[发明专利]电流源型变流器差动保护方法

说明书

技术领域

本发明涉及电力系统及电力电子领域，更具体地涉及电流源型变流器差动保护的继电保护方法。

背景技术

大功率电力电子变流器（有时有称逆变器），按照输出波形的类型，把具有输出电压波形独立可控拓扑的变流器称为电压源型变流器（Voltage Source Converter，或Voltage Source Inverter），简称为VSC或VSI；类似地，把具有输出电流波形独立可控拓扑的变流器称为电流源型变流器（Current Source Converter，或Current Source Inverter），简称为CSC或CSI。关于这方面的论述，可参考《电力电子技术手册》（[美]Muhammad H.Rashid主编，陈建业等译，机械工业出版社，2004年）的第14章。

大容量的CSC广泛应用于电力系统。比如，大型发电机自并励磁系统的三相全桥式可控整流、大型抽水蓄能机组的水泵运行方式启动设备——静止变频器（Static Frequency Converter，简称SFC）、大型燃气轮发电机组启动设备——负载换相式逆变器（Load Commutated Inverter，简称LCI，也称为静态启动设备），以及一些大型牵引设备使用的变流器，等等。

对于这些大容量的CSC设备，往往需要可靠、快速的判别内部短路故障的继电保护方法。比率制动特性的差动保护方法（可参见清华大学王维俭教授编写的《电气主设备继电保护原理与应用（第二版）》，中国电力出版社，2002年），是一种在电力系统中广泛应用的电力设备内部短路故障的判别方法，不仅保护可靠性高、动作速度快，而且还能区别短路故障发生在内部（称为区内故障），还是外部（称为区外故障）。被保护设备的进线侧和出线侧均安装保护级的电流互感器（CT），以往的差动保护方法需要测量并计算两侧CT的工频电流。然而，电力系统中应用的CSC设备，往往进线侧（电网侧）输入工频频率的交流电流，另一侧出线侧输出频率大范围变化的交流电流，以往的差动保护方法无法直接应用于两侧电流频率不同的场合。

目前，大容量的CSC设备，多采用的继电保护方法有：过流保护、过负荷保护、三相电流不对称保护、电流变化率保护，等等。这些保护方法与差动保护相比，往往存在保护动作时间相对比较长的缺点。此外，这些保护方法，无法区别短路故障发生在区内还是区外。

发明内容

本发明的目的是：提出一种电流源型变流器差动保护方法，解决现有差动保护方法不能应用于电流源型变流器的问题。

本发明采取的技术方案是：电流源型变流器差动保护方法，继电保护装置对被保护的电流源型变流器（CSC）两侧的电流互感器CT二次侧电流进行采样，得到进线侧（电网侧）三相电流i_Na、i_Nb、i_Nc，和出线侧三相电流i_Ma、i_Mb、i_Mc；进行数字整流，得到等效的进线侧（电网侧）输入电流i_N和出线侧输出电流i_M；按两侧CT电流变比折算i_N、i_M后求差，得到暂态差流i_diff；按两侧CT电流变比折算i_N、i_M后求平均，得到暂态制动电流i_res；经过算术平均或方均根的函数变换，得到差动电流I_diff和制动电流I_res；最后由I_diff和I_res按常规的折线比率制动特性或变斜率比率制动特性实现差动保护。

进一步的，保护装置测量到的进线侧三相电流（CT电流二次值）数据序列为i_Na(n)、i_Nb(n)、i_Nc(n)，测量到的出线侧三相电流（CT电流二次值）数据序列为i_Ma(n)、i_Mb(n)、i_Mc(n)。括号中符号n表示采样序列号，下标Na、Nb、Nc表示进线侧（电网侧）a相、b相、c相，下标Ma、Mb、Mc表示出线侧a相、b相、c相。

按式1、式2进行数字整流，得数据序列：