[发明专利]多端柔性直流输电系统直流侧故障定位系统及方法

说明书

本发明公开了属于电力系统继电保护领域中一种多端柔性直流输电系统直流侧故障定位系统及方法。所述系统包括数据采集模块，故障定位模块，直流侧故障保护模块，结果输出模块。所述保护方法包括以下步骤：当直流侧线路故障发生后，换流站的低电压过电流保护启动，发出换流站闭锁信号；然后利用双曲正切函数相位突变特性进行故障定位；根各桥臂子模块闭锁，据故障电流是否衰减完毕的判据清除直流故障电流；故障线路被切除后，非故障线路上的开关重合。本发明利用故障点与参考点相匹配时函数相位突变的特征进行故障定位，解决了传统方法无法通过判断相应直流线路是否带电以启动重合闸的问题，且能够快速切除故障线路，保障非故障线路正常运行。

技术领域

本发明属于电力系统继电保护领域，特别涉及一种多端柔性直流输电系统(MMC-HVDC)直流侧故障定位系统及方法。

背景技术

随着可控关断电力电子器件技术的发展，以电压源型换流器(Voltage SourceConverter，VSC)为核心元件的柔性直流技术在直流输配电领域中逐渐占据重要地位。相对于传统点对点式直流线路，多端柔性直流输电系统更有利于降低成本、系统运行费用以及节约线路走廊，以该技术为基础的直流输电网络被认为是未来电力系统的重要发展方向。

然而，以柔性直流输电技术为基础的电力系统面临若干技术难题。其中，直流侧故障发生后如何准确判断故障位置以及识别故障区间，并保证非故障网络的快速恢复运行是提高柔性直流输电系统可靠性的关键。传统的故障距离评估和延时动作识别辐射型多端直流输电故障线路，但在保护速动性方面很难满足要求；行波信号和小波能量可快速识别多端柔性直流系统中的故障线路，但这种方式要求较高的采样率，且小波能量判据门槛值确定方式有较大的局限性；握手法采样率低，可适用于环型和辐射型多端柔性直流输配电系统，但该方法基于交流断路器跳闸以清除直流故障，动作速度慢，且在应用于星型多端柔性直流输电系统时，无法通过判断相应直流线路是否带电以启动重合闸措施。因此，有必要对多端MMC-HVDC直流侧故障的保护系统及其方法进行研究。

发明内容

本发明目的是提出一种多端柔性直流输电系统直流侧故障定位系统及方法其特征在于，所述系统由数据采集模块，故障定位模块，直流侧故障保护模块，结果输出模块串联组成；

所述数据采集模块用于采集测量端的电压电流信息，以及方向信息，进而提取线路上的工频故障分量；

所述故障定位模块，利用故障定位函数相位在故障距离处发生突变的特性，将线路n等分，根据已知电气量构造各等分点的故障定位函数f(l_mx)，并求出故障定位函数的相位，找出相位突变点所在区域，进而以较小步长求出突变点位置即故障距离，实现故障定位；

所述直流侧故障保护模块，由故障定位模块输出的直流线路故障位置，判断故障区间，结合“握手法”对直流侧进行保护与故障恢复；

所述结果输出模块用于输出判据结果和故障恢复结果。

一种多端柔性直流输电系统直流侧故障定位方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：当直流侧线路故障发生后，换流站的低电压过电流保护启动，发出换流站闭锁信号，动作方程为：

式中：U_dP、U_dN分别是直流侧正、负极输电线路的测量电压，I_dP、I_dN分别是直流侧输电线路正、负极测量的电流；U_set、I_set1分别是低电压、过电流保护整定值；同时，定义母线流向线路为电流正方向，利用方向元件判断直流开关是否需要跳闸；启动各个换流站出口的故障定位元件，利用双曲正切函数相位突变特性进行故障定位；

步骤二：各桥臂子模块闭锁，触发桥臂子模块中的反并联晶闸管，清除直流故障电流；故障电流是否衰减完毕的判据为：