CN107478950A - 一种直流线路双极短路故障的辨识方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种直流线路双极短路故障的辨识方法，包括：负极母线电压、电流、电压变化率和电流变化率；判断正、负极母线电压变化率和电流变化率是否满足设定的故障辨识预判条件；若满足故障辨识预判条件，判断正、负极母线电压和电流是否满足设定的故障辨识判别条件；若满足故障辨识判别条件，则判定***发生双极短路故障。本发明先根据正、负极母线电压变化率和电流变化率对***是否发生双极短路故障进行预判断，再通过正、负极母线电压、电流进一步确定***是否发生双极短路故障，能够在0.1ms内快速、准确地完成故障辨识，可以满足对直流断路器直流线路的双极短路故障的快速、准确检测的要求。

Description

一种直流线路双极短路故障的辨识方法

技术领域

本发明涉及一种直流线路双极短路故障的辨识方法，属于电力***直流输电技术领域。

背景技术

随着VSC-HVDC输电技术向VSC-HVDC电网的发展，对整个***的可靠性和稳定、安全运行也提出了更高的要求。其中所面临的巨大挑战就是VSC-HVDC电网中短路电流的开断问题。与交流***相比，VSC-HVDC电网中时间常数小，短路电流上升速度快，同时造成直流电压的跌落，甚至引起换流器和短路电流的失控，而且直流电流由于缺乏自然过零点而难以开断。能够实现快速切除或隔离短路故障的高压直流断路器已成为VSC-HVDC电网发展的瓶颈问题。

目前结合机械式断路器和电力电子开关的混合式高压直流断路器成为研究的热点，其通态损耗较低，而同时又有很快的分断速度，线路故障下的电流关断时间仅需要3ms，具有实际工程应用价值。

当直流线路故障出现时需快速切断线路故障电流，要求在0.1ms内完成直流线路快速故障检测，并输出保护动作信号来完成直流断路器的分闸。因此直流断路器线路故障检测需要快速性的同时，也需具备可靠性，防止故障误检测而导致断路器的误分断。

对柔性直流输电***，当双极性短路故障发生在换流阀出口处，正负母线电压同时快速降低至零左右，故障电流表现为先降至零再迅速反向增大。公布号为CN104820159A的中国专利文件公开了一种柔性直流输电***直流双极短路故障辨识方法，该方法依据双极短路故障发展过程中电压、电流的变化特性确定双极断路器故障的发生，依据该方法判定出故障需要10ms左右的时间，显然不能满足直流断路器对线路直流线路故障检测时间小于0.1ms要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种直流线路双极短路故障的辨识方法，用于解决现有技术中双极短路故障辨识的速度较慢不能满足应用需求这一技术问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种直流线路双极短路故障的辨识方法，包括以下步骤：

获取正、负极母线电压、电流、电压变化率和电流变化率；

判断正、负极母线电压变化率和电流变化率是否满足设定的故障辨识预判条件；

若满足故障辨识预判条件，判断正、负极母线电压和电流是否满足设定的故障辨识判别条件；

若满足故障辨识判别条件，则判定***发生双极短路故障。

进一步的，所述故障辨识预判条件为：

正、负极母线电压变压率两者的绝对值中的最大值大于直流电压变化率阈值，或者正、负极母线电流变化率两者的绝对值中的最大值大于直流电流变化率阈值。

进一步的，所述故障辨识判别条件为：

(1)正、负极母线电压二者的绝对值均不大于直流对地电压最小阈值；

(2)正、负极母线电流二者的绝对值中的最大值不小于直流电流最大阈值或正、负极母线电流二者的绝对值的最小值不大于直流电流最小阈值。

本发明的有益效果是：

通过判断正、负极母线电压变化率和电流变化率是否满足设定的故障辨识预判条件，先对***是否发生双极短路故障进行预判断，若满足故障辨识预判条件则说明***很有可能发生双极短路故障；然后再结合正、负极母线电压和电流的幅值准确判定***是否真正发生双极短路故障。本发明不仅能够在0.1ms内快速、准确地完成故障辨识，满足了快速性要求，而且可以避免引起误判，能够满足对直流断路器直流线路的双极短路故障的快速、准确检测的要求。

附图说明

图1是本发明双极短路故障辨识方法的流程图；

图2是柔性直流输电***的电路结构图；

图3是直流线路阀直流出口处发生双极接地故障时的特性及辨识结果；

图4是直流线路平波电抗处发生双极接地故障时的特性及辨识结果。

具体实施方式

下面结合附图以及具体的实施例对本发明的具体实施方式进行详细说明。

如图1所示，直流线路双极短路故障的辨识方法包括以下步骤：

步骤1，获取正、负极母线电压、电流、电压变化率和电流变化率。

具体的，采用光学互感器获取正、负极直流母线电压、电流、电压变化率和电流变化率等辨识数据，为了保证数据传输的快速性，在本实施例中，光学互感器上传数据周期为20us。

步骤2，判断正、负极母线电压变化率和电流变化率是否满足设定的故障辨识预判条件。

其中，故障辨识预判条件为：

正、负极母线电压变压率两者的绝对值中的最大值大于电压变化率阈值，或者正、负极母线电流变化率两者的绝对值中的最大值大于电流变化率阈值。

上述故障辨识预判条件的数学表达式可表示如下：

其中，U_dcP、U_dcN分别为直流正极电压、负极电压，U_{rate_set}为直流电压变化率阈值，I_dcP、I_dcN分别为直流正极电流、负极电流，I_{rate_set}为直流电流变化率阈值。

步骤3，若满足故障辨识预判条件，判断正、负极母线电压和电流是否满足设定的故障辨识判别条件。

其中，故障辨识判别条件为：

(1)正、负极母线电压二者的绝对值中的最大值不大于直流对地电压最小阈值；

(2)正、负极母线电流二者的绝对值中的最大值不小于直流电流最大阈值或正、负极母线电流二者的绝对值的最小值不大于直流电流最小阈值。

上述故障辨识判别条件(1)、(2)的数学表达式可表示如下：

其中，U_dcP、U_dcN分别为直流正极电压、负极电压，I_dcP、I_dcN分别为直流正极电流、负极电流，U_{dcgmin_set}为直流对地电压最小阈值；I_{dcgmax_set}为直流电流最大阈值，I_{dcgmin_set}为直流电流最小阈值。

若上述的故障辨识判别条件(1)、(2)均满足，则认为满足故障辨识判别条件。

步骤4，若满足故障辨识判别条件，则判定***发生双极短路故障。

需要说明的是，上述的U_{dcgmin_set}、I_{dcgmax_set}、I_{dcgmin_set}、U_{rate_set}和I_{rate_set}均为配置参数，依据直流线路不同故障点，通过***仿真方法获取该故障点故障特性参数，并结合各个故障点的特性遴选合适的配置参数，该种方法更具有普适性和灵活性。

在满足直流断路器对直流线路故障检测判断时间小于0.1ms的要求的条件下，为进一步提高故障辨识的可靠性，可连续4个周期即连续80us对光学互感器上传的参数进行辨识，故障判定时间小于0.1ms。

为了验证双极短路故障的辨识方法的可行性，如图2所示，搭建两端VSC-HVDC柔性直流输电***模型，***参数设置如下：直流电压为±200kV，额定容量为400MVA，直流电流保护阈值为1200A。配置参数直流对地电压最小阈值U_{dcgmin_set}＝80kv，直流对地电压最大阈值U_{dcgmax_set}＝280kv，直流电流最小阈值I_{dcgmin_set}＝0A，直流电流最大阈值I_{dcgmax_set}＝1200A，直流电压变化率阈值U_{rate_set}＝9.04kv/us，直流电流变化率阈值I_{rate_set}＝2A/us。

在图2中，当双极接地故障发生在故障点1(阀侧直流出口处)时，正、负母线的电压、电流变化情况如图3所示。正、负母线电压同时快速降低至零左右，由于故障发生在换流阀出口处，故障电流表现为先降至零再迅速反向增大，在故障发生0.1ms时间内，断路器完成快速完成故障辨识，并执行分断保护。

在图2中，当双极性接地故障发生故障点2(平波电抗器线路侧)时，正、负母线的电压、电流变化情况如图4所示。正、负母线电压同时快速降低至零左右，由于故障发生在平波电抗器线路侧，故障前后故障站的潮流不发生反转，因此故障电流迅速增大。在故障发生0.1ms时间内，断路器快速完成故障辨识，并执行分段保护。

本发明依据直流母线正、负极电压、电流的变化情况，启动故障检测逻辑，并依据直流母线正、负极电压变化率和电流变化率作为故障检测的判据，通过比较故障辨识参数与相应阈值大小关系，能够在0.1ms快速、准确的完成故障辨识，避免引起误判，又满足了快速性要求，可以满足直流断路器直流线路的双极短路故障的快速、准确检测的要求。

Claims (3)

1.一种直流线路双极短路故障的辨识方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取正、负极母线电压、电流、电压变化率和电流变化率；

判断正、负极母线电压变化率和电流变化率是否满足设定的故障辨识预判条件；

若满足故障辨识预判条件，判断正、负极母线电压和电流是否满足设定的故障辨识判别条件；

若满足故障辨识判别条件，则判定***发生双极短路故障。

2.根据权利要求1所述的直流线路双极短路故障的辨识方法，其特征在于，所述故障辨识预判条件为：

正、负极母线电压变压率两者的绝对值中的最大值大于直流电压变化率阈值，或者正、负极母线电流变化率两者的绝对值中的最大值大于直流电流变化率阈值。

3.根据权利要求1或2所述的直流线路双极短路故障的辨识方法，其特征在于，所述故障辨识判别条件为：

(1)正、负极母线电压二者的绝对值均不大于直流对地电压最小阈值；

(2)正、负极母线电流二者的绝对值中的最大值不小于直流电流最大阈值或正、负极母线电流二者的绝对值的最小值不大于直流电流最小阈值。