專利名稱：Hvdc輸電線路的故障保護(hù)的制作方法
HVDC輸電線路的故障保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明總體上涉及高壓直流(HVDC)輸電，更具體而言涉及HVDC電網(wǎng)中包括的 HVDC輸電線路的故障保護(hù)。
背景技術(shù)：
由于大規(guī)模電力輸送和電網(wǎng)互連需求的穩(wěn)定增長(zhǎng)，HVDC輸電變得越來(lái)越重要。特 別是，采用基于電壓源換流器(VSC)的HVDC輸電，可使用電纜或者架空線路傳輸電力，電纜 或者架空線路被接入高壓交流(AC)輸電網(wǎng)絡(luò)或與之重疊。HVDC輸電的一個(gè)吸引人的特征 是可以通過(guò)改變電流方向來(lái)改變輸電的方向。
HVDC電網(wǎng)包括多個(gè)VSC，也稱為端口，其轉(zhuǎn)換AC電源以便在HVDC輸電線路(即電 纜或架空線路，以及電纜和架空線路的組合)上傳輸。已知HVDC輸電線路的不同配置，如 單極、對(duì)稱單極以及雙極。例如，雙極HVDC輸電線路包括正極線路、負(fù)極線路以及接地金屬 回線。在電網(wǎng)中，每個(gè)端口均可通過(guò)HVDC輸電線路連接至多個(gè)端口，導(dǎo)致形成不同類型的 拓?fù)?。這樣的多端電網(wǎng)使得能夠進(jìn)行有效的擁塞管理并且具有改善的抗干擾的穩(wěn)定性。
用于隔離點(diǎn)對(duì)點(diǎn)HVDC連接中的線路故障的已知技術(shù)為檢測(cè)故障、阻斷換流站、以 及斷開(kāi)AC斷路器，以斷開(kāi)電流。然而，在HVDC電網(wǎng)中，需要更先進(jìn)的故障保護(hù)技術(shù)。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種比上述技術(shù)和現(xiàn)有技術(shù)更有效的替代方案。
更具體的說(shuō)，本發(fā)明的目的是提供一種高壓直流(HVDC)電網(wǎng)中改進(jìn)的故障保護(hù)。
本發(fā)明的這些和其他目的借助于具有在獨(dú)立權(quán)利要求1中限定的特征的HVDC故 障保護(hù)系統(tǒng)并且借助于在獨(dú)立權(quán)利要求13中限定用于HVDC單元的故障保護(hù)的方法來(lái)實(shí) 現(xiàn)。本發(fā)明的實(shí)施例由從屬權(quán)利要求來(lái)描述。
出于描述本發(fā)明的目的，討論限于雙極HVDC輸電線路的正極線路?？梢匀菀椎卦O(shè) 想到覆蓋整個(gè)雙極輸電線路(即包含正極和負(fù)極線路)以及其它輸電線路配置的實(shí)施例。
雙極HVDC輸電線路上可能發(fā)生的可能的故障例如為正極與負(fù)極短路、正極對(duì)地 短路以及負(fù)極對(duì)地短路。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種HVDC故障保護(hù)系統(tǒng)。該故障保護(hù)系統(tǒng)包括 HVDC單元和保護(hù)單元。HVDC單元包括直流(DC)母線，用來(lái)將至少一條HVDC輸電線路連接 至母線的裝置，以及至少一個(gè)DC斷路器。斷路器被布置為用于當(dāng)接收到跳閘信號(hào)時(shí)將所述 輸電線路從母線斷開(kāi)連接。保護(hù)單元包括電流傳感器、電壓傳感器電感器以及故障檢測(cè)單 元。電流傳感器被布置為測(cè)量流過(guò)輸電線路的電流I (t)。電壓傳感器被布置為用于測(cè)量輸 電線路和地之間的電壓U(t)。電感器或多個(gè)電感器被布置為使得流過(guò)輸電線路的電流通過(guò) 電感器。故障檢測(cè)單元被布置為用于評(píng)估在輸電線路是否存在故障以及如果在輸電線路上 檢測(cè)到故障，則向斷路器發(fā)送跳閘信號(hào)。通過(guò)從電壓、電流或電壓和電流得到至少一個(gè)故障 測(cè)量，并將故障測(cè)量與預(yù)定值比較，來(lái)實(shí)現(xiàn)輸電線路是否存在故障的評(píng)估。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種用于HVDC單元的故障保護(hù)的方法。HVDC單元包括直流(DC)母線，用來(lái)將至少一條HVDC輸電線路連接至母線的裝置，以及至少一個(gè)DC 斷路器。斷路器被布置為用于當(dāng)接收到跳閘信號(hào)時(shí)將輸電線路從母線斷開(kāi)連接。一個(gè)或多個(gè)電感器被布置為使得流過(guò)輸電線路的電流通過(guò)一個(gè)或多個(gè)電感器。所述方法包括步驟: 測(cè)量流過(guò)輸電線路的電流I (t)，測(cè)量輸電線路和地之間的電壓U(t)，評(píng)估在輸電線路上是否存在故障，以及如果在輸電線路上檢測(cè)到故障，則向斷路器發(fā)送跳閘信號(hào)。通過(guò)從電壓、 電流或者電壓和電路得到的至少一個(gè)故障測(cè)量，并且將所述故障測(cè)量與預(yù)定值比較，來(lái)實(shí)現(xiàn)評(píng)估在輸電線路上是否存在故障的步驟。
本發(fā)明利用了這樣一種認(rèn)識(shí)，可以通過(guò)布置電感器(稱作站電抗器)使得流過(guò)輸電線路的電流流過(guò)電感器，并且通過(guò)使用在評(píng)估輸電線路上是否存在故障的電流和/或電壓的測(cè)量，來(lái)獲得改進(jìn)的HVDC輸電線路的故障保護(hù)。這是有利地，因?yàn)樗ㄟ^(guò)電流和電壓測(cè)量值的方式提供了一種檢測(cè)故障并且隨后使用DC斷路器隔離故障的快速方式。用DC斷路器代替AC斷路器使得能夠隔離HVDC電網(wǎng)中單個(gè)的故障輸電線路，而不用關(guān)閉整個(gè)換流站。故障檢測(cè)足夠快，以幾毫秒階，因此可以在故障電流超出DC斷路器的斷開(kāi)限制前隔離故障。布置一個(gè)或多個(gè)電感器使得流過(guò)輸電線路的電流通過(guò)該一個(gè)電感器或多個(gè)電感器是有利的，因?yàn)楦郊与姼邢拗屏斯收想娏鞯纳仙?br> 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，電感器與輸電線路在輸電線路串聯(lián)，并且在輸電線路的末端。布置電感器使得其與輸電線路串聯(lián)是有利的，因?yàn)樗拗屏肆鬟^(guò)輸電線路的故障電流的上升。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，一個(gè)或多個(gè)電感器在DC母線中的DC斷路器串聯(lián)。布置電感器使得其與DC斷路器中的DC母線上串聯(lián)連接是有利的，因?yàn)樗拗屏肆鬟^(guò)DC母線中的的DC斷路器的故障電流的上升。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，故障檢測(cè)單元還被布置為用于按以下操作來(lái)評(píng)估在所述輸電線路上是否存在故障計(jì)算S = [U (t2) -U (ti) ] X [I (t2) -1 U1)]，，以及如果S < -S0, 則確定在輸電線路上存在故障。&和〖2是連續(xù)采樣時(shí)間，且Stl是預(yù)定正值。用以上概述的被稱為基于暫態(tài)故障保護(hù)(TBFP)技術(shù)檢測(cè)HVDC輸電線路的故障意味著捕捉由故障引起的暫態(tài)造成的在輸電線路上兩個(gè)方向傳輸?shù)男胁?。為了捕捉到該行波，電流和電壓需要采樣得足夠快?br> 根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，故障檢測(cè)單元還被布置為用于按以下操作來(lái)評(píng)估在所述輸電線路上是否存在故障在預(yù)定時(shí)間間隔At期間，如果I (t) >1(|并且如果U(t) < Utl則確定在輸電線路上存在故障。Itl和Utl均為預(yù)定正值。電壓受控定向過(guò)電流保護(hù) (VRDOP)技術(shù)是基于短路故障很短時(shí)間后通過(guò)電流和電壓傳感器所見(jiàn)的電流的增加以及電壓降。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，故障檢測(cè)單元還被布置為用于按以下操作來(lái)評(píng)估在所述輸電線路上是否存在故障對(duì)于輸電線路，定義至少兩個(gè)不同的保護(hù)區(qū)域，以及對(duì)于每個(gè)區(qū)域n，在時(shí)間間隔八儼期間，如果I(t) > /纟并且如果U(t)< C/彳，則確定輸電線路在區(qū)域η存在故障。對(duì)每個(gè)區(qū)域η的分別進(jìn)行所述確定。I卜W和八#是與區(qū)域η相關(guān)聯(lián)的預(yù)定正值。將輸電線路分割成不同的區(qū)域是有利的，因?yàn)檫@允許選擇性的故障檢測(cè)。在這種方式下，對(duì)于不同區(qū)域可以使用不同的設(shè)置。使用不同的觀察周期Atn，例如可以對(duì)于輸電線路的某些部分實(shí)現(xiàn)快速故障檢測(cè)而對(duì)于傳輸線路的其它部分提供適用于備用目的的慢速檢測(cè)。保護(hù)區(qū)域不限于輸電線路而是可以同樣覆蓋HVDC網(wǎng)絡(luò)的其它部分和元件，例如 DC斷路器或DC母線。具有不同電感值的電感器被布置在電網(wǎng)的不同位置。優(yōu)選地，在輸電線路的末端或與開(kāi)關(guān)組相連。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，故障檢測(cè)單元還被布置為用于按以下操作來(lái)評(píng) 估在所述輸電線路上是否存在故障計(jì)算
權(quán)利要求
1.一種高壓直流HVDC故障保護(hù)系統(tǒng)(200、300)，其包括 HVDC單元，所述HVDC單元包括 直流DC母線(201、301) 用于將至少一條HVDC輸電線路(202、302)連接至所述母線的裝置，以及至少一個(gè)DC斷路器(203、204、303、304)，其被布置為用于當(dāng)接收到跳閘信號(hào)時(shí)將所述輸電線路從所述母線斷開(kāi)連接，以及 保護(hù)單元(210、310),所述保護(hù)單元包括 電流傳感器(211、311、315)，其被布置為用于測(cè)量流過(guò)所述輸電線路的電流1(0， 電壓傳感器(212、312、316)，其被布置為用于測(cè)量所述輸電線路和地之間的電壓U(t), 一個(gè)電感器(213)或多個(gè)電感器(313、314)，其布置為使得流過(guò)所述輸電線路的所述電流通過(guò)所述一個(gè)電感器或多個(gè)電感器，以及故障檢測(cè)單元(220、320)，其被布置為用于 通過(guò)從所述電壓和/或所述電流得到至少一個(gè)故障測(cè)量，并且將所述故障測(cè)量與預(yù)定值比較，以評(píng)估在所述輸電線路上是否存在故障，以及 如果在所述輸電線路上檢測(cè)到故障，則向所述斷路器發(fā)送跳閘信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述電感器與所述輸電線路(202)串聯(lián)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述電感器與所述DC母線(301)串聯(lián)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述故障檢測(cè)單元還被布置為用于按以下操作來(lái)評(píng)估在所述輸電線路上是否存在故障 計(jì)算S = [U(t2)-UU1) ] X [I (t2)-1 (ti)]，其中和t2是連續(xù)采樣時(shí)間，以及 如果S < -Stl，則確定在所述輸電線路上存在故障，其中Stl是預(yù)定正值。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述故障檢測(cè)單元還被布置為用于按以下操作來(lái)評(píng)估在所述輸電線路上是否存在故障 在預(yù)定時(shí)間間隔At期間，如果I (t) >1(|并且如果U(t) < Utl，則確定在所述輸電線路上存在故障，其中Itl和U0是預(yù)定正值。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中，所述故障檢測(cè)單元還布置為用于按以下操作來(lái)評(píng)估在所述輸電線路上是否存在故障 對(duì)于所述輸電線路，定義至少兩個(gè)不同的保護(hù)區(qū)域，以及 對(duì)于每個(gè)區(qū)域n，在時(shí)間間隔八櫨期間，如果I(t)> /彳并且如果U(t)< C/纟，則分別確定在所述輸電線路上存在故障，其中K、和Atn是與區(qū)域η相關(guān)聯(lián)的預(yù)定正值。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述故障檢測(cè)單元還被布置為用于按以下操作來(lái)評(píng)估在所述輸電線路上是否存在故障
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中，所述故障檢測(cè)單元還被布置為用于按以下操作來(lái)評(píng)估在所述輸電線路是否存在故障 計(jì)算
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述系統(tǒng)，其中，所述故障檢測(cè)單元還被布置為用于按以下操作來(lái)評(píng)估在所述輸電線路上是否存在故障 如果I(t) > Itl并且U (t) < Utl，則確定在所述輸電線路上存在故障，其中Ic^PUtl是預(yù)定正值。
10.一種高壓直流HVDC開(kāi)關(guān)組，其包括根據(jù)權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)所述的故障保護(hù)系統(tǒng)。
11.一種高壓直流HVDC換流站，其包括根據(jù)權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)所述的故障保護(hù)系統(tǒng)。
12.—種高壓直流HVDC電網(wǎng)，其包括根據(jù)權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)所述的故障保護(hù)系統(tǒng)。
13.一種用于高壓直流HVDC單元的故障保護(hù)方法，所述單元包括 直流DC母線， 用于將至少一條HVDC輸電線路連接至所述母線的裝置，以及至少一個(gè)DC斷路器，其被布置為用于當(dāng)接收到跳閘信號(hào)時(shí)將所述輸電線路從所述母線斷開(kāi)連接， 其中一個(gè)電感器或多個(gè)電感器被布置為使得流過(guò)所述輸電線路的電流通過(guò)所述一個(gè)電感器或多個(gè)電感器，所述方法包括 測(cè)量流過(guò)所述輸電線路的所述電流I (t)， 測(cè)量所述輸電線路和地之間的電壓u(t)， 通過(guò)從所述電壓和/或所述電流得到至少一個(gè)故障測(cè)量，并且將所述故障測(cè)量與預(yù)定值比較，以評(píng)估在所述輸電線路上是否存在故障，以及 如果在所述輸電線路上檢測(cè)到故障，則向所述斷路器發(fā)送跳閘信號(hào)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述評(píng)估在所述輸電線路上是否存在故障的步驟包括 計(jì)算S = [U (t2) -U U1) ] X [I (t2) -1 U1)]，其中&和t2是連續(xù)采樣時(shí)間，以及 如果S < -Stl，則確定在所述輸電線路上存在故障，其中Stl是預(yù)定正值。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述評(píng)估在所述輸電線路上是否存在故障的步驟包括 在預(yù)定時(shí)間間隔At期間，如果I(t) >1(|并且如果U(t) < Utl，則確定在所述輸電線路上存在故障，其中Itl和U0是預(yù)定正值。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中，所述評(píng)估在所述輸電線路上是否存在故障的步驟還包括 對(duì)于所述輸電線路，定義至少兩個(gè)不同的保護(hù)區(qū)域，以及對(duì)于每個(gè)區(qū)域n，在時(shí)間間隔Atn期間，如果I(t)> /纟并且如果U(t)< C/?！保瑒t分別確定在所述輸電線路上存在故障，其中K、和Atn是與區(qū)域η相關(guān)聯(lián)的預(yù)定正值。
17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述評(píng)估在所述輸電線路上是否存在故障的步驟包括 計(jì)算
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中，所述評(píng)估在所述輸電線路上是否存在故障的步驟還包括
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中，所述評(píng)估在所述輸電線路上是否存在故障的步驟還包括 如果I(t) > Itl并且U (t) < Utl，則確定在所述輸電線路上存在故障，其中Ic^PUtl是預(yù)定正值。
全文摘要
提供了一種用于高壓直流HVDC輸電線路的保護(hù)系統(tǒng)(200)。該保護(hù)系統(tǒng)包括直流DC母線(201)、用于將HVDC輸電線路連接至母線的裝置(202)、至少一個(gè)被布置為用于當(dāng)接收到跳閘信號(hào)時(shí)將輸電線路從母線斷開(kāi)連接的DC斷路器(203，204)、電流(211)和電壓傳感器(212)、被布置為使流過(guò)輸電線路的電流通過(guò)其的電感器(213)、以及故障檢測(cè)單元(220)。故障檢測(cè)單元被布置為用于基于電流和/或電壓測(cè)量來(lái)評(píng)估在輸電線路上是否存在故障，以及如果在輸電線路上檢測(cè)到故障，則向斷路器發(fā)送跳閘信號(hào)。附加電感限制故障電流的上升并且促進(jìn)選擇性的故障檢測(cè)。此外，提供了一種用于HVDC輸電線路的故障檢測(cè)方法。
文檔編號(hào)H02H7/26GK103004048SQ201080067426
公開(kāi)日2013年3月27日 申請(qǐng)日期2010年9月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月14日
發(fā)明者B·伯格倫, 王建平, 潘久平, K·斯里瓦斯塔瓦, K·林登, R·紐奎 申請(qǐng)人:Abb研究有限公司