CN110308370B - 基于mmc的柔性直流电网直流短路故障快速检测方法 - Google Patents

基于mmc的柔性直流电网直流短路故障快速检测方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110308370B
CN110308370B CN201910670794.5A CN201910670794A CN110308370B CN 110308370 B CN110308370 B CN 110308370B CN 201910670794 A CN201910670794 A CN 201910670794A CN 110308370 B CN110308370 B CN 110308370B
Authority
CN
China
Prior art keywords
line
fault
current
converter station
outlet
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.)
Active
Application number
CN201910670794.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110308370A (zh
Inventor
茆美琴
何壮
程德健
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.)
Hefei University of Technology
Original Assignee
Hefei University of Technology
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 Hefei University of Technology filed Critical Hefei University of Technology
Priority to CN201910670794.5A priority Critical patent/CN110308370B/zh
Publication of CN110308370A publication Critical patent/CN110308370A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110308370B publication Critical patent/CN110308370B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/08—Locating faults in cables, transmission lines, or networks
    • G01R31/081—Locating faults in cables, transmission lines, or networks according to type of conductors
    • G01R31/085—Locating faults in cables, transmission lines, or networks according to type of conductors in power transmission or distribution lines, e.g. overhead
    • Y—GENERAL 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
    • Y04—INFORMATION OR COMMUNICATION TECHNOLOGIES HAVING AN IMPACT ON OTHER TECHNOLOGY AREAS
    • Y04S—SYSTEMS INTEGRATING TECHNOLOGIES RELATED TO POWER NETWORK OPERATION, COMMUNICATION OR INFORMATION TECHNOLOGIES FOR IMPROVING THE ELECTRICAL POWER GENERATION, TRANSMISSION, DISTRIBUTION, MANAGEMENT OR USAGE, i.e. SMART GRIDS
    • Y04S10/00—Systems supporting electrical power generation, transmission or distribution
    • Y04S10/50—Systems or methods supporting the power network operation or management, involving a certain degree of interaction with the load-side end user applications
    • Y04S10/52—Outage or fault management, e.g. fault detection or location

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

本发明公开了一种基于MMC的柔性直流电网直流短路故障快速检测方法，根据MMC换流站桥臂电感上的电压变化率进行故障识别：区内故障时电压变化率为正值，且不小于设定值；区外故障时电压变化率为正值，且不大于设定值；根据MMC换流站各直流线路出口处的暂态电流变化量判断发生区内故障的直流线路：以换流站中任一直流线路的出口处作为检测点，若检测点处暂态电流变化量为正，则故障发生在以相应检测点为出发点，以原电流正方向为方向的线路上；若检测点处暂态电流变化量为负，则故障发生在以相应检测点为出发点，以原电流反方向为方向的线路上。本发明能够在故障发生后1ms甚至更短的时间内发现故障，并判断故障的位置。

Description

基于MMC的柔性直流电网直流短路故障快速检测方法
技术领域
本发明涉及柔性直流电网故障保护领域，更具体地说是应用于多端柔性直流电网中的直流故障快速检测方法。
背景技术
随着社会的发展和化石燃料的大量使用，环境污染和能源短缺成为了制约各国经济发展的重要因素。近年来世界各国大力发展风力发电、光伏发电、分布式发电等以替代传统能源。大型风电场、光伏电场等的远距离电力传输成为了清洁能源运用中的重要一环。传统的高压交流输电方式存在着输送容量小、远距离传输损耗大等缺点，柔性直流输电凭借其在孤岛供电、城市配电网的增容改造、交流***互联、大规模风电场并网方面的技术优势成为了远距离输电的最佳选择。在柔性直流输电出现以后，多种电压源换流器VSC拓扑结构相继被提出，其中模块化多电平换流器(MMC)凭借其模块化程度高、开关损耗小、输出波形质量高等优点成为了柔性直流输电***换流器的首要选择。
在柔性直流输电中，直流故障保护是关键技术之一，能否快速准确地发现故障制约着柔性直流输电技术的发展。传统的过流保护和距离保护不能满足柔性直流输电***对保护动作速度的要求，而差动保护需要站间的快速通讯和信息同步也不能满足柔性直流输电***对保护动作速度的要求。
发明内容
本发明是为解决上述现有技术所存在的不足之处，提供一种基于MMC的柔性直流电网直流短路故障快速检测方法，以期能够在故障发生后1ms甚至更短的时间内发现故障，并判断故障的位置。
本发明为解决技术问题采用如下技术方案：
本发明基于MMC的柔性直流电网直流短路故障快速检测方法的特点是：
根据MMC换流站桥臂电感上的电压变化率进行故障识别：对于区内故障，所述电压变化率为正值，且不小于设定值；对于区外故障，所述电压变化率为正值，且不大于设定值；
根据MMC换流站各直流线路出口处的暂态电流变化量判断发生区内故障的直流线路：以换流站中直流线路P的出口处作为检测点，若检测点处暂态电流变化量为正，则故障发生在以检测点为出发点，以直流线路P中原电流正方向为方向的线路上；若检测点处暂态电流变化量为负，则故障发生在以检测点为出发点，以直流线路P中原电流反方向为方向的线路上，以此实现柔性直流电网直流短路故障快速检测；所述直流线路P是指与换流站相连的任意一条线路。
本发明基于MMC的柔性直流电网直流短路故障快速检测方法的特点也在于：所述根据MMC换流站桥臂电感上的电压变化率进行故障识别按如下方法进行：
步骤1：采用不低于40kH的采样频率对MMC换流站上的桥臂电感的电压进行采样，并按式(1)逐点计算电压变化率：
Figure BDA0002141616710000021
其中：
以k表示当前采样点，以k-1表示与当前采样点相邻的前一采样点，ΔT为采样步长；
uL(k)为当前采样点的桥臂电感电压，uL(k-1)为前一采样点的桥臂电感电压；
ΔuL(k)为当前采样点与前一个采样点的桥臂电感电压差；
ΔuL(k)/ΔT近似为当前采样点桥臂电感电压变化率；
步骤2：按如下故障启动判据进行故障判断：
若有：
Figure BDA0002141616710000022
判定柔性直流电网中无短路故障发生；
若有：
Figure BDA0002141616710000023
判定柔性直流电网中的某处发生了短路故障；
其中：
η是指在柔性直流电网中无故障发生时，MMC换流站桥臂电感上的电压变化率的最大值；ζ为大于1的裕度值，ζη为故障启动判据整定值；
步骤3：当步骤2中已判定柔性直流电网中发生了短路故障时，按如下方法判断所发生的故障为区内故障或区外故障：
若有：
Figure BDA0002141616710000024
判定所发生的故障为区外故障；
若有：
Figure BDA0002141616710000025
判定所发生的故障为区内故障；
其中：
μ为大于1的裕度值，μΛ为区内区外故障判据整定值；
Λ不小于发生区外故障时换流站桥臂电感电压变化率的最大值。
本发明基于MMC的柔性直流电网直流短路故障快速检测方法的特点也在于：根据MMC换流站各直流线路出口处的暂态电流变化量按如下方法判断发生区内故障的直流线路：
直流线路P出口处暂态电流变化量Δi(k)由式(2)计算获得：
Δi(k)＝i(k)-i(k-1) (2)
其中：i(k)为当前采样点电流值，i(k-1)为前一个采样点电流值；
若：所述暂态电流变化量Δi(k)为正，则故障发生在以检测点为出发点，以直流线路P中原电流正方向为方向的线路上；
若：所述暂态电流变化量Δi(k)为负，则故障发生在以检测点为出发点，以直流线路P中原电流反方向为方向的线路上；
以所述检测点为出发点，沿着故障方向定义为故障流，则换流站区内能够被所有故障流流过的直流线路为故障线路。
本发明基于MMC的柔性直流电网直流短路故障快速检测方法的特点也在于：
针对具有线路P1和线路P2共计两条直流线路的换流站，两条直流线路不同的原电流方向组合形成如下不同状况：
状况一：线路P1和线路P2中原电流均流向换流站；
状况二：线路P1中原电流流向换流站，线路P2中原电流流出换流站；
状况三：线路P1中原电流流出换流站，线路P2中原电流流向换流站；
状况四：线路P1和线路P2中原电流均流出换流站；
针对状况一，若线路P1出口处暂态电流变化量为负值，且线路P2出口处暂态电流变化量为正值，则判断线路P1为故障线路；反之判断线路P2为故障线路；
针对状况二，若线路P1出口处暂态电流变化量为负值，且线路P2出口处暂态电流变化量为负值，则判断线路P1为故障线路；反之判断线路P2为故障线路；
针对状况三，若线路P1出口处暂态电流变化量为正值，且线路P2出口处暂态电流变化量为正值，则判断线路P1为故障线路；反之判断线路P2为故障线路；
针对状况四，若线路P1出口处暂态电流变化量为正值，且线路P2出口处暂态电流变化量为负值，则判断线路P1为故障线路；反之判断线路P2为故障线路。
与已有技术相比，本发明有益效果体现在：
1、本发明基于模块化多电平换流器桥臂电感电压变化率的检测来发现故障并判断区内区外故障，优势明显。因为基于模块化多电平换流器的柔性直流***直流故障电流的主要来源是MMC子模块上的电容放电，而电容放电的电流最先经过桥臂电感；本发明通过检测桥臂电感的电压变化率和换流站直流线路出口处的暂态电流变化量可以在短路故障发生后的1ms内检测到短路故障的发生并判断出故障线路。
2、本发明是基于单端量的故障检测，不需要站间通信，既可以减少故障保护动作时间，又可以简化故障保护***。
附图说明
图1为四端柔性直流电网示意图；
图2为电网正常工作时桥臂电感电压变化示意图；
图3为换流站功率波动对桥臂电感电压的影响；
图4为故障点F15发生短路时换流站A的桥臂电感电压变化示意图；
图5为检测点a1检测的暂态电流变化图；
图6为检测点a2检测的暂态电流变化图；
具体实施方式
本实施例中基于MMC的柔性直流电网直流短路故障快速检测方法是：
根据MMC换流站桥臂电感上的电压变化率进行故障识别：对于区内故障，电压变化率为正值，且不小于设定值；对于区外故障，电压变化率为正值，且不大于设定值；
根据MMC换流站各直流线路出口处的暂态电流变化量判断发生区内故障的直流线路：以换流站中直流线路P的出口处作为检测点，若检测点处暂态电流变化量为正，则故障发生在以检测点为出发点，以直流线路P中原电流正方向为方向的线路上；若检测点处暂态电流变化量为负，则故障发生在以检测点为出发点，以直流线路P中原电流反方向为方向的线路上，以此实现柔性直流电网直流短路故障快速检测；直流线路P是指与换流站相连的任意一条线路。
本实施例中根据MMC换流站桥臂电感上的电压变化率进行故障识别按如下方法进行：
步骤1：采用不低于40kH的采样频率对MMC换流站上的桥臂电感的电压进行采样，并按式(1)逐点计算电压变化率：
Figure BDA0002141616710000041
其中：
以k表示当前采样点，以k-1表示与当前采样点相邻的前一采样点，ΔT为采样步长；
uL(k)为当前采样点的桥臂电感电压，uL(k-1)为前一采样点的桥臂电感电压；
ΔuL(k)为当前采样点与前一个采样点的桥臂电感电压差；
ΔuL(k)/ΔT近似为当前采样点桥臂电感电压变化率；
步骤2：按如下故障启动判据进行故障判断：
若有：
Figure BDA0002141616710000051
判定柔性直流电网中无短路故障发生；
若有：
Figure BDA0002141616710000052
判定柔性直流电网中的某处发生了短路故障；
其中：
η是指在柔性直流电网中无故障发生时，MMC换流站桥臂电感上的电压变化率的最大值；
ζ为大于1的裕度值，ζ需要根据具体情况进行取值，一般可以取1.3；
ζη为故障启动判据整定值；
步骤3：当步骤2中已判定柔性直流电网中发生了短路故障时，按如下方法判断所发生的故障为区内故障或区外故障：
若有：
Figure BDA0002141616710000053
此时即为
Figure BDA0002141616710000054
判定所发生的故障为区外故障；
若有：
Figure BDA0002141616710000055
判定所发生的故障为区内故障；
其中：
μ为大于1的裕度值，μ需要根据具体情况进行取值，一般可以取1.3；μΛ为区内区外故障判据整定值，Λ不小于区外故障时换流站桥臂电感电压变化率的最大值。
本实施例中基于MMC的柔性直流电网直流短路故障快速检测方法，根据MMC换流站各直流线路出口处的暂态电流变化量按如下方法判断发生区内故障的直流线路：
直流线路P出口处暂态电流变化量Δi(k)由式(2)计算获得：
Δi(k)＝i(k)-i(k-1) (2)
其中：i(k)为当前采样点电流值，i(k-1)为前一个采样点电流值；
若：暂态电流变化量Δi(k)为正，则故障发生在以检测点为出发点，以直流线路P中原电流正方向为方向的线路上，即形成在线路P中的故障方向沿直流线路P中原电流正方向；
若：暂态电流变化量Δi(k)为负，则故障发生在以检测点为出发点，以直流线路P中原电流反方向为方向的线路上，即形成在线路P中的故障方向沿直流线路P中原电流反方向；
以检测点为出发点，沿着故障方向定义为故障流，则换流站区内能够被所有故障流流过的直流线路为故障线路。
本实施例中基于MMC的柔性直流电网直流短路故障快速检测方法是：
针对具有线路P1和线路P2共计两条直流线路的换流站，两条直流线路不同的原电流方向组合形成如下不同状况：
状况一：线路P1和线路P2中原电流均流向换流站；
状况二：线路P1中原电流流向换流站，线路P2中原电流流出换流站；
状况三：线路P1中原电流流出换流站，线路P2中原电流流向换流站；
状况四：线路P1和线路P2中原电流均流出换流站；
针对状况一，若线路P1出口处暂态电流变化量为负值，且线路P2出口处暂态电流变化量为正值，形成在线路P1中的故障流是从换流站流向线路P1；形成在线路P2中的故障流是从线路P2流向换流站，再从换流站流向线路P1，则判定线路P1为故障线路；反之，若线路P1出口处暂态电流变化量为正值，且线路P2出口处暂态电流变化量为负值，形成在线路P1中的故障流是从线路P1流向换流站，再从换流站流向线路P2；形成在线路P2中的故障流是从换流站流向线路P2，则判定线路P2为故障线路。
针对状况二，若线路P1出口处暂态电流变化量为负值，且线路P2出口处暂态电流变化量为负值，形成在线路P1中的故障流是从换流站流向线路P1；形成在线路P2中的故障流是从线路P2流向换流站，再从换流站流向线路P1，则判断线路P1为故障线路；反之，若线路P1出口处暂态电流变化量为正值，且线路P2出口处暂态电流变化量为正值，形成在线路P1中的故障流是从线路P1流向换流站，再从换流站流向线路P2；形成在线路P2中的故障流是从换流站流向线路P2，则判断线路P2为故障线路。
针对状况三，若线路P1出口处暂态电流变化量为正值，且线路P2出口处暂态电流变化量为正值，形成在线路P1中的故障流是从换流站流向线路P1；形成在线路P2中的故障流是从线路P2流向换流站，再从换流站流向线路P1，则判断线路P1为故障线路；反之，若线路P1出口处暂态电流变化量为负值，且线路P2出口处暂态电流变化量为负值，形成在线路P1中的故障流是从线路P1流向换流站，再从换流站流向线路P2；形成在线路P2中的故障流是从换流站流向线路P2，则判断线路P2为故障线路。
针对状况四，若线路P1出口处暂态电流变化量为正值，且线路P2出口处暂态电流变化量为负值，形成在线路P1中的故障流是从换流站流向线路P1；形成在线路P2中的故障流是从线路P2流向换流站，再从换流站流向线路P1，则判断线路P1为故障线路；反之，若线路P1出口处暂态电流变化量为负值，且线路P2出口处暂态电流变化量为正值，形成在线路P1中的故障流是从线路P1流向换流站，再从换流站流向线路P2；形成在线路P2中的故障流是从换流站流向线路P2，则判断线路P2为故障线路。
本实施例中针对图1所示的四端柔性直流电网进行仿真，过程如下：
图1中a1、a2、b1、b2、c1、c2、d1、d2为暂态电流变化量的检测点，四端柔性直流电网参数如表1：
表1、四端柔性直流电网参数配置
参数 换流站A 换流站B 换流站C 换流站D
换流站额定容量/MVA 1500 3000 1500 3000
网侧交流母线线电压/kV 220 220 500 500
直流电压/kV ±500 ±500 ±500 ±500
桥臂电抗L<sub>arm</sub>/mH 100 50 100 50
极线电抗/mH 150 150 150 150
中性线电抗/mH 300 300 300 300
针对图1所示四端柔性直流电网，以换流站A作为实验对象，设计其故障启动判据和区内区外故障判据的整定值并验证多端柔性直流电网直流侧故障快速检测方法的快速性和可靠性。采用PSCAD作为仿真实验平台，实施方法如下：
1、换流站A的故障启动判据的整定值设计
柔性直流电网正常工作时，换流站A的桥臂电感电压如图2所示，图2所示的换流站A的桥臂电感电压可以近似看作是一组正弦波。检测到柔性直流电网正常工作时的换流站A的桥臂电感电压变化率的最大值η＝12277kV/s，将ζ取为1.3，即设计换流站A的故障启动判据整定值为15960kV/s。当检测的换流站A的桥臂电感电压变化率小于15960kV/s时判定柔性直流电网无短路故障发生；当检测的换流站A的桥臂电感电压变化率大于或等于15960kV/s时判定柔性直流电网的某处发生了短路故障。
换流站B、换流站C和换流站D的故障启动判据的整定值设计方法同换流站A。
2、换流站A的区内区外故障判据的整定值设计
四端柔性直流电网故障点设置如图1所示，故障点F11、F12、F13、F14分别在换流站A和换流站C间的直流线路的初端、线路1/3处、线路2/3处、末端；故障点F21、F22、F23、F24分别在换流站A和换流站B间的直流线路的初端、线路1/3处、线路2/3处、末端；故障点F31在换流站C的直流线路出口处；故障点F41在换流站B的直流线路出口处。检测上述10个故障点分别发生短路故障时换流站A的桥臂电感电压变化率，按大于区外故障时桥臂电感电压变化率可能出现的最大值和小于区内故障时桥臂电感电压变化率可能出现的最小值设计整定值，仿真的实验数据如表2所示：
表2、直流线路故障时换流站A的MMC桥臂电感电压变化率
Figure BDA0002141616710000081
由表2可知，区内故障时换流站A的桥臂电感电压变化率的最小值为562670kV/s，区外故障时换流站A的桥臂电感电压变化率的最大值Λ＝113740kV/s，取μ＝1.5，所以可以设区内区外故障判据的整定值为170610kV/s。当检测到的换流站A的桥臂电感电压变化率大于或等于170610kV/s时判定为区内故障，当检测到的换流站A的桥臂电感电压变化率小于170610kV/s，且大于15960kV/s时判定为区外故障。
换流站B、换流站C和换流站D的区内区外故障判据的整定值设计方法同换流站A。
3、换流站功率波动对桥臂电感电压的影响
柔性直流电网正常工作时，MMC桥臂电感电压近似是一组正弦波，且桥臂电感电压变化率很小。当换流站发生功率波动时，可能会对桥臂电感电压产生影响，设置换流站A在1秒时增加750MVA功率输出，即换流站A的功率由原来的1500MVA变成2250MVA，此条件下换流站A的桥臂电感电压如图3所示。检测到功率波动后的桥臂电感电压变化率的最大值η＝14499kV/s。由此可知换流站A增加功率输出后换流站A的桥臂电感电压变化率的变化很小，即功率波动对桥臂电感电压变化率产生的影响很小，不会使采用该发明方法的保护设备误动作。
4、验证多端柔性直流电网直流侧故障快速检测方法的快速性
通过实验验证多端柔性直流电网直流侧故障快速检测方法的快速性，故障设置如图1所示，设置了故障点F15，故障点F15在换流站A和换流站C间的直流线路的中点处，故障点F15在1s时发生短路故障。当故障点F15发生短路故障时，测得换流站A的桥臂电感电压变化如图4所示。由图4可得短路故障发生后的0.3ms换流站A的桥臂电感电压便开始快速上升，可采集故障发生后0.3ms至0.4ms阶段的桥臂电感电压变化率作为采样值。故障后检测点a1和检测点a2检测的暂态电流变化如图5和图6所示，由图5和图6可得在故障发生后的0.3ms检测点a1和检测点a2便可检测到暂态电流的变化。因此本发明能实现柔性直流电网直流侧故障快速检测，能够在故障发生后1ms的时间内发现故障并判断故障线路。
5、验证多端柔性直流电网直流侧故障快速检测方法的可靠性
通过实验验证多端柔性直流电网直流侧故障快速检测方法的可靠性，故障设置如图1所示，设置了故障点F32和故障点F15，故障点F32在换流站C和换流站D间的直流线路的中点处，故障点F15在换流站A和换流站C间的直流线路的中点处，通过这两组故障来验证本发明的可靠性。分别在故障点F32和故障点F15发生短路故障时，测得换流站A的桥臂电感电压变化率如表3所示：
表3、验证实验换流站A的桥臂电感电压变化率
Figure BDA0002141616710000091
由表3得当故障为故障F32时，测得的换流站A的桥臂电感电压变化率的最小值为33913kV/s，其大于故障启动判据整定值15960kV/s，所以判定柔性直流电网的某处发生直流短路故障；然后再将测得的换流站A的桥臂电感电压变化率的最大值62248kV/s与区内区外故障判据整定值进行比较可知，62248kV/s小于区内区外故障判据整定值170610kV/s，所以判断故障F32为区外故障，判断正确。
当故障为故障F15时，测得的换流站A的桥臂电感电压变化率的最小值为1042200kV/s，大于故障启动判据整定值15960kV/s，所以判定柔性直流电网的某处发生直流短路故障；然后再将1042200kV/s与区内区外故障判据整定值进行比较可知，1042200kV/s大于区内区外故障判据整定值170610kV/s，所以判断故障F15为区内故障，判断正确。再通过比较换流站A的两条直流线路出口处的暂态电流变化量的正负来区分故障发生在该换流站区内的哪条直流线路上，设换流站A和换流站C之间的直流线路为线路L1，设换流站A和换流站B之间的直流线路为线路L2，***在1秒时发生故障，故障后检测点a1和检测点a2检测的暂态电流变化如图5和图6所示。由图5可得检测点a1处的暂态电流变化量为正值，所以故障方向与线路L1原电流方向相同，即故障流从换流站A流向线路L1；由图6可得检测点a2处的暂态电流变化量为负值，所以故障方向与线路L2原电流方向相反，即故障流从线路L2流向换流站A并经过换流站A流向线路L1；线路L1被两个故障流流过，所以判定线路L1为故障线路，判断正确。
本实施例是以四端直流电网为例，对本发明中基于MMC的柔性直流电网直流短路故障快速检测方法进行验证。实际上，本发明方法可以应用于任意端柔性直流电网直流短路故障的快速检测。

Claims (4)

1.一种基于MMC的柔性直流电网直流短路故障快速检测方法，其特征是：
根据MMC换流站桥臂电感上的电压变化率进行故障识别：对于区内故障，所述电压变化率为正值，且不小于设定值；对于区外故障，所述电压变化率为正值，且小于设定值；
根据MMC换流站各直流线路出口处的暂态电流变化量判断发生区内故障的直流线路：以换流站中直流线路P的出口处作为检测点，若检测点处暂态电流变化量为正，则故障发生在以检测点为出发点，以直流线路P中原电流正方向为方向的线路上；若检测点处暂态电流变化量为负，则故障发生在以检测点为出发点，以直流线路P中原电流反方向为方向的线路上，以此实现柔性直流电网直流短路故障快速检测；所述直流线路P是指与换流站相连的任意一条线路。
2.根据权利要求1所述的基于MMC的柔性直流电网直流短路故障快速检测方法，其特征是：所述根据MMC换流站桥臂电感上的电压变化率进行故障识别按如下方法进行：
步骤1：采用不低于40kH的采样频率对MMC换流站上的桥臂电感的电压进行采样，并按式(1)逐点计算电压变化率：
Figure FDA0002919258570000011
其中：
以k表示当前采样点，以k-1表示与当前采样点相邻的前一采样点，ΔT为采样步长；
uL(k)为当前采样点的桥臂电感电压，uL(k-1)为前一采样点的桥臂电感电压；
ΔuL(k)为当前采样点与前一个采样点的桥臂电感电压差；
ΔuL(k)/ΔT近似为当前采样点桥臂电感电压变化率；
步骤2：按如下故障启动判据进行故障判断：
若有：
Figure FDA0002919258570000012
判定柔性直流电网中无短路故障发生；
若有：
Figure FDA0002919258570000013
判定柔性直流电网中的某处发生了短路故障；
其中：η是指在柔性直流电网中无故障发生时，MMC换流站桥臂电感上的电压变化率的最大值；ζ为大于1的裕度值，ζη为故障启动判据整定值；
步骤3：当步骤2中已判定柔性直流电网中发生了短路故障时，按如下方法判断所发生的故障为区内故障或区外故障：
若有：
Figure FDA0002919258570000014
判定所发生的故障为区外故障；
若有：
Figure FDA0002919258570000021
判定所发生的故障为区内故障；
其中：μ为大于1的裕度值，μΛ为区内区外故障判据整定值；Λ不小于发生区外故障时换流站桥臂电感电压变化率的最大值。
3.根据权利要求2所述的基于MMC的柔性直流电网直流短路故障快速检测方法，其特征是：根据MMC换流站各直流线路出口处的暂态电流变化量按如下方法判断发生区内故障的直流线路：
直流线路P出口处暂态电流变化量Δi(k)由式(2)计算获得：
Δi(k)＝i(k)-i(k-1) (2)
其中：i(k)为当前采样点电流值，i(k-1)为前一个采样点电流值；
若：所述暂态电流变化量Δi(k)为正，则故障发生在以检测点为出发点，以直流线路P中原电流正方向为方向的线路上；
若：所述暂态电流变化量Δi(k)为负，则故障发生在以检测点为出发点，以直流线路P中原电流反方向为方向的线路上；
以所述检测点为出发点，沿着故障方向定义为故障流，则换流站区内能够被所有故障流流过的直流线路为故障线路。
4.根据权利要求3所述的基于MMC的柔性直流电网直流短路故障快速检测方法，其特征是：
针对具有线路P1和线路P2共计两条直流线路的换流站，两条直流线路不同的原电流方向组合形成如下不同状况：
状况一：线路P1和线路P2中原电流均流向换流站；
状况二：线路P1中原电流流向换流站，线路P2中原电流流出换流站；
状况三：线路P1中原电流流出换流站，线路P2中原电流流向换流站；
状况四：线路P1和线路P2中原电流均流出换流站；
针对状况一，若线路P1出口处暂态电流变化量为负值，且线路P2出口处暂态电流变化量为正值，则判断线路P1为故障线路；若线路P1出口处暂态电流变化量为正值，且线路P2出口处暂态电流变化量为负值，则判断线路P2为故障线路；
针对状况二，若线路P1出口处暂态电流变化量为负值，且线路P2出口处暂态电流变化量为负值，则判断线路P1为故障线路；若线路P1出口处暂态电流变化量为正值，且线路P2出口处暂态电流变化量为正值，则判断线路P2为故障线路；
针对状况三，若线路P1出口处暂态电流变化量为正值，且线路P2出口处暂态电流变化量为正值，则判断线路P1为故障线路；若线路P1出口处暂态电流变化量为负值，且线路P2出口处暂态电流变化量为负值，则判断线路P2为故障线路；
针对状况四，若线路P1出口处暂态电流变化量为正值，且线路P2出口处暂态电流变化量为负值，则判断线路P1为故障线路；若线路P1出口处暂态电流变化量为负值，且线路P2出口处暂态电流变化量为正值，则判断线路P2为故障线路。
CN201910670794.5A 2019-07-24 2019-07-24 基于mmc的柔性直流电网直流短路故障快速检测方法 Active CN110308370B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910670794.5A CN110308370B (zh) 2019-07-24 2019-07-24 基于mmc的柔性直流电网直流短路故障快速检测方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910670794.5A CN110308370B (zh) 2019-07-24 2019-07-24 基于mmc的柔性直流电网直流短路故障快速检测方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110308370A CN110308370A (zh) 2019-10-08
CN110308370B true CN110308370B (zh) 2021-06-25

Family

ID=68080573

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910670794.5A Active CN110308370B (zh) 2019-07-24 2019-07-24 基于mmc的柔性直流电网直流短路故障快速检测方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110308370B (zh)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110609215A (zh) * 2019-11-01 2019-12-24 云南电网有限责任公司电力科学研究院 基于暂态电流的柔性直流输电线路故障检测方法及***
CN111289843B (zh) * 2020-03-30 2022-04-12 云南电网有限责任公司电力科学研究院 一种mmc-mtdc***直流线路极间故障测距方法
CN111880055B (zh) * 2020-07-09 2024-04-16 上海联影医疗科技股份有限公司 打火检测装置和方法
CN112269102B (zh) * 2020-10-15 2023-05-02 合肥工业大学 基于暂态能量的mmc-hvdc的直流短路故障的检测方法
CN112505473B (zh) * 2020-10-21 2022-02-01 北京交通大学 柔性直流电网双极短路故障暂态电流的解析计算方法
CN112350286B (zh) * 2020-10-23 2023-03-31 国网四川省电力公司电力科学研究院 基于直流电抗器的vsc-hvdc线路保护方法及***
CN113078619B (zh) * 2021-04-12 2022-07-15 中国矿业大学 一种柔性直流电网快速保护方法

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105467261B (zh) * 2015-12-21 2018-02-27 东北电力大学 基于mmc换流站信息融合技术交流***暂态故障识别方法
KR101644457B1 (ko) * 2015-12-31 2016-08-12 (주)파워닉스 케이블링 시 휴먼에러 방지 장치 및 방법
CN108469576B (zh) * 2018-04-20 2020-05-22 中国科学院电工研究所 一种多端交直流混合配电网直流故障检测方法
CN109217267B (zh) * 2018-09-20 2019-10-29 山东大学 基于限流电感电压极性的多端柔性直流电网纵联保护方法及***
CN109119977B (zh) * 2018-09-20 2019-07-23 山东大学 基于单端电压的多端柔性直流电网直流线路快速保护方法及***
CN109444659B (zh) * 2018-11-15 2021-04-20 太原理工大学 基于电压预测的环形直流配电网故障检测方法
CN109659917B (zh) * 2019-01-18 2020-02-07 云南电网有限责任公司电力科学研究院 一种基于暂态电压的多端柔性直流线路保护方法及装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN110308370A (zh) 2019-10-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110308370B (zh) 基于mmc的柔性直流电网直流短路故障快速检测方法
Agheli et al. Reducing the impact of DG in distribution networks protection using fault current limiters
CN108872799B (zh) 基于正序电流故障分量的有源配电网故障区段定位方法及***
CN108429252B (zh) 一种多端交直流混合配电网直流故障时交流***贡献短路电流的计算方法
Xu et al. Fault-line selection and fault-type recognition in DC systems based on graph theory
CN112003253B (zh) 一种配电网边界保护方法
CN109901013B (zh) 一种利用电流、电压突变量极性来判别配电网故障方向的方法
CN107179482A (zh) 基于电流特征量的特高压直流输电线路故障识别方法
CN111969569A (zh) 一种基于改进电流相差的微电网故障保护方法
CN112731047A (zh) 一种适用于灵活接地***的故障选线方法
CN112952775B (zh) 一种含分布式光伏电源的配电网电压量保护方法
CN107271851A (zh) 一种基于差动有功功率的广域后备保护方法
CN108667006B (zh) 用于提升换流阀可靠性的单阀数字宽频故障风险分析方法
CN117638819A (zh) 一种适用于独立微电网的多级协同继电保护方法
Saciak et al. A novel calculation method for steady-state short-circuit currents in Meshed DC-grids
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***
CN108599226B (zh) 真双极mmc-hvdc***线路过载紧急控制方法
CN112595932B (zh) 一种适用于中压直流配电网的单极故障选线方法
CN108695818B (zh) 一种通过三相重合闸时序减少电压暂降深度的方法
CN112670966A (zh) 一种含光伏配电网的自适应电流保护方法
Wang et al. Fault isolation in the DC distribution grid using current signature analysis
Yang et al. Analysis on fault characteristic of metallic return in true bipolar VSC-HVDC transmission system
Sadeghkhani A single-end reactor voltage based protection scheme for meshed VSC-interfaced HVDC grids
CN112531641B (zh) 基于直轴电流的有源配电网差动保护方法及***
Yongli et al. Application of neural network to microprocessor-based transformer protective relaying

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
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant