相间短路故障下MMC-HVDC换流站交流联络线距离保护方法

技术领域

本发明涉及电力系统继电保护技术领域，具体的说，是涉及一种相间短路故障下MMC-HVDC换流站交流联络线距离保护方法。

背景技术

基于模块化多电平换流器的高压直流输电(modular multilevel converterbased high voltage direct current，MMC-HVDC)作为一种新型的输电方式，具有无需无功补偿装置、输出电流波形质量高、控制灵活性好等优点，近年来发展迅猛。由于电力电子器件的脆弱性和MMC的高度可控性，使得MMC-HVDC换流站的故障电流特征相较于常规的同步发电机差异较大，导致相间短路故障下传统距离保护方案不正确动作，影响电力系统运行的安全性和稳定性。

发明内容

针对上述现有技术中的不足，本发明提供一种在各种相间短路故障下能正确向断路器发送跳闸信号；能识别故障方向；消除过渡电阻对距离保护元件性能的负面影响的相间短路故障下MMC-HVDC换流站交流联络线距离保护方法。

本发明所采取的技术方案是：

一种相间短路故障下MMC-HVDC换流站交流联络线距离保护方法，包括以下步骤：

步骤一：对交流联络线保护安装处的电压和电流进行采样；

步骤二：采用离散傅里叶变换得到测量电压相量、测量电流相量和负序电压幅值；

步骤三：判断是否发生非对称短路故障，若发生非对称短路故障，则执行步骤四；若未发生非对称短路故障，则返回步骤一开始执行；

步骤四：计算投影参考阻抗的幅值、投影测量阻抗的幅值和方向因子；

步骤五：判定条件1为投影测量阻抗的幅值小于或等于投影参考阻抗的幅值，判定条件2为方向因子大于0；如果判定条件1和判定条件2同时满足，且持续时间不低于6ms，则判定为区内故障，向断路器发送跳闸信号；如果判定条件1和判定条件2不同时满足，或两个判定条件同时满足，但条件满足的持续时间低于6ms，则判定为区外故障，不向断路器发送跳闸信号。

所述发生非对称短路故障条件是：

式中，

若电网未发生非对称短路故障，则电网电压中的负序电压为零；若电网发生非对称短路故障，则电网电压中将出现负序电压。因此，可以通过检测负序电压幅值是否大于设定值来判断是否发生了非对称短路故障。

投影参考阻抗的幅值|Z′

式中，| |表示取相量或复数的幅值；arg()表示取相量或复数的相角；|Z

由于故障电流

式中，

本发明相对现有技术的有益效果：

本发明相间短路故障下MMC-HVDC换流站交流联络线距离保护方法，能适应MMC-HVDC换流站的特殊故障特征，在各种相间短路故障下能正确向断路器发送跳闸信号；能识别故障方向；消除过渡电阻对距离保护元件性能的负面影响。

附图说明

图1为MMC-HVDC换流站接入电网的示意图；

图2为相间短路故障下MMC-HVDC换流站交流联络线距离保护方案的流程图；

图3是A相负序网络示意图。

具体实施方式

以下参照附图及实施例对本发明进行详细的说明：

由图1-3可知，本发明相间短路故障下MMC-HVDC换流站交流联络线距离保护方法，包括以下步骤：

步骤一：如图1和图2，对交流联络线保护安装处的电压和电流进行采样；

步骤二：如图2，采用离散傅里叶变换得到测量电压相量

步骤三：如图2，判断是否发生非对称短路故障；若

步骤四：如图2，计算投影参考阻抗的幅值|Z′

式中，| |表示取相量或复数的幅值；arg()表示取相量或复数的相角；|Z

由于故障电流

式中，

公式(4)的理论推导过程如下：

以BC相间短路故障为例，故障电流

式中，下标“+”、“-”分别表示正序和负序分量；

对于BC相间短路故障，A相正序电流和负序电流之间存在如下关系：

将公式(6)代入到公式(5)中可得：

A相负序网络的如图3所示。图3中，下标“-”表示负序分量；Z

MMC-HVDC换流站一般采用抑制负序电流的控制目标，MMC-HVDC换流站输出的负序电流约等于0，即

根据公式(8)、图3和基尔霍夫电压定律可得：

一般情况下，电网等效负序阻抗的相角与线路负序阻抗相角相差不大，因此

由公式(9)和公式(10)可得如下关系：

根据公式(7)和公式(11)，BC相间短路故障时，

对于CA相间短路故障和AB相间短路故障两种情况，其

步骤五：如图2，判定条件1为投影测量阻抗的幅值小于或等于投影参考阻抗的幅值，即|Z′

需要指出的是，根据方向因子DI的符号可以判断故障方向。若DI>0，表明故障为正方向故障；若DI<0，表明故障为反方向故障。如图1，正方向是指由母线指向被保护线路的方向。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的结构作任何形式上的限制。凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明的技术方案范围内。