基于電流波形識(shí)別的mmc-hvdc直流線路單極接地故障保護(hù)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及的是一種電力檢測領(lǐng)域的技術(shù)，具體是一種基于電流波形識(shí)別的 MMC(模塊化多電平換流器，modular multilevel converter)-HVDC(高壓直流）直流線路 單極接地故障保護(hù)方案。
【背景技術(shù)】
[0002] 柔性直流輸電以其明顯的技術(shù)優(yōu)勢，廣泛應(yīng)用于海上風(fēng)力發(fā)電、鉆井平臺(tái)供電、 遠(yuǎn)方負(fù)荷供電、系統(tǒng)互連及電力交易等領(lǐng)域，用于構(gòu)建城市直流輸配電網(wǎng)及擴(kuò)大城市供 電容量、將分布式發(fā)電的電源與電網(wǎng)相連，具有廣闊的應(yīng)用前景。相比于兩電平和三電 平電壓源換流器（voltage source converter, VSC)，模塊化多電平換流器的直流輸出側(cè) 沒有直流儲(chǔ)能電容，直流電容分布在各個(gè)子模塊中，其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與兩電平和三電平電壓 源換流器也不相同。因換流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不同，MMC高壓直流（MMC-high voltage direct current, MMC-HVDC)線路故障特性與傳統(tǒng)兩電平和三電平VSC高壓直流（VSC-HVDC)線路故 障特性存在差異。直流線路是MMC-HVDC的重要組成部分，對(duì)MMC-HVDC直流線路故障時(shí)的 故障特征和繼電保護(hù)進(jìn)行研究分析具有重要意義。
[0003] 目前，國內(nèi)外有關(guān)傳統(tǒng)兩電平或三電平VSC-HVDC直流側(cè)故障特性、繼電保護(hù)原理 和故障后控制保護(hù)策略的研究已較為深入。MMC-HVDC系統(tǒng)在直流線路斷線與直流線路極 間短路故障時(shí)，故障特性與傳統(tǒng)兩電平或三電平VSC-HVDC相類似，這兩種故障的識(shí)別方法 可借鑒傳統(tǒng)兩電平或三電平VSC-HVDC。相比于直流線路斷線和極間短路故障，直流線路 單極接地故障更為普遍，其故障特征與傳統(tǒng)兩電平或三電平VSC-HVDC差別較大。但有關(guān) MMC-HVDC單極接地短路故障特征分析的文獻(xiàn)較少，且多著重于故障的仿真分析，缺少理論 依據(jù)；有關(guān)單極接地故障保護(hù)研究的文獻(xiàn)大多側(cè)重于故障后的控制保護(hù)策略，對(duì)故障識(shí)別 方法少有提及。
[0004] 經(jīng)過對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，中國專利文獻(xiàn)號(hào)CN102856881A，公開（公告）日 2013. 01. 02,公開了一種全橋MMC-HVDC直流故障分類檢測與保護(hù)方法。其技術(shù)方案是：1、 在高壓直流輸電系統(tǒng)的直流側(cè)設(shè)置故障監(jiān)測點(diǎn)；2、確定直流輸電直流系統(tǒng)故障分類檢測判 據(jù)；3、根據(jù)故障監(jiān)測點(diǎn)監(jiān)測到不同的故障，確定分類故障保護(hù)方案；4、根據(jù)確定的故障保 護(hù)方案，對(duì)高壓直流輸電系統(tǒng)進(jìn)行在線監(jiān)測保護(hù)。但該技術(shù)的缺陷在于：1.單極接地故障 時(shí)，正負(fù)極電壓振蕩，該現(xiàn)有技術(shù)依據(jù)電壓振蕩后故障極電壓約為〇、非故障極電壓約為其 初值的2倍電壓進(jìn)行故障判別，速動(dòng)性不足。2.該技術(shù)依據(jù)電流量對(duì)直流斷線故障進(jìn)行判 另IJ，依據(jù)電壓量對(duì)單極接地故障和兩極短路故障進(jìn)行判別，保護(hù)需要對(duì)電流量和電壓量進(jìn) 行檢測。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提出一種基于電流波形識(shí)別的MMC-HVDC 線路單極接地故障保護(hù)方法，利用了 MMC-HVDC直流線路單極接地故障時(shí)直流線路暫態(tài)電 流獨(dú)特的高頻衰減振蕩特征，通過識(shí)別單端電流量波形識(shí)別、提取電流暫態(tài)量的振蕩幅值 和振蕩周期，當(dāng)振蕩幅值和振蕩周期滿足高頻衰減振蕩判據(jù)時(shí)，判定系統(tǒng)發(fā)生單極接地故 障。
[0006] 本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0007] 本發(fā)明通過將輸電線路采用π型等值電路等效、將MMC采用恒直流電壓源和等效 電感串聯(lián)等效，由此得到單極接地時(shí)直流側(cè)在拉普拉斯域下的故障疊加網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)而求得系 統(tǒng)的特征方程和直流線路電流故障分量在拉普拉斯域下的表達(dá)；然后通過對(duì)特征方程的求 解可得電流故障分量的頻率成分，通過拉式反變換可得到電流故障分量的時(shí)域表達(dá)式；提 取電流暫態(tài)量的振蕩幅值和振蕩周期，當(dāng)振蕩幅值和振蕩周期滿足高頻衰減振蕩判據(jù)時(shí)判 定系統(tǒng)發(fā)生單極接地故障，并在發(fā)生單極接地故障時(shí)：對(duì)于正極線路保護(hù)，以正極電流正向 突變作為進(jìn)入故障判別的啟動(dòng)判據(jù)，對(duì)于負(fù)極線路保護(hù)，以負(fù)極電流負(fù)向突變作為進(jìn)入故 障判別的啟動(dòng)判據(jù)。
[0008] 所述的振蕩幅值和振蕩周期滿足高頻衰減振蕩判據(jù)是指：保護(hù)最新采樣電流值 和直流線路電流穩(wěn)態(tài)值之差大于電流突變門檻值，即Ai(k) >IMt電流發(fā)生正向突變， Δ i (k) < _Iset電流發(fā)生負(fù)向突變。
[0009] 所述的振蕩幅值和振蕩周期滿足高頻衰減振蕩判據(jù)是指：根據(jù)
判斷是否發(fā)生高頻衰減振蕩，當(dāng)直流線路電流故障分量 A i存在兩相鄰周期滿足上式時(shí)判定電流為高頻衰減振蕩，其中：I^t為整定值，△ i _k、 Δ i_k、Tk，k = 1，2, 3,…，分別是在振蕩周期k中直流線路電流故障分量的最大值、最小值、 振蕩周期值。 技術(shù)效果
[0010] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的故障判別是在電氣量振蕩時(shí)完成的，速動(dòng)性更好，此外 本發(fā)明僅采用單端電流量進(jìn)行故障判別，無需電壓量測量和兩端保護(hù)通訊，成本低。
【附圖說明】
[0011] 圖1為實(shí)施例MMC-HVDC系統(tǒng)示意圖；
[0012] 圖中：a)MMC-HVDC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖，b)半橋子模塊（Sub-Module, SM)示意圖；
[0013] 圖2為實(shí)施例中輸電線路π型等值電路示意圖；
[0014] 圖3為實(shí)施例中拉式域下MMC-HVDC單極接地直流側(cè)故障疊加網(wǎng)絡(luò)示意圖；
[0015] 圖4為實(shí)施例中尚頻；g減振蕩波形不意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016] 通過對(duì)不同類型故障暫態(tài)電流特性的分析，對(duì)比可知：僅單極接地短路時(shí)直流線 路電流在穩(wěn)態(tài)值附近高頻衰減振蕩，理論上其它類型故障時(shí)暫態(tài)電流均無高頻分量。
[0017] 基于此特征差異，提出基于波形識(shí)別的保護(hù)方案，通過對(duì)直流線路電流波形實(shí)時(shí) 檢測和識(shí)別進(jìn)