[發明專利]基于電壓高低頻比值差異的MMC-HVDC保護方法

有效

• 申請號: 202110753040.3
• 申請日: 2021-07-02
• 公開（公告）號: CN113471940B
• 公開（公告）日: 2022-07-19
• 發明（設計）人: 薛士敏;陳碩;吳彬;姚程;杜明;袁中琛
• 申請（專利權）人: 天津大學;國網天津市電力公司
• 主分類號: H02H7/26
• 分類號: H02H7/26;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

本發明涉及一種基于電壓高低頻比值差異的MMC?HVDC保護方法，包括以下步驟：將保護測量點設置在線路始端；定義偏差電壓以及正常穩定電壓，設定啟動判據；對正負極電壓進行解耦，確定選極判據，在本極故障和雙極故障時保護動作；利用時頻分析方法S變換提取最低頻分量和最高頻分量，計算最低頻分量與最高頻分量的比值；根據區外故障確定保護動作閾值，判斷線路區內是否發生。

技術領域

本發明涉及電力系統繼電保護和自動化領域，具體涉及一種基于測量電壓高低頻比值差異來實現區內外故障識別的保護方法。

背景技術

能源是人類社會發展的主要動力，化石能源的使用給全球環境造成了嚴重的影響，為了有效利用風能和太陽能等清潔能源，必須采用新型電網技術以滿足未來能源的發展方向。柔性直流輸電相比于傳統的直流輸電技術來說，沒有換相失敗問題和無功補償問題，無功有功可獨立調節，受端系統可以是無源網絡，諧波水平低，克服了傳統系統的電流單向流動，可實現多端直流系統。模塊化換流器(MMC)的出現更是推動了柔性直流輸電的發展。但是基于模塊化換流器的柔性直流輸電技術(MMC-HVDC)的發展需要完善相應的繼電保護理論，從而保證直流側故障的可靠切除。

目前直流系統中的保護方法可以分為基于單端量的保護以及基于雙端量的保護。其中，基于單端量的保護無需考慮通信延遲以及通信同步的問題，動作速度較快，在直流系統中一般可作為主保護。有些方法利用限流電抗器對電壓變化率的衰減作用識別區內外故障，或是利用限流電抗器電壓構造保護方案，也有些方法利用限流電抗器電壓的變化率構成保護方法，但是他們在高阻故障時靈敏度不足。基于頻域的保護方法有著更好地反應故障的本質特性，比如利用邊界元件的高頻阻滯特征來實現故障的判定，但是他們在也面臨區內高阻故障和區外故障難以區分的問題，且易受噪聲干擾的影響。雙端量保護相比于單端量保護有著更好的可靠性，主要利用線路兩側的電氣量在信息上的交互實現故障的判別，常常作為交流系統中的主保護。有方法利用兩端反行波幅值識別故障，或是根據線路兩端電壓電流關系構成縱聯保護，再或是利用兩側的固有頻率差異構成頻差保護，但是由于柔性直流電網的快速動作要求，這些保護方法不能作為長線路輸電系統中的主保護。

柔性直流輸電技術的發展需要繼電保護方面理論的完善，基于頻域分析的保護可以更好地反應故障的本質特性，同時也是繼電保護亟待突破的難關。線路兩側邊界元件對高頻分量的阻滯作用是當前保護研究的重要切入點，但是在高阻接地時，僅利用高頻幅值或能量的保護是難以辨別區內高阻故障和區外故障，且對噪聲干擾也十分敏感。

發明內容

本發明提出了一種基于電壓高低頻比值差異的MMC-HVDC保護方法，所提方法考慮了線路的頻變特性以及行波傳輸過程，并構造了基于高低頻差異的保護方案，有效解決了目前單端量保護面臨的高阻接地拒動問題，并具備較強的抗噪能力。技術方案如下：

一種基于電壓高低頻比值差異的MMC-HVDC保護方法，包括以下步驟：

步驟(1)：將保護測量點設置在線路始端。

步驟(2)：定義偏差電壓ΔU₁、ΔU₂以及正常穩定電壓U_a如下：

其中j＝p,n，分別代表正、負極測量點，N為用于計算正常穩態電壓的點數；u_j(k)為當前采樣時刻k的電壓值，啟動判據如下：

ΔU₁＜ΔU_setΔU₂＜ΔU_set

ΔU_set為保護啟動閾值，根據正常運行時的偏差電壓來確定；

步驟(3)：對正負極電壓進行解耦，并計算故障后N₀個采樣點的0模分量平均值Q₀；