一種柔性直流輸電系統(tǒng)直流雙極短路故障辨識(shí)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)柔性輸配電、電力電子和用戶電力技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種模塊化多電平換流器柔性直流輸電系統(tǒng)直流雙極短路故障辨識(shí)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著全控型電力電子器件的發(fā)展和電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用，基于電壓源換流器的柔性直流輸電技術(shù)日益受到重視。模塊化多電平換流器是柔性直流輸電系統(tǒng)應(yīng)用中電壓源換流器的一種，它由多個(gè)半橋子模塊按照一定的方式連接而成，通過分別控制各個(gè)子模塊IGBT組件的投入和切除狀態(tài)使換流器輸出的交流電壓逼近正弦波，實(shí)現(xiàn)能量的高效傳輸。
[0003]輸電線路是模塊化多電平換流器柔性直流輸電系統(tǒng)的重要組成部分。目前柔性直流輸電工程普遍采用電纜進(jìn)行功率傳輸，一方面使得系統(tǒng)造價(jià)大大升高，一方面直流電纜還受到直流電壓的限制，功率輸送十分有限，我國(guó)直流電纜技術(shù)也較落后；特高壓直流輸電工程均采用架空線進(jìn)行功率傳輸，但是由于傳輸距離較遠(yuǎn)，跨區(qū)地理環(huán)境復(fù)雜，直流故障率較高，數(shù)據(jù)顯示線路故障約占直流輸電系統(tǒng)故障的50%，其線路保護(hù)正確動(dòng)作切除故障也只有50%，從而導(dǎo)致不必要的直流停運(yùn)。將架空線引入到柔性直流輸電中，可以降低系統(tǒng)造價(jià)，同時(shí)提升系統(tǒng)電壓等級(jí)，提升系統(tǒng)容量，但是如何提升輸電線路故障時(shí)線路保護(hù)的正確動(dòng)作率，減少不必要的直流停運(yùn)，是一個(gè)很大的難題，而線路保護(hù)的正確動(dòng)作取決于對(duì)線路故障的快速地、準(zhǔn)確地辨識(shí)。
[0004]通常情況下，MMC-HVDC直流系統(tǒng)采用雙極對(duì)稱傳輸方式，一般而言，直流雙極短路故障常為外界機(jī)械應(yīng)力導(dǎo)致，視為永久性故障，因此一旦檢測(cè)到故障，兩端換流站將閉鎖退出運(yùn)行。中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?01210326230.8公開了一種全橋MMC-HVDC直流故障分類檢測(cè)與保護(hù)方法，針對(duì)直流雙極短路故障的判別，通過檢測(cè)正負(fù)極電壓的方式進(jìn)行判斷，若正負(fù)兩極電壓的值低于所設(shè)定的15%的閾值，則說明檢測(cè)到雙極短路故障的發(fā)生。這種判斷方法的唯一判別條件就是正負(fù)直流母線的電壓，判斷條件比較單一，很容易發(fā)生誤判現(xiàn)象。由于目前已經(jīng)出現(xiàn)很多具有直流故障穿越能力的模塊化多電平換流器拓?fù)?，比如H橋級(jí)聯(lián)型模塊化多電平換流器，在進(jìn)行直流雙極短路故障穿越時(shí)，將直流母線電壓控為零，此時(shí)僅靠著直流母線電壓進(jìn)行故障辨識(shí)，將造成誤判。另外，在系統(tǒng)發(fā)生非金屬性直流雙極短路故障時(shí)，故障點(diǎn)電阻不為零，直流母線電壓不一定會(huì)降低至15%以下，因此選擇15%作為參考閾值會(huì)出現(xiàn)漏判。因此，這種判別方式可靠性較低，為提高系統(tǒng)可靠性、保護(hù)及時(shí)性和運(yùn)維高效性，亟待提出一種高效普遍適用的模塊化多電平換流器柔性直流輸電系統(tǒng)直流單極接地故障辨識(shí)方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種柔性直流輸電系統(tǒng)直流雙極短路故障辨識(shí)方法，提高判斷直流雙極短路故障的可靠性，避免其它故障引起的錯(cuò)判和誤判。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種柔性直流輸電系統(tǒng)直流雙極短路故障辨識(shí)方法，檢測(cè)計(jì)算直流母線電壓和正、負(fù)直流母線電流，當(dāng)上述各參數(shù)同時(shí)滿足以下條件時(shí)，確定該系統(tǒng)發(fā)生直流雙極短路故障:
[0007]①直流母線電壓Udc的絕對(duì)值小于電壓比較限值U DCSset；
[0008]②正、負(fù)直流母線電流值IDCP、Idcn的絕對(duì)值均大于電流比較限值I DCSsrt。
[0009]所述直流側(cè)正、負(fù)直流母線對(duì)地電壓和正、負(fù)直流母線電流均為標(biāo)幺值的格式。
[0010]所述電壓比較限值U 0.5pu，電流比較限值I DCSset為1.5PUo
[0011]所述直流母線電壓的計(jì)算公式如下:
[0012]Udc —U Dcp-Ubcn
[0013]式中，Udcp為正直流母線對(duì)參考地電壓，Udcn為負(fù)直流母線對(duì)參考地電壓。
[0014]本發(fā)明的柔性直流輸電系統(tǒng)直流雙極短路故障辨識(shí)方法依據(jù)雙極短路斷線故障發(fā)展過程中電壓、電流的變化特性，且由于直流母線電流是根據(jù)控制系統(tǒng)的不同而變化，故選擇直流母線電壓、直流電流作為故障辨識(shí)參數(shù)，通過比較故障辨識(shí)參數(shù)與其限值的大小關(guān)系來實(shí)現(xiàn)對(duì)直流斷線故障的辨識(shí)，能夠快速、準(zhǔn)確的對(duì)模塊化多電平換流器柔性直流輸電系統(tǒng)直流雙極短路故障進(jìn)行辨識(shí)，提高故障辨識(shí)的準(zhǔn)確率，避免其它故障引起的誤判。該方法與現(xiàn)有技術(shù)的辨識(shí)方法相比更為合理，辨識(shí)故障的準(zhǔn)確度更高、速度更快。
[0015]采用數(shù)據(jù)標(biāo)么值的格式進(jìn)行對(duì)比，能夠高效且普遍適用于各種等級(jí)容量的模塊化多電平換流器柔性直流輸電系統(tǒng)。
【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明提供的直流雙極短路故障辨識(shí)流程圖；
[0017]圖2是本發(fā)明提供的直流雙極短路故障辨識(shí)相關(guān)參數(shù)檢測(cè)位置示意圖；
[0018]圖3是本發(fā)明提供的直流雙極短路故障的閥側(cè)交流場(chǎng)故障特性示意圖；
[0019]圖4是本發(fā)明提供的直流雙極短路故障的直流場(chǎng)故障特性示意圖；
[0020]圖5是本發(fā)明提供的直流雙極短路故障的故障辨識(shí)結(jié)果示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖及具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步介紹。
[0022]如圖1所示為本發(fā)明柔性直流輸電系統(tǒng)直流雙極短路故障辨識(shí)方法的流程圖，由圖可知，該方法的具體過程如下:檢測(cè)計(jì)算直流母線電壓和正、負(fù)直流母線電流，當(dāng)上述各參數(shù)同時(shí)滿足以下條件時(shí)，確定該系統(tǒng)發(fā)生直流雙極短路故障:
[0023]①直流母線電壓Udc的絕對(duì)值小于電壓比較限值U DCSset；
[0024]②正、負(fù)直流母線電流值IDCP、Idcn的絕對(duì)值均大于電流比較限值I DCSsrt。
[0025]直流雙極短路故障發(fā)生后直流電壓突降，降低程度與短路電阻有關(guān)，同時(shí)直流電流急劇增加，因此選擇直流電壓、直流電流作為雙極短路故障的辨識(shí)依據(jù)。
[0026]為提高該方法的適用性，使其可以便于在各等級(jí)容量的直流輸電系統(tǒng)中使用，本實(shí)施例中采用標(biāo)么值的形式進(jìn)行計(jì)算。標(biāo)么值是電力系統(tǒng)分析和工程計(jì)算中常用的數(shù)值標(biāo)記方法，表示各物理量及參數(shù)的相對(duì)值，單位為Pu (也可以認(rèn)為其無量綱)。標(biāo)么值是相對(duì)于某一基準(zhǔn)值而言的，同一有名值(實(shí)際值)，當(dāng)基準(zhǔn)值選取不同時(shí)，其標(biāo)么值也不同，其計(jì)算公式為:標(biāo)么值=有名值/基準(zhǔn)值，標(biāo)么值是個(gè)相對(duì)值，沒有單位。使用標(biāo)么值的好處:1)只需確定各電壓級(jí)的基準(zhǔn)值，而后直接在各自的基準(zhǔn)值下計(jì)算標(biāo)么值，不需要進(jìn)行參數(shù)和計(jì)算結(jié)果的折算；2)對(duì)于低壓系統(tǒng)，功率的標(biāo)幺值遠(yuǎn)小于I ;3)用標(biāo)幺值后，電力系統(tǒng)的元件參數(shù)比較接近，易于進(jìn)行計(jì)算和對(duì)結(jié)果的分析比較。它是用實(shí)際值除于基值，可以使得在實(shí)際計(jì)算中更加簡(jiǎn)單使得計(jì)算更快可以避免在電力公式