[發明專利]一種直流電網接地故障超高速單端量保護方法

在審

• 申請號: 201711262769.0
• 申請日: 2017-12-04
• 公開（公告）號: CN107863762A
• 公開（公告）日: 2018-03-30
• 發明（設計）人: 薛士敏;崔淼;廉杰;齊金龍;范勃旸
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: H02H7/26
• 分類號: H02H7/26;H02H7/28;G01R31/08;H02J3/36
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所12201
• 代理人: 程毓英

技術領域

本發明涉及電力系統繼電保護和自動化領域，具體涉及一種偽雙極接線結構MMC直流電網單極接地故障保護方法。

背景技術

近年來，我國風力發電、光伏發電等可再生能源裝機容量不斷擴大，使得發電中心遠離負荷中心。高壓直流輸電方式因為適用于遠距離大容量的輸電，獲得了較大的關注和發展。目前，具有有功和無功功率獨立控制屬性的MMC換流器廣泛應用在柔性直流輸電實際工程中，具有輸出電壓等級高、開關損耗低和輸出電壓波形好等優點。

研究直流電網并對其進行故障分析和保護，具重要價值和研究前景。目前學術界對MMC直流電網保護的研究集中在雙極短路故障及換流閥故障穿越能力方面，而對于故障率更高單極接地故障，目前還缺乏深入全面的研究，隨著架空線和直流斷路器的廣泛應用，線路單極接地故障率也會顯著提高。MMC直流電網接地方式多為小電流接地系統，即采用換流器交流側三相經星型電抗器再經高阻接地，當直流線路發生單極接地故障時，故障電流較小，但是可能會導致系統對地電壓升高，這將威脅線路和設備安全。傳統的柔性直流輸電網中，線路主保護原理通常采用縱聯差動保護，這種保護原理的動作速度慢，且通信裝置故障可能導致保護誤動或拒動。高壓大容量柔性直流電網對保護速動性和可靠性要求更高，基于通信的保護原理已不再適用。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于單端量的直流電網接地故障超高速保護方法，配合高壓大容量直流斷路器，保護能夠快速地切除故障線路，從而保證系統其他部分繼續正常運行。技術方案如下：

一種直流電網接地故障超高速單端量保護方法，包括如下步驟：

(1)設換流站接地極電流為i_g，當保護檢測到接地極電流突然增大時，判斷系統發生單極接地故障，設置故障發生及類型判據為：

式中，表示i_g的連續N個采樣值的平均值，k_s為保護啟動時刻的采樣點，Δ₂表示電流閾值，當i_g超過閾值時，保護確定系統中發生單極接地故障；故障定位判據及計算式為：

式中，▽V_L表示V_L在連續N個采樣值內的最小值，Δ₃表示保護設置的電壓閾值，按照躲過保護區外故障時V_L的最大值整定，利用限流電抗器兩端的電壓V_L來代表線路電流變化率；

(2)系統交流側接地點處的電流，當不滿足(1)中給出的故障發生及類型判據時，認為無接地故障發生；當滿足故障發生及類型判據時，認定可能有接地故障發生，并向上級保護裝置發出故障發生信號，并向上級保護裝置發出故障類型判據。

(3)各站保護裝置實時測量限流電抗器兩端電壓，當該電壓大于電壓閾值時，認為該保護范圍內發生接地故障，并向上級保護裝置發出故障定位信號。

(4)上層的決策機構對下層傳來的保護信號進行分析，結合故障發生、類型和定位判據，命令相應極線上的直流斷路器跳閘，對于未發生故障的極線，保持線路正常運行。

與現有技術相比，本發明的有益效果在于：

1、相較傳統的直流線路保護方法，本方法只需要換流站單端的電氣量信息即可進行故障檢測，不需要通信過程，提高了保護動作速度和可靠性。

2、保護裝置利用了限流電抗器兩端電壓來代表電流的二次導數，在不增加計算量的前提下，放大了電氣量的故障特征，使故障能夠更快被檢測。

附圖說明

圖1為四端環狀MMC柔性直流輸電網示意圖；

圖2為MMC直流輸電網交流側三相經星型電抗器再經高阻接地方式結構圖；

圖3為單端MMC正極接地故障電流流通路徑圖；

圖4為單端MMC正極接地故障交流側接地極故障電流波形圖；

圖5為單端MMC正極接地故障直流側故障電流波形圖；

圖6為輸電線路對地電容故障放電等效電路圖。

具體實施方式

下面結合附圖和實例對本發明作進一步的詳細說明。

單極接地故障后一個明顯特征就是換流站接地極電流i_g增大。在正常運行和雙極短路故障時i_g都接近為0，在發生單極接地故障時，會增大十幾倍乃至幾十倍(考慮接地極電阻為1000Ω情況)。當保護檢測到接地極電流突然增大時，可以判斷系統中發生了單極接地故障?？梢栽O置故障發生及類型判據為：