[发明专利]一种海上风电柔直系统的单极接地故障保护方法及系统

说明书

本发明提出一种海上风电柔直系统的单极接地故障保护方法及系统，通过获取直流线路保护安装处的正极、负极电压值和电流值，将正极、负极和极间测量电压的变化率分别与阈值进行比较，根据比较结果进行故障启动判断；将正极和负极电压故障分量的积分值与阈值进行比较，根据比较结果判断故障极；将正极、负极测量电流乘积的积分值与阈值进行比较，实现单极接地故障的区内、外识别；本发明可有效实现海上风电柔直系统的单极接地故障判别，具有较强的抗过渡电阻和抗噪声能力。

技术领域

本发明涉及直流继电保护领域，更具体的，涉及一种海上风电柔直系统的单极接地故障保护方法及系统。

背景技术

近年来，随着海上风电装机容量和离岸距离的扩大和增加，柔性直流输电技术因其同时具有远距离输电损耗低、不会发生换相失败、可独立控制有功和无功等诸多优点，在海上风电领域的应用越来越广泛。直流线路故障的检测和保护是保证海上风电场运行安全和供电可靠性的重要基础。当发生单极接地故障时，非故障极暂态电压可能数倍于额定电压，并造成交流侧电压大幅偏移，影响柔直系统和交流电网运行安全。与此同时，单极接地故障时暂态故障电流小，且基本无稳态故障电流，故障线路检测面临较大困难。

针对上述问题，目前开展的相关研究工作，主要包括：针对柔直系统单极接地故障所提的保护方法：一种单极对地短路故障快速恢复保护策略,能够在交流侧低阻抗接地方式下避免交流断路器跳闸。一种附加控制器以加速电容电压再平衡,降低其对系统和控制参数的依赖。但二者在故障暂态特性分析中未考虑直流海缆分布电容更大带来的特殊性，近似忽略了线路电容的故障电流，导致所提保护方案不完全适用于海上风电柔直系统；基于电流变化率的方向纵联保护方法通过搭建的PSCAD/EMTDC模型,对单极接地故障时的电流上升率特性和设计的直流线路故障清除策略进行了验证，但构建保护判据时，仅考虑了单侧换流器的放电回路。这种做法在双极短路故障分析中是常见的，其原因在于双极短路时故障点的两侧电路已解耦。但对于单极接地故障，由于故障点两侧换流器依旧保持电气联系，仅考虑了单侧换流器放电回路的做法难以保证所提保护方案的可靠性。综上可知，针对柔直系统的单极接地故障，现有研究主要集中在以架空线为输电线路的常规陆上柔性直流输电系统，未充分考虑海底直流电缆分布电容更大所带来的特殊性，所提保护方法尚不完善。针对该问题，本发明提出一种海上风电柔直系统的单极接地故障保护方法，以满足海上风电柔直系统的故障判别需求。

发明内容

为解决现有技术中存在的不足，本发明的目的在于，提供一种海上风电柔直系统的单极接地故障保护方法及系统，可有效实现海上风电柔直系统的单极接地故障判别，且具有较强的抗过渡电阻和抗噪声能力。

本发明采用如下的技术方案。

本发明一方面提供了一种海上风电柔直系统的单极接地故障保护方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，获取直流线路保护安装处的正极、负极电压值和电流值；

步骤2，将正极、负极和极间的测量电压变化率分别与阈值进行幅值比较，若正极或负极或极间的测量电压变化率大于阈值，判定发生直流系统故障，进入步骤3；若否，则判定未发生直流系统故障；

步骤3，将正极和负极电压故障分量的积分值分别与阈值进行幅值比较，若正极和负极电压故障分量的积分值均小于阈值，判定发生正极接地故障，进入步骤4；若否，则进入步骤5；

步骤4：将正极、负极测量电流乘积的积分值与阈值进行幅值比较，若正极、负极测量电流乘积的积分值均大于阈值，判定发生区内正极接地故障；若否，则判断发生区外正极接地故障；

步骤5，将正极和负极电压故障分量的积分值分别与阈值进行幅值比较，若正极和负极电压故障分量的积分值均大于阈值，判定发生负极接地故障，进入步骤6；若否，则判定未发生单极接地故障；