HVDC输电线路的故障保护制造技术

提供了一种用于高压直流HVDC输电线路的保护系统(200)。该保护系统包括直流DC母线(201)、用于将HVDC输电线路连接至母线的装置(202)、至少一个被布置为用于当接收到跳闸信号时将输电线路从母线断开连接的DC断路器(203，204)、电流(211)和电压传感器(212)、被布置为使流过输电线路的电流通过其的电感器(213)、以及故障检测单元(220)。故障检测单元被布置为用于基于电流和/或电压测量来评估在输电线路上是否存在故障，以及如果在输电线路上检测到故障，则向断路器发送跳闸信号。附加电感限制故障电流的上升并且促进选择性的故障检测。此外，提供了一种用于HVDC输电线路的故障检测方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】HVDC输电线路的故障保护
本专利技术总体上涉及高压直流(HVDC)输电，更具体而言涉及HVDC电网中包括的 HVDC输电线路的故障保护。
技术介绍
由于大规模电力输送和电网互连需求的稳定增长，HVDC输电变得越来越重要。特 别是，采用基于电压源换流器(VSC)的HVDC输电，可使用电缆或者架空线路传输电力，电缆 或者架空线路被接入高压交流(AC)输电网络或与之重叠。HVDC输电的一个吸引人的特征 是可以通过改变电流方向来改变输电的方向。HVDC电网包括多个VSC，也称为端口，其转换AC电源以便在HVDC输电线路(即电 缆或架空线路，以及电缆和架空线路的组合)上传输。已知HVDC输电线路的不同配置，如 单极、对称单极以及双极。例如，双极HVDC输电线路包括正极线路、负极线路以及接地金属 回线。在电网中，每个端口均可通过HVDC输电线路连接至多个端口，导致形成不同类型的 拓扑。这样的多端电网使得能够进行有效的拥塞管理并且具有改善的抗干扰的稳定性。用于隔离点对点HVDC连接中的线路故障的已知技术为检测故障、阻断换流站、以 及断开AC断路器，以断开电流。然而，在HVDC电网中，需要更先进的故障保护技术。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种比上述技术和现有技术更有效的替代方案。更具体的说，本专利技术的目的是提供一种高压直流(HVDC)电网中改进的故障保护。本专利技术的这些和其他目的借助于具有在独立权利要求1中限定的特征的HVDC故 障保护系统并且借助于在独立权利要求13中限定用于HVDC单元的故障保护的方法来实 现。本专利技术的实施例由从属权利要求来描述。出于描述本专利技术的目的，讨论限于双极HVDC输电线路的正极线路。可以容易地设 想到覆盖整个双极输电线路(即包含正极和负极线路)以及其它输电线路配置的实施例。双极HVDC输电线路上可能发生的可能的故障例如为正极与负极短路、正极对地 短路以及负极对地短路。根据本专利技术的第一方面，提供了一种HVDC故障保护系统。该故障保护系统包括 HVDC单元和保护单元。HVDC单元包括直流(DC)母线，用来将至少一条HVDC输电线路连接 至母线的装置，以及至少一个DC断路器。断路器被布置为用于当接收到跳闸信号时将所述 输电线路从母线断开连接。保护单元包括电流传感器、电压传感器电感器以及故障检测单 元。电流传感器被布置为测量流过输电线路的电流I (t)。电压传感器被布置为用于测量输 电线路和地之间的电压U(t)。电感器或多个电感器被布置为使得流过输电线路的电流通过 电感器。故障检测单元被布置为用于评估在输电线路是否存在故障以及如果在输电线路上 检测到故障，则向断路器发送跳闸信号。通过从电压、电流或电压和电流得到至少一个故障 测量，并将故障测量与预定值比较，来实现输电线路是否存在故障的评估。根据本专利技术的第二方面，提供了一种用于HVDC单元的故障保护的方法。HVDC单元包括直流(DC)母线，用来将至少一条HVDC输电线路连接至母线的装置，以及至少一个DC 断路器。断路器被布置为用于当接收到跳闸信号时将输电线路从母线断开连接。一个或多个电感器被布置为使得流过输电线路的电流通过一个或多个电感器。所述方法包括步骤: 测量流过输电线路的电流I (t)，测量输电线路和地之间的电压U(t)，评估在输电线路上是否存在故障，以及如果在输电线路上检测到故障，则向断路器发送跳闸信号。通过从电压、 电流或者电压和电路得到的至少一个故障测量，并且将所述故障测量与预定值比较，来实现评估在输电线路上是否存在故障的步骤。本专利技术利用了这样一种认识，可以通过布置电感器(称作站电抗器)使得流过输电线路的电流流过电感器，并且通过使用在评估输电线路上是否存在故障的电流和/或电压的测量，来获得改进的HVDC输电线路的故障保护。这是有利地，因为它通过电流和电压测量值的方式提供了一种检测故障并且随后使用DC断路器隔离故障的快速方式。用DC断路器代替AC断路器使得能够隔离HVDC电网中单个的故障输电线路，而不用关闭整个换流站。故障检测足够快，以几毫秒阶，因此可以在故障电流超出DC断路器的断开限制前隔离故障。布置一个或多个电感器使得流过输电线路的电流通过该一个电感器或多个电感器是有利的，因为附加电感限制了故障电流的上升。根据本专利技术的一个实施例，电感器与输电线路在输电线路串联，并且在输电线路的末端。布置电感器使得其与输电线路串联是有利的，因为它限制了流过输电线路的故障电流的上升。根据本专利技术的另一个实施例，一个或多个电感器在DC母线中的DC断路器串联。布置电感器使得其与DC断路器中的DC母线上串联连接是有利的，因为它限制了流过DC母线中的的DC断路器的故障电流的上升。 根据本专利技术的一个实施例，故障检测单元还被布置为用于按以下操作来评估在所述输电线路上是否存在故障计算S = [U (t2) -U (ti) ] X [I (t2) -1 U1)]，，以及如果S < -S0, 则确定在输电线路上存在故障。&和〖2是连续采样时间，且Stl是预定正值。用以上概述的被称为基于暂态故障保护(TBFP)技术检测HVDC输电线路的故障意味着捕捉由故障引起的暂态造成的在输电线路上两个方向传输的行波。为了捕捉到该行波，电流和电压需要采样得足够快。根据本专利技术的另一个实施例，故障检测单元还被布置为用于按以下操作来评估在所述输电线路上是否存在故障在预定时间间隔At期间，如果I (t) >1(|并且如果U(t) < Utl则确定在输电线路上存在故障。Itl和Utl均为预定正值。电压受控定向过电流保护 (VRDOP)技术是基于短路故障很短时间后通过电流和电压传感器所见的电流的增加以及电压降。根据本专利技术的另一个实施例，故障检测单元还被布置为用于按以下操作来评估在所述输电线路上是否存在故障对于输电线路，定义至少两个不同的保护区域，以及对于每个区域n，在时间间隔八俨期间，如果I(t) > /纟并且如果U(t)< C/彳，则确定输电线路在区域η存在故障。对每个区域η的分别进行所述确定。I卜W和八#是与区域η相关联的预定正值。将输电线路分割成不同的区域是有利的，因为这允许选择性的故障检测。在这种方式下，对于不同区域可以使用不同的设置。使用不同的观察周期Atn，例如可以对于输电线路的某些部分实现快速故障检测而对于传输线路的其它部分提供适用于备用目的的慢速检测。保护区域不限于输电线路而是可以同样覆盖HVDC网络的其它部分和元件，例如 DC断路器或DC母线。具有不同电感值的电感器被布置在电网的不同位置。优选地，在输电线路的末端或与开关组相连。根据本专利技术的一个实施例，故障检测单元还被布置为用于按以下操作来评 估在所述输电线路上是否存在故障计算本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.06.14 US 61/354,5271.一种高压直流HVDC故障保护系统(200、300)，其包括 HVDC单元，所述HVDC单元包括 直流DC母线(201、301) 用于将至少一条HVDC输电线路(202、302)连接至所述母线的装置，以及至少一个DC断路器(203、204、303、304)，其被布置为用于当接收到跳闸信号时将所述输电线路从所述母线断开连接，以及 保护单元(210、310),所述保护单元包括 电流传感器(211、311、315)，其被布置为用于测量流过所述输电线路的电流1(0， 电压传感器(212、312、316)，其被布置为用于测量所述输电线路和地之间的电压U(t), 一个电感器(213)或多个电感器(313、314)，其布置为使得流过所述输电线路的所述电流通过所述一个电感器或多个电感器，以及故障检测单元(220、320)，其被布置为用于 通过从所述电压和/或所述电流得到至少一个故障测量，并且将所述故障测量与预定值比较，以评估在所述输电线路上是否存在故障，以及 如果在所述输电线路上检测到故障，则向所述断路器发送跳闸信号。2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述电感器与所述输电线路(202)串联。3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述电感器与所述DC母线(301)串联。4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述故障检测单元还被布置为用于按以下操作来评估在所述输电线路上是否存在故障 计算S = [U(t2)-UU1) ] X [I (t2)-1 (ti)]，其中和t2是连续采样时间，以及 如果S < -Stl，则确定在所述输电线路上存在故障，其中Stl是预定正值。5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述故障检测单元还被布置为用于按以下操作来评估在所述输电线路上是否存在故障 在预定时间间隔At期间，如果I (t) >1(|并且如果U(t) < Utl，则确定在所述输电线路上存在故障，其中Itl和U0是预定正值。6.根据权利要求5所述的系统，其中，所述故障检测单元还布置为用于按以下操作来评估在所述输电线路上是否存在故障 对于所述输电线路，定义至少两个不同的保护区域，以及 对于每个区域n，在时间间隔八栌期间，如果I(t)> /彳并且如果U(t)< C/纟，则分别确定在所述输电线路上存在故障，其中K、和Atn是与区域η相关联的预定正值。7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述故障检测单元还被布置为用于按以下操作来评估在所述输电线路上是否存在故障8.根据权利要求7所述的系统，其中，所述故障检测单元还被布置为用于按以下操作来评估在所述输电线路是否存在故障 计算9.根据权利要求8所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：B·伯格伦，王建平，潘久平，K·斯里瓦斯塔瓦，K·林登，R·纽奎，
申请(专利权)人：ABB研究有限公司，
类型：
国别省市：