基於突變功率的MMC‑HVDC輸電線路故障檢測方法與流程
2024-02-04 14:46:15 2
本發明涉及的是一種電力輸送領域的技術，具體是一種基於突變功率的mmc-hvdc輸電線路故障檢測方法。
背景技術：
模塊化多電平換流器型高壓直流(mmc-hvdc)輸電系統具有輸出電能質量高、換流器損耗低、易於擴展和系統可靠性高等優點，已成為柔性直流輸電的主要實現形式。柔性直流輸電線路橫跨區域廣，故障率高，且故障發生時常常伴隨著過流或過壓問題，對換流閥造成衝擊並影響交流系統的安全穩定。與兩電平和三電平電壓源換流器相比，模塊化多電平換流器(mmc)直流側無並聯大電容，導致基於mmc的柔性直流輸電系統故障暫態特徵明顯不同，即可應用於保護的邊界特性大大減少、直流側單極接地故障時無明顯故障電流等。
技術實現要素：
本發明針對現有技術中電流差動保護因mmc-hvdc系統直流線路發生單極接地故障時無明顯故障電流不能可靠動作等缺陷，提出一種基於突變功率的mmc-hvdc輸電線路故障檢測方法。
本發明是通過以下技術方案實現的：
本發明涉及一種基於突變功率的mmc-hvdc輸電線路故障檢測方法，包括以下步驟：
1)在mmc-hvdc輸電系統的整流側正負極、逆變側正負極設置監測點；
2)計算各個監測點處的突變功率；
3)根據直流側故障判據進行故障判斷，當為直流側故障時執行步驟4，否則回到步驟2；
4)對突變功率進行滑動平均濾波；
5)建立整流側故障選極判據和逆變側故障選極判據進行故障診斷。
所述的步驟2)具體包括以下步驟：
2.1)計算整流側正極突變功率其中：udc為系統正常運行時直流線路正、負極間電壓，idc為系統正常運行時直流線路電流；
2.2)計算整流側負極突變功率
2.3)計算逆變側正極突變功率
2.4)計算逆變側負極突變功率
所述的直流側故障判據為其中：δp為監測點處的突變功率，k為最新採樣時刻，ts為採樣周期，prset為門檻值。
所述的整流側故障選極判據為其中：δpkpf和δpknf為滑動平均濾波後的突變功率。
所述的逆變側故障選極判據為其中：δpmpf和δpmnf為滑動平均濾波後的突變功率。
技術效果
與現有技術相比，本發明採用突變功率變化率檢測直流側故障，保護速動性好；單極接地故障時突變功率絕對值大且理論上不受過渡電阻影響，解決了目前mmc-hvdc直流線路電流差動保護不能可靠反映單極接地故障的問題。
附圖說明
圖1為mmc-hvdc系統結構示意圖；
圖2為本發明流程示意圖；
圖3為單極接地故障示意圖；
圖4為雙極短路故障示意圖。
具體實施方式
如圖1所示，本實施例中，mmc-hvdc系統主要由整流站、逆變站和直流線路構成。兩側換流站均為採用半橋子模塊(sm)的mmc，直流側接地電阻r用於構造接地點作為零電位點。k側表示整流側，m側表示逆變側，ukp和ukn為k端的正、負極電壓，ikp和ikn分別是k端的正、負極電流，ump和umn為m端的正、負極電壓，imp和imn分別是m端的正、負極電流。uk和um分別是k側和m側正、負極間電壓。f1、f2為交流側故障位置，f3為直流側故障位置。
如圖2所示，本實施的mmc-hvdc輸電線路故障檢測方法包括以下步驟：
1)在mmc-hvdc輸電系統的整流側正負極、逆變側正負極設置監測點。
2)計算各個監測點處的突變功率。
2.1)計算整流側正極突變功率其中：udc為系統正常運行時直流線路正、負極間電壓，idc為系統正常運行時直流線路電流。
2.2)計算整流側負極突變功率
2.3)計算逆變側正極突變功率
2.4)計算逆變側負極突變功率
3)根據直流側故障判據進行故障判斷，如為直流側的故障則進行步驟4)。
所述的直流側故障判據為其中：δp為監測點處的突變功率，k為最新採樣時刻，ts為採樣周期，prset為門檻值。
4)對突變功率進行滑動平均濾波。採用滑動平均濾波器獲得突變量功率的低頻成分以濾除線路分布電容產生的高頻分量。濾波後的輸出為：δp為四個監測點處的突變功率，n為5ms時間窗口內的採樣點個數。
5)建立整流側故障選極判據和逆變側故障選極判據進行故障診斷。
如圖3所示，單極接地故障時，故障極對地電壓為零，非故障極對地電壓加倍，正負極間的電壓差保持不變，直流線路電流保持不變，即得到正極接地故障時負極接地故障時
如圖4所示，直流線路雙極短路故障發生後，先後經歷儲能元件放電階段和交流電流注入階段。儲能元件放電階段，換流器尚未閉鎖，橋臂電抗器和處於投入狀態的子模塊電容同時對直流側進行放電。換流器閉鎖後，兩側交流電網仍可通過子模塊下部二極體向直流線路短路點注入短路電流，兩側交流電網相當於發生三相短路。直流線路雙極短路故障發生時
所述的整流側故障選極判據為其中：δpkpf和δpknf為滑動平均濾波後的突變功率。逆變側故障選極判據為其中：δpmpf和δpmnf為滑動平均濾波後的突變功率，pset＝0.1·udcidc。通過故障選極判據，判斷故障極和故障類型。
與現有技術相比，本發明採用突變功率變化率檢測直流側故障，保護速動性好；單極接地故障時突變功率絕對值大且理論上不受過渡電阻影響，解決了目前mmc-hvdc直流線路電流差動保護不能可靠反映單極接地故障的問題。
上述具體實施可由本領域技術人員在不背離本發明原理和宗旨的前提下以不同的方式對其進行局部調整，本發明的保護範圍以權利要求書為準且不由上述具體實施所限，在其範圍內的各個實現方案均受本發明之約束。