[發明專利]一種海上風電柔直系統的單極接地故障保護方法及系統

在審

• 申請號: 202111534359.3
• 申請日: 2021-12-15
• 公開（公告）號: CN114400627A
• 公開（公告）日: 2022-04-26
• 發明（設計）人: 徐可寒;蘇毅;楊卉卉;肖遠清;李樹峰
• 申請（專利權）人: 北京四方繼保工程技術有限公司;北京四方繼保自動化股份有限公司
• 主分類號: H02H7/26
• 分類號: H02H7/26;G01R31/08;H02J3/36;H02J3/38
• 代理公司: 北京智繪未來專利代理事務所(普通合伙) 11689
• 代理人: 魏辛欣;趙卿

本發明提出一種海上風電柔直系統的單極接地故障保護方法及系統，通過獲取直流線路保護安裝處的正極、負極電壓值和電流值，將正極、負極和極間測量電壓的變化率分別與閾值進行比較，根據比較結果進行故障啟動判斷；將正極和負極電壓故障分量的積分值與閾值進行比較，根據比較結果判斷故障極；將正極、負極測量電流乘積的積分值與閾值進行比較，實現單極接地故障的區內、外識別；本發明可有效實現海上風電柔直系統的單極接地故障判別，具有較強的抗過渡電阻和抗噪聲能力。

技術領域

本發明涉及直流繼電保護領域，更具體的，涉及一種海上風電柔直系統的單極接地故障保護方法及系統。

背景技術

近年來，隨著海上風電裝機容量和離岸距離的擴大和增加，柔性直流輸電技術因其同時具有遠距離輸電損耗低、不會發生換相失敗、可獨立控制有功和無功等諸多優點，在海上風電領域的應用越來越廣泛。直流線路故障的檢測和保護是保證海上風電場運行安全和供電可靠性的重要基礎。當發生單極接地故障時，非故障極暫態電壓可能數倍于額定電壓，并造成交流側電壓大幅偏移，影響柔直系統和交流電網運行安全。與此同時，單極接地故障時暫態故障電流小，且基本無穩態故障電流，故障線路檢測面臨較大困難。

針對上述問題，目前開展的相關研究工作，主要包括：針對柔直系統單極接地故障所提的保護方法：一種單極對地短路故障快速恢復保護策略,能夠在交流側低阻抗接地方式下避免交流斷路器跳閘。一種附加控制器以加速電容電壓再平衡,降低其對系統和控制參數的依賴。但二者在故障暫態特性分析中未考慮直流海纜分布電容更大帶來的特殊性，近似忽略了線路電容的故障電流，導致所提保護方案不完全適用于海上風電柔直系統；基于電流變化率的方向縱聯保護方法通過搭建的PSCAD/EMTDC模型,對單極接地故障時的電流上升率特性和設計的直流線路故障清除策略進行了驗證，但構建保護判據時，僅考慮了單側換流器的放電回路。這種做法在雙極短路故障分析中是常見的，其原因在于雙極短路時故障點的兩側電路已解耦。但對于單極接地故障，由于故障點兩側換流器依舊保持電氣聯系，僅考慮了單側換流器放電回路的做法難以保證所提保護方案的可靠性。綜上可知，針對柔直系統的單極接地故障，現有研究主要集中在以架空線為輸電線路的常規陸上柔性直流輸電系統，未充分考慮海底直流電纜分布電容更大所帶來的特殊性，所提保護方法尚不完善。針對該問題，本發明提出一種海上風電柔直系統的單極接地故障保護方法，以滿足海上風電柔直系統的故障判別需求。

發明內容

為解決現有技術中存在的不足，本發明的目的在于，提供一種海上風電柔直系統的單極接地故障保護方法及系統，可有效實現海上風電柔直系統的單極接地故障判別，且具有較強的抗過渡電阻和抗噪聲能力。

本發明采用如下的技術方案。

本發明一方面提供了一種海上風電柔直系統的單極接地故障保護方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1，獲取直流線路保護安裝處的正極、負極電壓值和電流值；

步驟2，將正極、負極和極間的測量電壓變化率分別與閾值進行幅值比較，若正極或負極或極間的測量電壓變化率大于閾值，判定發生直流系統故障，進入步驟3；若否，則判定未發生直流系統故障；

步驟3，將正極和負極電壓故障分量的積分值分別與閾值進行幅值比較，若正極和負極電壓故障分量的積分值均小于閾值，判定發生正極接地故障，進入步驟4；若否，則進入步驟5；

步驟4：將正極、負極測量電流乘積的積分值與閾值進行幅值比較，若正極、負極測量電流乘積的積分值均大于閾值，判定發生區內正極接地故障；若否，則判斷發生區外正極接地故障；

步驟5，將正極和負極電壓故障分量的積分值分別與閾值進行幅值比較，若正極和負極電壓故障分量的積分值均大于閾值，判定發生負極接地故障，進入步驟6；若否，則判定未發生單極接地故障；