[發明專利]一種MMC-HVDC輸電線路故障判斷方法

在審

• 申請號: 202010749956.7
• 申請日: 2020-07-30
• 公開（公告）號: CN111999595A
• 公開（公告）日: 2020-11-27
• 發明（設計）人: 霍現旭;尚學軍;徐科;李樹鵬;崇志強;劉云;劉亞麗
• 申請（專利權）人: 國網天津市電力公司電力科學研究院;國網天津市電力公司;國家電網有限公司
• 主分類號: G01R31/08
• 分類號: G01R31/08;H02J3/36
• 代理公司: 天津盛理知識產權代理有限公司 12209
• 代理人: 王來佳

本發明涉及一種MMC?HVDC輸電線路故障判斷方法，其技術特點是：本發明通過采用離散小波分析提取線路平波電抗器直流側及換流器側高頻電壓有效值進行比較從而對區內、區外故障進行判別。隨后采用K?means聚類算法，利用不同故障類型、不同故障位置，直流線路故障發生后較短的時間窗口采集得到的單側保護單元電壓、電流數據，對其進行聚類分析，獲取單側保護單元電壓、電流數據的質心與閾值，經過訓練，確定相應的保護判據，實現故障選極。本發明能夠不受故障位置和過渡電阻的影響，快速準確地檢測MMC?HVDC輸電線路故障，并識別出故障類型。

技術領域

本發明屬于輸電線路技術領域，尤其是一種MMC-HVDC輸電線路故障判斷方法。

背景技術

近年來，我國加快了以風能、太陽能為代表的可再生能源的開發與利用，清潔能源占比不斷提升。柔性直流輸電系統相較于傳統的直流輸電技術，能夠獨立調節有功與無功功率，不存在換相失敗問題，非常適合于可再生能源的大規模、遠距離傳輸。

柔性直流系統采用的換流器包括基于脈寬調制PWM技術的兩電平或三電平電壓源型換流器和基于階梯波調制技術的模塊化多電平換流器(modular multilevelconverter,MMC)。其中，兩電平或三電平換流器開關頻率較高，開關損耗較大，電壓波形較差，多用于較低的電壓等級。目前的柔性直流電網，尤其是電壓等級較高的直流電網中，模塊化多電平換流器得到了廣泛的應用。

MMC-HVDC系統的故障特征與一次系統結構和控制系統緊密相關，直流輸電線路的電氣量如電流和電壓在不同類型的系統故障時，呈現不同的特征。目前已投運的MMC-HVDC系統普遍采用對稱單極主接線方式，由單換流器構成自然雙極系統。接地方式分為交流側接地和直流側經鉗位電阻接地兩類。

其中采用直流側經鉗位電阻接地方式的MMC-HVDC輸電線路，由半橋子模塊構成，如圖2所示。該系統主要由MMC整流站、逆變站、直流輸電線路以及線路兩端的平波電抗器構成，其中M側為整流側、N側為逆變側，MMC每個橋臂由若干個子模塊和一個橋臂電抗組成。三相MMC的拓撲結構如圖3所示，包含6個橋臂，每一相的上下橋臂組合在一起成為一個相單元。

可通過控制子模塊中IGBT的導通與關斷來改變子模塊的工作狀態，分析可知子模塊共有3種工作狀態，6個工作模式。MMC在實際運行中，需要保持直流側電壓恒定，要求每個相單元中每個時刻處于投入狀態的子模塊數目相等且維持不變；需要在交流側輸出三相交流電壓，一般通過脈寬調制PWM方式與階梯波調制方式實現。隨著模塊化多電平換流器子模塊數量的增多，最近電平逼近調制方式能夠輸出十分理想的交流電壓波形，得到了越來越廣泛的應用。

其中，MMC-HVDC輸電線路的故障可分為交流系統故障與直流系統故障。交流系統故障發生時，交流電網正序電壓大幅跌落，直流系統電流下降；若該故障為不對稱性故障，會造成直流電壓電流出現二倍頻波動，該波動可通過改進控制策略進行消除與抑制。

對于直流系統故障，可分為單極接地故障與雙極短路故障。對于單極接地故障，由于直流系統中鉗位電阻的存在，故障極對地電壓降為零，非故障極對地電壓增加為原來的兩倍。橋臂電流有所上升，但過流程度不大，直流電流可很快恢復正常，由于直流線路存在充放電的過程，直流電壓會有短時波動。對于雙極接地短路，直流電壓迅速降為零，直流電流迅速增大，可增加至數倍于額定電流，最終趨于穩定。因此雙極接地短路故障是最為嚴重的故障類型，對電力系統安全可靠與穩定運行影響巨大。

但是針對目前的MMC-HVDC輸電線路，尚未找到如何精確識別故障區域并判斷故障類型的方法，這使得MMC-HVDC輸電線路的維護檢修產生了巨大的問題，也對柔性直流輸電系統的發展產生了制約。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提出一種MMC-HVDC輸電線路故障判斷方法，能夠精確判斷故障區域并判斷故障類型。

本發明解決其技術問題是采取以下技術方案實現的：