[发明专利]基于暂态能量的MMC-HVDC的直流短路故障的检测方法

权利要求书

1.一种基于暂态能量的MMC-HVDC的直流短路故障的检测方法，其特征是按如下步骤进行：

步骤1、根据MMC-HVDC换流站的桥臂电容以及各支路直流电感的暂态能量构建暂态能量向量和故障检测判据；

步骤1.1、利用式(1)和式(2)分别计算换流站桥臂电容的暂态能量和换流站各支路的直流电感的暂态能量

式(1)和式(2)中：u_c为故障后换流站桥臂投入的子模块的电容两端的电压；i_dc为故障后直流侧线路的电流；u_c0为故障前稳态时换流站桥臂投入的子模块的电容两端的电压；i_dc0为故障前稳态时直流侧线路的电流；C_eq为换流器桥臂等效电容参数；L_dc为直流电感参数；

步骤1.2、以换流站桥臂电容的暂态能量和换流站各支路的直流电感的暂态能量为基向量，利用式(3)构建暂态能量向量

式(3)中，表示换流站桥臂电容的暂态能量基向量，表示与换流站直接相连的第n个支路的直流电感的暂态能量基向量；n∈[1,N]；N表示与换流站直接相连的支路总数；

步骤1.3、利用式(4)构建暂态能量向量的模值

步骤1.4、当故障发生时，则利用式(5)得到暂态能量向量的变化程度的模值

步骤1.5、利用式(6)得到与换流站直接相连的第n个支路的直流电感的暂态能量基向量的余弦值

式(6)中，为暂态能量向量投影到与换流站直接相连的相邻两条支路的暂态能量基向量构成的平面所得的分量；为与换流站直接相连的第n个支路的直流电感的暂态能量基向量与分量的夹角；

步骤1.6、利用式(7)得到电容的暂态能量基向量的余弦值cosθ：

式(7)中，θ为暂态能量基向量与暂态能量向量的夹角；

步骤1.7、利用换流站桥臂电容的暂态能量和换流站各个支路的直流电感暂态能量以及式(5)、式(6)、式(7)构建故障检测判据；

步骤2、根据所述暂态能量向量的变化是否超过阈值来进行故障判断，若超过阈值，则启动所述故障检测判据并执行步骤3；否则，不启动所述故障检测判据；

步骤3、若区间定位判据大于变化率的阈值即满足式(10)，则判断为区内故障；否则为区外故障；

式(10)为区间定位判据，其中，表示暂态能量向量的变化程度的模值的变化率，是变化率的阈值；

步骤4、对于送端，若线路的故障线路选择判据大于稳定状态下的CLS的值，即当式(11)成立时，则表示相应线路的电流大于其他线路的电流，并判断相应线路发生故障；否则，表示相应线路没有故障；

对于受端，若线路的故障线路选择判据小于稳定状态下的CLS的值，即当式(11)不成立时，则表示相应线路的电流大于其他线路的电流，并确定相应线路发生故障；否则，表示相应线路没有故障；

式(11)为故障线路选择判据，其中，CLS表示故障线路选择判断式；m表示故障后数据采样总数；表示第k次采样所得k∈[1,m]；CLS₀为稳定状态下的CLS的值，并有：

式(12)中，R是连接到DC母线的分支数量；

步骤5、对于送端，若相应线路的直流短路故障识别判据大于稳定状态下CSF的值即满足式(13)，则确定相应线路发生直流短路故障；否则，表示发生功率波动或雷击故障；

对于受端，若相应线路的直流短路故障识别判据小于稳定状态下CSF的值，即不满足式(13)，则表示发生功率波动或雷击故障，否则，确定相应线路发生直流短路故障；

式(13)为直流短路故障识别判据，其中，CSF表示直流短路故障判断式；m表示故障后数据采样总数；θ_k表示第k次采样所得θ；k∈[1,m]；CSF₀为稳定状态下CSF的值，并有：

式(14)中，R表示连接到DC母线的分支数量。

2.根据权利要求1所述的基于暂态能量的MMC-HVDC的直流短路故障的检测方法，其特征是，所述步骤2中，若故障后流过电感的电流方向发生改变，则利用式(8)来判断所述暂态能量向量的变化是否超过阈值；

若故障后流过电感的电流方向未发生改变，则利用式(9)来判断所述暂态能量向量的变化是否超过阈值；

式(8)和式(9)中，和分别表示与换流站直接相连的第n个支路的直流电感的暂态能量的上限阈值和下限阈值。