[发明专利]一种MMC-HVDC输电线路故障判断方法

说明书

本发明涉及一种MMC‑HVDC输电线路故障判断方法，其技术特点是：本发明通过采用离散小波分析提取线路平波电抗器直流侧及换流器侧高频电压有效值进行比较从而对区内、区外故障进行判别。随后采用K‑means聚类算法，利用不同故障类型、不同故障位置，直流线路故障发生后较短的时间窗口采集得到的单侧保护单元电压、电流数据，对其进行聚类分析，获取单侧保护单元电压、电流数据的质心与阈值，经过训练，确定相应的保护判据，实现故障选极。本发明能够不受故障位置和过渡电阻的影响，快速准确地检测MMC‑HVDC输电线路故障，并识别出故障类型。

技术领域

本发明属于输电线路技术领域，尤其是一种MMC-HVDC输电线路故障判断方法。

背景技术

近年来，我国加快了以风能、太阳能为代表的可再生能源的开发与利用，清洁能源占比不断提升。柔性直流输电系统相较于传统的直流输电技术，能够独立调节有功与无功功率，不存在换相失败问题，非常适合于可再生能源的大规模、远距离传输。

柔性直流系统采用的换流器包括基于脉宽调制PWM技术的两电平或三电平电压源型换流器和基于阶梯波调制技术的模块化多电平换流器(modular multilevelconverter,MMC)。其中，两电平或三电平换流器开关频率较高，开关损耗较大，电压波形较差，多用于较低的电压等级。目前的柔性直流电网，尤其是电压等级较高的直流电网中，模块化多电平换流器得到了广泛的应用。

MMC-HVDC系统的故障特征与一次系统结构和控制系统紧密相关，直流输电线路的电气量如电流和电压在不同类型的系统故障时，呈现不同的特征。目前已投运的MMC-HVDC系统普遍采用对称单极主接线方式，由单换流器构成自然双极系统。接地方式分为交流侧接地和直流侧经钳位电阻接地两类。

其中采用直流侧经钳位电阻接地方式的MMC-HVDC输电线路，由半桥子模块构成，如图2所示。该系统主要由MMC整流站、逆变站、直流输电线路以及线路两端的平波电抗器构成，其中M侧为整流侧、N侧为逆变侧，MMC每个桥臂由若干个子模块和一个桥臂电抗组成。三相MMC的拓扑结构如图3所示，包含6个桥臂，每一相的上下桥臂组合在一起成为一个相单元。

可通过控制子模块中IGBT的导通与关断来改变子模块的工作状态，分析可知子模块共有3种工作状态，6个工作模式。MMC在实际运行中，需要保持直流侧电压恒定，要求每个相单元中每个时刻处于投入状态的子模块数目相等且维持不变；需要在交流侧输出三相交流电压，一般通过脉宽调制PWM方式与阶梯波调制方式实现。随着模块化多电平换流器子模块数量的增多，最近电平逼近调制方式能够输出十分理想的交流电压波形，得到了越来越广泛的应用。

其中，MMC-HVDC输电线路的故障可分为交流系统故障与直流系统故障。交流系统故障发生时，交流电网正序电压大幅跌落，直流系统电流下降；若该故障为不对称性故障，会造成直流电压电流出现二倍频波动，该波动可通过改进控制策略进行消除与抑制。

对于直流系统故障，可分为单极接地故障与双极短路故障。对于单极接地故障，由于直流系统中钳位电阻的存在，故障极对地电压降为零，非故障极对地电压增加为原来的两倍。桥臂电流有所上升，但过流程度不大，直流电流可很快恢复正常，由于直流线路存在充放电的过程，直流电压会有短时波动。对于双极接地短路，直流电压迅速降为零，直流电流迅速增大，可增加至数倍于额定电流，最终趋于稳定。因此双极接地短路故障是最为严重的故障类型，对电力系统安全可靠与稳定运行影响巨大。

但是针对目前的MMC-HVDC输电线路，尚未找到如何精确识别故障区域并判断故障类型的方法，这使得MMC-HVDC输电线路的维护检修产生了巨大的问题，也对柔性直流输电系统的发展产生了制约。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种MMC-HVDC输电线路故障判断方法，能够精确判断故障区域并判断故障类型。

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：