一種模塊化多電平換流器的繼電保護方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本申請公開了一種模塊化多電平換流器的繼電保護方法及系統(tǒng)，首先由獲取模塊化多電平換流器的閥側三相電壓計算得到閥側不平衡電壓，然后由閥側不平衡電壓分別計算出基波電壓分量、三倍頻電壓分量和基波含量變化量分量，通過比較基波電壓分量、三倍頻電壓分量與三個預設定值的大小關系，判斷模塊化多電平換流器閥側是否發(fā)生故障，從而確定是否實施保護動作?？梢钥闯?，本發(fā)明提供的模塊化多電平換流器的繼電保護方法及系統(tǒng)實現(xiàn)了對模塊化多電平換流器的繼電保護，從而解決了現(xiàn)有技術中的難題。
【專利說明】一種模塊化多電平換流器的繼電保護方法及系統(tǒng)
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及繼電保護【技術領域】，更具體的說，涉及一種模塊化多電平換流器的繼電保護方法及系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]傳統(tǒng)的直流輸電系統(tǒng)中，閥側不平衡電壓的換流器繼電保護采用基波零序電壓，當計算得到的零序電壓大于整定值時保護動作。
[0003]為適應電力系統(tǒng)的發(fā)展需求，傳統(tǒng)的直流輸電系統(tǒng)已無法滿足電力系統(tǒng)的發(fā)展需求,此時多端柔性直流輸電系統(tǒng)應運而生。多端柔性直流輸電系統(tǒng)不同于傳統(tǒng)的直流輸電系統(tǒng)，相比傳統(tǒng)的直流輸電系統(tǒng)僅具有兩端而言，多端柔性直流輸電系統(tǒng)為至少具備三端的多終端輸電系統(tǒng)，因此，更能滿足電力系統(tǒng)的發(fā)展需求。多端柔性直流輸電系統(tǒng)采用的模塊化多電平換流器的工作原理和傳統(tǒng)的直流輸電系統(tǒng)中換流器的工作原理有很大的不同，因此傳統(tǒng)的直流輸電系統(tǒng)中的換流器的繼電保護原理并不適用于模塊化多電平換流器。
[0004]綜上可以看出，如何提供一種模塊化多電平換流器的繼電保護方法及系統(tǒng)是本領域技術人員亟待解決的技術問題。
【發(fā)明內容】
[0005]有鑒于此，本發(fā)明提供一種模塊化多電平換流器的繼電保護方法及系統(tǒng)，以實現(xiàn)對模塊化多電平換流器的繼電保護。
[0006]一種模塊化多電平換流器的繼電保護方法，包括:
[0007]獲取模塊化多電平換流器的閥側三相電壓；
[0008]利用所述閥側三相電壓計算得到閥側不平衡電壓3? ；
[0009]對所述閥側不平衡電壓3?進行傅里葉分解得到基波電壓分量3U&和三倍頻電壓分量3U0Sh ；
[0010]將所述基波電壓分量3^帶入公式 A3UQb(t) = 3Uob(t)-3Uob[t-f/(2X50Xn)],計算得到基波含量變化量分量Λ 3U.其中，式中t為當前采樣時刻點，f為采樣頻率，η為計算數(shù)據(jù)窗；
[0011]若所述基波電壓分量3U&超過第一預設定值，則啟動繼電保護裝置并展寬預設時間段；
[0012]在所述繼電保護裝置啟動的情況下，若基波電壓分量3U&超過第二預設定值且所述三倍頻電壓分量3U.低于第三預設定值，則經過預設整定時間段控制保護動作。
[0013]優(yōu)選的，所述閥側三相電壓為閥側電壓互感器測量的三相電壓。
[0014]優(yōu)選的,所述第一預設定值的取值范圍為0.lpu-1.0pu0
[0015]優(yōu)選的，所述第二預設定值的取值范圍為0.lpu-1.0pu0
[0016]優(yōu)選的，所述第三預設定值的取值范圍為0.lpu-0.5pu。
[0017]一種模塊化多電平換流器的繼電保護系統(tǒng)，包括:
[0018]獲取單元，用于獲取模塊化多電平換流器的閥側三相電壓；
[0019]第一計算單元，用于利用所述閥側三相電壓計算得到閥側不平衡電壓3? ；
[0020]分解單元，用于對所述閥側不平衡電壓3?進行傅里葉分解得到基波電壓分量3U0b和三倍頻電壓分量3UQ3h ；
[0021]第二計算單元，用于將所述基波電壓分量3U&帶入公式Λ 3U0b(t)=3U0b (t) -3U0b [t-f/(2 X 50 X n)]，計算得到基波含量變化量分量Λ 3U0b,其中，式中t為當前采樣時刻點，f為采樣頻率，η為計算數(shù)據(jù)窗；
[0022]啟動單元，用于若所述基波電壓分量3U&超過第一預設定值，則啟動繼電保護裝置并展寬預設時間段；
[0023]控制單元，用于在所述繼電保護裝置啟動的情況下，若基波電壓分量3U&超過第二預設定值且所述三倍頻電壓分量3υ_低于第三預設定值，則經過預設整定時間段控制保護動作。
[0024]優(yōu)選的，所述閥側三相電壓為閥側電壓互感器測量的三相電壓。
[0025]優(yōu)選的，所述第一預設定值的取值范圍為0.lpu-1.0pu0
[0026]優(yōu)選的，所述第二預設定值的取值范圍為0.lpu-1.0pu0
[0027]優(yōu)選的，所述第三預設定值的取值范圍為0.lpu-0.5pu。
[0028]從上述的技術方案可以看出，本發(fā)明提供了一種模塊化多電平換流器的繼電保護方法及系統(tǒng)，首先由獲取模塊化多電平換流器的閥側三相電壓計算得到閥側不平衡電壓，然后由閥側不平衡電壓分別計算出基波電壓分量、三倍頻電壓分量和基波含量變化量分量，通過比較基波電壓分量、三倍頻電壓分量與三個預設定值的大小關系，判斷模塊化多電平換流器閥側是否發(fā)生故障，從而確定是否實施保護動作。可以看出，本發(fā)明提供的模塊化多電平換流器的繼電保護方法及系統(tǒng)實現(xiàn)了對模塊化多電平換流器的繼電保護，從而解決了現(xiàn)有技術中的難題。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0029]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)提供的附圖獲得其他的附圖。
[0030]圖1為本發(fā)明實施例公開的一種模塊化多電平換流器的繼電保護方法流程圖；
[0031]圖2為本發(fā)明實施例公開的一種模塊化多電平換流器的繼電保護系統(tǒng)的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0032]下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0033]本發(fā)明實施例公開了一種模塊化多電平換流器的繼電保護方法及系統(tǒng)，以實現(xiàn)對模塊化多電平換流器的繼電保護。
[0034]參見圖1，本發(fā)明實施例公開的一種模塊化多電平換流器的繼電保護方法流程圖，包括步驟:
[0035]步驟S11、獲取模塊化多電平換流器的閥側三相電壓；
[0036]其中，模塊化多電平換流器是一種新型的電壓變換電路，它通過將多個子模塊級聯(lián)的方式，可以疊加輸出很高的電壓，并且還具有輸出諧波少、模塊化程度高等特點。
[0037]需要說明的是，閥側三相電壓為閥側電壓互感器測量的三相電壓，而非電壓互感器開口的三角電壓。
[0038]步驟S12、利用所述閥側三相電壓計算得到閥側不平衡電壓3? ；
[0039]具體的，閥側三相電壓包括:閥側A相電壓UA、閥側B相電壓Ub和閥側C相電壓Uc，閥側不平衡電壓3?的計算公式參見公式(I):
[0040]3U0 = UA+UB+UC (I)。
[0041 ] 步驟S13、對所述閥側不平衡電壓3?進行傅里葉分解得到基波電壓分量3U&和三倍頻電壓分量3UQ3h ；
[0042]步驟S14、將所述基波電壓分量3U&帶入公式(2)，計算得到基波含量變化量分量Λ 3U0b ；
[0043]Δ 3U0b (t) = 3U0b (t) -3U0b [t-f/(2 X 50 X n) ] (2)，
[0044]其中，式中t為當前采樣時刻點，f為采樣頻率，η為計算數(shù)據(jù)窗。
[0045]步驟S15、判斷所述基波電壓分量3U&是否超過第一預設定值，如果是，則執(zhí)行步驟 S16 ；
[0046]其中，第一預設定值的取值范圍為0.lpu-1.0pu，在實際應用中，第一預設定值的具體取值依據(jù)實際需要而定，本發(fā)明在此不做限定。
[0047]步驟S16、啟動繼電保護裝置并展寬預設時間段；
[0048]需要說明的一點是，當繼電保護裝置的采樣頻率固定時，計算數(shù)據(jù)窗的數(shù)值不同，繼電保護裝置的保護啟動速度將不同。
[0049]步驟S17、在繼電保護裝置啟動的情況下，判斷基波電壓分量3U&是否超過第二預設定值且三倍頻電壓分量3U.是否低于第三預設定值，如果是，則執(zhí)行步驟S18 ；
[0050]其中，第二預設定值的取值范圍為0.lpu-1.0pu，第三預設定值的取值范圍為0.lpu-0.5pu，第二預設值和第三預設值的具體取值依據(jù)實際需要而定，本發(fā)明在此不做限定。
[0051]步驟S18、經過預設整定時間段控制保護動作。
[0052]其中，預設整定時間段依據(jù)實際需要而定。
[0053]需要說明的是，正常情況下，多端柔性直流輸電系統(tǒng)的模塊化多電平換流器閥側在有源高壓直流輸電(High-Voltage Direct Current,HVDC)不控充電初始時刻,產生不平衡電壓的三倍頻電壓分量，隨著充電時間的延長，三倍頻電壓分量逐漸降低，在模塊化多電平換流器解鎖后三倍頻電壓分量消失。
[0054]而無論在模塊化多電平換流器不控充電還是解鎖后時刻，模塊化多電平換流器發(fā)生區(qū)內接地故障或區(qū)外接地故障時，三倍頻電壓分量均消失，同時產生大量不平衡電壓的基波電壓分量，且區(qū)內接地故障時產生的基波電壓分量遠大于區(qū)外故障時產生的基波電壓分量，所以通過區(qū)分不平衡電壓的三倍頻電壓分量和基波電壓分量的大小就可以判斷模塊化多電平換流器閥側是否發(fā)生接地故障。
[0055]另一方面，在模塊化多電平換流器有源HVDC充電完成時，充電電阻旁路刀閘會閉合，通常三相刀閘合閘時間會不同步，合閘的不同步將產生環(huán)流閥不平衡電壓，此不平衡電壓中含有電壓基波分量和三次諧波分量，因此，通過合理的選擇第二預設定值和第三預設定值，可以躲過此不平衡電壓，使保護不會誤動。
[0056]綜上可以看出，本發(fā)明首先由獲取模塊化多電平換流器的閥側三相電壓計算得到閥側不平衡電壓，然后由閥側不平衡電壓分別計算出基波電壓分量、三倍頻電壓分量和基波含量變化量分量，通過比較基波電壓分量、三倍頻電壓分量與三個預設定值的大小關系，判斷模塊化多電平換流器閥側是否發(fā)生故障，從而確定是否實施保護動作?？梢钥闯?，本發(fā)明提供的模塊化多電平換流器的繼電保護方法實現(xiàn)了對模塊化多電平換流器的繼電保護，從而解決了現(xiàn)有技術中的難題。
[0057]而且，相比傳統(tǒng)的直流輸電系統(tǒng)采用基波零序電壓保護原理而言，本發(fā)明還可以區(qū)分閥側區(qū)內接地故障和正常不控充電運行狀態(tài)，因此可靠性更高。
[0058]與上述方法實施例相對應，本發(fā)明還提供了一種模塊化多電平換流器的繼電保護系統(tǒng)。
[0059]參見圖2，本發(fā)明實施例公開的一種模塊化多電平換流器的繼電保護系統(tǒng)的結構示意圖，包括:
[0060]獲取單元21，用于獲取模塊化多電平換流器的閥側三相電壓；
[0061]其中，模塊化多電平換流器是一種新型的電壓變換電路，它通過將多個子模塊級聯(lián)的方式，可以疊加輸出很高的電壓，并且還具有輸出諧波少、模塊化程度高等特點。
[0062]需要說明的是，閥側三相電壓為閥側電壓互感器測量的三相電壓，而非電壓互感器開口的三角電壓。
[0063]第一計算單元22，用于利用所述閥側三相電壓計算得到閥側不平衡電壓3U。；
[0064]具體的，閥側三相電壓包括:閥側A相電壓UA、閥側B相電壓Ub和閥側C相電壓Uc，閥側不平衡電壓3?的計算公式參見公式(I):
[0065]3U0 = UA+UB+UC (I)。
[0066]分解單元23，用于對所述閥側不平衡電壓3?進行傅里葉分解得到基波電壓分量3U0b和三倍頻電壓分量3UQ3h ；
[0067]第二計算單元24，用于將所述基波電壓分量3^帶入公式厶3^(0 =3U0b (t) -3U0b [t-f/(2 X 50 X η)]，計算得到基波含量變化量分量Λ 3U0b,其中，式中t為當前采樣時刻點，f為采樣頻率，η為計算數(shù)據(jù)窗；
[0068]啟動單元25，用于若所述基波電壓分量3U&超過第一預設定值，則啟動繼電保護裝置并展寬預設時間段；
[0069]其中，第一預設定值的取值范圍為0.lpu-1.0pu，在實際應用中，第一預設定值的具體取值依據(jù)實際需要而定，本發(fā)明在此不做限定。
[0070]需要說明的一點是，當繼電保護裝置的采樣頻率固定時，計算數(shù)據(jù)窗的數(shù)值不同，繼電保護裝置的保護啟動速度將不同。
[0071]控制單元26，用于在所述繼電保護裝置啟動的情況下，若基波電壓分量3U&超過第二預設定值且所述三倍頻電壓分量3υ_低于第三預設定值，則經過預設整定時間段控制保護動作。
[0072]其中，第二預設定值的取值范圍為0.lpu-1.0pu，第三預設定值的取值范圍為0.lpu-0.5pu，第二預設值和第三預設值的具體取值依據(jù)實際需要而定，本發(fā)明在此不做限定。同樣，預設整定時間段依據(jù)實際需要而定。
[0073]需要說明的是，正常情況下，多端柔性直流輸電系統(tǒng)的模塊化多電平換流器閥側在有源高壓直流輸電(High-Voltage Direct Current,HVDC)不控充電初始時刻,產生不平衡電壓的三倍頻電壓分量，隨著充電時間的延長，三倍頻電壓分量逐漸降低，在模塊化多電平換流器解鎖后三倍頻電壓分量消失。
[0074]而無論在模塊化多電平換流器不控充電還是解鎖后時刻，模塊化多電平換流器發(fā)生區(qū)內接地故障或區(qū)外接地故障時，三倍頻電壓分量均消失，同時產生大量不平衡電壓的基波電壓分量，且區(qū)內接地故障時產生的基波電壓分量遠大于區(qū)外故障時產生的基波電壓分量，所以通過區(qū)分不平衡電壓的三倍頻電壓分量和基波電壓分量的大小就可以判斷模塊化多電平換流器閥側是否發(fā)生接地故障。
[0075]另一方面，在模塊化多電平換流器有源HVDC充電完成時，充電電阻旁路刀閘會閉合，通常三相刀閘合閘時間會不同步，合閘的不同步將產生環(huán)流閥不平衡電壓，此不平衡電壓中含有電壓基波分量和三次諧波分量，因此，通過合理的選擇第二預設定值和第三預設定值，可以躲過此不平衡電壓，使保護不會誤動。
[0076]綜上可以看出，本發(fā)明首先由獲取模塊化多電平換流器的閥側三相電壓計算得到閥側不平衡電壓，然后由閥側不平衡電壓分別計算出基波電壓分量、三倍頻電壓分量和基波含量變化量分量，通過比較基波電壓分量、三倍頻電壓分量與三個預設定值的大小關系，判斷模塊化多電平換流器閥側是否發(fā)生故障，從而確定是否實施保護動作?？梢钥闯?，本發(fā)明提供的模塊化多電平換流器的繼電保護系統(tǒng)實現(xiàn)了對模塊化多電平換流器的繼電保護，從而解決了現(xiàn)有技術中的難題。
[0077]而且，相比傳統(tǒng)的直流輸電系統(tǒng)采用基波零序電壓保護原理而言，本發(fā)明還可以區(qū)分閥側區(qū)內接地故障和正常不控充電運行狀態(tài)，因此可靠性更高。
[0078]本說明書中各個實施例采用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。
[0079]對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業(yè)技術人員能夠實現(xiàn)或使用本發(fā)明。對這些實施例的多種修改對本領域的專業(yè)技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。
【權利要求】
1.一種模塊化多電平換流器的繼電保護方法，其特征在于，包括: 獲取模塊化多電平換流器的閥側三相電壓； 利用所述閥側三相電壓計算得到閥側不平衡電壓3? ； 對所述閥側不平衡電壓3?進行傅里葉分解得到基波電壓分量3U&和三倍頻電壓分量3U03h ； 將所述基波電壓分量3U&帶入公式Λ 3U0b(t) = SKO-SUcJt-f/OXSOXn)]，計算得到基波含量變化量分量Λ 3U.其中，式中t為當前采樣時刻點，f為采樣頻率，η為計算數(shù)據(jù)窗； 若所述基波電壓分量3U&超過第一預設定值，則啟動繼電保護裝置并展寬預設時間段； 在所述繼電保護裝置啟動的情況下，若基波電壓分量3U&超過第二預設定值且所述三倍頻電壓分量3υ_低于第三預設定值，則經過預設整定時間段控制保護動作。
2.根據(jù)權利要求1所述的繼電保護方法，其特征在于，所述閥側三相電壓為閥側電壓互感器測量的三相電壓。
3.根據(jù)權利要求1所述的繼電保護方法，其特征在于，所述第一預設定值的取值范圍為 0.lpu-1.0pu0
4.根據(jù)權利要求1所述的繼電保護方法，其特征在于，所述第二預設定值的取值范圍為 0.lpu-1.0pu0
5.根據(jù)權利要求1所述的繼電保護方法，其特征在于，所述第三預設定值的取值范圍為 0.lpu-0.5pu。
6.—種模塊化多電平換流器的繼電保護系統(tǒng),其特征在于,包括: 獲取單元，用于獲取模塊化多電平換流器的閥側三相電壓； 第一計算單元，用于利用所述閥側三相電壓計算得到閥側不平衡電壓3? ； 分解單元，用于對所述閥側不平衡電壓3?進行傅里葉分解得到基波電壓分量3U&和三倍頻電壓分量3UQ3h ； 第二計算單元，用于將所述基波電壓分量SUcib帶入公式Λ= 3U0b(t)-3U0b[t-f/(2 X 50 Xη)]，計算得到基波含量變化量分量Λ 3U&，其中，式中t為當前采樣時刻點，f為采樣頻率，η為計算數(shù)據(jù)窗； 啟動單元，用于若所述基波電壓分量3U&超過第一預設定值，則啟動繼電保護裝置并展寬預設時間段； 控制單元，用于在所述繼電保護裝置啟動的情況下，若基波電壓分量3U&超過第二預設定值且所述三倍頻電壓分量3υ_低于第三預設定值，則經過預設整定時間段控制保護動作。
7.根據(jù)權利要求6所述的繼電保護系統(tǒng)，其特征在于，所述閥側三相電壓為閥側電壓互感器測量的三相電壓。
8.根據(jù)權利要求6所述的繼電保護系統(tǒng)，其特征在于，所述第一預設定值的取值范圍為 0.lpu-1.0pu0
9.根據(jù)權利要求6所述的繼電保護系統(tǒng)，其特征在于，所述第二預設定值的取值范圍為 0.lpu-1.0pu0
10.根據(jù)權利要求6所述的繼電保護系統(tǒng)，其特征在于，所述第三預設定值的取值范圍為 0.lpu-0.5pu0
【文檔編號】H02H7/122GK104242250SQ201410541451
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年10月14日 優(yōu)先權日:2014年10月14日
【發(fā)明者】趙曉明, 華文, 黃曉明, 王松, 陸羿, 裘鵬, 楊濤, 吳俊 , 丁峰, 方芳, 舒鵬, 孫文文, 柯人觀, 夏利鋼, 賀軍, 梁海東 申請人:國家電網公司, 國網浙江省電力公司電力科學研究院