CN111273192B - 一种柔性直流输电***换流器故障后备保护方法及装置 - Google Patents

一种柔性直流输电***换流器故障后备保护方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种柔性直流输电***换流器故障后备保护方法，包括：步骤1：采集流经电压源型换流器单元的三相上、下桥臂电流，三相电压源型换流器与联结变引线电流；步骤2：依据步骤1采集的各模拟量来提取计算换流器区域的相间短路特征并判断换流器区域是否发生相间短路故障。本发明还同时公开了相应的柔性直流输电***换流器故障后备保护装置。采用本发明的技术方案，能够有效检测出电压源型换流器内部相间短路故障。

Description

一种柔性直流输电***换流器故障后备保护方法及装置
技术领域
本发明属于柔性直流输电领域，特别涉及一种柔性直流输电***换流器故障保护方法及装置。
背景技术
柔性直流输电***(Flexible-HVDC)能够实现有功功率及无功功率解耦控制、可以向无源网络供电、结构紧凑占地面积小、不存在逆变侧换相失败问题等优点，因此应用越来越广泛，柔性直流输电工程越来越多。
目前，在柔性直流输电***中电压源型换流器的结构有两种：第一种是桥臂电抗器一般位于交流连接点与换流阀之间、三相上、下桥臂电流互感器位于桥臂电抗器与换流阀之间、三相电压源型换流器与联结变引线电流互感器可以在引线的任意位置，如图1所示；第二种是桥臂电抗器位于直流正极公共点或负极公共点与换流阀之间，三相上、下桥臂电流互感器位于桥臂电抗器与换流阀之间、三相电压源型换流器与联结变引线电流互感器可以在引线的任意位置，如图2所示；不管上面哪一种桥臂电抗器与换流阀组成的桥臂都位于直流正极公共点与负极公共点之间。
当图1和图2所示的电压源型换流器内部，即直流正极公共点与负极公共点之间发生相间短路故障，尤其是发生轻微的相间短路故障时，故障电流较小，目前配置的主保护主要采用差动和过流速断，很有可能不会动作并且不具备故障相识别功能，另外持续的轻微短路故障可能会进一步恶化成严重的短路故障，对换流阀及桥臂电抗器等设备带来危害。因此,本发明提供一种柔性直流输电***换流器故障后备保护方法，能够有效地检测出电压源型换流器内部的相间短路故障，并识别电压源型换流器的故障相。
发明内容
本发明的目的是：提供一种柔性直流输电***换流器故障后备保护方法及装置，能够解决电压源型换流器内部相间短路故障特别是轻微相间短路故障识别难的问题。更进一步的优选方案还解决了定位故障相难的问题。
为了达成上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种柔性直流输电***换流器故障后备保护方法，用于包含有至少一组电压源型换流器单元的直流输电***，所述电压源型换流器单元的每个桥臂的桥臂电抗器和换流阀都位于直流正极公共点与负极公共点之间，所述方法包括如下步骤：
步骤1：采集流经电压源型换流器单元的三相上、下桥臂电流，三相电压源型换流器与联结变引线电流；
步骤2：依据步骤1采集的各模拟量来提取计算换流器区域的相间短路特征并判断换流器区域是否发生相间短路故障。
进一步的优选方案中，所述步骤2还包括根据换流器区域的相间短路特征判断发生故障的相别。
进一步的优选方案中，还包括步骤3：若确认换流器区域发生相间短路故障，经预设延时后闭锁电压源型换流器并跳开电压源型换流器所连接的交流进线断路器。
进一步的优选方案中，步骤2中所述换流器区域的相间短路故障特征包括：三相上桥臂电流取绝对值运算后的峰值，三相下桥臂电流取绝对值运算后的峰值，三相电压源型换流器与联结变引线电流取绝对值运算后的峰值。
进一步的优选方案中，所述步骤2中，三相上桥臂电流取绝对值运算后的峰值，或者是三相下桥臂电流取绝对值运算后的峰值，或者是三相电压源型换流器与联结变引线电流取绝对值运算后的峰值中，任意两相的峰值大于设定的电流阈值，判断为换流器区域发生相间短路故障。
进一步的优选方案中，当下述条件任一项满足时，判定为换流器区域发生相间短路故障：
1)三相上桥臂电流取绝对值运算后任意两相的峰值大于第一电流定值，展宽时间T且持续时间超过第一检测时间定值；
2)三相下桥臂电流取绝对值运算后任意两相的峰值大于第二电流定值，展宽时间T且持续时间超过第二检测时间定值；
3)三相电压源型换流器与联结变引线电流取绝对值运算后任意两相的峰值大于第三电流定值，展宽时间T且持续时间超过第三检测时间定值。
进一步的优选方案中，三相上桥臂电流取绝对值运算后的峰值，或者是三相下桥臂电流取绝对值运算后的峰值，或者是三相电压源型换流器与联结变引线电流取绝对值运算后的峰值中，如果某相峰值是三相峰值中最小的那一相峰值，则判定其它两相发生了相间短路故障。
进一步的优选方案中，采用以下任一方式判定发生故障的相别：
方式1)三相上桥臂电流取绝对值运算后如果M相峰值是三相峰值中最小的那一相峰值，则判定其它两相发生了相间短路故障，M代指三相中的任意一相；
方式2)三相下桥臂电流取绝对值运算后如果M相峰值是三相峰值中最小的那一相峰值，则判定其它两相发生了相间短路故障，M代指三相中的任意一相；
方式3)三相电压源型换流器与联结变引线电流取绝对值运算后如果M相峰值是三相峰值中最小的那一相峰值，则判定其它两相发生了相间短路故障，M代指三相中的任意一相。
进一步的优选方案中，上述展宽时间T范围在0ms至交流***的工频周期之间。
进一步的优选方案中，所述第一电流定值、第二电流定值、第三电流定值应分别大于根据换流站当前运行直流电流指令值按照柔性直流电流变换公式计算后的三相上桥臂电流的峰值、三相下桥臂电流的峰值、三相电压源型换流器与联结变引线电流的峰值。
本发明同时提供了一种柔性直流输电***换流器故障后备保护装置，用于包含有至少一组电压源型换流器单元的直流输电***，所述电压源型换流器单元的每个桥臂的桥臂电抗器和换流阀都位于直流正极公共点与负极公共点之间，所述装置包括：
故障采集单元：采集流经电压源型换流器单元的三相上、下桥臂电流，三相电压源型换流器与联结变引线电流；
判断单元：依据故障采集单元采集的各模拟量来提取计算换流器区域的相间短路特征并判断换流器区域是否发生相间短路故障。
进一步的优选方案中，所述判断单元还包括根据换流器区域的相间短路特征判断发生故障的相别。
进一步的优选方案中，还包括处理单元，若判断单元中确认换流器区域发生相间短路故障，经预设延时后闭锁电压源型换流器并跳开电压源型换流器所连接的交流进线断路器。
进一步的优选方案中，判断单元中所述换流器区域的相间短路故障特征包括：三相上桥臂电流取绝对值运算后的峰值，三相下桥臂电流取绝对值运算后的峰值，三相电压源型换流器与联结变引线电流取绝对值运算后的峰值。
进一步的优选方案中，所述判断单元中，三相上桥臂电流取绝对值运算后的峰值，或者是三相下桥臂电流取绝对值运算后的峰值，或者是三相电压源型换流器与联结变引线电流取绝对值运算后的峰值中，任意两相的峰值大于设定的电流阈值，判断为换流器区域发生相间短路故障。
进一步的优选方案中，所述判断单元中，三相上桥臂电流取绝对值运算后的峰值，或者是三相下桥臂电流取绝对值运算后的峰值，或者是三相电压源型换流器与联结变引线电流取绝对值运算后的峰值中，如果某相峰值是三相峰值中最小的那一相峰值，则判定其它两相发生了相间短路故障。
本发明的有益效果：采用本发明的技术方案可以有效检测出电压源型换流器内部相间短路故障，更进一步的优选方案还可以有效识别电压源型换流器的故障相。
附图说明
图1为柔性直流电压源型换流器结构1示意图；
图2为柔性直流电压源型换流器结构2示意图；
图3为本申请的一种柔性直流输电***换流器故障后备保护方法实施例流程图；
图4为本申请的一种柔性直流输电***换流器故障后备保护方法另一个实施例流程图；
图5为本申请的一种柔性直流输电***换流器故障后备保护装置实施例示意图；
图6为本申请的一种柔性直流输电***换流器故障后备保护装置另一个实施例示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体的实施例对本发明技术方案作进一步的详细描述，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
如图3所示为本发明的一种柔性直流输电***换流器故障后备保护方法实施例流程图，包括如下步骤：
步骤1：采集流经电压源型换流器单元的三相上、下桥臂电流，三相电压源型换流器与联结变引线电流。
步骤2：依据步骤1采集的各模拟量来提取计算换流器区域的相间短路特征并判断换流器区域是否发生相间短路故障。
其中，相间短路故障特征包括：三相上桥臂电流取绝对值运算后的峰值，三相下桥臂电流取绝对值运算后的峰值，三相电压源型换流器与联结变引线电流取绝对值运算后的峰值。
其中，判断相间短路故障的方法为：三相上桥臂电流取绝对值运算后的峰值，或者是三相下桥臂电流取绝对值运算后的峰值，或者是三相电压源型换流器与联结变引线电流取绝对值运算后的峰值中，任意两相的峰值大于设定的电流阈值，判断为换流器区域发生相间短路故障。
优选的实施例中，当下述条件任一项满足时，判定为换流器区域发生相间短路故障：
1)三相上桥臂电流取绝对值运算后任意两相的峰值大于第一电流定值，展宽时间T且持续时间超过第一检测时间定值；
2)三相下桥臂电流取绝对值运算后任意两相的峰值大于第二电流定值，展宽时间T且持续时间超过第二检测时间定值；
3)三相电压源型换流器与联结变引线电流取绝对值运算后任意两相的峰值大于第三电流定值，展宽时间T且持续时间超过第三检测时间定值。
确认换流器区域发生相间短路故障时展宽时间T取值原则是：展宽时间T范围在0ms至交流***的工频周期之间，50Hz的交流***的工频周期为20ms；60Hz的交流***的工频周期为16.67ms。第一电流定值、第二电流定值、第三电流定值应分别大于根据换流站当前运行直流电流指令值按照柔性直流电流变换公式计算后的三相上桥臂电流的峰值、三相下桥臂电流的峰值、三相电压源型换流器与联结变引线电流的峰值。
优选的实施例中，在上述实施例的基础上，步骤2中还包括根据换流器区域的相间短路特征判断发生故障的相别。具体的相别识别方法为：三相上桥臂电流取绝对值运算后的峰值，或者是三相下桥臂电流取绝对值运算后的峰值，或者是三相电压源型换流器与联结变引线电流取绝对值运算后的峰值中，如果某相峰值是三相峰值中最小的那一相峰值，则判定其它两相发生了相间短路故障。
优选的实施例中，采用以下任一方式判定发生故障的相别：
方式1)三相上桥臂电流取绝对值运算后如果M相峰值是三相峰值中最小的那一相峰值，则判定其它两相发生了相间短路故障，M代指三相中的任意一相；
方式2)三相下桥臂电流取绝对值运算后如果M相峰值是三相峰值中最小的那一相峰值，则判定其它两相发生了相间短路故障，M代指三相中的任意一相；
方式3)三相电压源型换流器与联结变引线电流取绝对值运算后如果M相峰值是三相峰值中最小的那一相峰值，则判定其它两相发生了相间短路故障，M代指三相中的任意一相。
优选的实施例中，如图4所示，在上述实施例的基础上还包括步骤3：若确认换流器区域发生相间短路故障，经预设延时后闭锁电压源型换流器并跳开电压源型换流器所连接的交流进线断路器。
下面结合附图1说明具体的实施案例二：
以如图1为例，假定以直流电流指令1000A运行，直流电压是500KV，联结变二次侧线电压是300KV，则按照柔性直流电流变换公式计算后：
没有故障时三相上桥臂电流的峰值等于：
Figure BDA0002417027490000061
没有故障时三相下桥臂电流的峰值等于：
Figure BDA0002417027490000062
没有故障时三相电压源型换流器与联结变引线电流的峰值等于：
Figure BDA0002417027490000063
当F3AB故障发生时，上桥臂A相电流、上桥臂B相电流、下桥臂A相电流、下桥臂B相电流、电压源型换流器与联结变引线A相电流、电压源型换流器与联结变引线B相电流会增大，则上桥臂A相电流峰值大于第一电流定值，上桥臂B相电流峰值大于第一电流定值；则下桥臂A相电流峰值大于第二电流定值，下桥臂B相电流峰值大于第二电流定值；电压源型换流器与联结变引线A相电流峰值大于第三电流定值，电压源型换流器与联结变引线B相电流峰值大于第三电流定值，其中第一电流定值大于没有故障时三相上桥臂电流的峰值，第二电流定值大于没有故障时三相下桥臂电流的峰值，第三电流定值大于没有故障时三相电压源型换流器与联结变引线电流的峰值。
然后，计算上桥臂A相电流、上桥臂B相电流、上桥臂C相电流的最小值，如果上桥臂C相电流最小，则可以判定A相、B相发生了相间短路故障；
计算下桥臂A相电流、下桥臂B相电流、下桥臂C相电流的最小值，如果下桥臂C相电流最小，则可以判定A相、B相发生了相间短路故障；
计算电压源型换流器与联结变引线A相电流、电压源型换流器与联结变引线B相电流、电压源型换流器与联结变引线C相电流的最小值，如果电压源型换流器与联结变引线C相电流最小，则可以判定A相、B相发生了相间短路故障。
本申请实施例的方法用于包含有至少一组电压源型换流器单元的直流输电***，所述电压源型换流器单元的每个桥臂的桥臂电抗器和换流阀都位于直流正极公共点与负极公共点之间。采用本方法可以有效检测出电压源型换流器内部相间短路故障。
如图5所示为本申请一种柔性直流输电***换流器故障后备保护装置的实施例，包括：故障采集单元和判断单元。
故障采集单元：采集流经电压源型换流器单元的三相上、下桥臂电流，三相电压源型换流器与联结变引线电流。
判断单元：依据故障采集单元采集的各模拟量来提取计算换流器区域的相间短路特征并判断换流器区域是否发生相间短路故障。换流器区域的相间短路故障特征包括：三相上桥臂电流取绝对值运算后的峰值，三相下桥臂电流取绝对值运算后的峰值，三相电压源型换流器与联结变引线电流取绝对值运算后的峰值。三相上桥臂电流取绝对值运算后的峰值，或者是三相下桥臂电流取绝对值运算后的峰值，或者是三相电压源型换流器与联结变引线电流取绝对值运算后的峰值中，任意两相的峰值大于设定的电流阈值，判断为换流器区域发生相间短路故障。
优选的实施例中，判断单元还包括根据换流器区域的相间短路特征判断发生故障的相别。三相上桥臂电流取绝对值运算后的峰值，或者是三相下桥臂电流取绝对值运算后的峰值，或者是三相电压源型换流器与联结变引线电流取绝对值运算后的峰值中，如果某相峰值是三相峰值中最小的那一相峰值，则判定其它两相发生了相间短路故障。
如图6所示的另一个实施例中，保护装置还包括处理单元，若判断单元中确认换流器区域发生相间短路故障，经预设延时后闭锁电压源型换流器并跳开电压源型换流器所连接的交流进线断路器。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或者等效流程变换，或者直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (12)

1.一种柔性直流输电***换流器故障后备保护方法，其特征在于，所述方法用于包含有至少一组电压源型换流器单元的直流输电***，所述电压源型换流器单元的每个桥臂的桥臂电抗器和换流阀都位于直流正极公共点与负极公共点之间，所述方法包括如下步骤：
步骤1：采集流经电压源型换流器单元的三相上、下桥臂电流，三相电压源型换流器与联结变引线电流；
步骤2：依据步骤1采集的各模拟量来提取计算换流器区域的相间短路特征并判断换流器区域是否发生相间短路故障，以及根据换流器区域的相间短路特征判断发生故障的相别；
所述根据换流器区域的相间短路特征判断发生故障的相别具体包括：三相上桥臂电流取绝对值运算后的峰值，或者是三相下桥臂电流取绝对值运算后的峰值，或者是三相电压源型换流器与联结变引线电流取绝对值运算后的峰值中，如果某相峰值是三相峰值中最小的那一相峰值，则判定其它两相发生了相间短路故障。
2.如权利要求1所述的一种柔性直流输电***换流器故障后备保护方法，其特征在于，还包括步骤3：若确认换流器区域发生相间短路故障，经预设延时后闭锁电压源型换流器并跳开电压源型换流器所连接的交流进线断路器。
3.如权利要求1所述的一种柔性直流输电***换流器故障后备保护方法，其特征在于，步骤2中所述换流器区域的相间短路故障特征包括：三相上桥臂电流取绝对值运算后的峰值，三相下桥臂电流取绝对值运算后的峰值，三相电压源型换流器与联结变引线电流取绝对值运算后的峰值。
4.如权利要求3所述的一种柔性直流输电***换流器故障后备保护方法，其特征在于，所述步骤2中，三相上桥臂电流取绝对值运算后的峰值，或者是三相下桥臂电流取绝对值运算后的峰值，或者是三相电压源型换流器与联结变引线电流取绝对值运算后的峰值中，任意两相的峰值大于设定的电流阈值，判断为换流器区域发生相间短路故障。
5.如权利要求4所述的一种柔性直流输电***换流器故障后备保护方法，其特征在于，具体的，当下述条件任一项满足时，判定为换流器区域发生相间短路故障：
1)三相上桥臂电流取绝对值运算后任意两相的峰值大于第一电流定值，展宽时间T且持续时间超过第一检测时间定值；
2)三相下桥臂电流取绝对值运算后任意两相的峰值大于第二电流定值，展宽时间T且持续时间超过第二检测时间定值；
3)三相电压源型换流器与联结变引线电流取绝对值运算后任意两相的峰值大于第三电流定值，展宽时间T且持续时间超过第三检测时间定值。
6.如权利要求1所述的一种柔性直流输电***换流器故障后备保护方法，其特征在于，具体的，采用以下任一方式判定发生故障的相别：
方式1)三相上桥臂电流取绝对值运算后如果M相峰值是三相峰值中最小的那一相峰值，则判定其它两相发生了相间短路故障，M代指三相中的任意一相；
方式2)三相下桥臂电流取绝对值运算后如果M相峰值是三相峰值中最小的那一相峰值，则判定其它两相发生了相间短路故障，M代指三相中的任意一相；
方式3)三相电压源型换流器与联结变引线电流取绝对值运算后如果M相峰值是三相峰值中最小的那一相峰值，则判定其它两相发生了相间短路故障，M代指三相中的任意一相。
7.如权利要求5所述的一种柔性直流输电***换流器故障后备保护方法，其特征在于，展宽时间T范围在0ms至交流***的工频周期之间。
8.如权利要求5所述的一种柔性直流输电***换流器故障后备保护方法，其特征在于，所述第一电流定值、第二电流定值、第三电流定值应分别大于根据换流站当前运行直流电流指令值按照柔性直流电流变换公式计算后的三相上桥臂电流的峰值、三相下桥臂电流的峰值、三相电压源型换流器与联结变引线电流的峰值。
9.一种柔性直流输电***换流器故障后备保护装置，其特征在于，所述装置用于包含有至少一组电压源型换流器单元的直流输电***，所述电压源型换流器单元的每个桥臂的桥臂电抗器和换流阀都位于直流正极公共点与负极公共点之间，所述装置包括：
故障采集单元：采集流经电压源型换流器单元的三相上、下桥臂电流，三相电压源型换流器与联结变引线电流；
判断单元：依据故障采集单元采集的各模拟量来提取计算换流器区域的相间短路特征并判断换流器区域是否发生相间短路故障，以及根据换流器区域的相间短路特征判断发生故障的相别；
所述判断单元中根据换流器区域的相间短路特征判断发生故障的相别具体包括，三相上桥臂电流取绝对值运算后的峰值，或者是三相下桥臂电流取绝对值运算后的峰值，或者是三相电压源型换流器与联结变引线电流取绝对值运算后的峰值中，如果某相峰值是三相峰值中最小的那一相峰值，则判定其它两相发生了相间短路故障。
10.如权利要求9所述的一种柔性直流输电***换流器故障后备保护装置，其特征在于，还包括处理单元，若判断单元中确认换流器区域发生相间短路故障，经预设延时后闭锁电压源型换流器并跳开电压源型换流器所连接的交流进线断路器。
11.如权利要求9所述的一种柔性直流输电***换流器故障后备保护装置，其特征在于，判断单元中所述换流器区域的相间短路故障特征包括：三相上桥臂电流取绝对值运算后的峰值，三相下桥臂电流取绝对值运算后的峰值，三相电压源型换流器与联结变引线电流取绝对值运算后的峰值。
12.如权利要求11所述的一种柔性直流输电***换流器故障后备保护装置，其特征在于，所述判断单元中，三相上桥臂电流取绝对值运算后的峰值，或者是三相下桥臂电流取绝对值运算后的峰值，或者是三相电压源型换流器与联结变引线电流取绝对值运算后的峰值中，任意两相的峰值大于设定的电流阈值，判断为换流器区域发生相间短路故障。
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