[发明专利]用于交直流混联电网的快速零序方向元件判别方法

说明书

技术领域

本发明涉及电力工程领域的继电保护自动化技术领域，尤其涉及一种适用于交直流混联电网的快速零序方向元件判别方法。

背景技术

与交流输电方式相比，高压直流输电具有输电容量大，有功功率损耗小，可以用于非同步联网，能限制电力系统短路电流水平，不存在交流输电系统的稳定性问题等特点。交直流混联电网成为我国电网发展的方向。

高压直流输电的特点是其逆变侧换流器在交流系统故障时会出现换相失败。换相失败的主要特征为：若换相失败持续两个周期以上，换相失败的波形表现为脉动直流，经特征谐波滤波器滤波后，波形中的频率成分将比较复杂，全周傅氏算法和半周傅氏算法的将计算出错误的相量结果；与同步交流系统不同，在换相失败存在期间，所有的暂态谐波分量均不衰减。换相失败过程中三相电流之和为0，故换相失败过程未向交流系统注入零序电流，换流器不是零序故障分量电源。换相失败过程中三相电流不对称，故换相失败过程逆变器向交流系统注入负序电流，换流器是负序故障分量电源。

在不含有直流输电的交流系统中，等效正、负序阻抗具有相同的相位角。由于直流系统存在换相失败以及快速控制策略，正、负序阻抗的相位关系受到很大影响。保护计算所得正、负序阻抗相位变得不再相等，而且随着故障点远离保护安装处正、负序阻抗的相位差逐渐增大，相位值随时间波动逐渐严重。

在直流系统正常运行时，任何形式的换流器在换流的同时都会产生高次谐波，对于脉动数为p的换流器，直流侧主要产生n＝kp次谐波，交流侧产生n＝kp±1次谐波。例如12脉动换流器在交流侧主要产生11、13、23等奇数次特征谐波。换流器正常运行时可通过交流滤波器滤除谐波。然而在换相失败故障发生和恢复的暂态期间内非周期分量急剧增加，但特征谐波幅值不大；低次非特征谐波分量谐波幅值均不小，其中以2、3次谐波最严重，对保护算法准确性有一定影响。因为非周期分量和非特征次谐波分量含量较大且超高压电网的衰减时间常数较大，在某些故障情况下非周期分量衰减缓慢，易造成电流互感器出现饱和，影响保护设备的正常工作。

通过RTDS建立交直流混联系统仿真模型如图1所示，模拟K1、K4点在电压过零时发生单相接地故障，整流侧、逆变侧交流系统以及直流系统部分保护安装处电压、电流出整数次谐波和特征谐波外，电压电流中出现了低频分量(约20Hz)、分数次谐波(约20Hz、80Hz以及120Hz)。这些频率成分对交流保护中广泛采用的全周傅氏算法、各种短窗滤波算法将产生巨大的影响，使以其为基础的交流保护产生不正确动作，影响保护的性能。

目前，传统交流继电保护中用到的各种方向元件包括：突变量相方向元件、正序突变量方向元件、负序突变量方向元件、零序方向元件等；通常采用傅立叶算法计算向量进行相位判别。

正序突变量方向元件：θ1=argU·1gI·1g---(1)]]>

负序方向元件：θ2=argU·2I·2---(2)]]>