一种降低交直流串联系统中距离保护误动率的三相重合时序整定方法技术方案

本发明专利技术涉及一种降低交直流串联系统中距离保护误动率的三相重合时序整定方法，属于电力系统保护技术领域。交直流串联系统中，交流线路发生三相短路对称故障，首先根据熄弧角判断是否发生换相失败，若发生换相失败，则直接计算直流系统等值阻抗；若未发生换相失败，则在逆变侧最常见的定关断角控制方式下计算直流系统的等值阻抗。将直流系统等值阻抗分别代入故障线路首、末端重合时，与之并联的健全线路首、末端距离保护的测量阻抗的计算表达式中，得到不同重合时序下测量阻抗值，通过比较首、末端重合时距离保护测量阻抗的大小，得出降低交直流串联系统中距离保护误动率的三相重合时序方案。大量仿真结果表明，本发明专利技术效果良好。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种降低交直流串联系统中距离保护误动率的三相重合时序整定方 法，属于电力系统保护

技术介绍
交直流串联系统中，换流器的换相失败是直流系统最常见的故障之一。换相失败 不仅影响直流系统安全稳定运行，而且也会影响受端交流系统中保护特性的不正确动作。 2003年以来南方电网就先后发生两起因天广直流和三广直流换相失败，引发交流线路保护 发生误动。目前，研究认为导致换相失败的因素主要包括熄弧角过小、交流电压大幅度下 降、越前触发角过小以及线电压过零点漂移等。 造成换相失败的因素很多，而换相失败又很有可能导致交流系统继电保护的不正 确动作。换流站逆变侧交流线路发生故障时，直流系统等值阻抗很大，此时整流侧系统阻抗 和整定阻抗的比值变大，会对工频变化量距离保护造成很大的影响，甚至没有动作保护范 围。 作为提高电力系统并列运行的稳定性和可靠性的有效措施，自动重合闸已得到广 泛应用。实际中通常由线路首、末端轮换投入无压检定首先重合以解决永久故障时线路两 侧断路器工作条件不对等的问题。重合时序对交直流电力系统的暂态功角、电压稳定性和 重合闸过电压有一定的影响。在交直流串联系统中，特别是逆变侧近端的交流输电线路发 生故障时，重合闸的投入时序可影响到换相失败的发生概率，进而影响到交流系统距离保 护的正确动作。
技术实现思路
本专利技术的目的是利用最佳的重合时序降低交直流串联系统中距离保护发生的误 动率，提出，用以解 决上述问题。 本专利技术的技术方案是：一种降低交直流串联系统中距离保护误动率的三相重合时 序整定方法，具体实现按以下步骤进行： (1)交直流串联系统中逆变侧交流线路发生三相短路故障时，若逆变器熄弧角 γ〈15°，判断为发生换相失败，转入步骤（2);若熄弧角γ>15°，则未发生换相失败，转入 步骤（3)。 (2)据式（1)计算直流系统发生换相失败时，直流系统等值阻抗Zd。： 式中，JT为圆周率，β为越前触发角，γ为关断角，λ为换相失败后直流电流直 流分量相当于正常运行时的倍数，id。.^为正常运行时的直流电流，u为正常运行状态下逆 变侧换流母线电压，Au为逆变侧换流母线电压故障分量。 (3)未发生换相失败时，遭受扰动后，逆变侧通常处于定关断角控制方式，据式 (2)计算直流系统等值阻抗Z d。：⑵ 式中，X u为换相电抗，η τ为换流变压器变比。 (4)线路首端重合 1)将直流系统等值阻抗Zd。代入式（3)，计算故障线路首端投入三相重合闸时，与 之并联的健全线路首端距离保护的测量阻抗Z nil:(3) 式中，xsl、xs2分别为整流侧和逆变侧系统电抗，X U为健全线路L屈电抗，X Uk为故 障点距线路首端的电抗，Xm= X ilk，X1为线路单位电抗，I 故障点距线路首端的距离。 ①若熄弧角γ〈15°，即发生换相失败，则将式（1)所示直流系统等值阻抗Zd。代 入式（3)，得到发生换相失败时健全线路首端距离保护的测量阻抗Z nil，示于式（4): ②若熄弧角γ >15°，即未发生换相失败，则式（2)所示直流系统等值阻抗Zd。代 入式（3)，得到定关断角控制方式下健全线路首端距离保护的测量阻抗Z nil，示于式（5): 2)将直流系统等值阻抗Zd。代入式（6)，计算故障线路首端投入三相重合闸时，与 之并联的健全线路末端距离保护测量阻抗Z ni2:C6) ①若熄弧角γ〈15°，即发生换相失败，则将式（1)所示直流系统等值阻抗Zd。代 入式（6)，得到发生换相失败时健全线路末端距离保护测量阻抗Z ni2，示于式（7): ②若熄弧角γ >15°，即未发生换相失败，将式（2)所示直流系统等值阻抗Zd。代 入式（6)，得到定关断角控制下健全线路末端距离保护测量阻抗Z ni2，示于式（8): .(8) (5)线路末端重合 1)将直流系统等值阻抗zd。代入式（9)，计算故障线路末端投入三相重合闸时，与 之并联的健全线路首端距离保护的测量阻抗Z ni/ :(9) 式中，k2k'为故障点距线路末端的电抗，=X1 (l2-lk)，I2为故障线路长度。 ①若熄弧角γ〈15°，即发生换相失败，则将式（1)所示直流系统等值阻抗Zd。代 入式（9)，得到发生换相失败时健全线路首端距离保护的测量阻抗Z nil'，示于式（10): ②若熄弧角γ >15°，即未发生换相失败，将式（2)所示直流系统等值阻抗Zd。代 入式（9)，得到定关断角控制下健全线路首端距离保护的测量阻抗Z nil'，示于式（11): 2)将直流系统等值阻抗Zd。代入式（12)，计算故障线路末端投入三相重合闸时，与 之并联的健全线路末端距离保护测量阻抗zj :C12) ①若熄弧角γ〈15°，即发生换相失败，则将式（1)所示直流系统等值阻抗Zd。代 入式（12)，得到发生换相失败时健全线路末端距离保护测量阻抗Z ni2'，示于式（13): ②若熄弧角γ >15°，即未发生换相失败，将式（2)所示直流系统等值阻抗Zd。代 入式（12)，得到定关断角控制下健全线路末端距离保护测量阻抗Z ni2'，示于式（14): (6)降低健全线路首端距离保护误动率的重合时序方案 比较2"11和2"1/，若 2"11>2"1/，则由故障线路首端先投入三相重合闸，可降低健全 线路首端距离保护误动率；反之，由故障线路末端先重合，健全线路首端距离保护误动可能 性下降。 (7)降低健全线路末端距离保护误动率的重合时序方案 比较Zni2和ζ J，则由线路首端先投入三相重合闸，可降低健全线路 末端距离保护误动率；反之，由故障线路末端先重合，健全线路末端距离保护误动可能性下 降。 本专利技术的原理是： 1.不同重合时序下保护的测量阻抗 采用如图1所示的交直流串联系统，当线路L2I距首端1 ,处发生三相短路故障， 故障线路两端跳闸后，分析健全线路L1在故障线路采用不同重合时序时的测量阻抗。 故障线路L2首端先重合，系统的等值电路图如图2所示，此时相当于L2I同时发 生了末端断线和l k&发生三相短路的双重故障；由电路基本定律推导得到线路1^首端距离 保护测量阻抗zml和末端距离保护测量阻抗z m2的表达式，如式（15)、（16)所示。 (15) (16) 式中，xsl、xs2分别为整流侧和逆变侧系统电抗，z d。为直流系统等值阻抗，X u为健 全线路1^的电抗，X 为故障点距线路首端的电抗，X Uk= X ilk，X1为线路单位电抗，I k为故 障点距线路首端的距离。 当故障线路末端先重合时，系统的等值电路图如图3所示，此时相当于在故障线 路L2上发生了首端断线和1 ,处三相短路的双重故障，推导出健全线路L 1首端阻抗z '和 末端阻抗Zni2'如式（17)、（18)所示。 (17) (18) 式中，X'为故障点距线路末端的电抗，= X1 (I2-Ik)，I2为故障线路长度。 2.直流系统等值阻抗 将图1中所示直流系统在逆变侧M母线处进行等值，其等值阻抗为逆变侧母线的 电压与由换流变注入母线电流的比值：⑶:). 式中，逆变侧直流侧电流，i 为逆变侧交流侧电流，JT为圆周率， n τ为换流 变变比，u为正常运行状态下逆变侧换流母线电压，Au为逆变侧本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种降低交直流串联系统中距离保护误动率的三相重合时序整定方法，其特征在于按以下步骤进行：(1)交直流串联系统中逆变侧交流线路发生三相短路故障时，若逆变器熄弧角γ<15°，判断为发生换相失败，转入步骤(2)；若熄弧角γ>15°，则未发生换相失败，转入步骤(3)；(2)据式(1)计算直流系统发生换相失败时，直流系统等值阻抗zdc：zdc=π(β-γ)u-Δuidc.eq0{π(β-γ)+(3-λ-3cos(β-γ)+λcos(β-γ)+3sin(β-γ))2+[3sin(β-γ)-λ(β-γ)-3+3cos(β-γ)]2}---(1)]]>式中，π为圆周率，β为越前触发角，γ为关断角，λ为换相失败后直流电流直流分量相当于正常运行时的倍数，idc.eq0为正常运行时的直流电流，u为正常运行状态下逆变侧换流母线电压，Δu为逆变侧换流母线电压故障分量；(3)未发生换相失败时，遭受扰动后，逆变侧通常处于定关断角控制方式，据式(2)计算直流系统等值阻抗zdc：zdc=πxμ(u-Δu)23sin(β+γ2)sin(β-γ2)(u-Δu)nT2---(2)]]>式中，xμ为换相电抗，nT为换流变压器变比；(4)线路首端重合1)将直流系统等值阻抗zdc代入式(3)，计算故障线路首端投入三相重合闸时，与之并联的健全线路首端距离保护的测量阻抗zm1：zm1=xs1+zdc+xs2+xL1xs1+zdcxL2k---(3)]]>式中，xs1、xs2分别为整流侧和逆变侧系统电抗，xL1为健全线路L1的电抗，xL2k为故障点距线路首端的电抗，xL2k＝x1lk，x1为线路单位电抗，lk为故障点距线路首端的距离；①若熄弧角γ<15°，即发生换相失败，则将式(1)所示直流系统等值阻抗zdc代入式(3)，得到发生换相失败时健全线路首端距离保护的测量阻抗zm1，示于式(4)：zm1=xL2k{xs1+π(β-γ)(u-Δu)/idc.eq0{π(β-γ)+{(3-λ-3cos(β-γ)+λcos(β-γ)+λcos(β-γ)+3sin(β-γ))2+[3sin(β-γ)-λ(β-γ)-3+3cos(β-γ)]2}1/2}+xs2+xL1}/xs1+π(β-γ)(u-Δu)/idc.eq0{π(β-γ)+{(3-λ-3cos(β-γ)+λcos(β-γ)+3sin(β-γ))2+[3sin(β-γ)-λ(β-γ)-3+3cos(β-γ)]2}1/2}---(4)]]>②若熄弧角γ>15°，即未发生换相失败，则式(2)所示直流系统等值阻抗zdc代入式(3)，得到定关断角控制方式下健全线路首端距离保护的测量阻抗zm1，示于式(5)：zm1=(xs1+λxμ(u-Δu)23sin(β+γ2)sin(β-γ2)(u-Δu)nT2+xs2+xL1)xL2k/(xs1+πxμ(u-Δu)23sin(β+γ2)sin(β-γ2)(u-Δu)nT2)---(5)]]>2)将直流系统等值阻抗zdc代入式(6)，计算故障线路首端投入三相重合闸时，与之并联的健全线路末端距离保护测量阻抗zm2：zm2=xs1+zdc+xs2+xL1xs1+zdcxL2k+xL1---(6)]]>①若熄弧角γ<15°，即发生换相失败，则将式(1)所示直流系统等值阻抗zdc代入式(6)，得到发生换相失败时健全线路末端距离保护测量阻抗zm2，示于式(7)：zm2=xL2k{xs1+π(β-γ)(u-&D...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：孙士云，韩军强，束洪春，陈春敏，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：云南;53