[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

说明书

本发明公开了一种基于暂态能量的MMC‑HVDC的直流短路故障的检测方法，是根据MMC‑HVDC的桥臂电容、直流电感的暂态能量构建向量，根据暂态能量向量的变化进行故障判断：当暂态能量向量的变化超过阈值，则启动检测；当区间定位判据大于设定值，则判断故障发生在区内，反之则在区外；对送端站，当某线路的故障线路选择判据大于设定值，则判断该线路发生故障，反之则没有发生故障；当该线路的直流短路故障识别判据大于设定值，则判断发生直流短路故障，否则为功率波动或雷击故障；对受端站，则与送端站情况相反。本发明能够在故障发生后1ms甚至更短的时间内发现故障，并判断故障的位置。

技术领域

本发明涉及柔性直流电网故障保护领域，更具体地说是一种应用于多端柔性直流电网中的直流故障快速检测方法。

背景技术

为了解决日益凸显的能源短缺问题，对太阳能和风能等新能源的开发和利用具有重要意义。而我国幅员辽阔，新能源分布广泛，且能源和负荷分布不均衡，因此需要一种远距离输电损耗小、稳定性高且有较好的新能源吸纳能力的输电技术，而基于模块化多电平换流器的柔性直流电网(MMC-HVDC-Grid)技术为这一问题提供了解决方案。

而为了实现直流电网的安全稳定运行，对其故障保护系统的设计就成为了关键。直流短路故障是直流电网中的主要故障类型之一，其对于直流电网系统的危害最大。由于直流电网系统具有低阻尼的特性，使得直流短路故障发生后故障电流的发展速度极快，通常故障电流能在几个毫秒内达到数倍于额定电流的水平，若不加以保护会对整个系统造成极大的破坏。故障保护系统检测时间越短，则故障电流越小，故障切除的难度越低，对系统的保护越有利，因此故障检测方法在柔直系统的保护中有着重要的作用。

而现有的适用于直流电网的故障检测方法较少，且存在阈值整定困难，对硬件设备要求高等诸多问题。并且多数检测方法需要采集两端的信息，对通信速率要求高，存在检测速度慢的缺陷。

发明内容

本发明是为解决上述现有技术所存在的不足之处，提供一种基于暂态能量MMC-HVDC的直流短路故障的检测方法，以期能利用换流站子模块电容和直流电感的暂态能量构成检测判据，从而在瞬时内即可实现故障检测和故障线路的定位，且易于整定，对雷击等干扰因素的抵抗能力较强。

本发明为解决技术问题采用如下技术方案：

本发明一种基于暂态能量的MMC-HVDC的直流短路故障的检测方法的特点是按如下步骤进行：

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设定值，则判断为区内故障；否则为区外故障；

步骤4、对于送端，若线路的故障线路选择判据大于设定值，则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设定值，则确定相应线路发生故障；否则，表示相应线路没有故障；

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设定值，则确定发生直流短路故障；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设定值，则确定发生直流短路故障；否则，表示发生功率波动或雷击故障。

本发明所述的基于暂态能量的MMC-HVDC的直流短路故障的检测方法的特点是，所述步骤1是按如下过程构建暂态能量向量：

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