变化是否满足新型防误判据动作方程，若满足则引入换流器解锁信号，直流换流器桥差保护动作。本发明在直流换流器桥差保护基础上，引入新型防误判据，实现了在故障发生时，兼顾满足选择性和灵敏性的要求。

Description

一种具有新型防误判据的直流换流器短路保护方法

技术领域

本发明涉及高压直流输电技术领域，具体涉及一种具有新型防误判据的直流换流器短路保护方法。

背景技术

换流器作为高压直流输电系统(简称HVDC)的核心元件，实现着交直流变换的功能，但直流换流器具有易损坏，且价格昂贵的特点，需要保证其运行安全。当换流阀短路或换流器交流侧相间短路发生时(以上故障类型均可定义为阀短路保护需动作的指定故障)，换流阀会承受过大应力，威胁HVDC工程安全稳定运行，基于上述工况，当前配备了针对直流换流器的桥差保护。但若双极换流变压器一极闭锁，另外一极空载充电时，产生的励磁涌流引起换流变压器的阀侧角内三相电流不相等，导致换流变压器二次侧线电流不为零。此外，励磁涌流的非周期分量使电流互感器饱和，由于交流侧三相电流互感器的三相特性不一致，导致三相电流互感器的二次侧电流不相等，二次侧线电流也不为零。在上述情况下，即使换流阀未解锁，阀侧三相电流互感器也有电气量，使得桥差保护误动。因此，从引起桥差保护误动的工况出发，引入一种判据作为桥差保护动作的信号显得尤为必要。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中的上述缺陷，提供一种具有新型防误判据的直流换流器短路保护方法。

本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种具有新型防误判据的直流换流器短路保护方法，所述直流换流器短路保护方法包括以下步骤：

S1、定义高压直流换流器模型，包括高压桥Y桥和低压桥D桥，Y桥和D桥各有六个换流阀，Y桥侧的换流阀分别为阀、/>阀、/>阀、/>阀、/>阀和/>阀，其中，/>阀与/>阀串联组成第一Y桥支路，/>阀与/>阀串联组成第二Y桥支路，/>阀与/>阀串联组成第三Y桥支路，第一、第二、第三Y桥支路并联，定义第一Y桥支路中/>阀与/>阀的连接点为Y桥侧三相交流电流和交流电压的a相测量点，定义第二Y桥支路中/>阀与/>阀的连接点为Y桥侧三相交流电流和交流电压的b相测量点，定义第三Y桥支路中/>阀与/>阀的连接点为Y桥侧三相交流电流和交流电压的c相测量点，采集直流输电系统Y桥阀侧的三相交流电流 其中，/>分别为Y桥侧三相交流电流的a相、b相、c相，采集直流输电系统Y桥阀侧的三相交流电压/>其中，/>分别为Y桥侧三相交流电压的a相、b相、c相；D桥侧的换流阀分别为/>阀、/>阀、/>阀、/>阀、阀和/>阀，其中，/>阀与/>阀串联组成第一D桥支路，/>阀与/>阀串联组成第二D桥支路，/>阀与/>阀串联组成第三D桥支路，第一、第二、第三D桥支路并联，定义第一D桥支路中阀与/>阀的连接点为D桥侧三相交流电流和交流电压的a相测量点，定义第二D桥支路中/>阀与/>的连接点为D桥侧三相交流电流和交流电压的b相测量点，定义第三D桥支路中阀与/>阀的连接点为D桥侧三相交流电流和交流电压的c相测量点，采集直流输电系统D桥阀侧的三相交流电流/>其中，/>分别为D桥侧三相交流电流的a相、b相、c相，采集直流输电系统D桥阀侧的三相交流电压/>其中，/>分别为Y桥侧三相交流电压的a相、b相、c相；

S2、基于所采集的Y桥和D桥三相交流电流数据，计算是否满足Y桥和D桥侧桥差保护一段或二段动作方程，若满足则作为引入新型防误判据判断桥差保护动作的必要条件，并产生桥差保护切换信号；

S3、求取直流换流器Y桥和D桥阀侧三相交流电压信号的单相交流电压信号转换值以及直流换流器Y桥和D桥阀侧以10ms为滑动窗的阀侧电压有效值，定义满足新型防误判据的动作逻辑和动作方程，判断实时采集的Y桥和D桥三相交流电压数据计算是否满足新型防误判据的动作方程，若不满足则不产生桥差保护动作信号，若满足则进行桥差保护动作。

进一步地，所述步骤S2中用所采集的直流换流器Y桥和D桥侧三相交流电流，代入到直流换流器桥差保护动作方程中，为是否引入新型防误判据提供信号。所述步骤S2如下：

S21、求取直流换流器Y桥阀侧的三相交流电流的绝对值的最大值和D桥阀侧的三相交流电流/>两两间差值的绝对值的最大值，公式如下：

其中，i_acY为Y桥阀侧的三相交流电流的绝对值的最大值，i_acD为D桥阀侧的三相交流电流/>两两间差值的绝对值的最大值；

S22、定义直流换流器Y桥的桥差保护一段和二段动作逻辑，其中，Y桥的桥差保护一段动作逻辑如下：以整定电流0.4p.u.作为基准值，求取Y桥阀侧的三相交流电流的绝对值的最大值分别与/> 的最大差值，大于基准值且维持200ms桥差保护一段动作；Y桥的桥差保护二段动作逻辑如下：以整定电流0.1p.u.作为基准值，求取Y桥阀侧的三相交流电流/>的绝对值的最大值分别与 的最大差值，大于基准值且维持1000ms桥差保护二段动作，直流换流器Y桥的桥差保护一段或二段动作方程如下：

Max(i_acY，i_acD)-i_acY＞I_set (2)

其中，I_set为直流换流器Y桥侧桥差保护动作的整定电流值；i_acY为Y桥阀侧的三相交流电流绝对值的最大值，i_acD为D桥阀侧的三相交流电流两两间差值的绝对值的最大值。

S23、定义直流换流器D桥的桥差保护一段和二段动作逻辑，D桥的桥差保护一段动作逻辑如下：以整定电流0.4p.u.作为基准值，求取D桥阀侧的三相交流电流两两间差值绝对值的最大值和/> 的差值，大于基准值且维持200ms桥差保护一段动作；D桥的桥差保护二段动作逻辑如下：以整定电流0.1p.u.作为基准值，求取D桥阀侧的三相交流电流/>两两间差值绝对值的最大值和的差值，大于基准值且维持1000ms桥差保护二段动作，直流换流器D桥的桥差保护一段和二段动作方程如下：

Max(i_acY，i_acD)-i_acD＞I_set (3)

其中，I_set定义为直流换流器D桥侧桥差保护动作的整定电流值。i_acY为Y桥阀侧的三相交流电流绝对值的最大值，i_acD为D桥阀侧的三相交流电流两两间差值的绝对值的最大值。

进一步地，所述步骤S3将采集到的直流换流器Y桥和D桥三相交流电压代入单相交流电压信号转换公式，得到直流换流器Y桥和D桥单相交流电压信号，再根据单相交流电压信号有效值在1ms内的变化值，若大于新型防误判据输出桥差保护动作信号，使得桥差保护动作的选择性提高。所述步骤S3过程如下：

S31、求取直流换流器Y桥和D桥阀侧三相交流电压信号的单相交流电压信号转换值，公式如下：

其中，为Y桥阀侧的三相交流电压，/> 为D桥阀侧的三相交流电压，u_acY为Y桥阀侧三相交流电压信号的单相交流电压信号转换值，u_acD为D桥阀侧三相交流电压信号的单相交流电压信号转换值；

S32、求取直流换流器Y桥和D桥阀侧以10ms为滑动窗的阀侧电压有效值，公式如下：

u_{AV_acY}为Y桥阀侧以10ms为滑动窗的阀侧电压有效值，u_{AV_acD}为D桥阀侧以10ms为滑动窗的阀侧电压有效值，u_acY为Y桥阀侧三相交流电压信号的单相交流电压信号转换值，u_acD为D桥阀侧三相交流电压信号的单相交流电压信号转换值。

S33、定义满足新型防误判据的动作逻辑为：基于所计算的Y桥和D桥阀侧电压有效值，在1ms时间宽度内，若Y桥和D桥阀侧电压有效值变化的绝对值大于0.1p.u.，且持续3ms，或Y桥和D桥阀侧电压有效值变化的绝对值大于0.5p.u.，且无延时，其中，“p.u.”表示标幺值，新型防误判据的动作方程如下：

其中，u_{AV_acY}(t)为当前计算的Y桥阀侧电压有效值，u_{AV_acD}(t)为当前计算的D桥阀侧电压有效值，u_{AV_acY}(t-1ms)为前1ms计算的Y桥阀侧电压有效值,u_{AV_acD}(t-1ms)前1ms计算的D桥阀侧电压有效值，U_set为满足新型防误判据动作方程的整定值；

S34、判断基于所采集的Y桥和D桥三相交流电压数据计算是否满足上述新型防误判据的动作方程，若不满足则不产生桥差保护动作信号，若满足则进行桥差保护动作。

本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：

本发明提供一种具有新型防误判据的直流换流器短路保护方法，通过引入新型防误判据能使得直流换流器桥差保护正确动作，这种方法可以运用到识别换流变压器空载合闸产生的励磁涌流，避免阀侧三相电流互感器二次侧电流不平衡导致直流换流器桥差保护误动，为直流控制保护精确判别提供良好的支撑。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，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。在附图中：

图1是本发明实施例中直流换流器Y桥阀侧电气量采集数据分布图；为直流换流器Y桥阀侧三相交流电流，/>为直流换流器Y桥阀侧三相交流电压

图2是本发明实施例中直流换流器D桥阀侧电气量采集数据分布图；为直流换流器D桥阀侧三相交流电流，/>为直流换流器D桥阀侧三相交流电压

图3是本发明实施例中经过直流换流器采集的阀侧电压数据计算阀侧电压有效值的示意图；为直流换流器阀侧三相交流电压，u_{AV_aci}(t)为当前时刻计算的阀侧电压有效值，u_{AV_aci}(t)为前1ms计算的阀侧电压有效值

图4是本发明实施例中公开的具有新型防误判据的换流器短路保护方法的流程图；

图5是本发明实施例中引入新型防误判据后的换流器电流变化图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，本领域普通技术人员在没有做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。

实施例1

本实施例提供一种具有新型防误判据的直流换流器短路保护方法，通过下述技术方案实施，包括以下几个步骤：

S1、高压直流换流器Y桥侧换流阀模型如图1所示，采集直流输电系统换流器阀侧三相交流电流和阀侧的三相交流电压/>

S2、高压直流换流器D桥侧换流阀模型如图2所示，采集直流输电系统换流器阀侧三相交流电流和阀侧的三相交流电压/>

S3、基于所采集的Y桥和D桥三相交流电流数据，计算是否满足Y桥和D桥侧桥差保护一段或二段动作方程，作为引入新型防误判据判断桥差保护动作的必要条件，并产生桥差保护切换信号。

该步骤S3具体包括以下几个步骤：

S31、根据步骤S1和S2，求取直流换流器Y桥阀侧的三相交流电流的绝对值的最大值和D桥阀侧的三相交流电流/> 两两间差值的绝对值的最大值，公式如下：

其中，i_acY为Y桥阀侧的三相交流电流的绝对值的最大值，i_acD为D桥阀侧的三相交流电流/>两两间差值的绝对值的最大值。

S32、定义直流换流器Y桥的桥差保护一段和二段动作逻辑。桥差保护一段动作逻辑如下：以整定电流0.4p.u.作为基准值，求取Y桥阀侧的三相交流电流的绝对值的最大值分别与/>的最大差值，大于基准值且维持200ms桥差保护一段动作；桥差保护二段动作逻辑如下：以整定电流0.1p.u.作为基准值，求取Y桥阀侧的三相交流电流/>的绝对值的最大值分别与/>的最大差值，大于基准值且维持1000ms桥差保护二段动作。直流换流器Y桥的桥差保护一段和二段动作方程如下：Max(i_acY,i_acD)-i_acY＞I_set (2)

其中，I_set定义为直流换流器Y桥侧桥差保护动作的整定电流值。i_acY为Y桥阀侧的三相交流电流绝对值的最大值，i_acD为D桥阀侧的三相交流电流两两间差值的绝对值的最大值。

S33、定义直流换流器D桥的桥差保护一段和二段动作逻辑。桥差保护一段动作逻辑如下：以整定电流0.4p.u.作为基准值，求取D桥阀侧的三相交流电流两两间差值绝对值的最大值和/>的D桥侧差流电流，大于基准值且维持200ms桥差保护一段动作；桥差保护二段动作逻辑如下：以整定电流0.1p.u.作为基准值，求取D桥阀侧的三相交流电流/>两两间差值绝对值的最大值和的差值，大于基准值且维持1000ms桥差保护二段动作。直流换流器D桥的桥差保护一段和二段动作方程如下：

Max(i_acY,i_acD)-i_acD＞I_set (3)

其中，I_set为直流换流器D桥侧桥差保护动作的整定电流值，i_acY为Y桥阀侧的三相交流电流绝对值的最大值，i_acD为D桥阀侧的三相交流电流两两间差值的绝对值的最大值；

S4、计算结果满足Y桥和D桥侧桥差保护一段或二段动作方程后，基于所采集的Y桥和D桥三相交流电压数据计算是否满足所述新型防误判据的动作方程，依据结果判断桥差保护是否应该动作，产生桥差保护动作信号。直流换流器桥差保护动作流程图如图4所示.

该步骤S4具体包括以下步骤：

S41、求取直流换流器Y桥和D桥阀侧三相交流电压信号的单相交流电压信号转换值，公式如下：

其中，为Y桥阀侧的三相交流电压，/> 为D桥阀侧的三相交流电压，u_acY为Y桥阀侧三相交流电压信号的单相交流电压信号转换值，u_acD为D桥阀侧三相交流电压信号的单相交流电压信号转换值。

S42、求取直流换流器Y桥和D桥阀侧以10ms为滑动窗的阀侧电压有效值，公式如下：

u_{AV_acY}为Y桥阀侧以10ms为滑动窗的阀侧电压有效值，u_{AV_acD}为D桥阀侧以10ms为滑动窗的阀侧电压有效值，u_acY为Y桥阀侧三相交流电压信号的单相交流电压信号转换值，u_acD为D桥阀侧三相交流电压信号的单相交流电压信号转换值。

S43、定义满足新型防误判据的动作逻辑为：基于所计算的Y桥和D桥阀侧电压有效值，在1ms时间宽度内，若Y桥和D桥阀侧电压有效值变化的绝对值大于0.1p.u.，且持续3ms，或Y桥和D桥阀侧电压有效值变化的绝对值大于0.5p.u.，无延时。新型防误判据的动作方程如下：

其中，u_{AV_acY}(t)为当前计算的Y桥阀侧电压有效值，u_{AV_acD}(t)为当前计算的D桥阀侧电压有效值，u_{AV_acY}(t-1ms)为前1ms计算的Y桥阀侧电压有效值,u_{AV_acD}(t-1ms)前1ms计算的D桥阀侧电压有效值，U_set为满足新型防误判据动作方程的整定值，如图3所示。

实施例2

根据实施例一中公开的一种具有新型防误判据的直流换流器短路保护方法，在实际电网工程里面模拟直流换流器D桥发生B相和C相相间短路故障，对本发明做进一步详细说明。

利用三相交流电流互感器采集换流器D桥阀侧三相交流电流 利用三相交流电压互感器采集换流器D桥阀侧三相交流电流/>并根据该三相交流电流幅值求取直流换流器D桥侧差动电流，根据桥差保护的动作的整定电流值I_set判断是否满足桥差保护动作方程，如图5所示。

根据上述得到的判断结果，满足动作方程后，基于三相交流电压信号求取D桥阀侧电压有效值计算判断是否满足新型防误判据动作方程，并产生D桥差动切换信号。当计算结果满足新型防误判据动作方程，D桥桥差保护信号投入，保护动作，如图5所示：AC相间短路故障发生后，直流换流器D桥侧出现有差流电流且大于桥差保护动作整定值，满足桥差保护动作条件，桥差动切换信号产生，等待新型防误判据判断桥差保护动作与否。在同时满足新型防误判据动作条件和直流换流器桥差保护一段动作延时后，桥差保护才动作,证明了所提新型防误判据在满足灵敏性的同时，也提高了可靠性。

综上所述，上述实施例提供一种具有新型防误判据的直流换流器短路保护方法，目的是防止直流换流器空载合闸引起桥差保护误动，为直流控制保护精确判别提供良好的支撑。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种具有新型防误判据的直流换流器短路保护方法，其特征在于，所述直流换流器短路保护方法包括以下步骤：

S1、定义高压直流换流器模型，包括高压桥Y桥和低压桥D桥，Y桥和D桥各有六个换流阀，Y桥侧的换流阀分别为阀、/>阀、/>阀、/>阀、/>阀和/>阀，其中，/>阀与/>阀串联组成第一Y桥支路，/>阀与/>阀串联组成第二Y桥支路，/>阀与/>阀串联组成第三Y桥支路，第一、第二、第三Y桥支路并联，定义第一Y桥支路中/>阀与/>阀的连接点为Y桥侧三相交流电流和交流电压的a相测量点，定义第二Y桥支路中/>阀与/>阀的连接点为Y桥侧三相交流电流和交流电压的b相测量点，定义第三Y桥支路中/>阀与/>阀的连接点为Y桥侧三相交流电流和交流电压的c相测量点，采集直流输电系统Y桥阀侧的三相交流电流 其中，/>分别为Y桥侧三相交流电流的a相、b相、c相，采集直流输电系统Y桥阀侧的三相交流电压/>其中，/>分别为Y桥侧三相交流电压的a相、b相、c相；D桥侧的换流阀分别为/>阀、/>阀、/>阀、/>阀、阀和/>阀，其中，/>阀与/>阀串联组成第一D桥支路，/>阀与/>阀串联组成第二D桥支路，/>阀与/>阀串联组成第三D桥支路，第一、第二、第三D桥支路并联，定义第一D桥支路中阀与/>阀的连接点为D桥侧三相交流电流和交流电压的a相测量点，定义第二D桥支路中阀与/>的连接点为D桥侧三相交流电流和交流电压的b相测量点，定义第三D桥支路中阀与/>阀的连接点为D桥侧三相交流电流和交流电压的c相测量点，采集直流输电系统D桥阀侧的三相交流电流/>其中，/>分别为D桥侧三相交流电流的a相、b相、c相，采集直流输电系统D桥阀侧的三相交流电压/>其中，/>分别为Y桥侧三相交流电压的a相、b相、c相；

S2、基于所采集的Y桥和D桥三相交流电流数据，计算是否满足Y桥和D桥侧桥差保护一段或二段动作方程，若满足则作为引入新型防误判据判断桥差保护动作的必要条件，并产生桥差保护切换信号；

S3、求取直流换流器Y桥和D桥阀侧三相交流电压信号的单相交流电压信号转换值以及直流换流器Y桥和D桥阀侧以10ms为滑动窗的阀侧电压有效值，定义满足新型防误判据的动作逻辑和动作方程，判断实时采集的Y桥和D桥三相交流电压数据计算是否满足新型防误判据的动作方程，若满足则进行桥差保护动作。

2.根据权利要求1所述的具有新型防误判据的直流换流器短路保护方法，其特征在于，所述步骤S2过程如下：

S21、求取直流换流器Y桥阀侧的三相交流电流的绝对值的最大值和D桥阀侧的三相交流电流/>两两间差值的绝对值的最大值，公式如下：

其中，i_acY为Y桥阀侧的三相交流电流的绝对值的最大值，i_acD为D桥阀侧的三相交流电流/>两两间差值的绝对值的最大值；

S22、定义直流换流器Y桥的桥差保护一段和二段动作逻辑，其中，Y桥的桥差保护一段动作逻辑如下：以整定电流0.4p.u.作为基准值，求取Y桥阀侧的三相交流电流的绝对值的最大值分别与/> 的最大差值，大于基准值且维持200ms桥差保护一段动作；Y桥的桥差保护二段动作逻辑如下：以整定电流0.1p.u.作为基准值，求取Y桥阀侧的三相交流电流/>的绝对值的最大值分别与 的最大差值，大于基准值且维持1000ms桥差保护二段动作，直流换流器Y桥的桥差保护一段或二段动作方程如下：

Max(i_acY,i_acD)-i_acY＞I_set (2)

其中，I_set为直流换流器Y桥侧桥差保护动作的整定电流值；i_acY为Y桥阀侧的三相交流电流绝对值的最大值，i_acD为D桥阀侧的三相交流电流两两间差值的绝对值的最大值；

S23、定义直流换流器D桥的桥差保护一段和二段动作逻辑，D桥的桥差保护一段动作逻辑如下：以整定电流0.4p.u.作为基准值，求取D桥阀侧的三相交流电流两两间差值绝对值的最大值和/> 的差值，大于基准值且维持200ms桥差保护一段动作；D桥的桥差保护二段动作逻辑如下：以整定电流0.1p.u.作为基准值，求取D桥阀侧的三相交流电流/>两两间差值绝对值的最大值和/>的差值，大于基准值且维持1000ms桥差保护二段动作，直流换流器D桥的桥差保护一段和二段动作方程如下：

Max(i_acY,i_acD)-i_acD＞I_set (3)

其中，I_set定义为直流换流器D桥侧桥差保护动作的整定电流值，i_acY为Y桥阀侧的三相交流电流绝对值的最大值，i_acD为D桥阀侧的三相交流电流两两间差值的绝对值的最大值。

3.根据权利要求1所述的具有新型防误判据的直流换流器短路保护方法，其特征在于，所述步骤S3过程如下：

S31、求取直流换流器Y桥和D桥阀侧三相交流电压信号的单相交流电压信号转换值，公式如下：

其中，为Y桥阀侧的三相交流电压，/> 为D桥阀侧的三相交流电压，u_acY为Y桥阀侧三相交流电压信号的单相交流电压信号转换值，u_acD为D桥阀侧三相交流电压信号的单相交流电压信号转换值；

S32、求取直流换流器Y桥和D桥阀侧以10ms为滑动窗的阀侧电压有效值，公式如下：

u_{AV_acY}为Y桥阀侧以10ms为滑动窗的阀侧电压有效值，u_{AV_acD}为D桥阀侧以10ms为滑动窗的阀侧电压有效值，u_acY为Y桥阀侧三相交流电压信号的单相交流电压信号转换值，u_acD为D桥阀侧三相交流电压信号的单相交流电压信号转换值；

S33、定义满足新型防误判据的动作逻辑为：基于所计算的Y桥和D桥阀侧电压有效值，在1ms时间宽度内，若Y桥和D桥阀侧电压有效值变化的绝对值大于0.1p.u.，且持续3ms，或Y桥和D桥阀侧电压有效值变化的绝对值大于0.5p.u.，且无延时，其中，“p.u.”表示标幺值，新型防误判据的动作方程如下：

其中，u_{AV_acY}(t)为当前计算的Y桥阀侧电压有效值，u_{AV_acD}(t)为当前计算的D桥阀侧电压有效值，u_{AV_acY}(t-1ms)为前1ms计算的Y桥阀侧电压有效值,u_{AV_acD}(t-1ms)前1ms计算的D桥阀侧电压有效值，U_set为满足新型防误判据动作方程的整定值；

S34、判断基于所采集的Y桥和D桥三相交流电压数据计算是否满足上述新型防误判据的动作方程，若不满足则不产生桥差保护动作信号，若满足则进行桥差保护动作。