一种电压源换流器故障检测定位方法和系统与流程

本发明属于电力系统柔性交直流输电技术领域，具体涉及一种柔性直流输电系统中无变压器方式接入直流电网的电压源换流器拓扑中网侧接地故障定位方法和系统。

背景技术：

现代交流配电网中，一方面大城市负荷密度不断增大，输配电网规模的不断扩大，受制于短路容量、电磁环网等问题，配电网一般采用高压分区、中压开环的运行方式，导致系统设备利用率低，可靠性下降，另一方面客户对供电可靠性、电能质量的要求再不断提高，大型城市中敏感负荷逐渐增大，短时供电中断也会带来较大的经济损失甚至严重的社会影响。柔性直流输电采用电压源换流器，可以独立调节有功和无功的传输，柔性直流技术是解决现有配电网存在问题的有效手段之一，柔性直流输电可以在不增加短路容量的情况下实现交流电网互联，实现交流电网合环运行，提高电网运行可靠性、提升电能质量和电网运行效率。

基于柔性直流输配电的交直流互联电网是电网发展的趋势之一，基于模块化多电平技术的发展，解决了困扰基于两电平柔性直流输电发展的均压问题和损耗大问题，同时降低了交流系统谐波，使无变压器连接连接交流系统成为一种可能。从而使换流站总体投资及体积减少成为可能。

当柔性直流输电系统电压源换流器采用无变压器方式接入电网时，当交流系统发生故障时，半桥mmc和全桥mmc的故障特性类似，柔性环网控制装置无法隔离零序。例如对于ag(单相接地)故障，非故障相电压有相电压提升为线电压，abc三相电流保持对称。换流站2也会表现出单相接地故障的故障特征，直流电压出现工频共模交流分量，两侧控制系统无法预知故障发生在哪一侧，从而都会启动故障控制策略抑制零序分量，会导致两侧共同调节抑制结果出现，由于两侧零序电流分量实际是相同性质，最终可能会导致因为两侧电流环调节不同步关系引发两侧抑制效果相互抵消，因此需要对故障检测定位，在准确定位故障侧基础上，决定两侧的配合抑制零序分量方式。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种柔性直流输电系统中无变压器方式接入直流电网的电压源换流器拓扑中网侧接地故障定位方法，其特征在于通过检测故障电流，比较桥臂电抗器电流和网侧电流大小，根据桥臂电流方向和网侧电流方向，计算两者之间的差流大小,通过比较各站差流大小,判定实际接地故障发生侧。如果无法通过差流计算方法判断出故障侧，如果同时检测出交流侧有零序电压,就通过短时闭锁换流器条件下，检测两侧换流器零序电压大小。通过比较各站零序电压大小,判定实际接地故障发生侧。

为了达成上述目的，本发明采用的技术方案是：

通过计算桥臂电抗器电流和网侧电流之间的差流大小，差流大于给定数值△iset，超过一定防抖动延时△t1判断为故障侧，差流小于给定数值△iset侧判断为非故障侧，这种定位方式可以在不闭锁换流器条件下进行，其中△t1取值范围0～5s。

上述该定位故障侧方法适用于交流系统以下中性点接地方式：1)中性点不接地；2)中性点经电阻接地；3)中性点经消弧线圈接地三种方式，其中换流器拓扑可以为半桥，全桥或者类全桥结构或者半桥加全桥或者类全桥的混合桥臂结构。

上述的网侧接地故障定位方法，当换流器一端发生单相接地故障,两相接地故障、三相接地故障情况下都可以用检测差流方式定位故障侧。

上述网侧接地故障定位方法，如果为全桥结构，可以通过短时全闭锁或者半闭锁方式，保证零序接地电流不会通过直流侧传递到对侧换流站，半桥结构可以通过短时闭锁方式，检测交流侧输出零序电压大小，大于给定数值△uset超过一定防抖动延时△t2侧判断为故障侧，其它侧为非故障侧。其中△t2取值范围0～5s。

一种网侧接地故障定位系统，该系统包括电流检测单元，零序电压检测单元，逻辑比较单元以及故障检测定位单元。其中电流检测单元检测网侧电流以及桥臂电流大小。零序电压检测单元检测输出零序电压大小。逻辑比较单元通过计算两者之间的差流大小，以及闭锁条件下计算换流器输出零序电压大小。逻辑比较单元通过计算两者之间的差流大小，差流大于给定数值△iset，超过一定防抖动延时△t1判断为故障侧，差流小于给定数值△iset侧判断为非故障侧，以及通过短时闭锁换流器条件下，比较交流侧零序电压大小，大于给定数值△uset超过一定防抖 动延时△t2侧判断为故障侧，其它侧为非故障侧，其中△t2取值范围0～5s。故障检测定位单元结合以上两种比较结果，首先检测差流大小判断故障侧，如果无法通过差流计算方法判断出故障侧，立即启动短时闭锁换流器，检测两侧换流器零序电压大小。通过比较各站零序电压大小,判定实际接地故障发生侧。

采用上述方案后，本发明的有益效果为：

(1)多种复合检测方式可以方便检测出直流网络中交流网侧发生接地短路的换流器一端，便于换流器侧启动零序电压或者电流抑制策略。

(2)该方法判断出故障侧后，各换流器可以在控制系统中相互配合达到共同抑制零序电流或者电压目的。较好抑制系统中故障电流成分，为直流电网各换流器正常运行提供保障。

附图说明

图1是两端换流器采用无变压器直流方式连接时，网侧发生过故障点k1,k2示意图。

图2是本发明中换流器的拓扑，其中桥臂模块可以是半桥(hbsm)，全桥(fbsm)或者内全桥(sfbsm)。

具体实施方式

以下将结合附图及具体实施例，对本发明的技术方案进行详细说明。

本发明的目的是提供一种柔性直流输电系统中无变压器方式接入直流电网的电压源换流器拓扑中网侧接地故障定位方法，一种方式是检测故障电流，比较桥臂电抗器电流大小和网侧电流互感器测量电流大小，根据桥臂电流方向和网侧电流方向，计算两者之间的差流大小，差流大于给定数值认为改侧为故障侧，另一种方式是在短时闭锁换流器状态下直接检测单侧换流器输出零序电压大小，大于给定数值超过一定防抖动延时判断为故障侧，通过短时闭锁换流器条件下，检测两侧换流器零序电压，如果为全桥结构，可以通过短时全闭锁或者半闭锁方式，保证零序接地电流不会通过直流侧传输到对侧换流站，半桥结构可以通过短时闭锁方式，检测单侧换流器输出零序电压大小，大于给定数值超过一定防抖动延时判断为故障侧。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

提出一种接入直流电网的电压源换流器网侧接地故障定位方法，通过检测故 障电流，比较桥臂电抗器电流和网侧电流大小，根据桥臂电流方向和网侧电流方向，计算两者之间的差流大小,通过比较各站差流大小,判定实际接地故障发生侧。具体方案为：通过计算两者之间的差流大小，差流大于给定数值△iset，超过一定防抖动延时△t1判断为故障侧，差流小于给定数值△iset侧判断为非故障侧，这种定位方式可以在不闭锁换流器条件下进行，其中△t1取值范围0～5s。

如果无法通过差流计算方法判断出故障侧，如果同时检测出交流侧有零序电压,则通过短时闭锁换流器条件下，检测两侧换流器零序电压大小。通过比较各站零序电压大小,判定实际接地故障发生侧。具体实施方式为：如果为全桥结构，可以通过短时全闭锁或者半闭锁方式，保证零序接地电流不会通过直流侧传递到对侧换流站，半桥结构可以通过短时闭锁方式，检测交流侧输出零序电压大小，大于给定数值△uset超过一定防抖动延时△t2侧判断为故障侧，其它侧为非故障侧。其中△t2取值范围0～5s。

上述述该定位故障侧方法适用于交流系统以下中性点接地方式：1)中性点不接地；2)中性点经电阻接地；3)中性点经消弧线圈接地三种方式，其中换流器拓扑可以为半桥，全桥或者类全桥结构或者半桥加全桥或者类全桥的混合桥臂结构。

一种网侧接地故障定位系统具体实施方案为：该系统包括电流检测单元，零序电压检测单元，逻辑比较单元以及故障检测定位单元。

其中电流检测单元检测网侧电流以及桥臂电流大小。零序电压检测单元检测输出零序电压大小。逻辑比较单元通过计算两者之间的差流大小，以及闭锁条件下计算换流器输出零序电压大小。逻辑比较单元通过计算两者之间的差流大小，差流大于给定数值△iset，超过一定防抖动延时△t1判断为故障侧，差流小于给定数值△iset侧判断为非故障侧，以及通过短时闭锁换流器条件下，检测单侧换流器输出零序电压大小，大于给定数值△uset超过一定防抖动延时△t2侧判断为故障侧，其它侧为非故障侧，其中△t2取值范围0～5s。故障检测定位单元结合以上两种比较结果，首先检测差流大小判断故障侧，如果无法通过差流计算方法判断出故障侧，如果同时检测出交流侧有零序电压,则立即启动短时闭锁换流器，检测两侧换流器零序电压大小。通过比较各站零序电压大小,判定实际接地故障发生侧。