一种并联多端直流输电系统金属纵差保护的实现方法与流程

[0001]
本发明涉及直流输电系统技术领域，具体涉及一种并联多端直流输电系统金属纵差保护的实现方法。


背景技术：

[0002]
并联多端直流输电系统是指三个或三个以上换流站的直流输电系统，其显著特征是多电源供电或多落点受电，当在一条输电走廊上有多个电源区域向多个负荷中心供电时，比两端直流输电系统更加经济灵活。
[0003]
直流输电系统的金属回线运行方式是指一极退出运行后，另一极将其输电线路作为各换流站中性点之间电流返回通路的单极运行方式，连接各换流站中性点的线路被称为金属回线。相较于常规的两端直流输电系统，并联多端直流输电系统金属回线运行方式的拓扑结构更为复杂，金属回线线路被换流站分隔成不同的线路段，常规直流针对金属回线故障配置的保护和故障清除清除方法已经不再完全适用。


技术实现要素：

[0004]
针对现有技术中的不足，本发明提供一种并联多端直流输电系统金属纵差保护的实现方法，对原有金属回线纵差保护的配置方案进行了优化，使之适用于并联多端直流输电系统。
[0005]
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
[0006]
一种并联多端直流输电系统金属纵差保护的实现方法，所述并联多端直流输电系统具有
[0007]
至少包括：
[0008]
位于第一区域的第一换流站，用于将所述第一区域的三相交流电网的交流电转换成直流电，并将转换的直流电通过自身所连接的直流输电线路输送出去；
[0009]
位于第二区域的第二换流站，用于将自身所连接的直流输电线路输入的直流电转换为交
[0010]
流电，并将转换的交流电输入至所述第二区域的交流电网；
[0011]
位于第三区域、与所述第一换流站和所述第二换流站通过直流输电线路并联连接的第三换流站，用于在接收到整流运行指令时切换至整流运行模式，并在投入运行后将所述第三区域的三相交流电网的交流电转换成直流电，并将转换的直流电通过自身所连接的直流输电线路输送出去；在接收到逆变运行指令时切换至逆变运行模式，并在投入运行后将自身所连接的直流输电线路输入的直流电转换为交流电，并将转换的交流电输入至所述第三区域的交流电网；
[0012]
所述第一换流站、所述第二换流站和所述第三换流站均配置有金属回线纵差保护装置，所述第三换流站还配置有金属回线故障选线装置，所述第三换流站还存在汇流母线区域且配有快速隔离开关；
[0013]
所述方法包括：
[0014]
所述换流站的金属回线纵差保护装置根据本站对极直流线路电流和相对站对极直流线路电流触发相应的保护动作；
[0015]
所述金属回线故障选线装置根据保护动作判断金属回线故障类型并采取相应的故障清除策略。
[0016]
如上所述的并联多端直流输电系统金属纵差保护的实现方法，进一步地，所述第一换流站的金属回线纵差保护装置采用以下判据：
[0017]
当第三换流站运行时，金属回线线路1的保护开放，判据为：
[0018]
|idl_op_sa
–
idl1_op|>δ；
[0019]
当第三换流站退出时，金属回线线路全长的保护开放，判据为：
[0020]
|idl_op_sa
–
idl_op_sc|>δ
[0021]
其中，金属回线线路1为第一换流站和第三换流站之间的金属回线，金属回线线路1和线路全长保护判据不会同时开放，判据满足后保护动作。
[0022]
如上所述的并联多端直流输电系统金属纵差保护的实现方法，进一步地，所述第三换流站的金属回线纵差保护装置采用以下判据：
[0023]
当第一换流站和第三换流站同时运行时，金属回线线路1的保护开放，判据为：
[0024]
|idl_op_sa
–
idl1_op|>δ
[0025]
当第三换流站和第二换流站同时运行时，金属回线线路2的保护开放，判据为：
[0026]
|idl_op_sc
–
idl3_op|>δ
[0027]
其中，金属回线线路1为第一换流站和第三换流站之间的金属回线，金属回线线路2为第二换流站和第三换流站之间的金属回线，金属回线线路1和金属回线线路2保护判据可能会同时开放，任一判据满足后保护动作。
[0028]
如上所述的并联多端直流输电系统金属纵差保护的实现方法，进一步地，所述第二换流站的金属回线纵差保护装置采用以下判据：
[0029]
当第三换流站运行时，金属回线线路2的保护开放，判据为：
[0030]
|idl_op_sc
–
idl3_op|>δ；
[0031]
当第三换流站退出时，金属回线线路全长的保护开放，判据为：
[0032]
|idl_op_sa
–
idl_op_sc|>δ
[0033]
其中，金属回线线路2和线路全长保护判据不会同时开放，判据满足后保护动作。
[0034]
如上所述的并联多端直流输电系统金属纵差保护的实现方法，进一步地，各换流站的保护动作结果分为两段，各段动作延时和动作策略分别为：
[0035]
第一段动作延时为600ms，动作策略为：移相重启一次，10s内若第二次满足则线路故障闭锁；
[0036]
第二段动作延时为1000ms，动作策略为：线路故障闭锁。
[0037]
如上所述的并联多端直流输电系统金属纵差保护的实现方法，进一步地，所述金属回线故障选线装置采用以下逻辑：
[0038]
根据第三换流站金属回线纵差保护动作结果，识别金属回线线路故障的故障位置识别：
[0039]
当金属回线线路1的保护动作出口时，判断为金属回线线路1故障；
[0040]
当金属回线线路2的保护动作出口时，判断为金属回线线路2故障。
[0041]
如上所述的并联多端直流输电系统金属纵差保护的实现方法，进一步地，所述故障清除策略包括：
[0042]
1)收到线路故障闭锁动作信号后，判断系统是否为两端运行，如果是两端运行，转步骤8)；如果是不是两端运行两端运行，转步骤2)
[0043]
2)判断是否为金属回线线路1故障，如果是，转步骤3)；如果不是，转步骤5)；
[0044]
3)判断第一换流站是否为唯一类型换流站，如果是，转步骤8)；如果不是，转步骤4)；
[0045]
4)闭锁第一换流站，同时执行移相重启一次，在电流减小后拉开第三换流站双极的快速隔离开关hss1，隔离故障线路和第一换流站，最后自动重启第三换流站和第二换流站，实现系统继续运行。
[0046]
5)判断是否为金属回线线路2故障，如果是，转步骤6)；如果不是，转步骤8)；
[0047]
6)判断第二换流站是否为唯一类型换流站，如果是，转步骤8)；如果不是唯一类型换流站，转步骤7)；
[0048]
7)闭锁第二换流站，同时执行移相重启一次，在电流减小后拉开第三换流站双极的快速隔离开关hss3，隔离故障线路和第二换流站，最后自动重启第一换流站和第三换流站，实现系统继续运行。
[0049]
8)闭锁站所有换流站，系统停运。
[0050]
如上所述的并联多端直流输电系统金属纵差保护的实现方法，进一步地，各换流站金属回线纵差保护在计算差流时，本站电流需要做延时处理，延时时间为站间通信传输时间。
[0051]
如上所述的并联多端直流输电系统金属纵差保护的实现方法，进一步地，所述金属回线纵差保护装置和金属回线故障选线装置可采用嵌入式工业控制平台或pc装置。
[0052]
本发明与现有技术相比，其有益效果在于：1、根据系统运行方式和故障位置的不同配置了不同的故障清除策略，在金属回线故障闭锁时防止了所有在运换流站闭锁，维持了当前输送的功率水平；2、在各换流站分别配置了金属回线纵差保护，并确定了保护范围，使保护能够适用于多端直流输电系统；3、配置了金属回线线路故障选线功能，在故障后能够确定故障位置，方便进行故障清除策略的选择。
附图说明
[0053]
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图进行简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0054]
图1为三端直流输电系统示意图，其中站b工作在整流模式。
[0055]
图2为三端直流输电系统示意图，其中站b工作在逆变模式。
[0056]
图3为三端直流输电系统金属回线故障闭锁时的故障清除策略示意图。
具体实施方式
[0057]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
[0058]
实施例：
[0059]
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，本发明实施例的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
[0060]
在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个、三个等，除非另有明确具体的限定。此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0061]
需要理解的是，本实施例用站a，站b和站c分别指代第一换流站、第三换流站和第二换流站；此外，对本发明中的一些技术术语进行介绍：移相重启一次：整流器以一定的速率将触发角增大到设定的角度，使整流器转为逆变状态运行；闭锁：在常规直流输电系统中，将故障极退至闭锁状态，换流器与直流场仍保持连接；线路故障闭锁：本发明中针对并联多端直流输电系统的线路故障配置的闭锁方式，需要根据系统运行方式和故障位置选择闭锁的换流站；唯一类型换流站：系统中唯一的整流站或唯一的逆变站。
[0062]
为更好理解本发明，对现有技术方案进行简单介绍，金属回线纵差保护是检测金属回线线路故障的主保护，常规直流输电系统的金属回线纵差保护功能配置如下：
[0063]
|idl_op-idl_op_os|>max(idl_op、idl_op_os)
×
0.2，
[0064]
i段：延时600ms，移相重启一次，10s内若来第二次则闭锁；
[0065]
ii段：延时1000ms，直接闭锁。
[0066]
其中，idl_op为本站对极直流线路电流，idl_op_os为对站对极直流线路电流。
[0067]
金属回线纵差保护仅在金属回线运行方式下的整流站有效。
[0068]
常规两端直流输电系统在金属回线运行方式下，仅有一条金属回线输电线路，当金属回线发生接地故障，移相重启一次无法消除故障时，保护发闭锁指令，系统直接停运。
[0069]
并联多端直流输电系统在金属回线运行方式下，至少有两条或两条以上的金属回线输电线路，当某条金属回线输电线路发生故障需要闭锁时，在保证可靠隔离故障的前提下，保护需要最大限度地保证各换流站能够继续运行，从而减小系统传输功率的损失。因此，现有金属回线纵差保护已经不能满足并联多端直流输电系统的需求，研究适用于并联多端直流输电系统的金属回线纵差保护配置方案和故障清除策略对提高系统的可靠性有着重要的作用。
[0070]
本发明对原有金属回线纵差保护的配置方案进行了优化，使之适用于并联多端直流输电系统；增加金属回线故障位置识别功能，实现了多端直流输电系统金属回线故障位置的快速判别和识别；针对不同位置的金属回线故障采取了不同的故障清除策略，实现了故障的快速清除并维持系统传输功率。
[0071]
参见图1至图3，图1为三端直流输电系统示意图，其中站b工作在整流模式。图2为三端直流输电系统示意图，其中站b工作在逆变模式。图3为三端直流输电系统金属回线故障闭锁时的故障清除策略示意图。
[0072]
一种并联多端直流输电系统金属纵差保护的实现方法，并联多端直流输电系统含有三个或三个以上换流站，在各换流站均配置金属回线纵差保护，增加金属回线故障选线逻辑，针对不同位置的金属回线故障采取不同的故障清除策略，以减少线路故障闭锁时的功率损失。
[0073]
在并联多端直流输电系统中，中间换流站即可工作在整流模式，也可工作在逆变模式，存在汇流母线区域且配有快速隔离开关(hss)，如图1和图2所示。各中间换流站的金属回线纵差保护的配置方案相同，因此以并联三端直流输电系统的金属回线纵差保护配置方案和故障清除策略进行说明。
[0074]
作为一种可选的实施方式，在某些实施例中，在站a配置金属回线纵差保护，保护范围是金属回线线路1或金属回线线路全长。
[0075]
当站b运行时，金属回线线路1的保护开放，判据为：
[0076]
|idl_op_sa
–
idl1_op|>δ；
[0077]
当站b退出时，金属回线线路全长的保护开放，判据为：
[0078]
|idl_op_sa
–
idl_op_sc|>δ
[0079]
线路1和线路全长保护判据不会同时开放，判据满足后保护动作。
[0080]
作为一种可选的实施方式，在某些实施例中，在站b配置金属回线纵差保护，保护范围是金属回线线路1和金属回线线路2。
[0081]
当站a和站b同时运行时，金属回线线路1的保护开放，判据为：
[0082]
|idl_op_sa
–
idl1_op|>δ
[0083]
当站b和站c同时运行时，金属回线线路2的保护开放，判据为：
[0084]
|idl_op_sc
–
idl3_op|>δ
[0085]
线路1和线路2保护判据可能会同时开放，任一判据满足后保护动作。
[0086]
作为一种可选的实施方式，在某些实施例中，在站c配置金属回线纵差保护，保护范围是金属回线线路2或金属回线线路全长。
[0087]
当站b运行时，金属回线线路2的保护开放，判据为：
[0088]
|idl_op_sc
–
idl3_op|>δ；
[0089]
当站b退出时，金属回线线路全长的保护开放，判据为：
[0090]
|idl_op_sa
–
idl_op_sc|>δ
[0091]
线路2和线路全长保护判据不会同时开放，判据满足后保护动作。
[0092]
作为一种可选的实施方式，在某些实施例中，各换流站通过站间通信采集其他换流站金属回线线路上的电流，站间通信传输数据需要一定的时间，因此各换流站金属回线纵差保护在计算差流时，本站电流需要做延时处理，延时时间为站间通信传输时间。
[0093]
作为一种可选的实施方式，在某些实施例中，各站的保护动作结果分为两段，各段动作延时和动作策略分别为：
[0094]
第一段动作延时为600ms，动作策略为：移相重启一次，10s内若第二次满足则线路故障闭锁；
[0095]
第二段动作延时为1000ms，动作策略为：线路故障闭锁。
[0096]
作为一种可选的实施方式，在某些实施例中，增加了金属回线故障选线逻辑。通过保护动作结果可以判断所保护的线路上是否存在接地故障，因站a和站c的金属回线纵差保护的保护范围会随着系统运行工况而改变，因此仅在中间站配置故障选线功能。
[0097]
根据站b金属回线纵差保护动作结果，可以实现金属回线线路故障的故障位置识别：
[0098]
当金属回线线路1的保护动作出口时，判断为金属回线线路1故障；
[0099]
当金属回线线路2的保护动作出口时，判断为金属回线线路2故障。
[0100]
作为一种可选的实施方式，在某些实施例中，在收到线路故障闭锁动作信号后，针对不同位置的金属回线故障采取不同的故障清除策略，以减少线路故障闭锁时的功率损失，具体策略如下：
[0101]
1)收到线路故障闭锁动作信号后，判断系统是否为两端运行，如果是两端运行，转步骤8)；如果是不是两端运行两端运行，转步骤2)
[0102]
2)判断是否为金属回线线路1故障，如果是，转步骤3)；如果不是，转步骤5)；
[0103]
3)判断站a是否为唯一类型换流站，如果是，转步骤8)；如果不是，转步骤4)；
[0104]
4)闭锁站a，同时执行移相重启一次，在电流减小后拉开站b双极的快速隔离开关hss1，隔离故障线路和站a，最后自动重启站b和站c，实现系统继续运行。
[0105]
5)判断是否为金属回线线路2故障，如果是，转步骤6)；如果不是，转步骤8)；
[0106]
6)判断站c是否为唯一类型换流站，如果是，转步骤8)；如果不是唯一类型换流站，转步骤7)；
[0107]
7)闭锁站c，同时执行移相重启一次，在电流减小后拉开站b双极的快速隔离开关hss3，隔离故障线路和站c，最后自动重启站a和站b，实现系统继续运行。
[0108]
8)闭锁站所有换流站，系统停运。
[0109]
作为一种可选的实施方式，在某些实施例中，金属回线保护配置方案和故障清除方法可用嵌入式工业控制平台或pc装置来实现，此两种装置是直流输电领域常用的装置。
[0110]
与最接近的现有技术相比，本发明技术优点在于：
[0111]
常规两端直流输电系统的金属回线纵差保护仅在整流站配置，保护唯一的金属回线线路，在金属回线故障闭锁时直接闭锁两站，系统停运。
[0112]
并联多端直流输电系统金属回线运行方式的拓扑结构更为复杂，常规的金属回线故障清除方法不再完全适用。本发明在各换流站分别配置了金属回线纵差保护并确定了保护范围，使保护能够适用于多端直流输电系统；配置了线路金属回线线路故障选线功能，在故障后能够确定故障位置；根据系统运行方式和故障位置的不同配置了不同的故障清除策略，在金属回线故障闭锁时防止了所有在运换流站闭锁，维持了当前输送的功率水平。
[0113]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特
点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
[0114]
上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。