本發(fā)明涉及高壓直流輸電系統(tǒng)換流器閥組差動保護(hù)的實(shí)現(xiàn)方法，屬于高壓直流輸電及設(shè)備保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

直流輸電系統(tǒng)的保護(hù)系統(tǒng)，其主要任務(wù)是保護(hù)直流換流設(shè)備的運(yùn)行安全，快速、可靠的隔離故障，降低換流設(shè)備被損壞的風(fēng)險。目前我國正處于高壓直流大規(guī)模商業(yè)化發(fā)展階段，正進(jìn)入了特高壓、大容量時代。直流換流器的容量和電壓等級提高后，使得在發(fā)生換流器短路等內(nèi)部故障后，故障電流的上升非?？?；同時直流換流器的造價也越來越來越昂貴。因此換流系統(tǒng)內(nèi)部發(fā)生故障時對保護(hù)的可靠性和速動性提出了更高的要求。

在目前“強(qiáng)直弱交”的電網(wǎng)模式下，在交流系統(tǒng)發(fā)生故障時，如果直流保護(hù)誤動導(dǎo)致直流系統(tǒng)停運(yùn)，進(jìn)而會影響到交流系統(tǒng)故障的快速恢復(fù)，甚至對電網(wǎng)的安全穩(wěn)定造成威脅。

直流保護(hù)中配置的閥組差動保護(hù)，其保護(hù)范圍包括整個換流器，檢測換流器的接地、短路故障以及換相失敗，此外還可以檢測逆變側(cè)旁通對持續(xù)導(dǎo)通故障。如附圖1所示為現(xiàn)有技術(shù)中換流器閥組差動保護(hù)用測量點(diǎn)及保護(hù)范圍示意圖，正常運(yùn)行情況下，換流器直流側(cè)正極線電流和負(fù)極線電流、與換流變星側(cè)的電流包絡(luò)線IacY和換流變角側(cè)的電流包絡(luò)線IacD相等，通過檢測二者差流，判斷6脈動或12脈動閥組是否發(fā)生換相失敗等故障。閥組差動的保護(hù)判據(jù)為：Max(IdH,IdN)–Max(IacY,IacD)>Δ，Δ為閥組差動保護(hù)的動作門檻。

目前從多個現(xiàn)場的運(yùn)行情況來看，在正常運(yùn)行時Max(IdH,IdN)和Max(IacY,IacD)值基本相等差電流為零，但是當(dāng)交流系統(tǒng)發(fā)生故障時閥組差動存在間斷性的差流，如圖2所示為某換流站交流系統(tǒng)發(fā)生故障時閥組差動保護(hù)動作量分析圖，如果閥組差動保護(hù)采用差流積分原理，存在誤動的可能性。

另外，由于換相過程中閥側(cè)電流的過沖現(xiàn)象，在發(fā)生換流器內(nèi)部故障或換相失敗時，閥組差動的差流中會出現(xiàn)間斷性的差流降低。如果要求在閥組差動計時過程中差流一直大于動作門檻，則存在保護(hù)據(jù)動的風(fēng)險。如圖3所示Idiff為換流器內(nèi)部故障時閥組差動的差流波形，從波形上可以明顯看出差流出現(xiàn)間斷性的降低。

綜上所述，閥組差動保護(hù)如果采用差流積分的原理在交流系統(tǒng)故障時存在誤動的風(fēng)險，如果采用差流和門檻判別后直接計時的原理則在區(qū)內(nèi)故障時存在據(jù)動的風(fēng)險。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對以上問題，本發(fā)明的目的是為了提供一種基于差流波形綜合判別的閥組差動保護(hù)實(shí)現(xiàn)方法。本申請通過對差流波形進(jìn)行綜合判別配合差流和門檻的比較，可以有效防止交流系統(tǒng)故障時閥組差動保護(hù)的誤動，同時在發(fā)生區(qū)內(nèi)故障時閥組差動保護(hù)可以可靠的動作切除故障。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，可以通過采用如下技術(shù)方案達(dá)到：

一種基于差流波形綜合判別的閥組差動保護(hù)方法，在高壓直流輸電系統(tǒng)中，換流變?yōu)槿@組變壓器，換流變的換流閥Y側(cè)繞組和D側(cè)繞組分別通過一組換流閥與直流正極線和直流負(fù)極線相連；其特征在于，所述差動保護(hù)方法包括以下步驟：

步驟1：直流保護(hù)裝置對換流變閥Y側(cè)三相電流(IacYA/IacYB/IacYC)、換流變閥D側(cè)三相電流(IacDA/IacDB/IacDC)、直流極線電流(IdH、IdN)進(jìn)行采樣，得到各個電流的瞬時值，其中，IacYA為換流變閥Y側(cè)A相電流，IacYB為換流變閥Y側(cè)B相電流，IacYC為換流變閥Y側(cè)C相電流，IacDA為換流變閥D側(cè)A相電流，IacDB為換流變閥D側(cè)B相電流，IacDC為換流變閥D側(cè)C相電流，IdH為直流正極線電流，IdN為直流負(fù)極線電流；

步驟2：根據(jù)換流變閥Y側(cè)三相電流的瞬時值求得換流變閥Y側(cè)電流的包絡(luò)線電流IacY；根據(jù)換流變閥D側(cè)三相電流的瞬時值求得換流變閥D側(cè)電流的包絡(luò)線電流IacD；

步驟3：根據(jù)公式Idiff＝Max(IdH,IdN)–Max(IacY,IacD)求得閥組差動差流瞬時值；

步驟4：針對對閥組差動的差流即閥組差流判斷是否發(fā)生了區(qū)內(nèi)故障，若判斷發(fā)生了區(qū)內(nèi)故障，進(jìn)入步驟5；則判斷發(fā)生了區(qū)外交流系統(tǒng)故障，則差動保護(hù)不動作，返回步驟1；

步驟5：根據(jù)公式Max(IdH,IdN)–Max(IacY,IacD)>Δ，其中Δ為閥組差動保護(hù)的動作門檻，判斷閥組差流是否滿足差動動作判據(jù)，當(dāng)Max(IdH,IdN)–Max(IacY,IacD)>Δ時，則認(rèn)為閥組差流滿足差動動作判據(jù)，則進(jìn)入步驟6，否則，返回步驟1；

步驟6：計算閥組差流滿足差動動作判據(jù)的持續(xù)時間，如果持續(xù)時間大于預(yù)設(shè)的延時定值則進(jìn)入步驟7，否則返回步驟1；

步驟7：閥組差動保護(hù)動作，停運(yùn)直流系統(tǒng)，隔離故障。

本發(fā)明進(jìn)一步包括以下優(yōu)選方案：

在步驟2中換流變閥Y側(cè)電流包絡(luò)線IacY的計算公式為IacY＝max(|IacYA|,|IacYB|,|IacYC|)、換流變閥D側(cè)電流包絡(luò)線IacD的計算公式為IacD＝max(|IacDA|,|IacDB|,|IacDC|)；式中max指取三項中的最大值。

在步驟4中，統(tǒng)計一個設(shè)定時間周期內(nèi)差流小于差動啟動值的時間t1和差流大于差動啟動值的時間t2；設(shè)若k小于預(yù)設(shè)占空比閾值DRatio，若判斷發(fā)生了區(qū)內(nèi)故障。

在步驟4中，一個設(shè)定時間周期取10ms～30ms，差動啟動值通常取0.1Id_nom，Id_nom為直流極線額定電流；占空比閾值DRatio取0.05～0.15。優(yōu)選設(shè)定時間周期為20ms，優(yōu)選占空比閾值DRatio為0.1。

在步驟5中，差動保護(hù)動作門檻Δ取0.1～0.4Id_nom，Id_nom為直流極線額定電流。

在步驟6中，預(yù)設(shè)的延時定值范圍為0.02s～3s。

當(dāng)差動保護(hù)動作門檻取0.1～0.2Id_nom，預(yù)設(shè)的延時定值取2.3～3s；

當(dāng)差動保護(hù)動作門檻取0.2～0.4Id_nom時，預(yù)設(shè)的延時定值取0.1～0.04s。

本申請具有如下突出的有益效果：

1、通過對閥組差動差流波形的綜合判別，識別出是在區(qū)內(nèi)故障還是區(qū)外故障，可以有效防止交流系統(tǒng)故障產(chǎn)生間斷差流時導(dǎo)致的閥組差動保護(hù)誤動作

2、在發(fā)生換流器內(nèi)部故障時，由于差流間斷時間非常短，閥組差動保護(hù)可以很快的識別出故障并停運(yùn)直流系統(tǒng)隔離故障。

附圖說明

圖1為現(xiàn)有技術(shù)中換流器閥組差動保護(hù)用測量點(diǎn)及保護(hù)范圍示意圖；

圖2為現(xiàn)有技術(shù)中某換流站交流系統(tǒng)故障時閥組差動保護(hù)動作量分析圖；

圖3為現(xiàn)有技術(shù)中某換流器內(nèi)部故障時閥組差動保護(hù)動作量分析圖；

圖4為本申請基于差流波形綜合判別的常規(guī)直流閥組差動保護(hù)方法流程示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合說明書附圖對本申請的技術(shù)方案做進(jìn)一步詳細(xì)介紹。

本申請公開的基于差流波形綜合判別的常規(guī)直流閥組差動保護(hù)方法，通過對閥組差動差流的波形進(jìn)行綜合判別配合閥組差動差流和門檻的比較，可以有效防止交流系統(tǒng)故障時閥組差動保護(hù)的誤動，同時在發(fā)生區(qū)內(nèi)故障時閥組差動保護(hù)可以可靠的動作切除故障。

參照圖4，本申請公開的基于差流波形綜合判別的常規(guī)直流閥組差動保護(hù)方法，包括：通過差流小于差動啟動值的時間和差流大于差動啟動值的時間的比值來確定故障位置是否在區(qū)內(nèi)，如果故障發(fā)生在區(qū)內(nèi)則差動保護(hù)可以快速動作，否則差動保護(hù)立即返回。因此本方法可以有效防止交流系統(tǒng)故障時閥組差動保護(hù)的誤動，同時在發(fā)生區(qū)內(nèi)故障時閥組差動保護(hù)可以可靠的動作切除故障。

步驟1：直流保護(hù)裝置對換流變閥Y側(cè)三相電流(IacYA/IacYB/IacYC)、換流變閥D側(cè)三相電流(IacDA/IacDB/IacDC)、直流極線電流(IdH、IdN)進(jìn)行采樣，得到各個電流的瞬時值，其中，IacYA為換流變閥Y側(cè)A相電流，IacYB為換流變閥Y側(cè)B相電流，IacYC為換流變閥Y側(cè)C相電流，IacDA為換流變閥D側(cè)A相電流，IacDB為換流變閥D側(cè)B相電流，IacDC為換流變閥D側(cè)C相電流，IdH為直流正極線電流，IdN為直流負(fù)極線電流；

步驟2：根據(jù)換流變閥Y側(cè)三相電流的瞬時值求得換流變閥Y側(cè)電流的包絡(luò)線電流IacY；根據(jù)換流變閥D側(cè)三相電流的瞬時值求得換流變閥D側(cè)電流的包絡(luò)線電流IacD；換流變閥Y側(cè)電流包絡(luò)線IacY的計算公式為IacY＝max(|IacYA|,|IacYB|,|IacYC|)、換流變閥D側(cè)電流包絡(luò)線IacD的計算公式為IacD＝max(|IacDA|,|IacDB|,|IacDC|)。式中max指取三項中的最大值；

步驟3：根據(jù)公式Idiff＝Max(IdH,IdN)–Max(IacY,IacD)求得閥組差動差流瞬時值；

步驟4：對閥組差動的差流(以下簡稱差流)進(jìn)行綜合判別，統(tǒng)計一個時間周期內(nèi)差流小于差動啟動值的時間t1和差流大于差動啟動值的時間t2；設(shè)若k小于預(yù)設(shè)占空比閾值DRatio則判為發(fā)生了區(qū)內(nèi)故障，進(jìn)入步驟5；否則判斷為發(fā)生了區(qū)外交流系統(tǒng)故障，差動保護(hù)不動作，返回步驟1。

一個設(shè)定時間周期取10ms～30ms，差動啟動值通常取0.1Id_nom，Id_nom為直流極線額定電流；占空比閾值DRatio取0.05～0.15。

在本申請實(shí)施例中，設(shè)定時間周期通常取優(yōu)選值20ms，差動啟動值通常取優(yōu)選值0.1Id_nom；占空比閾值DRatio通常取優(yōu)選值0.1。

步驟5：根據(jù)公式Max(IdH,IdN)–Max(IacY,IacD)>Δ，判斷閥組差流是否滿足差動動作判據(jù)，當(dāng)Max(IdH,IdN)–Max(IacY,IacD)>Δ時，則認(rèn)為閥組差流滿足差動動作判據(jù)，則進(jìn)入步驟6，否則，返回步驟1；Δ為差動保護(hù)動作門檻，通常取0.1～0.4Id_nom。

步驟6：計算閥組差流滿足差動動作判據(jù)的持續(xù)時間，如果持續(xù)時間大于預(yù)設(shè)的延時定值則進(jìn)入步驟7，否則返回步驟1。

其中，預(yù)設(shè)的延時定值范圍為0.02s～3s。在本申請的實(shí)施例中，當(dāng)差動門檻取取00.2Id_nom時，延時考慮和交流系統(tǒng)保護(hù)相配合取較長延時，比如2.3s；當(dāng)差動門檻取0.4Id_nom時，延時考慮保護(hù)主設(shè)備考慮取較短延時，比如0.04s。

步驟7：閥組差動保護(hù)動作，停運(yùn)直流系統(tǒng)，隔離故障。

上述各實(shí)施例僅用于說明本申請的實(shí)現(xiàn)方案，各部件之間的連接和拓?fù)涠际强梢杂兴兓模哺鶕?jù)本申請的技術(shù)原理對個別部件的連接和拓?fù)溥M(jìn)行的改進(jìn)和等同變換，均不應(yīng)排除在本申請的保護(hù)范圍之外。