柔性直流輸電接地測(cè)量裝置及保護(hù)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)一種適用于柔性直流輸電接地測(cè)量保護(hù)裝置及方法，在換流器側(cè)的接地處設(shè)置電流測(cè)量裝置，和/或接地電壓測(cè)量裝置，和/或位于直流母線處的電壓測(cè)量裝置，以及延時(shí)裝置，通過(guò)測(cè)量接地電流IGND、接地電壓UGND和/或直流正極電壓UdP以及直流負(fù)極電壓UdN，根據(jù)各測(cè)量值判斷是否故障，若發(fā)生故障，則經(jīng)過(guò)延時(shí)后啟動(dòng)保護(hù)。與現(xiàn)有的測(cè)量保護(hù)技術(shù)相比，提高了接地故障相關(guān)保護(hù)動(dòng)作速度和可靠性。
【專利說(shuō)明】柔性直流輸電接地測(cè)量裝置及保護(hù)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及保護(hù)電路技術(shù)，特別涉及一種柔性直流輸電接地測(cè)量裝置及保護(hù)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]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(wú)功的傳輸、提高交流系統(tǒng)的輸電能力，易于構(gòu)成多端直流輸電系統(tǒng)，在可再生能源的發(fā)電并網(wǎng)、孤島城市供電以及交流系統(tǒng)互聯(lián)等應(yīng)用領(lǐng)域，具有明顯的競(jìng)爭(zhēng)力。
[0003]柔性直流輸電系統(tǒng)通常使用換流變壓器連接兩個(gè)及以上交流系統(tǒng)。對(duì)于單個(gè)換流站來(lái)說(shuō)，換流變壓器的一次側(cè)接入交流系統(tǒng)，換流變壓器的二次側(cè)連接到換流器，轉(zhuǎn)變成直流，通過(guò)直流線路輸送電能到另一個(gè)換流站。換流變壓器的一次側(cè)，即交流側(cè)的接地形式由交流系統(tǒng)決定，根據(jù)不同電壓等級(jí)可能采用直接接地、經(jīng)消弧線圈電阻接地或不接地的形式。換流變壓器的二次側(cè)即直流側(cè)，一般采用弱接地給整個(gè)直流系統(tǒng)提供電位參考點(diǎn)，主要包括經(jīng)大電阻和大電抗接地兩種形式。
[0004]大電阻形式如圖1，其中標(biāo)號(hào)名稱:1、交流母線；2、換流變壓器；3、接地電阻；4、換流器；5、直流母線。其中交流母線(I)和交流系統(tǒng)相連接，換流變壓器(2) —次側(cè)為交流母線(I)，二次側(cè)為換流器(4)，換流器(4)將交流轉(zhuǎn)成直流送到直流母線(5)上。換流變壓器(2) 二次側(cè)為弱接地系統(tǒng)，通過(guò)大電阻(3)和地相連提供參考電位。大電阻(3)接地處通過(guò)直流電壓來(lái)完成故障的檢測(cè)。在直流正極母線和負(fù)極母線上分別設(shè)置了 2個(gè)電流測(cè)點(diǎn)和2個(gè)電壓測(cè)點(diǎn)，其中電壓測(cè)點(diǎn)位置如圖1中的UdP和UdN，采用這2個(gè)電壓測(cè)點(diǎn)構(gòu)成直流母線電壓不平衡來(lái)間接檢測(cè)接地故障，不足之處在于檢測(cè)手段不直接。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明技術(shù)方案提供了一種柔性直流輸電系統(tǒng)的測(cè)量保護(hù)裝置及方法，通過(guò)在接地點(diǎn)設(shè)置的電流或電壓測(cè)點(diǎn)裝置，來(lái)直接檢測(cè)柔性直流輸電系統(tǒng)的接地故障，提高了接地故障相關(guān)保護(hù)動(dòng)作速度和可靠性。
[0006]為了達(dá)成上述目的，本發(fā)明的解決方案是:
[0007]—種柔性直流輸電接地測(cè)量保護(hù)裝置，包括換流器側(cè)的接地電流測(cè)量裝置，和/或位于換流器側(cè)的接地電壓測(cè)量裝置，和/或位于直流母線處的電壓測(cè)量裝置，以及延時(shí)裝置；其中所述接地電流測(cè)量裝置測(cè)量接地電流IGND ;所述接地電壓測(cè)量裝置測(cè)量接地電壓UGND ;所述直流母線處設(shè)置的電壓測(cè)量裝置測(cè)量直流正極電壓UdP以及直流負(fù)極電壓UdN ;所述延時(shí)裝置根據(jù)所述IGND，和/或所述UGND，和/或所述UdP與所述UdN的差值的情況，在發(fā)生故障的情況下，經(jīng)過(guò)延時(shí)后啟動(dòng)保護(hù)。
[0008]當(dāng)IIGND |>定值1，進(jìn)行延時(shí)I后，啟動(dòng)保護(hù)；或者
[0009]當(dāng)I UGND I >定值2，進(jìn)行延時(shí)2后，啟動(dòng)保護(hù)；或者
[0010]當(dāng)|IGND|>定值I且I UGND I >定值2，進(jìn)行延時(shí)3后，啟動(dòng)保護(hù)；或者[0011]當(dāng)|IGND|>定值1，且|UdP-UdN|>定值3時(shí)，進(jìn)行延時(shí)4后，啟動(dòng)保護(hù)；或者
[0012]當(dāng)同時(shí)滿足IGND |>定值1、IUGND |>定值2及UdP-UdN| >定值3時(shí)，進(jìn)行延時(shí)5后，啟動(dòng)保護(hù)。
[0013]定值I為0.2 ± 0.15倍直流額定電流，定值2為0.3 ± 0.2倍直流額定電壓，定值3為0.4 ± 0.3倍直流額定電壓。
[0014]延時(shí)I到延時(shí)5分別取值，取值范圍為lms-10min。
[0015]延時(shí)3小于所述延時(shí)I和延時(shí)2的最小值；延時(shí)4小于延時(shí)I和延時(shí)3的最小值；延時(shí)5小于延時(shí)1、延時(shí)2和延時(shí)3的最小值。
[0016]接地電流測(cè)量裝置，以及所述接地電壓測(cè)量裝置可以是常規(guī)互感器，也可以是電子式、光學(xué)或其它原理的互感器。
[0017]本發(fā)明還提供一種基于該測(cè)量保護(hù)裝置的測(cè)量保護(hù)方法，接地電流測(cè)量裝置測(cè)試接地電流IGND，當(dāng)IIGND |>定值1，進(jìn)行延時(shí)I后，啟動(dòng)保護(hù)；或者接地電壓測(cè)量裝置測(cè)試接地電壓UGND，當(dāng)I UGND I >定值2，進(jìn)行延時(shí)2后，啟動(dòng)保護(hù)；或者接地電流測(cè)量裝置測(cè)試接地電流IGND，并且接地電壓測(cè)量裝置測(cè)試接地電壓UGND，當(dāng)| IGND |>定值I且IUGND I >定值2，進(jìn)行延時(shí)3后，啟動(dòng)保護(hù)；或者接地電流測(cè)量裝置測(cè)試接地電流IGND，直流母線處設(shè)置的電壓測(cè)量裝置測(cè)量直流正極電壓UdP以及直流負(fù)極電壓UdN，當(dāng)|IGND|>定值1，且|UdP-UdN|>定值3時(shí)，進(jìn)行延時(shí)4后，啟動(dòng)保護(hù)；或者接地電流測(cè)量裝置測(cè)試接地電流IGND，接地電壓測(cè)量裝置測(cè)試接地電壓UGND，直流母線處設(shè)置的電壓測(cè)量裝置測(cè)量直流正極電壓UdP以及直流負(fù)極電壓UdN，當(dāng)同時(shí)滿足IIGND |>定值1、IUGND |>定值2及
UdP-UdNI >定值3時(shí)，進(jìn)行延時(shí)5后，啟動(dòng)保護(hù)。
[0018]定值I為0.2 ± 0.15倍直流額定電流，定值2為0.3 ± 0.2倍直流額定電壓，定值3為0.4±0.3倍直流額定電壓。
[0019]延時(shí)I到延時(shí)5分別取值，取值范圍為lms-10min。
[0020]延時(shí)3小于所述延時(shí)I和延時(shí)2的最小值；延時(shí)4小于延時(shí)I和延時(shí)3的最小值；延時(shí)5小于延時(shí)1、延時(shí)2和延時(shí)3的最小值。
[0021]本發(fā)明所提供的裝置和方法，直接引入接地電壓電流的測(cè)量，通過(guò)在接地點(diǎn)配置電流或電壓測(cè)點(diǎn)來(lái)直接反應(yīng)柔性直流輸電系統(tǒng)的接地故障，提高了接地故障相關(guān)保護(hù)動(dòng)作速度和可靠性。
【專利附圖】
【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1為柔性直流現(xiàn)有(單站，電阻接地)測(cè)量保護(hù)裝置示意圖；
[0023]圖2為本發(fā)明實(shí)施例1的測(cè)量保護(hù)裝置示意圖；
[0024]圖3為本發(fā)明實(shí)施例2的測(cè)量保護(hù)裝置示意圖；
[0025]圖4為本發(fā)明實(shí)施例3的測(cè)量保護(hù)裝置示意圖；
[0026]圖5為本發(fā)明實(shí)施例4的測(cè)量保護(hù)裝置示意圖；
[0027]圖6為本發(fā)明實(shí)施例5的測(cè)量保護(hù)裝置示意圖；
[0028]圖7為本發(fā)明測(cè)量保護(hù)方法實(shí)施例的邏輯實(shí)現(xiàn)框圖；
[0029]圖8為本發(fā)明實(shí)施例以電抗接地方式的測(cè)量保護(hù)裝置示意圖?！揪唧w實(shí)施方式】
[0030]下面對(duì)本發(fā)明的測(cè)量裝置及方法進(jìn)行說(shuō)明。
[0031]本發(fā)明的實(shí)施例1如圖2所示，一種柔性直流輸電系統(tǒng)中的測(cè)量保護(hù)裝置，具體指在接地點(diǎn)(3)處設(shè)置電流測(cè)量裝置以及延時(shí)裝置。電流測(cè)量裝置測(cè)得接地電流IGND。若|IGND|>定值1，表明發(fā)生故障，則通過(guò)延時(shí)裝置進(jìn)行延時(shí)I后，啟動(dòng)保護(hù)。定值I為
0.2±0.15倍直流額定電流。例如某次接地故障，IGND為112A，額定電流1000A，故障持續(xù)IlOms ;定值I為100A,延時(shí)I為80ms。故障后80ms保護(hù)動(dòng)作。
[0032]本發(fā)明實(shí)施例2如圖3所示，測(cè)量裝置包括在接地點(diǎn)(3)處設(shè)置電壓測(cè)量裝置以及延時(shí)裝置。電壓測(cè)量裝置測(cè)得接地電壓UGND。若I UGND I >定值2時(shí)，表明發(fā)生故障，通過(guò)延時(shí)裝置進(jìn)行延時(shí)2后，啟動(dòng)保護(hù)。定值2為0.3±0.2倍直流額定電壓。例如某次接地故障，UGND為32kV，額定電壓IOOkV,故障持續(xù)90ms ;定值2為16kV，延時(shí)2為40ms。故障后40ms保護(hù)動(dòng)作。
[0033]本發(fā)明實(shí)施例3如圖4所示，測(cè)量裝置包括在接地點(diǎn)(3)處設(shè)置電流測(cè)量裝置、電壓測(cè)量裝置以及延時(shí)裝置。電流測(cè)量裝置測(cè)得接地電流IGND，電壓測(cè)量裝置測(cè)得接地電壓UGND。若|IGND|>定值I且I UGND I >定值2時(shí)，表明發(fā)生故障，通過(guò)延時(shí)裝置進(jìn)行延時(shí)3后，啟動(dòng)保護(hù)。定值I為0.2±0.15倍直流額定電流。定值2為0.3±0.2倍直流額定電壓。例如某次接地故障，IGND為112A，額定電流1000A，UGND為32kV，額定電壓IOOkV,故障持續(xù)50ms ;定值I為100A，定值2為20kV，延時(shí)3為30ms，故障后30ms保護(hù)動(dòng)作。
[0034]本發(fā)明實(shí)施例4如圖5所示，測(cè)量裝置包括在接地點(diǎn)(3)處設(shè)置電流測(cè)量裝置、在直流母線(5)處設(shè)置電壓測(cè)量裝置以及延時(shí)裝置。接地點(diǎn)(3)設(shè)置的測(cè)點(diǎn)用來(lái)測(cè)量接地電流IGND。直流母線(5)處設(shè)置的電壓測(cè)點(diǎn)用來(lái)測(cè)量直流正極電壓UdP以及直流負(fù)極電壓UdN。當(dāng)|IGND|>定值1，且IUdP-UdN|>定值3時(shí)，表明發(fā)生故障，通過(guò)延時(shí)裝置進(jìn)行延時(shí)4后，啟動(dòng)保護(hù)。定值I為0.2±0.15倍直流額定電流，定值3為0.4±0.3倍直流額定電壓。例如某次接地故障，IGND為112A，額定電流1000A，UdP-UdN為112kV，額定電壓IOOkV,故障持續(xù)50ms ;定值I為100A，定值3為50kV，延時(shí)4為20ms，故障后20ms保護(hù)動(dòng)作。
[0035]本發(fā)明實(shí)施例5如圖6所示，測(cè)量裝置包括在接地點(diǎn)(3)處設(shè)置電流測(cè)量裝置、電壓測(cè)量裝置、在直流母線(5)處設(shè)置電壓測(cè)量裝置以及延時(shí)裝置。接地點(diǎn)(3)設(shè)置的測(cè)點(diǎn)用來(lái)測(cè)量接地電流IGND及接地電壓UGND。直流母線(5)處設(shè)置的電壓測(cè)點(diǎn)用來(lái)測(cè)量直流正極電壓UdP以及直流負(fù)極電壓UdN。同時(shí)滿足IGND |>定值1、IUGND |>定值2及UdP-UdN|>定值3時(shí)，表明發(fā)生故障，通過(guò)延時(shí)裝置延時(shí)5后，啟動(dòng)保護(hù)措施。定值I為0.2±0.15倍直流額定電流，定值2為0.3 ±0.2倍直流額定電壓，定值3為0.4 ±0.3倍直流額定電壓。例如某次接地故障，IGND為112A，額定電流1000A，UGND為32kV，UdP-UdN為IlOkV,額定電壓100kV，故障持續(xù)60ms ;定值I為100A，定值2為20kV，定值3為50kV，延時(shí)5為15ms，故障后15ms保護(hù)動(dòng)作。
[0036]上述實(shí)施例中配置在接地點(diǎn)上的電壓測(cè)量裝置以及電流測(cè)量裝置既可以是常規(guī)互感器，也可以是電子式、光學(xué)或其它原理的互感器。上述實(shí)施例中延時(shí)I到延時(shí)5分別取值，根據(jù)不同一次系統(tǒng)情況取值范圍為lms-lOmin。延時(shí)3小于延時(shí)I和延時(shí)2的最小值，延時(shí)4小于延時(shí)I和延時(shí)3的最小值，延時(shí)5小于延時(shí)I和延時(shí)2和延時(shí)3的最小值。
[0037]基于實(shí)施例1-5所描述的裝置，本發(fā)明提供柔性直流輸電接地測(cè)量方法的實(shí)施例，邏輯如圖7所示。接地電流測(cè)量裝置測(cè)量接地電流IGND。接地電壓測(cè)量裝置測(cè)量接地電壓UGND。直流母線處設(shè)置的電壓測(cè)量裝置測(cè)量直流正極電壓UdP以及直流負(fù)極電壓UdN。
[0038]條件I: IIGND | > 定值 I
[0039]條件2: IUGND | > 定值 2
[0040]條件3: I UdP-UdN I > 定值 3
[0041]滿足條件I,經(jīng)過(guò)延時(shí)I后；或條件2,經(jīng)過(guò)延時(shí)2后；或滿足條件I和條件2,經(jīng)過(guò)延時(shí)3后；或滿足條件I和條件3，經(jīng)過(guò)延時(shí)4后；或同時(shí)滿足條件I和條件2和條件3，經(jīng)過(guò)延時(shí)5后,啟動(dòng)保護(hù)。
[0042]上述實(shí)施例中定值I為0.2 ± 0.15倍直流額定電流，定值2為0.3 ± 0.2倍直流額定電壓，定值3為0.4±0.3倍直流額定電壓。延時(shí)I到延時(shí)5分別取值，根據(jù)不同一次系統(tǒng)情況取值范圍為lms-10min。延時(shí)3小于延時(shí)I和延時(shí)2的最小值，延時(shí)4小于延時(shí)I和延時(shí)3的最小值，延時(shí)5小于延時(shí)I和延時(shí)2和延時(shí)3的最小值。
[0043]上述各個(gè)實(shí)施例中附圖中以大電阻接地，也可使用大電抗接地方式，對(duì)本發(fā)明提供的測(cè)量保護(hù)裝置及方法的實(shí)施無(wú)區(qū)別。對(duì)于大電抗形式的實(shí)施例見(jiàn)附圖8。其中標(biāo)號(hào)名稱:1、交流母線；2、換流變壓器；3、接地電阻；4、換流器；5、直流母線。
[0044]以上實(shí)施例僅為說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)思想，不能以此限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡是按照本發(fā)明提出的技術(shù)思想，在技術(shù)方案基礎(chǔ)上所做的任何改動(dòng)，均落入本發(fā)明保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種柔性直流輸電接地測(cè)量保護(hù)裝置，其特征在于，所述裝置包括位于換流器側(cè)的接地電流測(cè)量裝置，和/或位于換流器側(cè)的接地電壓測(cè)量裝置，和/或位于直流母線處的電壓測(cè)量裝置，以及延時(shí)裝置；其中， 所述接地電流測(cè)量裝置測(cè)量接地電流IGND ； 所述接地電壓測(cè)量裝置測(cè)量接地電壓UGND ； 所述直流母線處設(shè)置的電壓測(cè)量裝置測(cè)量直流正極電壓UdP以及直流負(fù)極電壓UdN ；所述延時(shí)裝置根據(jù)所述IGND，和/或所述UGND，和/或所述UdP與所述UdN的差值的情況，在發(fā)生故障的情況下，經(jīng)過(guò)延時(shí)后啟動(dòng)保護(hù)。
2.如權(quán)利要求1所述的柔性直流輸電接地測(cè)量保護(hù)裝置，其特征在于，所述根據(jù)IGND，和/或UGND，和/或UdP與UdN的差值的情況，在發(fā)生故障的情況下，經(jīng)過(guò)延時(shí)后啟動(dòng)保護(hù)具體指: 當(dāng)IIGND I〉定值1，進(jìn)行延時(shí)I后，啟動(dòng)保護(hù)；或者 當(dāng)I UGND I >定值2，進(jìn)行延時(shí)2后，啟動(dòng)保護(hù)；或者 當(dāng)IIGND |>定值I且I UGND I >定值2，進(jìn)行延時(shí)3后，啟動(dòng)保護(hù)；或者 當(dāng)|IGND|>定值1，且IUdP-UdN|>定值3時(shí)，進(jìn)行延時(shí)4后，啟動(dòng)保護(hù)；或者 當(dāng)同時(shí)滿足IGND|>定值1、UGND|>定值2及UdP-UdN | >定值3時(shí)，進(jìn)行延時(shí)5后， 啟動(dòng)保護(hù)。
3.如權(quán)利要求2所述的柔性直流輸電接地測(cè)量保護(hù)裝置，其特征在于，所述定值I為0.2±0.15倍直流額定電流，所述定值2為0.3±0.2倍直流額定電壓，所述定值3為0.4 ±0.3倍直流額定電壓。
4.如權(quán)利要求2所述的柔性直流輸電接地測(cè)量保護(hù)裝置，其特征在于，所述延時(shí)I到延時(shí)5分別取值，取值范圍為lms-10min。`
5.如權(quán)利要求2或4所述的柔性直流輸電接地測(cè)量保護(hù)裝置，其特征在于，所述延時(shí)3小于所述延時(shí)I和所述延時(shí)2的最小值；所述延時(shí)4小于所述延時(shí)I和所述延時(shí)3的最小值；所述延時(shí)5小于所述延時(shí)1、所述延時(shí)2和所述延時(shí)3的最小值。
6.如權(quán)利要求1所述的柔性直流輸電接地測(cè)量保護(hù)裝置，其特征在于，所述接地電流測(cè)量裝置，以及所述接地電壓測(cè)量裝置可以是常規(guī)互感器，也可以是電子式、光學(xué)或其它原理的互感器。
7.一種基于如權(quán)利要求1所述的柔性直流輸電接地測(cè)量保護(hù)裝置的測(cè)量保護(hù)方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟: 接地電流測(cè)量裝置測(cè)試接地電流IGND，當(dāng)IIGND | >定值1，進(jìn)行延時(shí)I后，啟動(dòng)保護(hù)；或者 接地電壓測(cè)量裝置測(cè)試接地電壓UGND，當(dāng)I UGND I >定值2，進(jìn)行延時(shí)2后，啟動(dòng)保護(hù)；或者 接地電流測(cè)量裝置測(cè)試接地電流IGND，并且接地電壓測(cè)量裝置測(cè)試接地電壓UGND，當(dāng)IGND |>定值I且I UGND I >定值2，進(jìn)行延時(shí)3后，啟動(dòng)保護(hù)；或者 接地電流測(cè)量裝置測(cè)試接地電流IGND，直流母線處設(shè)置的電壓測(cè)量裝置測(cè)量直流正極電壓UdP以及直流負(fù)極電壓UdN，當(dāng)|IGND|>定值1，且I UdP-UdN |>定值3時(shí)，進(jìn)行延時(shí)4后，啟動(dòng)保護(hù)；或者接地電流測(cè)量裝置測(cè)試接地電流IGND，接地電壓測(cè)量裝置測(cè)試接地電壓UGND，直流母線處設(shè)置的電壓測(cè)量裝置測(cè)量直流正極電壓UdP以及直流負(fù)極電壓UdN，當(dāng)同時(shí)滿足IGND I >定值1、IUGND | >定值2及| UdP-UdN | >定值3時(shí)，進(jìn)行延時(shí)5后，啟動(dòng)保護(hù)。
8.如權(quán)利要求7所述的柔性直流輸電接地測(cè)量保護(hù)方法，其特征在于，所述定值I為0.2±0.15倍直流額定電流，所述定值2為0.3±0.2倍直流額定電壓，所述定值3為0.4 ±0.3倍直流額定電壓。
9.如權(quán)利要求7所述的柔性直流輸電接地測(cè)量保護(hù)方法，其特征在于，所述延時(shí)I到延時(shí)5分別取值，取值范圍為lms-10min。
10.如權(quán)利要求7或9所述的柔性直流輸電接地測(cè)量保護(hù)方法，其特征在于，所述延時(shí)3小于所述延時(shí)I和所述延時(shí)2的最小值；所述延時(shí)4小于所述延時(shí)I和所述延時(shí)3的最小值；所述延時(shí)5小于所述 延時(shí)1、所述延時(shí)2和所述延時(shí)3的最小值。
【文檔編號(hào)】H02H7/26GK103887772SQ201310414163
【公開(kāi)日】2014年6月25日 申請(qǐng)日期:2013年9月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月11日
【發(fā)明者】張建鋒, 盧宇, 田杰 申請(qǐng)人:南京南瑞繼保電氣有限公司, 南京南瑞繼保工程技術(shù)有限公司