本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)柔性交直流輸電技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種柔性直流輸電系統(tǒng)中無變壓器方式接入直流電網(wǎng)的電壓源換流器拓?fù)渲芯W(wǎng)側(cè)接地故障定位方法和系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

現(xiàn)代交流配電網(wǎng)中，一方面大城市負(fù)荷密度不斷增大，輸配電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，受制于短路容量、電磁環(huán)網(wǎng)等問題，配電網(wǎng)一般采用高壓分區(qū)、中壓開環(huán)的運(yùn)行方式，導(dǎo)致系統(tǒng)設(shè)備利用率低，可靠性下降，另一方面客戶對供電可靠性、電能質(zhì)量的要求再不斷提高，大型城市中敏感負(fù)荷逐漸增大，短時供電中斷也會帶來較大的經(jīng)濟(jì)損失甚至嚴(yán)重的社會影響。柔性直流輸電采用電壓源換流器，可以獨(dú)立調(diào)節(jié)有功和無功的傳輸，柔性直流技術(shù)是解決現(xiàn)有配電網(wǎng)存在問題的有效手段之一，柔性直流輸電可以在不增加短路容量的情況下實(shí)現(xiàn)交流電網(wǎng)互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)交流電網(wǎng)合環(huán)運(yùn)行，提高電網(wǎng)運(yùn)行可靠性、提升電能質(zhì)量和電網(wǎng)運(yùn)行效率。

基于柔性直流輸配電的交直流互聯(lián)電網(wǎng)是電網(wǎng)發(fā)展的趨勢之一，基于模塊化多電平技術(shù)的發(fā)展，解決了困擾基于兩電平柔性直流輸電發(fā)展的均壓問題和損耗大問題，同時降低了交流系統(tǒng)諧波，使無變壓器連接連接交流系統(tǒng)成為一種可能。從而使換流站總體投資及體積減少成為可能。

當(dāng)柔性直流輸電系統(tǒng)電壓源換流器采用無變壓器方式接入電網(wǎng)時，當(dāng)交流系統(tǒng)發(fā)生故障時，半橋mmc和全橋mmc的故障特性類似，柔性環(huán)網(wǎng)控制裝置無法隔離零序。例如對于ag(單相接地)故障，非故障相電壓有相電壓提升為線電壓，abc三相電流保持對稱。換流站2也會表現(xiàn)出單相接地故障的故障特征，直流電壓出現(xiàn)工頻共模交流分量，兩側(cè)控制系統(tǒng)無法預(yù)知故障發(fā)生在哪一側(cè)，從而都會啟動故障控制策略抑制零序分量，會導(dǎo)致兩側(cè)共同調(diào)節(jié)抑制結(jié)果出現(xiàn)，由于兩側(cè)零序電流分量實(shí)際是相同性質(zhì)，最終可能會導(dǎo)致因為兩側(cè)電流環(huán)調(diào)節(jié)不同步關(guān)系引發(fā)兩側(cè)抑制效果相互抵消，因此需要對故障檢測定位，在準(zhǔn)確定位故障側(cè)基礎(chǔ)上，決定兩側(cè)的配合抑制零序分量方式。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種柔性直流輸電系統(tǒng)中無變壓器方式接入直流電網(wǎng)的電壓源換流器拓?fù)渲芯W(wǎng)側(cè)接地故障定位方法，其特征在于通過檢測故障電流，比較橋臂電抗器電流和網(wǎng)側(cè)電流大小，根據(jù)橋臂電流方向和網(wǎng)側(cè)電流方向，計算兩者之間的差流大小,通過比較各站差流大小,判定實(shí)際接地故障發(fā)生側(cè)。如果無法通過差流計算方法判斷出故障側(cè)，如果同時檢測出交流側(cè)有零序電壓,就通過短時閉鎖換流器條件下，檢測兩側(cè)換流器零序電壓大小。通過比較各站零序電壓大小,判定實(shí)際接地故障發(fā)生側(cè)。

為了達(dá)成上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

通過計算橋臂電抗器電流和網(wǎng)側(cè)電流之間的差流大小，差流大于給定數(shù)值△iset，超過一定防抖動延時△t1判斷為故障側(cè)，差流小于給定數(shù)值△iset側(cè)判斷為非故障側(cè)，這種定位方式可以在不閉鎖換流器條件下進(jìn)行，其中△t1取值范圍0～5s。

上述該定位故障側(cè)方法適用于交流系統(tǒng)以下中性點(diǎn)接地方式：1)中性點(diǎn)不接地；2)中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地；3)中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地三種方式，其中換流器拓?fù)淇梢詾榘霕颍珮蚧蛘哳惾珮蚪Y(jié)構(gòu)或者半橋加全橋或者類全橋的混合橋臂結(jié)構(gòu)。

上述的網(wǎng)側(cè)接地故障定位方法，當(dāng)換流器一端發(fā)生單相接地故障,兩相接地故障、三相接地故障情況下都可以用檢測差流方式定位故障側(cè)。

上述網(wǎng)側(cè)接地故障定位方法，如果為全橋結(jié)構(gòu)，可以通過短時全閉鎖或者半閉鎖方式，保證零序接地電流不會通過直流側(cè)傳遞到對側(cè)換流站，半橋結(jié)構(gòu)可以通過短時閉鎖方式，檢測交流側(cè)輸出零序電壓大小，大于給定數(shù)值△uset超過一定防抖動延時△t2側(cè)判斷為故障側(cè)，其它側(cè)為非故障側(cè)。其中△t2取值范圍0～5s。

一種網(wǎng)側(cè)接地故障定位系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括電流檢測單元，零序電壓檢測單元，邏輯比較單元以及故障檢測定位單元。其中電流檢測單元檢測網(wǎng)側(cè)電流以及橋臂電流大小。零序電壓檢測單元檢測輸出零序電壓大小。邏輯比較單元通過計算兩者之間的差流大小，以及閉鎖條件下計算換流器輸出零序電壓大小。邏輯比較單元通過計算兩者之間的差流大小，差流大于給定數(shù)值△iset，超過一定防抖動延時△t1判斷為故障側(cè)，差流小于給定數(shù)值△iset側(cè)判斷為非故障側(cè)，以及通過短時閉鎖換流器條件下，比較交流側(cè)零序電壓大小，大于給定數(shù)值△uset超過一定防抖 動延時△t2側(cè)判斷為故障側(cè)，其它側(cè)為非故障側(cè)，其中△t2取值范圍0～5s。故障檢測定位單元結(jié)合以上兩種比較結(jié)果，首先檢測差流大小判斷故障側(cè)，如果無法通過差流計算方法判斷出故障側(cè)，立即啟動短時閉鎖換流器，檢測兩側(cè)換流器零序電壓大小。通過比較各站零序電壓大小,判定實(shí)際接地故障發(fā)生側(cè)。

采用上述方案后，本發(fā)明的有益效果為：

(1)多種復(fù)合檢測方式可以方便檢測出直流網(wǎng)絡(luò)中交流網(wǎng)側(cè)發(fā)生接地短路的換流器一端，便于換流器側(cè)啟動零序電壓或者電流抑制策略。

(2)該方法判斷出故障側(cè)后，各換流器可以在控制系統(tǒng)中相互配合達(dá)到共同抑制零序電流或者電壓目的。較好抑制系統(tǒng)中故障電流成分，為直流電網(wǎng)各換流器正常運(yùn)行提供保障。

附圖說明

圖1是兩端換流器采用無變壓器直流方式連接時，網(wǎng)側(cè)發(fā)生過故障點(diǎn)k1,k2示意圖。

圖2是本發(fā)明中換流器的拓?fù)?，其中橋臂模塊可以是半橋(hbsm)，全橋(fbsm)或者內(nèi)全橋(sfbsm)。

具體實(shí)施方式

以下將結(jié)合附圖及具體實(shí)施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明。

本發(fā)明的目的是提供一種柔性直流輸電系統(tǒng)中無變壓器方式接入直流電網(wǎng)的電壓源換流器拓?fù)渲芯W(wǎng)側(cè)接地故障定位方法，一種方式是檢測故障電流，比較橋臂電抗器電流大小和網(wǎng)側(cè)電流互感器測量電流大小，根據(jù)橋臂電流方向和網(wǎng)側(cè)電流方向，計算兩者之間的差流大小，差流大于給定數(shù)值認(rèn)為改側(cè)為故障側(cè)，另一種方式是在短時閉鎖換流器狀態(tài)下直接檢測單側(cè)換流器輸出零序電壓大小，大于給定數(shù)值超過一定防抖動延時判斷為故障側(cè)，通過短時閉鎖換流器條件下，檢測兩側(cè)換流器零序電壓，如果為全橋結(jié)構(gòu)，可以通過短時全閉鎖或者半閉鎖方式，保證零序接地電流不會通過直流側(cè)傳輸?shù)綄?cè)換流站，半橋結(jié)構(gòu)可以通過短時閉鎖方式，檢測單側(cè)換流器輸出零序電壓大小，大于給定數(shù)值超過一定防抖動延時判斷為故障側(cè)。

為了達(dá)成上述目的，本發(fā)明的解決方案是：

提出一種接入直流電網(wǎng)的電壓源換流器網(wǎng)側(cè)接地故障定位方法，通過檢測故 障電流，比較橋臂電抗器電流和網(wǎng)側(cè)電流大小，根據(jù)橋臂電流方向和網(wǎng)側(cè)電流方向，計算兩者之間的差流大小,通過比較各站差流大小,判定實(shí)際接地故障發(fā)生側(cè)。具體方案為：通過計算兩者之間的差流大小，差流大于給定數(shù)值△iset，超過一定防抖動延時△t1判斷為故障側(cè)，差流小于給定數(shù)值△iset側(cè)判斷為非故障側(cè)，這種定位方式可以在不閉鎖換流器條件下進(jìn)行，其中△t1取值范圍0～5s。

如果無法通過差流計算方法判斷出故障側(cè)，如果同時檢測出交流側(cè)有零序電壓,則通過短時閉鎖換流器條件下，檢測兩側(cè)換流器零序電壓大小。通過比較各站零序電壓大小,判定實(shí)際接地故障發(fā)生側(cè)。具體實(shí)施方式為：如果為全橋結(jié)構(gòu)，可以通過短時全閉鎖或者半閉鎖方式，保證零序接地電流不會通過直流側(cè)傳遞到對側(cè)換流站，半橋結(jié)構(gòu)可以通過短時閉鎖方式，檢測交流側(cè)輸出零序電壓大小，大于給定數(shù)值△uset超過一定防抖動延時△t2側(cè)判斷為故障側(cè)，其它側(cè)為非故障側(cè)。其中△t2取值范圍0～5s。

上述述該定位故障側(cè)方法適用于交流系統(tǒng)以下中性點(diǎn)接地方式：1)中性點(diǎn)不接地；2)中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地；3)中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地三種方式，其中換流器拓?fù)淇梢詾榘霕颍珮蚧蛘哳惾珮蚪Y(jié)構(gòu)或者半橋加全橋或者類全橋的混合橋臂結(jié)構(gòu)。

一種網(wǎng)側(cè)接地故障定位系統(tǒng)具體實(shí)施方案為：該系統(tǒng)包括電流檢測單元，零序電壓檢測單元，邏輯比較單元以及故障檢測定位單元。

其中電流檢測單元檢測網(wǎng)側(cè)電流以及橋臂電流大小。零序電壓檢測單元檢測輸出零序電壓大小。邏輯比較單元通過計算兩者之間的差流大小，以及閉鎖條件下計算換流器輸出零序電壓大小。邏輯比較單元通過計算兩者之間的差流大小，差流大于給定數(shù)值△iset，超過一定防抖動延時△t1判斷為故障側(cè)，差流小于給定數(shù)值△iset側(cè)判斷為非故障側(cè)，以及通過短時閉鎖換流器條件下，檢測單側(cè)換流器輸出零序電壓大小，大于給定數(shù)值△uset超過一定防抖動延時△t2側(cè)判斷為故障側(cè)，其它側(cè)為非故障側(cè)，其中△t2取值范圍0～5s。故障檢測定位單元結(jié)合以上兩種比較結(jié)果，首先檢測差流大小判斷故障側(cè)，如果無法通過差流計算方法判斷出故障側(cè)，如果同時檢測出交流側(cè)有零序電壓,則立即啟動短時閉鎖換流器，檢測兩側(cè)換流器零序電壓大小。通過比較各站零序電壓大小,判定實(shí)際接地故障發(fā)生側(cè)。