一種降低交直流串聯(lián)系統(tǒng)中距離保護(hù)誤動(dòng)率的三相重合時(shí)序整定方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種降低交直流串聯(lián)系統(tǒng)中距離保護(hù)誤動(dòng)率的三相重合時(shí)序整定方 法，屬于電力系統(tǒng)保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 交直流串聯(lián)系統(tǒng)中，換流器的換相失敗是直流系統(tǒng)最常見(jiàn)的故障之一。換相失敗 不僅影響直流系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，而且也會(huì)影響受端交流系統(tǒng)中保護(hù)特性的不正確動(dòng)作。 2003年以來(lái)南方電網(wǎng)就先后發(fā)生兩起因天廣直流和三廣直流換相失敗，引發(fā)交流線路保護(hù) 發(fā)生誤動(dòng)。目前，研究認(rèn)為導(dǎo)致?lián)Q相失敗的因素主要包括熄弧角過(guò)小、交流電壓大幅度下 降、越前觸發(fā)角過(guò)小以及線電壓過(guò)零點(diǎn)漂移等。
[0003] 造成換相失敗的因素很多，而換相失敗又很有可能導(dǎo)致交流系統(tǒng)繼電保護(hù)的不正 確動(dòng)作。換流站逆變側(cè)交流線路發(fā)生故障時(shí)，直流系統(tǒng)等值阻抗很大，此時(shí)整流側(cè)系統(tǒng)阻抗 和整定阻抗的比值變大，會(huì)對(duì)工頻變化量距離保護(hù)造成很大的影響，甚至沒(méi)有動(dòng)作保護(hù)范 圍。
[0004] 作為提高電力系統(tǒng)并列運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性的有效措施，自動(dòng)重合閘已得到廣 泛應(yīng)用。實(shí)際中通常由線路首、末端輪換投入無(wú)壓檢定首先重合以解決永久故障時(shí)線路兩 側(cè)斷路器工作條件不對(duì)等的問(wèn)題。重合時(shí)序?qū)恢绷麟娏ο到y(tǒng)的暫態(tài)功角、電壓穩(wěn)定性和 重合閘過(guò)電壓有一定的影響。在交直流串聯(lián)系統(tǒng)中，特別是逆變側(cè)近端的交流輸電線路發(fā) 生故障時(shí)，重合閘的投入時(shí)序可影響到換相失敗的發(fā)生概率，進(jìn)而影響到交流系統(tǒng)距離保 護(hù)的正確動(dòng)作。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是利用最佳的重合時(shí)序降低交直流串聯(lián)系統(tǒng)中距離保護(hù)發(fā)生的誤 動(dòng)率，提出一種降低交直流串聯(lián)系統(tǒng)中距離保護(hù)誤動(dòng)率的三相重合時(shí)序整定方法，用以解 決上述問(wèn)題。
[0006] 本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種降低交直流串聯(lián)系統(tǒng)中距離保護(hù)誤動(dòng)率的三相重合時(shí) 序整定方法，具體實(shí)現(xiàn)按以下步驟進(jìn)行：
[0007] (1)交直流串聯(lián)系統(tǒng)中逆變側(cè)交流線路發(fā)生三相短路故障時(shí)，若逆變器熄弧角 γ〈15°，判斷為發(fā)生換相失敗，轉(zhuǎn)入步驟（2);若熄弧角γ>15°，則未發(fā)生換相失敗，轉(zhuǎn)入 步驟（3)。
[0008] (2)據(jù)式（1)計(jì)算直流系統(tǒng)發(fā)生換相失敗時(shí)，直流系統(tǒng)等值阻抗Zd。：
[0009]
[0010] 式中，JT為圓周率，β為越前觸發(fā)角，γ為關(guān)斷角，λ為換相失敗后直流電流直 流分量相當(dāng)于正常運(yùn)行時(shí)的倍數(shù)，id。.^為正常運(yùn)行時(shí)的直流電流，u為正常運(yùn)行狀態(tài)下逆 變側(cè)換流母線電壓，Au為逆變側(cè)換流母線電壓故障分量。
[0011] (3)未發(fā)生換相失敗時(shí)，遭受擾動(dòng)后，逆變側(cè)通常處于定關(guān)斷角控制方式，據(jù)式 (2)計(jì)算直流系統(tǒng)等值阻抗Z d。：
⑵
[0012]
[0013] 式中，X u為換相電抗，η τ為換流變壓器變比。
[0014] (4)線路首端重合
[0015] 1)將直流系統(tǒng)等值阻抗Zd。代入式（3)，計(jì)算故障線路首端投入三相重合閘時(shí)，與 之并聯(lián)的健全線路首端距離保護(hù)的測(cè)量阻抗Z nil:
[0016]
(3)
[0017] 式中，xsl、xs2分別為整流側(cè)和逆變側(cè)系統(tǒng)電抗，X U為健全線路L屈電抗，X Uk為故 障點(diǎn)距線路首端的電抗，Xm= X ilk，X1為線路單位電抗，I 故障點(diǎn)距線路首端的距離。
[0018] ①若熄弧角γ〈15°，即發(fā)生換相失敗，則將式（1)所示直流系統(tǒng)等值阻抗Zd。代 入式（3)，得到發(fā)生換相失敗時(shí)健全線路首端距離保護(hù)的測(cè)量阻抗Z nil，示于式（4):
[0019]
[0020] ②若熄弧角γ >15°，即未發(fā)生換相失敗，則式（2)所示直流系統(tǒng)等值阻抗Zd。代 入式（3)，得到定關(guān)斷角控制方式下健全線路首端距離保護(hù)的測(cè)量阻抗Z nil，示于式（5):
[0021]
[0022] 2)將直流系統(tǒng)等值阻抗Zd。代入式（6)，計(jì)算故障線路首端投入三相重合閘時(shí)，與 之并聯(lián)的健全線路末端距離保護(hù)測(cè)量阻抗Z ni2:
[0023]
C6)
[0024] ①若熄弧角γ〈15°，即發(fā)生換相失敗，則將式（1)所示直流系統(tǒng)等值阻抗Zd。代 入式（6)，得到發(fā)生換相失敗時(shí)健全線路末端距離保護(hù)測(cè)量阻抗Z ni2，示于式（7):
[0025]
[0026] ②若熄弧角γ >15°，即未發(fā)生換相失敗，將式（2)所示直流系統(tǒng)等值阻抗Zd。代 入式（6)，得到定關(guān)斷角控制下健全線路末端距離保護(hù)測(cè)量阻抗Z ni2，示于式（8): .(8)
[0027]
[0028] (5)線路末端重合
[0029] 1)將直流系統(tǒng)等值阻抗zd。代入式（9)，計(jì)算故障線路末端投入三相重合閘時(shí)，與 之并聯(lián)的健全線路首端距離保護(hù)的測(cè)量阻抗Z ni/ :
[0030]
(9)
[0031] 式中，k2k'為故障點(diǎn)距線路末端的電抗，=X1 (l2-lk)，I2為故障線路長(zhǎng)度。
[0032] ①若熄弧角γ〈15°，即發(fā)生換相失敗，則將式（1)所示直流系統(tǒng)等值阻抗Zd。代 入式（9)，得到發(fā)生換相失敗時(shí)健全線路首端距離保護(hù)的測(cè)量阻抗Z nil'，示于式（10):
[0033]
[0034] ②若熄弧角γ >15°，即未發(fā)生換相失敗，將式（2)所示直流系統(tǒng)等值阻抗Zd。代 入式（9)，得到定關(guān)斷角控制下健全線路首端距離保護(hù)的測(cè)量阻抗Z nil'，示于式（11):
[0035]
[0036] 2)將直流系統(tǒng)等值阻抗Zd。代入式（12)，計(jì)算故障線路末端投入三相重合閘時(shí)，與 之并聯(lián)的健全線路末端距離保護(hù)測(cè)量阻抗zj :
[0037]
C12)
[0038] ①若熄弧角γ〈15°，即發(fā)生換相失敗，則將式（1)所示直流系統(tǒng)等值阻抗Zd。代 入式（12)，得到發(fā)生換相失敗時(shí)健全線路末端距離保護(hù)測(cè)量阻抗Z ni2'，示于式（13):
[0039]
[0040] ②若熄弧角γ >15°，即未發(fā)生換相失敗，將式（2)所示直流系統(tǒng)等值阻抗Zd。代 入式（12)，得到定關(guān)斷角控制下健全線路末端距離保護(hù)測(cè)量阻抗Z ni2'，示于式（14):
[0041 ]
[0042] (6)降低健全線路首端距離保護(hù)誤動(dòng)率的重合時(shí)序方案
[0043] 比較2"11和2"1/，若 2"11>2"1/，則由故障線路首端先投入三相重合閘，可降低健全 線路首端距離保護(hù)誤動(dòng)率；反之，由故障線路末端先重合，健全線路首端距離保護(hù)誤動(dòng)可能 性下降。
[0044] (7)降低健全線路末端距離保護(hù)誤動(dòng)率的重合時(shí)序方案
[0045] 比較Zni2和ζ J，則由線路首端先投入三相重合閘，可降低健全線路 末端距離保護(hù)誤動(dòng)率；反之，由故障線路末端先重合，健全線路末端距離保護(hù)誤動(dòng)可能性下 降。
[0046] 本發(fā)明的原理是：
[0047] 1.不同重合時(shí)序下保護(hù)的測(cè)量阻抗
[0048] 采用如圖1所示的交直流串聯(lián)系統(tǒng)，當(dāng)線路L2I距首端1 ,處發(fā)生三相短路故障， 故障線路兩端跳閘后，分析健全線路L1在故障線路采用不同重合時(shí)序時(shí)的測(cè)量阻抗。
[0049] 故障線路L2首端先重合，系統(tǒng)的等值電路圖如圖2所示，此時(shí)相當(dāng)于L2I同時(shí)發(fā) 生了末端斷線和l k&發(fā)生三相短路的雙重故障；由電路基本定律推導(dǎo)得到線路1^首端距離 保護(hù)測(cè)量阻抗zml和末端距離保護(hù)測(cè)量阻抗z m2的表達(dá)式，如式（15)、（16)所示。
[0050] (15)
[0051] (16)
[0052] 式中，xsl、xs2分別為整流側(cè)和逆變側(cè)系統(tǒng)電抗，z d。為直流系統(tǒng)等值阻抗，X u為健 全線路1^的電抗，X 為故障點(diǎn)距線路首端的電抗，X Uk= X ilk，X1為線路單位電抗，I k為故 障點(diǎn)距線路首端的距離。
[0053] 當(dāng)故障線路末端先重合時(shí)，系統(tǒng)的等值電路圖如圖3所示，此時(shí)相當(dāng)于在故障線 路L2上發(fā)生了首端斷線和1 ,處三相短路的雙重故障，推導(dǎo)出健全線路L 1首端阻抗z '和 末端阻抗Zni2'如式（17)、（18)所示。
[0054] (17)
[0055] (18)
[0056] 式中，X'為故障點(diǎn)距線路末端的電抗，= X1 (I2-Ik)，I2為故障線路長(zhǎng)度。
[0057] 2.直流系統(tǒng)等值阻抗
[0058] 將圖1中所示直流系統(tǒng)在逆變側(cè)M母線處進(jìn)行等值，其等值阻抗為逆變側(cè)母線的 電壓與由換流變注入母線電流的比值：
[0059]
⑶:).
[0060] 式中，逆變側(cè)直流側(cè)電流，i 為逆變側(cè)交流側(cè)電流，JT為圓周率， n τ為換流 變變比，u為正常運(yùn)行狀態(tài)下逆變側(cè)換流母線電壓，Au為逆變側(cè)換流母線電壓故障分量。
[0061] 直流系統(tǒng)中換相角、越前觸發(fā)角和關(guān)斷角之間關(guān)系滿足式（20)，
[0062] μ = β-γ (20)
[0063] 式中，μ為直流系統(tǒng)換相角，β為越前觸發(fā)角，γ為關(guān)斷角。
[0064] (1)發(fā)生換相失敗
[0065] 逆變器發(fā)生換相失敗時(shí)，直流系統(tǒng)逆變側(cè)通常已進(jìn)入定關(guān)斷角控制模式，整流側(cè) 采用定電流控制。建立逆變器的開(kāi)關(guān)函數(shù)模型和直流電流暫態(tài)變化模型，推導(dǎo)出發(fā)生換相 失敗時(shí)經(jīng)逆變器注入交流電網(wǎng)的等值工頻電流為：
[0066]
(:21.)
[0067] 式中，idq。為正常運(yùn)行時(shí)的直流電流，λ為換相失敗后直流電流直流分量相當(dāng)于 正常運(yùn)行時(shí)的倍數(shù)，j為虛數(shù)單位。
[0068] 對(duì)式（21)取模值得到等值工頻電流幅值，如（22)所示。
[0069]
[0070] 將式（20)、（22)代入式（19)得到直流系統(tǒng)等值阻抗關(guān)于越前觸發(fā)角、故障電壓分 量等電氣量的關(guān)系表達(dá)式，如式（23)所示。
[0071]
[0072] 將式（23)所示直流系統(tǒng)等值阻抗代入式（15) -（18)得到逆變側(cè)發(fā)生換相失敗 時(shí)，不同重合時(shí)序下健全線路首、末距離保護(hù)的測(cè)量阻抗。
[0073]
[0074]
[0077] (2)未發(fā)生換相失敗
[0078] 1)定關(guān)斷角控制
[0079] 直流系統(tǒng)采用定關(guān)斷角控制方式下，直流電流id表達(dá)式如式（28)所示：
[0080]
[0081]
[0082]
[0083] 將式（29)所示直流系統(tǒng)等值阻抗分別代入式（15) -（18)得到處于定關(guān)斷角控制 方式時(shí)，不同重合時(shí)序下健全線路首、末距離保護(hù)的測(cè)量阻抗。
[0084]
[0088] 3、優(yōu)選的重合時(shí)序方案
[0089] 比較故障線路首端先重合時(shí)，健全線路首端距離保護(hù)Znil和故障線路末端先重合 時(shí)，健全線路首端距離保護(hù)Z nil'的大小，Ζηι1>Ζηι1'時(shí)，故障線路首端先重合時(shí)的測(cè)量阻抗較 大，即：故障線路首端先重合，可以降低健全線路首端保護(hù)發(fā)生誤動(dòng)的可能性；比較故障線 路首端先重合時(shí)，健全線路末端距離保護(hù)Z ni2和故障線路末端先重合時(shí)，健全線路末端距離 保護(hù)Zn2'的大小，zn2>z n2'時(shí)，故障線路首端先重合可以減小健全線路末端保護(hù)發(fā)生誤動(dòng)的 風(fēng)險(xiǎn)。
[0090] 本發(fā)明的有益效果是