本發(fā)明涉及高壓直流輸電系統(tǒng)換流器閥組差動(dòng)保護(hù)的實(shí)現(xiàn)方法，屬于高壓直流輸電及設(shè)備保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

直流輸電系統(tǒng)的保護(hù)系統(tǒng)，其主要任務(wù)是保護(hù)直流換流設(shè)備的運(yùn)行安全，快速、可靠的隔離故障，降低換流設(shè)備被損壞的風(fēng)險(xiǎn)。目前我國(guó)正處于高壓直流大規(guī)模商業(yè)化發(fā)展階段，正進(jìn)入了特高壓、大容量時(shí)代。直流換流器的容量和電壓等級(jí)提高后，使得在發(fā)生換流器短路等內(nèi)部故障后，故障電流的上升非?？?；同時(shí)直流換流器的造價(jià)也越來(lái)越來(lái)越昂貴。因此換流系統(tǒng)內(nèi)部發(fā)生故障時(shí)對(duì)保護(hù)的可靠性和速動(dòng)性提出了更高的要求。

在目前“強(qiáng)直弱交”的電網(wǎng)模式下，在交流系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，如果直流保護(hù)誤動(dòng)導(dǎo)致直流系統(tǒng)停運(yùn)，進(jìn)而會(huì)影響到交流系統(tǒng)故障的快速恢復(fù)，甚至對(duì)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定造成威脅。

直流保護(hù)中配置的閥組差動(dòng)保護(hù)，其保護(hù)范圍包括整個(gè)換流器，檢測(cè)換流器的接地、短路故障以及換相失敗，此外還可以檢測(cè)逆變側(cè)旁通對(duì)持續(xù)導(dǎo)通故障。如附圖1所示為現(xiàn)有技術(shù)中換流器閥組差動(dòng)保護(hù)用測(cè)量點(diǎn)及保護(hù)范圍示意圖，正常運(yùn)行情況下，換流器直流側(cè)正極線電流和負(fù)極線電流、與換流變星側(cè)的電流包絡(luò)線IacY和換流變角側(cè)的電流包絡(luò)線IacD相等，通過(guò)檢測(cè)二者差流，判斷6脈動(dòng)或12脈動(dòng)閥組是否發(fā)生換相失敗等故障。閥組差動(dòng)的保護(hù)判據(jù)為：Max(IdH,IdN)–Max(IacY,IacD)>Δ，Δ為閥組差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作門檻。

目前從多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行情況來(lái)看，在正常運(yùn)行時(shí)Max(IdH,IdN)和Max(IacY,IacD)值基本相等差電流為零，但是當(dāng)交流系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)閥組差動(dòng)存在間斷性的差流，如圖2所示為某換流站交流系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)閥組差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作量分析圖，如果閥組差動(dòng)保護(hù)采用差流積分原理，存在誤動(dòng)的可能性。

另外，由于換相過(guò)程中閥側(cè)電流的過(guò)沖現(xiàn)象，在發(fā)生換流器內(nèi)部故障或換相失敗時(shí)，閥組差動(dòng)的差流中會(huì)出現(xiàn)間斷性的差流降低。如果要求在閥組差動(dòng)計(jì)時(shí)過(guò)程中差流一直大于動(dòng)作門檻，則存在保護(hù)據(jù)動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)。如圖3所示Idiff為換流器內(nèi)部故障時(shí)閥組差動(dòng)的差流波形，從波形上可以明顯看出差流出現(xiàn)間斷性的降低。

綜上所述，閥組差動(dòng)保護(hù)如果采用差流積分的原理在交流系統(tǒng)故障時(shí)存在誤動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)，如果采用差流和門檻判別后直接計(jì)時(shí)的原理則在區(qū)內(nèi)故障時(shí)存在據(jù)動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)以上問(wèn)題，本發(fā)明的目的是為了提供一種基于差流波形綜合判別的閥組差動(dòng)保護(hù)實(shí)現(xiàn)方法。本申請(qǐng)通過(guò)對(duì)差流波形進(jìn)行綜合判別配合差流和門檻的比較，可以有效防止交流系統(tǒng)故障時(shí)閥組差動(dòng)保護(hù)的誤動(dòng)，同時(shí)在發(fā)生區(qū)內(nèi)故障時(shí)閥組差動(dòng)保護(hù)可以可靠的動(dòng)作切除故障。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，可以通過(guò)采用如下技術(shù)方案達(dá)到：

一種基于差流波形綜合判別的閥組差動(dòng)保護(hù)方法，在高壓直流輸電系統(tǒng)中，換流變?yōu)槿@組變壓器，換流變的換流閥Y側(cè)繞組和D側(cè)繞組分別通過(guò)一組換流閥與直流正極線和直流負(fù)極線相連；其特征在于，所述差動(dòng)保護(hù)方法包括以下步驟：

步驟1：直流保護(hù)裝置對(duì)換流變閥Y側(cè)三相電流(IacYA/IacYB/IacYC)、換流變閥D側(cè)三相電流(IacDA/IacDB/IacDC)、直流極線電流(IdH、IdN)進(jìn)行采樣，得到各個(gè)電流的瞬時(shí)值，其中，IacYA為換流變閥Y側(cè)A相電流，IacYB為換流變閥Y側(cè)B相電流，IacYC為換流變閥Y側(cè)C相電流，IacDA為換流變閥D側(cè)A相電流，IacDB為換流變閥D側(cè)B相電流，IacDC為換流變閥D側(cè)C相電流，IdH為直流正極線電流，IdN為直流負(fù)極線電流；

步驟2：根據(jù)換流變閥Y側(cè)三相電流的瞬時(shí)值求得換流變閥Y側(cè)電流的包絡(luò)線電流IacY；根據(jù)換流變閥D側(cè)三相電流的瞬時(shí)值求得換流變閥D側(cè)電流的包絡(luò)線電流IacD；

步驟3：根據(jù)公式Idiff＝Max(IdH,IdN)–Max(IacY,IacD)求得閥組差動(dòng)差流瞬時(shí)值；

步驟4：針對(duì)對(duì)閥組差動(dòng)的差流即閥組差流判斷是否發(fā)生了區(qū)內(nèi)故障，若判斷發(fā)生了區(qū)內(nèi)故障，進(jìn)入步驟5；則判斷發(fā)生了區(qū)外交流系統(tǒng)故障，則差動(dòng)保護(hù)不動(dòng)作，返回步驟1；

步驟5：根據(jù)公式Max(IdH,IdN)–Max(IacY,IacD)>Δ，其中Δ為閥組差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作門檻，判斷閥組差流是否滿足差動(dòng)動(dòng)作判據(jù)，當(dāng)Max(IdH,IdN)–Max(IacY,IacD)>Δ時(shí)，則認(rèn)為閥組差流滿足差動(dòng)動(dòng)作判據(jù)，則進(jìn)入步驟6，否則，返回步驟1；

步驟6：計(jì)算閥組差流滿足差動(dòng)動(dòng)作判據(jù)的持續(xù)時(shí)間，如果持續(xù)時(shí)間大于預(yù)設(shè)的延時(shí)定值則進(jìn)入步驟7，否則返回步驟1；

步驟7：閥組差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，停運(yùn)直流系統(tǒng)，隔離故障。

本發(fā)明進(jìn)一步包括以下優(yōu)選方案：

在步驟2中換流變閥Y側(cè)電流包絡(luò)線IacY的計(jì)算公式為IacY＝max(|IacYA|,|IacYB|,|IacYC|)、換流變閥D側(cè)電流包絡(luò)線IacD的計(jì)算公式為IacD＝max(|IacDA|,|IacDB|,|IacDC|)；式中max指取三項(xiàng)中的最大值。

在步驟4中，統(tǒng)計(jì)一個(gè)設(shè)定時(shí)間周期內(nèi)差流小于差動(dòng)啟動(dòng)值的時(shí)間t1和差流大于差動(dòng)啟動(dòng)值的時(shí)間t2；設(shè)若k小于預(yù)設(shè)占空比閾值DRatio，若判斷發(fā)生了區(qū)內(nèi)故障。

在步驟4中，一個(gè)設(shè)定時(shí)間周期取10ms～30ms，差動(dòng)啟動(dòng)值通常取0.1Id_nom，Id_nom為直流極線額定電流；占空比閾值DRatio取0.05～0.15。優(yōu)選設(shè)定時(shí)間周期為20ms，優(yōu)選占空比閾值DRatio為0.1。

在步驟5中，差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作門檻Δ取0.1～0.4Id_nom，Id_nom為直流極線額定電流。

在步驟6中，預(yù)設(shè)的延時(shí)定值范圍為0.02s～3s。

當(dāng)差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作門檻取0.1～0.2Id_nom，預(yù)設(shè)的延時(shí)定值取2.3～3s；

當(dāng)差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作門檻取0.2～0.4Id_nom時(shí)，預(yù)設(shè)的延時(shí)定值取0.1～0.04s。

本申請(qǐng)具有如下突出的有益效果：

1、通過(guò)對(duì)閥組差動(dòng)差流波形的綜合判別，識(shí)別出是在區(qū)內(nèi)故障還是區(qū)外故障，可以有效防止交流系統(tǒng)故障產(chǎn)生間斷差流時(shí)導(dǎo)致的閥組差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作

2、在發(fā)生換流器內(nèi)部故障時(shí)，由于差流間斷時(shí)間非常短，閥組差動(dòng)保護(hù)可以很快的識(shí)別出故障并停運(yùn)直流系統(tǒng)隔離故障。

附圖說(shuō)明

圖1為現(xiàn)有技術(shù)中換流器閥組差動(dòng)保護(hù)用測(cè)量點(diǎn)及保護(hù)范圍示意圖；

圖2為現(xiàn)有技術(shù)中某換流站交流系統(tǒng)故障時(shí)閥組差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作量分析圖；

圖3為現(xiàn)有技術(shù)中某換流器內(nèi)部故障時(shí)閥組差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作量分析圖；

圖4為本申請(qǐng)基于差流波形綜合判別的常規(guī)直流閥組差動(dòng)保護(hù)方法流程示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合說(shuō)明書附圖對(duì)本申請(qǐng)的技術(shù)方案做進(jìn)一步詳細(xì)介紹。

本申請(qǐng)公開的基于差流波形綜合判別的常規(guī)直流閥組差動(dòng)保護(hù)方法，通過(guò)對(duì)閥組差動(dòng)差流的波形進(jìn)行綜合判別配合閥組差動(dòng)差流和門檻的比較，可以有效防止交流系統(tǒng)故障時(shí)閥組差動(dòng)保護(hù)的誤動(dòng)，同時(shí)在發(fā)生區(qū)內(nèi)故障時(shí)閥組差動(dòng)保護(hù)可以可靠的動(dòng)作切除故障。

參照?qǐng)D4，本申請(qǐng)公開的基于差流波形綜合判別的常規(guī)直流閥組差動(dòng)保護(hù)方法，包括：通過(guò)差流小于差動(dòng)啟動(dòng)值的時(shí)間和差流大于差動(dòng)啟動(dòng)值的時(shí)間的比值來(lái)確定故障位置是否在區(qū)內(nèi)，如果故障發(fā)生在區(qū)內(nèi)則差動(dòng)保護(hù)可以快速動(dòng)作，否則差動(dòng)保護(hù)立即返回。因此本方法可以有效防止交流系統(tǒng)故障時(shí)閥組差動(dòng)保護(hù)的誤動(dòng)，同時(shí)在發(fā)生區(qū)內(nèi)故障時(shí)閥組差動(dòng)保護(hù)可以可靠的動(dòng)作切除故障。

步驟1：直流保護(hù)裝置對(duì)換流變閥Y側(cè)三相電流(IacYA/IacYB/IacYC)、換流變閥D側(cè)三相電流(IacDA/IacDB/IacDC)、直流極線電流(IdH、IdN)進(jìn)行采樣，得到各個(gè)電流的瞬時(shí)值，其中，IacYA為換流變閥Y側(cè)A相電流，IacYB為換流變閥Y側(cè)B相電流，IacYC為換流變閥Y側(cè)C相電流，IacDA為換流變閥D側(cè)A相電流，IacDB為換流變閥D側(cè)B相電流，IacDC為換流變閥D側(cè)C相電流，IdH為直流正極線電流，IdN為直流負(fù)極線電流；

步驟2：根據(jù)換流變閥Y側(cè)三相電流的瞬時(shí)值求得換流變閥Y側(cè)電流的包絡(luò)線電流IacY；根據(jù)換流變閥D側(cè)三相電流的瞬時(shí)值求得換流變閥D側(cè)電流的包絡(luò)線電流IacD；換流變閥Y側(cè)電流包絡(luò)線IacY的計(jì)算公式為IacY＝max(|IacYA|,|IacYB|,|IacYC|)、換流變閥D側(cè)電流包絡(luò)線IacD的計(jì)算公式為IacD＝max(|IacDA|,|IacDB|,|IacDC|)。式中max指取三項(xiàng)中的最大值；

步驟3：根據(jù)公式Idiff＝Max(IdH,IdN)–Max(IacY,IacD)求得閥組差動(dòng)差流瞬時(shí)值；

步驟4：對(duì)閥組差動(dòng)的差流(以下簡(jiǎn)稱差流)進(jìn)行綜合判別，統(tǒng)計(jì)一個(gè)時(shí)間周期內(nèi)差流小于差動(dòng)啟動(dòng)值的時(shí)間t1和差流大于差動(dòng)啟動(dòng)值的時(shí)間t2；設(shè)若k小于預(yù)設(shè)占空比閾值DRatio則判為發(fā)生了區(qū)內(nèi)故障，進(jìn)入步驟5；否則判斷為發(fā)生了區(qū)外交流系統(tǒng)故障，差動(dòng)保護(hù)不動(dòng)作，返回步驟1。

一個(gè)設(shè)定時(shí)間周期取10ms～30ms，差動(dòng)啟動(dòng)值通常取0.1Id_nom，Id_nom為直流極線額定電流；占空比閾值DRatio取0.05～0.15。

在本申請(qǐng)實(shí)施例中，設(shè)定時(shí)間周期通常取優(yōu)選值20ms，差動(dòng)啟動(dòng)值通常取優(yōu)選值0.1Id_nom；占空比閾值DRatio通常取優(yōu)選值0.1。

步驟5：根據(jù)公式Max(IdH,IdN)–Max(IacY,IacD)>Δ，判斷閥組差流是否滿足差動(dòng)動(dòng)作判據(jù)，當(dāng)Max(IdH,IdN)–Max(IacY,IacD)>Δ時(shí)，則認(rèn)為閥組差流滿足差動(dòng)動(dòng)作判據(jù)，則進(jìn)入步驟6，否則，返回步驟1；Δ為差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作門檻，通常取0.1～0.4Id_nom。

步驟6：計(jì)算閥組差流滿足差動(dòng)動(dòng)作判據(jù)的持續(xù)時(shí)間，如果持續(xù)時(shí)間大于預(yù)設(shè)的延時(shí)定值則進(jìn)入步驟7，否則返回步驟1。

其中，預(yù)設(shè)的延時(shí)定值范圍為0.02s～3s。在本申請(qǐng)的實(shí)施例中，當(dāng)差動(dòng)門檻取取00.2Id_nom時(shí)，延時(shí)考慮和交流系統(tǒng)保護(hù)相配合取較長(zhǎng)延時(shí)，比如2.3s；當(dāng)差動(dòng)門檻取0.4Id_nom時(shí)，延時(shí)考慮保護(hù)主設(shè)備考慮取較短延時(shí)，比如0.04s。

步驟7：閥組差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，停運(yùn)直流系統(tǒng)，隔離故障。

上述各實(shí)施例僅用于說(shuō)明本申請(qǐng)的實(shí)現(xiàn)方案，各部件之間的連接和拓?fù)涠际强梢杂兴兓?，凡根?jù)本申請(qǐng)的技術(shù)原理對(duì)個(gè)別部件的連接和拓?fù)溥M(jìn)行的改進(jìn)和等同變換，均不應(yīng)排除在本申請(qǐng)的保護(hù)范圍之外。