[发明专利]一种换流站中交直流故障的识别及其保护协调方法

说明书

本发明公开了属于交直流混合输电系统安全运行技术领域的一种换流站中交直流故障的识别及其保护协调方法。本发明据换流器闭锁前后直流二次谐波电流与交流负序电流特征，提出了换流站差流保护，该保护可区分交、直流故障，并确定故障区域，以及交、直流保护的协调配合方案；最后，结合光伏直流汇集接入系统的PSCAD/EMTDC模型，验证了差流保护的可行性，以及交直流保护配合方案的可靠性。结果表明，所提方法能有效识别交、直流故障，且受过渡电阻的影响小。

技术领域

本发明属于交直流混合输电系统安全运行技术领域，特别涉及一种换流站中交直流故障的识别及其保护协调方法。

背景技术

交直流混合系统中，为避免力电子开关因故障而损坏，需限制故障电流并快速隔离故障。可采用具有故障隔离能力的换流器或加装限流装置。为降低故障对系统运行的影响，可通过控制策略维持电网非故障部分的运行。但为了降低故障对非故障线路正常运行的影响、实现系统的快速恢复，仍需确定故障区域并完成故障隔离。换流站内的交流故障一般为永久性故障，难以通过控制抑制其发展，需快速识别、定位并隔离。为了提高换流站内交流保护的可靠性，实现保护区域的合理重叠，直流保护的范围可延伸至换流站网侧，并与交流保护范围部分重叠。如特高压直流输电系统和直流分层接入系统中，可通过分区互联装置实现保护区域的重叠。为确定故障区域，交流保护一般利用电流特征。但直流电流保护难以直接用于直流故障区域的确定，且存在区外交流故障后保护误动的可能。

此外，现在的交、直流保护配合中，一般仅考虑通过延时防止保护误动。如直流输电系统中，为了通过直流电压识别阀故障与交流系统扰动，一般装有50Hz和100Hz保护。且为与交流保护配合，一般设有几百毫秒的延时。但对于直流保护，延时时间较长时，可能存在故障特征因换流器闭锁等原因而消失的情况。且现有交直流保护大多没有综合考虑交直流故障特征以及保护方案和定值的配合，确定故障区域的功能仍待完善。

发明内容

本发明的目的是提供一种换流站中交直流故障的识别及其保护协调方法，其特征在于，在分析交直流故障特征的基础上，提出用于区分换流站交、直流故障的换流站差流保护及其换流站交直流保护的配合方案；主要从：1)分析MMC换流站交、直流故障后，MMC闭锁前后交流负序电流与直流二次谐波电流特征，以及交、直流电压特征；2)结合闭锁前后的交、直流电流特征，提出用于区分交、直流故障及区内、外故障的换流站差流保护；3)结合换流器闭锁前后的故障特征，以及交直流故障对直或交流保护的影响三个方面进行分析，具体包括：

(1)基于故障电流特征对MMC交直流故障的识别，

以MMC换流站为载体，结合MMC拓扑结构及其等效简化电路的MMC等效简化模型进行分析；包括

1)，MMC换流站的交直流故障电流特征，在MMC交、直流侧的环流等效电路中换流站交流侧有k_ac次谐波与直流侧有k_dc次谐波，在桥臂不平衡电流作用下，交流负序电流i_i(2)，直流二次谐波电流i_p(2)满足式(1)、(2)，

其中，u_ib为i相桥臂不平衡电压；i_i(2)为i相负序电流；i_p(2)和i_n(2)分别为正、负极二次谐波电流，且满足i_p(2)＝i_n(2)，则以i_p(2)分析直流二次谐波电流；R_dc和L_dc分别为直流系统等效电源的等效电阻和等效电感，且包含直流系统等效电源内阻；R_ac和L_ac分别为交流系统间的等效电阻和等效电感，且包含交流系统等效电源内阻抗；R_arm和L_arm分别为桥臂等效电阻和桥臂电感；