[发明专利]双向变流器柔直供电系统的电流变化率及增量保护方法

说明书

本发明提供了一种双向变流器柔直供电系统的电流变化率及增量保护方法，包括以下步骤：步骤S1：持续监测di/dt，di/dt的值达到启动定值S且持续时间满足防抖延时tS后，保护启动，同时启动复归延时tR计时；步骤S2：同时进行速动段、封锁脉冲动作段和未封锁脉冲动作段的保护，所述速动段、封锁脉冲动作段和未封锁脉冲动作段满足动作条件时，出口跳闸，所述速动段、封锁脉冲动作段和未封锁脉冲动作段不设置通过判断di/dt大小而确定是否复归的条件；步骤S3：超过复归延时tR后，所有保护复归。本发明无论故障点发生在近端、中端、远端、还是越区供电末端，均能正确识别。

技术领域

本发明属于轨道交通技术领域，特别涉及双向变流器柔直供电系统的电流变化率及增量保护方法。

背景技术

随着全球气候变化对人类社会构成重大威胁问题的出现，越来越多的国家将“碳中和”上升为国家战略，提出了无碳未来的愿景。在城市轨道交通领域，具有能量双向流动、直流特性可控、功率因数可调、谐波含量小等绿色低碳特点双向变流器柔直供电系统已经从研制、试用，逐步进入推广应用阶段了，相应的对保证其供电系统安全、可靠运行的继电保护也带来了新的问题和挑战。

双向变流器柔直供电系统如图1所示。根据对双向变流器柔直供电系统各种工况下不同短路点的模拟仿真结果，发生短路时，随着短路电流增大，在电压降低到一定值时(1500V系统约为1400V)，双向变流器会进入失控状态，IGBT会封锁脉冲；变流器通过IGBT模块的续流二极管输出电流，此时电压已不受控制，过渡到相当于一台大阻抗的整流机组设备。暂态过渡过程中di/dt和电流幅值都会发生波动，随着短路点由近到远，引起脉冲封锁的起始时间大约分布在短路后0～200mS之间，在短路点接近大双边越区末端时，随着短路电流变小，短路时引起的母线电压降低量变小，双向变流器不进入脉冲封锁状态。

以其中一处的短路仿真波形为例，单台3MW双向变流器2公里处短路的电流和电压波形如图2所示，di/dt波形如图3所示。其中，光标1处为封锁点，光标2处为峰值点。从仿真图中可以看到，电流波形波动幅度不大，电压和di/dt波形在暂态过渡过程中有明显的锯齿形波动。

既有的直流供电系统继电保护设置有：大电流脱扣保护(断路器本体)、电流速断保护、过电流保护、di/dtΔI保护、接触网热过负荷保护、双边联跳保护、低电压保护(报警)等。在双向变流器脉冲封锁的暂态波动变化过程中，这些保护中受影响最大的就是di/dtΔI保护，由于di/dt在零区附近上下波动，可能会直接导致不同动作原理的既有厂家di/dtΔI保护的部分或全部保护功能因复归而失效。

对于di/dtΔI速动段而言，由于要与相邻区间近端短路配合，所以ΔI取值比较大，主要用来作为近端到中间区段的保护。各厂家保护动作判断逻辑中都有di/dt复归值，用来滤掉一些非真正短路的误启动信号，如：西门子Sitras PRO中的di/dt复归值与启动值是相同，一般取值在40～60A/mS左右，复归延时可整定1～4mS。赛雪龙的SPCOS-NG和712所的ZJK-11原理基本相同，di/dt复归值F独立于启动值，一般取值在15A/mS左右，若di/dtF则立即复归无延时。保富DCP3的复归值独立于启动值(类似SPCOS-NG)，复归延时可整定1～10mS。总之，若短路点ΔI的动作值落在双向变流器脉冲封锁的暂态波动过程中，就可能被复归，从而会影响到这部分区段保护的动作结果，相对缩小了ΔI保护的保护范围。

对于di/dtΔI延时段而言，各厂家原理也不尽相同，延时di/dt一般取值在40～60mS左右，除了ΔI与延时定值不同外，判断保护是否复归的di/dt值与复归延时的逻辑基本与速动段类似。对于保护延时期间落在/跨越脉冲封锁的暂态波动过程的短路区段，可能会引起保护提前复归，或产生反复启动、复归，无法出口等现象。