基于限流电抗器测量功率的柔性直流线路保护方法技术

本发明专利技术公开了一种基于限流电抗器测量功率的柔性直流系统线路保护方法，包括：对于一条直流线路，获得其测量电流；对于安装于直流线路一端的限流电抗器，根据其电感以及测量电流，计算得到限流电抗器上产生的感应电压和限流电抗器的测量功率；若测量功率大于整定门槛值，则通过直流线路同一端的继电保护装置切断直流线路；否则，直流线路同一端的继电保护装置不动作；对于直流线路两端的限流电抗器均执行相同的判定并控制相应的继电保护装置动作；对于两条直流线路，执行相同的线路保护操作。本发明专利技术能够有效提高线路保护的速动性和可靠性，并为整定门槛值提供可靠的整定依据。

A Flexible DC Line Protection Method Based on Current Limiting Reactor for Measuring Power

The invention discloses a line protection method for flexible DC system based on current limiting reactor to measure power, which includes: obtaining the measured current for a DC line; calculating the induced voltage and the measured power of the current limiting reactor based on its inductance and measured current for the current limiting reactor installed at one end of the DC line; and measuring power for the current limiting reactor; If the rate is higher than the setting threshold, the DC line will be cut off by the relay protection device at the same end of the DC line; otherwise, the relay protection device at the same end of the DC line will not operate; for the current limiting reactor at both ends of the DC line, the same decision will be made and the corresponding relay protection device action will be controlled; for the two DC lines, the same line protection operation will be performed. The invention can effectively improve the speed and reliability of line protection and provide reliable setting basis for setting threshold value.

【技术实现步骤摘要】
基于限流电抗器测量功率的柔性直流线路保护方法
本专利技术属于电力系统及其自动化领域，更具体地，涉及一种基于限流电抗器测量功率的柔性直流线路保护方法。
技术介绍
柔性直流系统的结构与运行机理使得其线路故障特征比传统的高压交、直流系统故障更为复杂，因此，柔性直流系统的线路保护是柔性直流系统发展的关键要素之一。目前，柔性直流线路保护主要借鉴于传统高压直流系统中的行波保护。行波保护利用故障后线路故障后产生的行波信号通过仿真构造保护判据。故障后根据叠加定理可等效认为故障点处叠加一反向故障分量，电压和电流行波以近似光速的速度向线路两端传播，此行波为反行波。行波保护多数作为主保护运用于柔性直流输电线路。行波保护利用暂态量信息构成，可在故障后迅动作，但在整定时缺乏完整严密的理论依据，并且会受到过渡电阻影响，此外，对保护装置采样率还有较高的要求。柔性直流系统换流器中的全控电力电子器件由于受到技术水平限制，无法承受较大的故障短路电流。因此运用于传统高压直流线路的行波保护在速动性及可靠性方面均存在缺陷，无法完全满足柔性直流系统线路保护的性能要求。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷和改进需求，本专利技术提供了一种基于限流电抗器测量功率的柔性直流系统线路保护方法，旨在解决现有的柔性直流系统线路保护方法速动性和可靠性不足且整定门槛值缺乏可靠的整定依据的问题。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种基于限流电抗器测量功率的柔性直流系统线路保护方法，包括如下步骤：(1)对于一条直流线路，获得其测量电流(2)对于安装于直流线路一端的限流电抗器，根据其电感L以及测量电流计算得到限流电抗器上产生的感应电压并进一步计算得到限流电抗器的测量功率(3)若测量功率大于整定门槛值sset，则判定故障位于所述直流线路的内部；若测量功率小于或等于整定门槛值sset，则判定故障位于直流线路的外部；(4)若经过判定，故障位于直流线路的内部，则通过与限流电抗器安装于直流线路同一端的继电保护装置切断直流线路；否则，与限流电抗器安装于直流线路同一端的继电保护装置不动作；(5)对于安装于直流线路两端的限流电抗器，分别执行步骤(2)～(4)；(6)对于柔性直流系统的正极直流线路和负极直流线路，分别执行步骤(1)～(5)，从而实现对两条直流线路的保护。进一步地，步骤(3)中，整定门槛值sset的整定依据为：sset＝krel×send；其中，krel为可靠系数，send为直流线路末端直流母线故障时限流电抗器测量功率的最大值，且测量功率的最大值send是通过对直流线路故障后的放电回路进行建模分析得到的。更进一步地，根据经验，可靠系数krel的取值范围为1.1～1.3。进一步地，步骤(2)中，感应电压的计算公式为：进一步地，步骤(2)中，测量功率的计算公式为：总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案，能够取得以下有益效果：(1)本专利技术提供的基于限流电抗器测量功率的柔性直流系统线路保护方法，从故障后功率转移的角度出发，根据限流电抗器的测量功率判断线路故障点的位置，并控制相应的继电保护装置动作以实现对直流线路的保护。一方面，直流线路内部故障形成后的放电回路时间常数极小，限流电抗器的功率在极短的时间内即可达到峰值，因此，该方法能够在线路故障发生后迅速判断故障点的位置，有效提高了线路保护的速动性。另一方面，直流线路内部故障和外部故障时，所对应的限流电抗器的测量功率由明显的差异，根据限流电抗器的测量功率判断故障点的具体位置，能够有效提高故障判断的准确性，并进一步提高了线路保护的可靠性。(2)本专利技术提供的基于限流电抗器测量功率的柔性直流系统线路保护方法，通过对对直流线路故障后的放电回路进行建模分析得到直流线路末端直流母线故障时限流电抗器测量功率的最大值，并由此构造整定门槛值的整定依据，由此为整定门槛值的整定提供了可靠的理论依据，并进一步提高了线路保护的可靠性。(3)本专利技术提供的基于限流电抗器测量功率的柔性直流系统线路保护方法，对于一条直流线路上的所有限流电抗器均执行相同的故障判定并根据判定结果控制相对应的继电保护装置动作。同一直流线路上多个限流电抗器的判定结果基本一致，因而能够以冗余的方式对同一直流线路进行保护，进一步保障了线路保护的可靠性。总体而言，本专利技术提供的基于限流电抗器测量功率的柔性直流系统线路保护方法，有效提高了线路保护的速动性和可靠性，并为整定门槛值提供了可靠的整定依据。附图说明图1为现有的柔性直流输电系统的结构示意图；图2为现有的柔性直流系统的两种换流器的拓扑对照图；(a)为两电平VSC-HVDC的换流器拓扑结构图；(b)为MMC-HVDC的换流器拓扑图；图3为本专利技术实施例提供的基于限流电抗器测量功率的柔性直流系统线路保护方法的流程图；图4为柔性直流系统线路内部故障后的等效放电回路图；图5为柔性直流系统线路内部故障后限流电抗器测量功率变化三维图；图6为柔性直流系统直流母线故障后的等效放电回路图；图7为柔性直流系统直流母线故障后限流电抗器测量功率变化曲线图；图8为MMC-HVDC故障后等效电路图；(a)为初步化简的等效电路图；(b)为进一步化简后放电回路的等效电路图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。目前使用的柔性直流输电系统根据换流器拓扑的不同可分为基于电压源换流器的VSC-HVDC和基于模块化多电平换流器的MMC-HVDC。典型VSC-HVDC柔性直流系统结构示意图如图1所示，其中，GN和GM为柔性直流系统中的交流电源，TN和TM为换流变压器，C1～C4为直流母线并联电容器，L为直流线路限流电抗器，TL1和TL2分别为柔性直流输电线路的正极和负极线路。MMC-HVDC与VSC-HVDC换流器拓扑差异对比图如图2所示。图2(a)表示两电平VSC-HVDC的换流器拓扑结构图，交流每一相对应的上下桥臂均只有一个IGBT全控器件，每一个IGBT与一个二极管并联组成，通过触发信号对其开断进行控制。直流母线侧并联两个大电容，有利于输出直流电压的稳定。图2(b)为MMC-HVDC的换流器拓扑图，SM表示换流器桥臂的子模块，每个桥臂由若干个子模块串联组成，此外桥臂上还串联有电抗器。不同于VSC-HVDC，MMC-HVDC的直流母线上无并联大电容。除换流器结构和母线处并联电容外，二者直流线路结构相同。在每一条直流线路的两端，均安装有一个限流电抗器和一个继电保护装置；限流电抗器是柔性直流线路的物理边界，发生于线路两端限流电抗器之间的故障即为内部故障，需跳开线路两端断路器实现故障清除。其他故障为柔性直流线路外部故障，线路两端断路器不应动作。本专利技术提供的基于限流电抗器测量功率的柔性直流系统线路保护方法，如图3所示，包括如下步骤：(1)对于一条直流线路，获得其测量电流(2)对于安装于直流线路一端的限流电抗器，根据其电感L以及测量电流计算得到限流电抗器上产生的感应电压并进一步计算得到限流电抗器的测量功率(3)若测量功率大于整定门槛值sset，则判定本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于限流电抗器测量功率的柔性直流系统线路保护方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)对于一条直流线路，获得其测量电流

【技术特征摘要】
1.一种基于限流电抗器测量功率的柔性直流系统线路保护方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)对于一条直流线路，获得其测量电流(2)对于安装于所述直流线路一端限流电抗器，根据其电感L以及所述测量电流计算得到所述限流电抗器上产生的感应电压并进一步计算得到所述限流电抗器的测量功率(3)若所述测量功率大于整定门槛值sset，则判定故障位于所述直流线路的内部；若所述测量功率小于或等于整定门槛值sset，则判定故障位于所述直流线路的外部；(4)若经过判定，故障位于所述直流线路的内部，则通过与所述限流电抗器安装于所述直流线路同一端的继电保护装置切断所述直流线路；否则，与所述限流电抗器所安装于所述直流线路同一端的继电保护装置不动作；(5)对于安装于所述直流...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈卫，李世龙，陈德树，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42