RU2664711C2 - Защита в переходном режиме для мультитерминальной hdvc сети - Google Patents

Защита в переходном режиме для мультитерминальной hdvc сети Download PDF

Info

Publication number
RU2664711C2
RU2664711C2 RU2016151189A RU2016151189A RU2664711C2 RU 2664711 C2 RU2664711 C2 RU 2664711C2 RU 2016151189 A RU2016151189 A RU 2016151189A RU 2016151189 A RU2016151189 A RU 2016151189A RU 2664711 C2 RU2664711 C2 RU 2664711C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
fault
transient
terminal
polarity
current
Prior art date
Application number
RU2016151189A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2016151189A3 (ru
RU2016151189A (ru
Inventor
Кристиан БЛУГ
Гюнтер ЭБНЕР
Ли ШАН-ЕГЕР
Кай ТРУНК
Клаус ВЮРФЛИНГЕР
Маркус ЦЕЛЛЕР
Original Assignee
Сименс Акциенгезелльшафт
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 Сименс Акциенгезелльшафт filed Critical Сименс Акциенгезелльшафт
Publication of RU2016151189A3 publication Critical patent/RU2016151189A3/ru
Publication of RU2016151189A publication Critical patent/RU2016151189A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2664711C2 publication Critical patent/RU2664711C2/ru

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H1/00—Details of emergency protective circuit arrangements
    • H02H1/0007—Details of emergency protective circuit arrangements concerning the detecting means
    • 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
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/08—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess current
    • H02H3/087—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess current for dc applications
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/24—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to undervoltage or no-voltage
    • H02H3/243—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to undervoltage or no-voltage for DC systems
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/26—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to difference between voltages or between currents; responsive to phase angle between voltages or between currents
    • H02H3/32—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to difference between voltages or between currents; responsive to phase angle between voltages or between currents involving comparison of the voltage or current values at corresponding points in different conductors of a single system, e.g. of currents in go and return conductors
    • H02H3/325—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to difference between voltages or between currents; responsive to phase angle between voltages or between currents involving comparison of the voltage or current values at corresponding points in different conductors of a single system, e.g. of currents in go and return conductors involving voltage comparison
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/10—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers
    • H02H7/12—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers for static converters or rectifiers
    • H02H7/125—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers for static converters or rectifiers for rectifiers
    • H02H7/1255—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers for static converters or rectifiers for rectifiers responsive to internal faults, e.g. by monitoring ripple in output voltage
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/10—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers
    • H02H7/12—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers for static converters or rectifiers
    • H02H7/125—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers for static converters or rectifiers for rectifiers
    • H02H7/1257—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers for static converters or rectifiers for rectifiers responsive to short circuit or wrong polarity in output circuit
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/26—Sectionalised protection of cable or line systems, e.g. for disconnecting a section on which a short-circuit, earth fault, or arc discharge has occured
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/26—Sectionalised protection of cable or line systems, e.g. for disconnecting a section on which a short-circuit, earth fault, or arc discharge has occured
    • H02H7/267—Sectionalised protection of cable or line systems, e.g. for disconnecting a section on which a short-circuit, earth fault, or arc discharge has occured for parallel lines and wires
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/26—Sectionalised protection of cable or line systems, e.g. for disconnecting a section on which a short-circuit, earth fault, or arc discharge has occured
    • H02H7/268—Sectionalised protection of cable or line systems, e.g. for disconnecting a section on which a short-circuit, earth fault, or arc discharge has occured for dc systems

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Locating Faults (AREA)
  • Direct Current Feeding And Distribution (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области электротехники. Технический результат, заключающийся в обеспечении селективной работы сети, достигается за счет того, что способ содержит этап измерения DC-напряжения смещения Ud, имеющего полярность и значение, этап определения того, существует ли неисправность короткого замыкания, путем сравнения DC-напряжения смещения Ud с пороговым напряжением смещения Ut и этап идентификации типа неисправности на основании полярности и значения DC-напряжения смещения Ud. Устройство для обеспечения способа содержит преобразователь, имеющий положительный полюс и отрицательный полюс, подстанцию DC-коммутатора, DC-линию, соединяющую преобразователь и подстанцию DC-коммутатора, и детектор переходной неисправности. Детектор переходной неисправности содержит датчик положительного напряжения, измеряющий положительное переходное напряжение Up положительного полюса, и датчик отрицательного напряжения, измеряющий отрицательное переходное напряжение Un отрицательного полюса, и блок управления, который выполнен с возможностью получения DC-напряжения смещения Ud из положительного Up и отрицательного Un переходных напряжений. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 3 ил.

Description

Настоящее изобретение относится к способу и устройству для обеспечения защиты в переходном режиме от неисправностей для мультитерминальной сети высоковольтного постоянного тока (HVDC).
Передача HVDC в настоящее время в основном используется для передачи высокой мощности на большие расстояния без значительных потерь, что делает HVDC предпочтительным режимом передачи мощности по сравнению с передачей переменного тока (АС) на большие расстояния, например более 100 км. В общих применениях, HVDC может переносить больше мощности на проводник, чем AC, так как, для данной номинальной мощности, постоянное напряжение в DC-линии ниже, чем пиковое напряжение в АC-линии. Ток, необходимый для зарядки и разрядки емкости кабеля, вызывает дополнительные потери мощности, когда кабель переносит AC, в то время как это имеет минимальный эффект для DC-передачи. Использование HVDC-сетей также экономит затраты, так как только один или два проводника требуются для HVDC-передачи, в то время как три провода требуются AC-передачи. Даже затраты на изоляцию могут быть сэкономлены в HVDC-передаче. Диэлектрические потери мощности в кабелях меньше в DC, чем в АС. Следовательно, токонесущая способность кабелей может быть значительно увеличена. HVDC-сети, имеющие более двух терминалов (выводов), называются мультитерминальными HVDC-сетями и в настоящее время все чаще используются. Мультитерминальные HVDC сети могут повышать надежность передачи мощности, обеспечивая несколько альтернативных путей передачи, вместо того чтобы ограничиваться одним путем передачи, как в случае двухтерминальных HVDC.
Однако при существующей технологии вся HVDC-сеть подвергается воздействию неисправности короткого замыкания в любом месте на DC-стороне. До сих пор не существует известного способа для идентификации неисправности по его местоположению и селективного выбора DC-линий, которые не затронуты неисправностью, и продолжения их эксплуатации.
Поэтому существует настоятельная потребность в системе защиты для мультитерминальных HVDC-сетей для идентификации неисправностей короткого замыкания и для селективной эксплуатации мультитерминальной HVDC-сети во время неисправностей.
Задачей настоящего изобретения является обеспечение быстродействующего, надежного и отказоустойчивого способа защиты от неисправностей для мультитерминальной HVDC-сети, который обеспечивает селективную работу сети, таким образом, избегая отключений в случае неисправностей.
Задача настоящего изобретения решается способом обеспечения защиты от неисправностей для мультитерминальной HVDC-сети и устройством для защиты от неисправностей мультитерминальной HVDC-сети. HVDC-сеть содержит преобразовательную станцию, подстанцию DC-коммутатора и DC-линию, соединяющую преобразовательную станцию и подстанцию DC-коммутатора. Преобразовательная станция имеет положительный полюс, отрицательный полюс и нейтральный полюс. Положительный полюс находится на положительном выводе (терминале) преобразователя, отрицательный полюс находится на отрицательном терминале преобразователя, и нейтральный полюс либо соединен с землей, либо является плавающим нейтральным полюсом, так как HVDC-сеть может быть заземлена или изолирована.
Раскрытый способ содержит этап измерения DC-напряжения смещения Ud, имеющего полярность и значение, этап определения того, имеется ли условие неисправности, путем сравнения DC-напряжения смещения Ud с пороговым напряжением смещения Ut и этап идентификации тип неисправности на основании полярности и значения DC-напряжения смещения Ud.
Тип неисправности может быть классифицирован на три типа неисправностей, а именно короткое замыкание от положительного к нейтральному полюсу, короткое замыкание от отрицательного к нейтральному полюсу или короткое замыкание от положительного к отрицательному полюсу.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения, DC-напряжение смещения Ud вычисляется из положительного переходного напряжения Up, измеренного на положительном полюсе, и отрицательного переходного напряжения Un, измеренного на отрицательном полюсе. Положительное переходное напряжение Up и отрицательное переходное напряжение Un являются DC-переходными напряжениями, которые измеряются непосредственно через терминалы трансформатора напряжения DC-сети. DC-напряжение смещения Ud вычисляется как среднее значение положительного переходного напряжения Up и отрицательного переходного напряжения Un и может быть представлено следующей формулой:
Ud=(Up+Un)/2.
Предпочтительно пороговое напряжение Ut устанавливается на значение, которое выше, чем максимальное DC-напряжение смещения Ud в нормальном состоянии. Например, пороговое значение Ut устанавливается на значение, которое на 10% выше, чем максимальное DC-напряжение смещения Ud в нормальном состоянии. Это обеспечит корректное, еще раннее обнаружение неисправности, не реагируя на незначительные флуктуации в напряжении.
Во время нормального рабочего состояния мультитерминальной HVDC-сети, величины напряжений, измеренных на положительном и отрицательном полюсах, равны или, другими словами, симметричны. Однако когда возникает неисправность, может восприниматься дисбаланс в напряжениях, и положительное переходное напряжение Up отличается от отрицательного переходного напряжения Un. Этап определения того, существует ли неисправность, выполняется путем оценки, является ли значение DC-напряжения смещения Ud большим, чем пороговое напряжение смещения Ut.
В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения, этап идентификации типа неисправности выполняется путем измерения полярности и значения DC-напряжения смещения Ud. Если полярность DC-напряжения смещения Ud отрицательна, тип неисправности идентифицируется как короткое замыкание от положительного к нейтральному полюсу, если полярность DC-напряжения смещения (Ud) положительна, тип неисправности идентифицируется как короткое замыкание от отрицательного к нейтральному полюсу, и если DC-напряжение смещения (Ud) имеет большее значение, чем пороговое напряжение смещения (Ut), тип неисправности идентифицируется как короткое замыкание от положительного к отрицательному полюсу. Путем идентификации типа неисправности, может быть запущен процесс для селективной изоляции неисправной линии, чтобы обеспечить механизм защиты, как раскрыто в настоящем изобретении. Кроме того, в соответствии с альтернативным вариантом осуществления настоящего изобретения, идентификация типа неисправности основана только на измерении полярности DC-напряжения смещения Ud, следовательно, это предъявляет менее строгие требования к точности измерения.
В случае если DC-напряжение смещения Ud имеет меньшее значение, чем пороговое напряжение смещения Ut, то никакое условие неисправности не обнаруживается. Это означает, что HVDC-сеть работает нормально и без каких-либо неисправностей короткого замыкания. До тех пор пока напряжение смещения Ud имеет значение меньшее, чем пороговое напряжение смещения, это указывает на то, что система работает нормально без каких-либо неисправностей короткого замыкания.
В другом варианте осуществления изобретения, способ содержит этап определения направления тока неисправности. Направление тока неисправности может быть направлением к преобразователю или к DC-линии при измерении на преобразователе. Аналогичным образом, направление тока неисправности может быть направлением к подстанции DC-коммутатора или к DC-линии при измерении на подстанции DC-коммутатора. Направление тока неисправности определяется на основе полярности изменения DC-переходного тока ΔId, измеренного на терминале преобразователя, и полярности изменения DC-переходного тока ΔId, измеренного на терминале подстанции DC-коммутатора, для каждого из упомянутых выше случаев. Способ обеспечивает быстродействующее определение направления любого тока короткого замыкания через всю HVDC-сеть на основе оценки DC-переходного тока. Кроме того, поскольку определение направления неисправности основано только на измерении полярности изменения DC-переходного тока ΔId, не предъявляется строгое требование к высокой точности измерения значений изменения DC-переходного тока ΔId.
Изменение DC-переходного тока ΔId вычисляется как разность между DC-переходным током Id и номинальным DC-током Idc и может быть представлено следующей формулой:
ΔId=Id-Idc.
DC-переходный ток ΔId является током неисправности, который протекает через сеть в состоянии неисправности, такой как короткое замыкание. Он может быть измерен непосредственно через трансформатор тока HVDC-сети. Номинальный DC-ток Idc является током, который протекает через сеть в нормальном рабочем состоянии или в состоянии отсутствия неисправности мультитерминальной HVDC-сети, то есть перед возникновением неисправности.
В соответствии с вариантом осуществления изобретения, этап определения направления тока неисправности выполняется путем определения полярности изменения DC-переходного тока ΔId таким образом, что когда полярность изменения DC-переходного тока ΔId на терминале преобразователя является отрицательной, то направление тока неисправности соответствует направлению к DC-линии; когда полярность изменения DC-переходного тока ΔId на терминале преобразователя является положительной, то направление тока неисправности соответствует направлению к преобразователю; когда полярность изменения DC-переходного тока ΔId на терминале подстанции DC-коммутатора является положительной, то направление тока неисправности соответствует направлению к DC-линии, а когда полярность изменения DC-переходного тока ΔId на терминале подстанции DC-коммутатора является отрицательной, то направление тока неисправности соответствует направлению к подстанции DC-коммутатора. Определение направления тока неисправности может быть использовано для дифференциальной защиты различных терминалов мультитерминальной HVDC-сети путем селективного блокирования или разблокирования пути тока неисправности.
В другом варианте осуществления дополнительный предварительный критерий установлен для запуска определения направления тока неисправности. Установлено пороговое значение изменения переходного тока ΔIt, которое выше, чем максимальная погрешность измерения трансформатора тока в нормальном рабочем состоянии. Например, пороговое значение изменения переходного тока ΔIt может быть установлено на значение, которое на 10% выше, чем номинальный ток трансформатора тока. Когда изменение DC-переходного тока ΔId имеет значение большее, чем пороговое значение изменения переходного тока ΔIt, то запускается этап определения направления тока неисправности. Это гарантирует, что данный способ устойчив к погрешностям измерений и является отказоустойчивым.
В еще одном варианте осуществления, способ дополнительно содержит этап определения, является ли неисправность внутренней или внешней по отношению к каждой преобразовательной станции, то есть, является ли неисправность внутренней по отношению к преобразовательной станции или внешней по отношению к ней. Это определение осуществляется путем сравнения полярностей изменения DC-переходного тока ΔId между терминалом преобразователя и терминалом подстанции DC-коммутатора. Этот этап обеспечивает создание переходной дифференциальной защиты линии и помогает идентифицировать и изолировать преобразовательную станцию, на которой возникла неисправность.
В одном варианте осуществления, этап определения того, является ли неисправность внутренней или внешней по отношению к преобразовательной станции, выполняется таким образом, что когда полярность изменения DC-переходного тока ΔId на терминале преобразователя и полярность изменения DC-переходного тока ΔId на терминале подстанции DC-коммутатора различны, то неисправность является внутренней. Во время внутренней неисправности, то есть когда неисправность имеет место на конкретной преобразовательной станции, направление тока неисправности на терминале преобразователя, а также на терминале подстанции DC-коммутатора оба соответствуют направлению к DC- линии. И внешняя неисправность определяется по отношению к конкретной преобразовательной станции, когда полярность изменения DC-переходного тока ΔId на терминале преобразователя и полярность изменения DC-переходного тока ΔId на терминале подстанции DC-коммутатора являются одинаковыми. Во время внешней неисправности, то есть когда неисправность возникает не в конкретной преобразовательной станции, а в любой другой преобразовательной станции, направление тока неисправности на терминале преобразователя соответствует направлению к DC-линии, и направление тока неисправности на терминале подстанции DC-коммутатора соответствует направлению к подстанции DC-коммутатора, или направление тока неисправности на терминале преобразователя соответствует направлению к преобразовательной станции, и направление тока неисправности на терминале подстанции DC-коммутатора соответствует направлению к DC-линии.
В другом варианте осуществления изобретения, способ дополнительно содержит этап обеспечения переходной дифференциальной защиты сборной шины для множества терминалов подстанции DC-коммутатора. Когда полярность изменения DC-переходного тока ΔId на всех терминалах подстанции DC-коммутатора является отрицательной, то неисправность является внутренней, а когда полярность изменения DC-переходного тока ΔId на всех терминалах подстанции DC-коммутатора различна, то неисправность является внешней по отношению к конкретной подстанции DC-коммутатора. Переходная дифференциальная защита сборных шин работает на основе сравнения полярности между всеми терминалами или фидерами в одной подстанции DC-коммутатора. Это помогает в идентификации внешней неисправности или внутренней неисправности по отношению к множеству терминалов подстанции DC-коммутатора.
В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения, способ содержит этап определения местоположения переходной неисправности на DC-линии на основании времени распространения бегущих волн, инициированных неисправностью. Этот этап позволяет способу определять местоположение точки генерации неисправности на пораженной DC-линии и изолировать ее так, что мультитерминальная HVDC-сеть продолжает работать с остальными терминалами. Этот признак способствует поддержке DC-линии.
DC-переходное напряжение или ток измеряется непосредственно через трансформаторы напряжения или тока, соответственно, HVDC-сети. Затем вычисляется максимум по модулю, который является строгим локальным абсолютным максимальным значением коэффициентов DC-переходного напряжения или тока. DC-линия имеет два терминала: терминала преобразователя, соединенный с преобразователем, и терминал подстанции DC-коммутатора, соединенный с подстанцией DC-коммутатора. Этап определения местоположения переходной неисправности выполняется на основе времени прихода скачка напряжения или тока на два терминала. Примерный алгоритм обнаружения неисправности для определения местоположения переходной неисправности от первого терминала, скажем, терминала преобразователя, может быть представлен в виде:
L1F=(L-v⋅(t2-t1))/2.
В приведенной выше формуле L1F обозначает расстояние местоположения переходной неисправности от первого терминала, т.е. терминала преобразователя в этом примере; v - скорость бегущих волн, инициированных неисправностью; t1 - время, соответствующее максимуму по модулю напряжения или тока на первом терминале, то есть терминале преобразователя, и t2 - время, соответствующее максимуму по модулю напряжения или тока на втором терминале, то есть терминале подстанции DC-коммутатора в этом примере.
Для определения местоположения переходной неисправности, как DC-переходные напряжения Up, Un, так и ток Id могут быть использованы для HVDC-сетей, имеющих кабельные линии и воздушные линии. Однако для HVDC-сетей, имеющих смешанные линии, может быть использован только переходный ток Id.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения раскрыто устройство для защиты от неисправностей мультитерминальной HVDC-сети. Устройство содержит преобразовательную станцию, имеющую положительный полюс и отрицательный полюс, подстанцию DC-коммутатора, DC-линию, соединяющую преобразовательную станцию и подстанцию DC-коммутатора, и детектор переходной неисправности. Детектор переходной неисправности содержит датчик положительного напряжения, измеряющий положительное переходное напряжение Up на положительном полюсе, и датчик отрицательного напряжения, измеряющий отрицательное переходное напряжение Un на отрицательном полюсе, и блок управления, который выполнен с возможностью вывода DC-напряжения смещения Ud из положительного Up и отрицательного Un переходных напряжений. DC-напряжение смещения имеет полярность и значение. Детектор переходной неисправности тип неисправностей короткого замыкания в HVDC-сети. Это способствует идентификации характера неисправности в мультитерминальных сетях как неисправности на положительном полюсе, отрицательном полюсе или между положительным и отрицательным полюсом.
В еще одном варианте осуществления устройство дополнительно содержит детектор направления переходной неисправности для определения направления тока неисправности, проходящего через мультитерминальную HVDC-сеть. Детектор направления переходной неисправности содержит датчик тока для измерения DC-переходного тока Id непосредственно от трансформатора тока.
Вышеупомянутые и другие признаки настоящего изобретения будут теперь рассмотрены со ссылкой на прилагаемые чертежи согласно настоящему изобретению. Проиллюстрированные варианты осуществления предназначены только для иллюстрации, но не ограничения изобретения. Чертежи включают в себя следующие фигуры, на которых одинаковые ссылочные позиции обозначают одинаковые элементы, по всему описанию и чертежам.
Фиг. 1 является схематичным представлением устройства для обеспечения защиты от неисправностей в переходном режиме для мультитерминальной HVDC-сети.
Фиг. 2 показывает блок-схему устройства, как раскрыто в изобретении.
Фиг. 3 показывает блок-схему последовательности операций, содержащую этапы в соответствии с раскрытым способом.
Как показано на фиг. 1, преобразователь 2 содержит два полюса, положительный 3 и отрицательный 4 полюса. Преобразователь 2 соединен с подстанцией DC-коммутатора через DC-линию 7. DC-линия 7 соединяется с преобразователем 2 через терминал 8 преобразователя и с подстанцией DC-коммутатора через терминал 9 подстанции DC-коммутатора. Нейтральный полюс 5 преобразователя 2 может быть либо заземлен, либо изолирован и являться плавающим. Мультитерминальная HVDC-структура может содержать несколько таких преобразователей 2.
При идентификации типа неисправности, идентифицируются три типа неисправностей как короткое замыкание от положительного 3 к нейтральному 5 полюсу, короткое замыкание от отрицательного 4 к нейтральному 5 полюсу или короткое замыкание от положительного 3 к отрицательному 4 полюсу.
Определение направления тока неисправности выполняется в преобразователе, а также в подстанции DC-коммутатора. Направление тока неисправности соответствует направлению либо к преобразователю 2, либо к DC-линии 7, если смотреть от терминала 8 преобразователя 2, либо оно соответствует направлению к подстанции 6 DC-коммутатора или DC-линии 7 при измерении на терминале 9 подстанции 6 DC-коммутатора.
Для обнаружения внешней или внутренней неисправности, идентифицируют для каждого преобразователя 2, возникает ли неисправность в конкретном преобразователе 2 или в любом из других преобразователей в мультитерминальной HVDC-сети 1.
Фиг. 2 показывает блок-схему устройства 10, как раскрыто в настоящем изобретении. Преобразователь 2 соединен через DC-линию 7 с подстанцией 6 DC-коммутатора. Устройство 10 содержит детектор 11 переходной неисправности. Детектор 11 неисправности измеряет переходные напряжения Up, Un на положительном 3 и отрицательном 4 полюсах посредством датчика 12 положительного напряжения и датчика 13 отрицательного напряжения, соответственно. Блок 14 управления получает DC-напряжение смещения Ud из положительного Up и отрицательного Un переходных напряжений. Устройство 10 дополнительно содержит детектор 15 направления переходной неисправности, содержащий датчик 16 тока для определения направления тока неисправности.
В соответствии с другим вариантом осуществления, устройство 10 содержит блок определения местоположения переходной неисправности (не показан на фиг. 2) для определения местоположения неисправности на DC-линии 7. Блок определения местоположения переходной неисправности содержит датчик напряжения для измерения положительного Up или отрицательного Un переходных напряжений или датчик тока для измерения DC-переходного тока Id.
Фиг. 3 показывает этапы, подлежащие выполнению для обеспечения защиты в переходном режиме мультитерминальной HVDC сети 1 от неисправностей короткого замыкания. Способ 100 содержит первый этап 101 измерения DC-напряжения смещения Ud, имеющего полярность и значение. После этого выполняется этап 102 определения, существует ли неисправность. Наконец, выполняется этап 103 идентификации типа неисправности.
Раскрытый способ 100 защищает HVDC сеть 1 от неисправностей короткого замыкания путем идентификации типа неисправности, неисправного преобразователя и дополнительно идентификации местоположения, где была сгенерирована неисправность.
Способ 100 обеспечивает измерение DC-напряжения смещения Ud, имеющего полярность и значение. Когда возникает событие неисправности короткого замыкания, раскрытый способ 100 распознает возникновение неисправности путем сравнения DC-напряжения смещения Ud с пороговым напряжением смещения Ut. Когда DC-напряжение смещения Ud превышает пороговое напряжение смещения Ut, идентифицируется состояние короткого замыкания. Следующим этапом является идентификация типа неисправности как короткое замыкание от положительного 3 к нейтральному 5 полюсу, короткое замыкание от отрицательного 4 к нейтральному 5 полюсу или короткое замыкание от положительного 3 к отрицательному 4 полюсу, на основе полярности и значения DC-напряжения смещения Ud.
Дополнительно способ содержит этап определения направления тока неисправности как направления к преобразователю 2 или DC-линии 7 при измерении на терминале 8 преобразователя или направления к подстанции 6 DC-коммутатора или DC-линии 7 при измерении на терминале 9 подстанции 6 DC-коммутатора. Направление тока неисправности определяется на основе полярности изменения DC-переходного тока ΔId, измеренного на терминале 8 преобразователя, и полярности изменения DC-переходного тока, измеренного на терминале 9 подстанции DC-коммутатора.
Кроме того, способ 100 содержит этап определения того, является ли неисправность внутренней или внешней по отношению к преобразователю 2, путем сравнения полярностей изменения DC-переходного тока ΔId между терминалом 8 преобразователя и терминалом 9 подстанции DC-коммутатора.
В еще одном варианте осуществления способа 100 предусмотрен этап обеспечения переходной дифференциальной защиты сборной шины для множества терминалов подстанции 6 DC-коммутатора. На этом этапе, когда полярность изменения DC-переходного тока ΔId на всех терминалах подстанции 6 DC-коммутатора является отрицательной, то неисправность является внутренней, а когда полярность изменения DC-переходного тока ΔId на всех терминалах подстанции 6 DC-коммутатора различна, то неисправность является внешней по отношению к конкретной подстанции 6 DC-коммутатора.
В еще одном варианте осуществления способ 100 содержит этап определения местоположения переходной неисправности на DC-линии 7 на основе времени распространения бегущих волн, инициированных неисправностью.
Хотя изобретение было описано со ссылкой на конкретные варианты осуществления, это описание не следует истолковывать в ограничивающем смысле. Различные модификации раскрытых вариантов осуществления, а также альтернативные варианты осуществления настоящего изобретения станут очевидными специалистам в данной области техники при обращении к описанию изобретения. Поэтому предполагается, что такие модификации могут выполняться без отклонения от вариантов осуществления настоящего изобретения, как определено.
Список ссылочных позиций
1 - мультитерминальная HVDC-сеть
2 - преобразовательная станция
3 - положительный полюс
4 - отрицательный полюс
5 - нейтральный полюс
6 - подстанция DC-коммутатора
7 - DC-линия
8 - терминал преобразователя
9 - терминал подстанции DC-коммутатора
10 - устройство
11 - детектор переходной неисправности
12 - датчик положительного напряжения
13 - датчик отрицательного напряжения
14 - блок управления
15 - детектор направления переходной неисправности
16 - датчик тока
17 - трансформатор
100 - способ
101 - этап измерения напряжения смещения
102 - этап определения, существует ли неисправность
103 - этап идентификации типа неисправности

Claims (25)

1. Способ (100) защиты от неисправностей мультитерминальной HVDC-сети (1), причем HVDC-сеть (1) содержит преобразователь (2), имеющий положительный полюс (3), отрицательный полюс (4) и нейтральный полюс (5), подстанцию (6) DC-коммутатора и DC-линию (7), соединяющую преобразователь (2) и подстанцию (6) DC-коммутатора;
причем способ (100) содержит:
- этап (101) получения DC-напряжения смещения (Ud), имеющего полярность и значение;
- этап (102) определения того, существует ли неисправность, путем сравнения DC-напряжения смещения (Ud) с пороговым напряжением смещения (Ut);
- этап (103) идентификации типа неисправности как короткого замыкания от положительного (3) к нейтральному (5) полюсу, короткого замыкания от отрицательного (4) к нейтральному (5) полюсу или короткого замыкания от положительного (3) к отрицательному (4) полюсу на основании полярности и значения DC-напряжения смещения (Ud).
2. Способ (100) по предыдущему пункту, в котором DC-напряжение смещения (Ud) получают из положительного переходного напряжения (Up), измеренного на положительном полюсе (3), и отрицательного переходного напряжения (Un), измеренного на отрицательном полюсе (4).
3. Способ (100) по любому из предыдущих пунктов, в котором этап (102) определения того, существует ли неисправность, выполняют путем оценки, является ли значение DC-напряжения смещения (Ud) большим, чем пороговое напряжение смещения (Ut).
4. Способ (100) по любому из предыдущих пунктов, в котором этап (103) идентификации типа неисправности выполняют путем измерения полярности и значения DC-напряжения смещения (Ud) таким образом, что если полярность DC-напряжения смещения (Ud) отрицательна, то тип неисправности идентифицируют как короткое замыкание от положительного (3) к нейтральному (5) полюсу, если полярность DC-напряжения смещения (Ud) положительна, то тип неисправности идентифицируют как короткое замыкание от отрицательного (4) к нейтральному (5) полюсу, и если DC-напряжение смещения (Ud) имеет значение, большее, чем пороговое напряжение смещения (Ut), то тип неисправности идентифицируют как короткое замыкание от положительного (3) к отрицательному (4) полюсу.
5. Способ (100) по любому из предыдущих пунктов, в котором если значение DC-напряжение смещения (Ud) меньше, чем пороговое напряжение смещения (Ut), то определяют состояние отсутствия неисправности.
6. Способ (100) по любому из предыдущих пунктов, причем способ дополнительно содержит этап определения направления тока неисправности как:
- направление к преобразователю (2) или к DC-линии (7) при измерении на терминале (8) преобразователя (2) на основе полярности изменения DC-переходного тока (ΔId), измеренного на терминале (8) преобразователя, или
- направление к подстанции (6) DC-коммутатора или к DC-линии (7) при измерении на терминале (9) подстанции (6) DC-коммутатора на основе полярности изменения DC-переходного тока (ΔId), измеренного на терминале (9) подстанции DC-коммутатора.
7. Способ (100) по предыдущему пункту, в котором изменение DC-переходного тока (ΔId) вычисляют как разность между DC-переходным током (Id) и номинальным DC-током (Idc).
8. Способ (100) по любому из пп. 6 и 7, в котором этап определения направления тока неисправности выполняют путем определения полярности изменения DC-переходного тока (ΔId) таким образом, что когда полярность изменения DC-переходного тока (ΔId) на терминале (8) преобразователя является отрицательной, то направление тока неисправности на терминале (8) преобразователя соответствует направлению к DC-линии (7); когда полярность изменения DC-переходного тока (ΔId) на терминале (8) преобразователя является положительной, то направление тока неисправности соответствует направлению к преобразователю (2); когда полярность изменения DC-переходного тока (ΔId) на терминале (9) подстанции DC-коммутатора является положительной, то направление тока неисправности на терминале (9) подстанции DC-коммутатора соответствует направлению к DC-линии (7), и когда полярность изменения DC-переходного тока (ΔId) на терминале (9) подстанции DC-коммутатора является отрицательной, то направление тока неисправности соответствует направлению к подстанции (6) DC-коммутатора.
9. Способ (100) по любому из пп. 6-8, причем способ (100) дополнительно содержит этап определения, является ли неисправность внутренней или внешней по отношению к преобразователю (2), путем сравнения полярностей изменения DC-переходного тока (ΔId) между терминалом (8) преобразователя и терминалом (9) подстанции DC-коммутатора.
10. Способ (100) по предыдущему пункту, в котором этап определения того, является ли неисправность внутренней или внешней по отношению к преобразователю (2), выполняют таким образом, что когда полярность изменения DC-переходного тока (ΔId) на терминале (8) преобразователя и полярность изменения DC-переходного тока (ΔId) на терминале (9) подстанции DC-коммутатора различны, то неисправность является внутренней, и когда полярность изменения DC-переходного тока (ΔId) на терминале (8) преобразователя и полярность изменения DC-переходного тока (ΔId) на терминале (9) подстанции DC-коммутатора являются одинаковыми, то неисправность является внешней по отношению к преобразователю (2).
11. Способ (100) по любому из пп. 6-10, причем способ (100) дополнительно содержит этап обеспечения дифференциальной защиты в переходном режиме сборных шин для множества терминалов подстанции (6) DC-коммутатора, причем когда полярность изменения DC-переходного тока (ΔId) на всех терминалах подстанции (6) DC-коммутатора является отрицательной, то неисправность является внутренней, а когда полярность изменения DC-переходного тока (ΔId) на всех терминалах подстанции (6) DC-коммутатора является различной, то неисправность является внешней по отношению к конкретной подстанции (6) DC-коммутатора.
12. Способ (100) по любому из предыдущих пунктов, причем способ содержит этап определения местоположения переходной неисправности на DC-линии (7) на основании времени распространения бегущих волн, инициированных неисправностью.
13. Устройство (10) для защиты от неисправностей мультитерминальной HVDC-сети, причем устройство (10) содержит:
- преобразователь (2), имеющий положительный полюс (3) и отрицательный полюс (4);
- подстанцию (6) DC-коммутатора;
- DC-линию (7), соединяющую преобразователь (2) и подстанцию (6) DC-коммутатора;
- детектор (11) переходной неисправности, содержащий датчик (12) положительного напряжения, измеряющий положительное переходное напряжение (Up) положительного полюса (3), и датчик (13) отрицательного напряжения, измеряющий отрицательное переходное напряжение (Un) отрицательного полюса (4), и блок (14) управления, который выполнен с возможностью получения DC-напряжения смещения (Ud) из положительного (Up) и отрицательного (Un) переходных напряжений; при этом упомянутое DC-напряжение смещения (Ud) имеет полярность и значение.
14. Устройство (10) по предыдущему пункту, причем устройство (10) дополнительно содержит детектор (15) направления переходной неисправности, содержащий датчик (16) тока для измерения DC-переходного тока (Id) для определения направления тока неисправности.
15. Устройство (10) по предыдущему пункту, причем устройство (10) дополнительно содержит блок определения местоположения переходной неисправности для определения местоположения неисправности на DC-линии (7); причем блок определения местоположения переходной неисправности содержит по меньшей мере один из датчика напряжения для измерения положительного (Up) или отрицательного (Un) переходных напряжений или датчика тока для измерения DC-переходного тока (Id).
RU2016151189A 2014-06-27 2014-06-27 Защита в переходном режиме для мультитерминальной hdvc сети RU2664711C2 (ru)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/EP2014/063724 WO2015197137A1 (en) 2014-06-27 2014-06-27 Transient protection for multi-terminal hvdc grid

Publications (3)

Publication Number Publication Date
RU2016151189A3 RU2016151189A3 (ru) 2018-07-31
RU2016151189A RU2016151189A (ru) 2018-07-31
RU2664711C2 true RU2664711C2 (ru) 2018-08-23

Family

ID=51062808

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016151189A RU2664711C2 (ru) 2014-06-27 2014-06-27 Защита в переходном режиме для мультитерминальной hdvc сети

Country Status (6)

Country Link
US (1) US10516259B2 (ru)
EP (1) EP3138171B1 (ru)
KR (1) KR102007074B1 (ru)
CN (1) CN106663933B (ru)
RU (1) RU2664711C2 (ru)
WO (1) WO2015197137A1 (ru)

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3032677B1 (en) * 2014-12-12 2021-05-05 General Electric Technology GmbH DC electrical network
GB2537850B (en) * 2015-04-28 2019-09-11 General Electric Technology Gmbh Bipolar DC power transmission scheme
WO2016177407A1 (en) * 2015-05-05 2016-11-10 Abb Technology Ltd Method and apparatus for detecting fault in a mixed configuration power transmission line
KR102014427B1 (ko) * 2015-07-07 2019-08-26 엘에스산전 주식회사 전력 망 모니터링 시스템 및 그 방법
CN107065570A (zh) * 2017-06-05 2017-08-18 国家电网公司 一种mmc‑hvdc***控制参数分层优化方法
PT3757583T (pt) 2019-06-25 2023-01-11 Reactive Tech Limited Sistema para determinar parâmetros elétricos de uma rede de energia elétrica
CN110474308B (zh) * 2019-09-06 2021-03-19 集美大学 一种漂浮式海上测风移动平台风光储直流电力***接地故障保护方法
CN110556801B (zh) * 2019-09-11 2021-07-20 云南电力技术有限责任公司 一种配电自动化ftu闭锁保护方法
CN111711175A (zh) * 2020-05-21 2020-09-25 东北电力大学 基于暂态电流波形相似度识别的柔性直流配电线路保护法
CN111614102B (zh) * 2020-06-10 2023-04-07 辽宁东科电力有限公司 多源耦合***暂态电压控制方法
CN111952941B (zh) * 2020-08-05 2022-07-08 北京交通大学 一种直流电网自适应纵联保护方法
CN112684290B (zh) * 2020-12-16 2022-11-04 华北电力大学 一种柔性直流电网极间短路故障电流的高效计算方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1777104A1 (ru) * 1990-10-09 1992-11-23 Nii Peredache Elektroenergii P Cпocoб oпpeдeлehия mecta пobpeждehия пpи kopotkиx зamыkahияx ha лиhии элektpoпepeдaчи пoctoяhhoгo toka bыcokoгo haпpяжehия, coдepжaщeй фильtpы bыcokиx гapmohичeckиx coctabляющиx haпpяжehия
RU2300114C1 (ru) * 2006-01-19 2007-05-27 Открытое Акционерное Общество "Инженерный центр ЕЭС" Способ контроля сопротивления изоляции электрической сети постоянного тока
WO2011157305A1 (en) * 2010-06-14 2011-12-22 Abb Research Ltd Fault protection of hvdc transmission lines
WO2014071557A1 (en) * 2012-11-06 2014-05-15 Abb Technology Ltd. Vdcol control method for series mtdc system and vdcol synthesizer thereof

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2449677A (en) 2007-06-01 2008-12-03 Kevin Jones A system for identifying a risk of fire in a power network
CN101882774B (zh) 2010-03-30 2012-09-26 南方电网科学研究院有限责任公司 一种不带专用整流变压器的直流融冰装置及其保护方法
CN102856881B (zh) * 2012-09-05 2015-01-21 华北电力大学 一种全桥mmc-hvdc直流故障分类检测与保护方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1777104A1 (ru) * 1990-10-09 1992-11-23 Nii Peredache Elektroenergii P Cпocoб oпpeдeлehия mecta пobpeждehия пpи kopotkиx зamыkahияx ha лиhии элektpoпepeдaчи пoctoяhhoгo toka bыcokoгo haпpяжehия, coдepжaщeй фильtpы bыcokиx гapmohичeckиx coctabляющиx haпpяжehия
RU2300114C1 (ru) * 2006-01-19 2007-05-27 Открытое Акционерное Общество "Инженерный центр ЕЭС" Способ контроля сопротивления изоляции электрической сети постоянного тока
WO2011157305A1 (en) * 2010-06-14 2011-12-22 Abb Research Ltd Fault protection of hvdc transmission lines
WO2014071557A1 (en) * 2012-11-06 2014-05-15 Abb Technology Ltd. Vdcol control method for series mtdc system and vdcol synthesizer thereof

Also Published As

Publication number Publication date
CN106663933A (zh) 2017-05-10
RU2016151189A3 (ru) 2018-07-31
EP3138171B1 (en) 2020-02-26
EP3138171A1 (en) 2017-03-08
KR20170007823A (ko) 2017-01-20
US20170133834A1 (en) 2017-05-11
KR102007074B1 (ko) 2019-08-02
WO2015197137A1 (en) 2015-12-30
RU2016151189A (ru) 2018-07-31
US10516259B2 (en) 2019-12-24
CN106663933B (zh) 2020-03-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2664711C2 (ru) Защита в переходном режиме для мультитерминальной hdvc сети
US10732214B2 (en) Communication-less fault section identification for hybrid HVDC transmission systems
CN108603909B (zh) 用于检测电力***中的传输线路的故障的方法和装置
US7969696B2 (en) Ground fault detection and localization in an ungrounded or floating DC electrical system
CN104297627B (zh) 用于控制和保护直流海底电力***的方法和***
US10191101B2 (en) System and method for detecting ground fault in a dc system
US8884467B2 (en) System and method for protecting an electrical power grid
KR20140135795A (ko) 고장 제거 방법
CN111226363B (zh) 用于多端子混合线路中的故障区段识别的方法和装置
CN111480275B (zh) 输电线路的基于零序电流的差动保护
JP2019537701A (ja) 高信頼性の配電ネットワーク故障の検出方法、装置及び記憶媒体
Dallas et al. Teleprotection in multi-terminal HVDC supergrids
Christopher et al. Fault location for a DC zonal electrical distribution systems using active impedance estimation
CN111624444B (zh) 一种配电线路接地故障定位方法及装置
CN110596529B (zh) 柔性直流电网对地绝缘故障检测装置及***
CN109378797B (zh) 一种高压架空线断线保护识别方法
Cuzner et al. Management of ground faults in an ungrounded multi-terminal zonal DC distribution system with auctioneered loads
Molina et al. Fault detection based on ROCOV and ROCOC for multi-terminal HVDC systems
CN102096024B (zh) 一种查找电力***中的直流接地故障的方法
CN218848261U (zh) 电力***接地故障的检测***
Zhang et al. Restoration of a Meshed HVDC Grid with Non-selective Protection Strategy
Zhang et al. A Novel DC Line Fast Protection Scheme for the MTDC Grid
WO2019120517A1 (en) Phase selection using multi-terminal measurements of a transmission line

Legal Events

Date Code Title Description
PC41 Official registration of the transfer of exclusive right

Effective date: 20220114