用于保护电力网络的系统和方法
【专利摘要】提供一种用于电力传输系统的差动保护系统、装置和方法，其中电力传输系统包括多个输入电力电缆（4），其用于从诸如风力发电机（2）的电力发电机（2）传输电力到输出电缆（40）。每个输入和输出电力电缆（4、40）都设置有相应的电路断路器（6、60）。所述保护系统包括多个保护装置单元（5、50），每个保护装置单元被适配为被设置在所述输入电缆（4）的相应一个输入电缆处或者在所述输出电缆（40）处，每个保护装置单元（5、50）都包括用于测量所述电缆（4、40）的所述电流和电压的测量单元（51），并且包括控制单元（53），该控制单元（53）被可操作连接到所述相应的电力电缆（4、40）的所述电路断路器（6、60）用于当所述保护系统发现差动故障时有选择地使所述电路断路器（6、60）跳闸。所述保护系统包括至少一个充电电流补偿器（54）用于针对所述传输系统的所述电缆（4、9、11、40）的充电电流补偿所述差动保护。所述传输系统被布置为从变化数目的所述电力发电机（2）传输电力，其中使用中的所述电力电缆（4、9、11、40）变化，并且该保护系统被适配为调整用于该传输系统的这些变化使用的补偿。
【专利说明】用于保护电力网络的系统和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于电力网保护的方法及设置，尤其是用于风电场的电缆网络。
【背景技术】
[0002]风电场
[0003]风电场或风力发电厂通常被设计为在低压或中压下发电。当该发电机在低压(一般〈1000V)下发电时，风车上的升压变压器被用于将发电电压一般增加到12-36kV，从而减少电缆尺寸(和成本)。一般12kV的中压发电机是消除对风车上的升压变压器的需要的替换。
[0004]来自风电场的电力通常被收集在水下或在水平面上(或陆地上)的支撑结构上的风车变压器变电站中。该风车变电站能够从一组风车收集电力，并进一步使电压升高，从而减少电缆成本并允许更多电力的传输。
[0005]来自一组风力发电机的高压电缆通常被收集在中心平台上，该平台从许多风力发电机组收集电力。这个平台能够经由高压DC或AC电缆将电力运输到陆地。这种多端电网是复杂结构并且需要许多保护器件。
[0006]EP2282054 (D5)描述了风力发电厂，其中多个风力发电机被分组并连接到公共馈电电缆(D5中的44)中，每个风力发电机都包括变压器(D5中40)，该馈电电缆进一步与到变电站变压器(D5中12)的另一个类似的馈电电缆相互连接。该变电站(D5中48)依次提供网络接线(D5中34)。为了保护不受馈电电缆的系统中发生的故障，在电缆系统的每个末端都设置电路断路器，即一个电路断路器在两个公共馈电电缆(44)的每个末端中，并且一个电路断路器(62)在电缆系统和变电站变压器(12)之间的连接处(D5中§45)。如果这种保护系统被设置在具有许多发电机的风力发电厂处，那么以这种方式设置保护装置并且在每个电缆的两端都有电路断路器需要大量装置。当增加电力发电机和来自电力发电机的电缆的数目以致使风力发电厂按比例增大时，这种保护增加了成本。
[0007]差动保护
[0008]本发明提供了使用与用于保护电网中的传输线路的技术类似的保护装置的风力发电厂的差动保护。在文献D5中没有详细讨论这种装置。因此，在下面将提供来自不同于风力发电厂保护的其他领域所使用的差动保护方法和系统的简短调查。
[0009]差动保护是众所周知的用于保护传输线路的方法。例如，UK专利申请GB 523603描述了用于AC系统的差动保护，该系统使用用于保护电线、电力变压器、AC发电机和站总线系统的差动继电器，其中进入该系统的电流的每个相位都可与离开该系统的电流相比(参看Dl第I页，第10-14行、32-46行)。通过选定测量电流互感器以获得相应比值来补偿该系统的电力变压器的比值，使得来自电流互感器的电流应该总共是零，即当保护区中不存在故障时，该系统的保护区的进入电流等于外出电流。当在保护区(图1中I)中存在故障时，造成差动电流，该电流使保护继电器工作并且使电路断路器跳闸并且断开该故障装置的连接(参看D1，第I页，第46-77行)。此外，Dl的保护电路(例如参看Dl的图1)包括操作绕组13以及制动线圈12，操作绕组13通过差动电流跳闸，并且制动线圈12通过涌入电流跳闸，其中该制动线圈12补偿该保护区中的变压器的涌入磁化电流(参看Dl的第2页，第73-93行)。以这种方式，Dl的保护电路通过抑制效应防止该差动保护设置的错误操作，该效应适合于对测量电流互感器的次级电流的谐波起反应，使得仅当保护区(I)中存在故障时该继电器操作(参看Dl的第3页，第28-47行)。例如，该保护区(Dl的I)包括两个或多个电力变压器、机器、站总线和电源线的组合，并且在Dl的图1中所图示的实例中，三个电路断路器5将三个电力电路2、3、4连接到该区I (第3页，第106-130行)。去往或来自这些电路的电流由该保护电路的电流互感器8监控。励磁涌入电流影响影响该差动电流，这在Dl中的图4中说明，并且该差动电流示出了高的二次谐波(第4页，第43-54行)。该保护的继电器电路被设计为抑制该二次谐波(第页4，第67-79行)，并且例如借助于制动线圈(restraining coil )12抑制来自饱和的测量电流互感器的电流(第页4,第114-120行)。因此，Dl描述了用于差动保护的系统，其中该保护电路补偿变压器的涌入电流，以便当闭合开关以将电压应用到变压器绕组时，抑制该保护继电器不使电路断路器跳闸。 [0010]Dl的图10图示了电力传输线的保护，其中监视线芯(对于每个相位48、49、50—个监视线芯)被用于传输来自该电流互感器8的测量电流，该电流互感器8测量进入以及离开该传输线路的电流(45-47 )。
[0011]在美国专利US 3223889 (D2)中描述了使用监视线芯的替换，其中用于保护电力电路的保护电力使用例如无线电(参看D2，图2和第2栏，第30-32行)用于发射到跳闸控制装置。D2的图6图示了采用无线电链路用于传输控制信号，该信号包括电力电路的二次谐波(参看D2第2栏，第45-54行)。
[0012]差动保护已经发展进一步变得越来越完善且智能。
[0013]W02007/051322 (D3)描述了用于保护电力系统的设置，该电力系统包括多个设置有各自的相量测量机构的保护继电器，该相量测量机构用于测量在不同位置的同步的电流值并且包括各自的用于经由通信链路互相传输该电流值的数据通信模块(参看D3的摘要)。这些系统使用相量测量单元，该相量测量单元提供借助于全球定位卫星(例如GPS)被同步并被加上时间戳的电流、电压和负载的带有时间戳的测量，通常所说的相量。该通信链路可以包括光纤链路。D3也描述了多终端系统的线路差动保护，该系统通过保护区(由图2中虚线图示)中五个终端图示，其中该保护区由五个相应的继电器(2)限定并保护，对于每个终端一个继电器(第8页，第23-29行)。
[0014]US2011/0063767 (D4)描述了线路或多终端线路系统的线路电流差动保护，其中该保护包括充电电流的补偿。在传送电流值之前(参看D4的摘要、图18和§67)，该系统的每个末端或节点都测量该电流并且补偿它的电缆的充电电流。因此，每个节点都发送从所测量电流计算的补偿电流值和到另一个节点的减去的充电电流。每个节点也计算(§68)来自它自己传送的电流值和另一个节点的全部接收的电流值的总的差动电流。在该节点中所使用的该充电电流的总和应该等于该电缆系统的总的充电电流(§ 69)。
[0015]来自会议现代电力系统继电保护和变电站自动化(Relay protection andSubstation Automation of Modern Power Systems, 2007 年 9 月 9-13 日，切伯克萨瑞)的Z.Gajic 等人的文章 “Practical experience from multiterminal line differentialprotection installations”描述了来自保护试验的经验。该文献D6描述了两个装备,第一装备保护五个终端线，并且第二装备保护三个末端线。在线路的每个末端，布置电路断路器以及电流和电压测量器件。该装备使用了用于测量电流和电压并使电路断路器跳闸的线路差动保护单元，该保护装置单元为由ABB提供的RED 670型。该保护区不包括任何变压器。然而，像RED 670的这种装置能够操作变压器和保护区内的充电电流。例如，能够通过在电缆充电期间的短暂时期减少其灵敏度由RED 670操作充电电流，使得该充电电流不被解释为故障电流。本发明提出了用于使用类似的保护装置保护的系统，该保护装置被更改用于控制更加复杂的系统，像用于从几个发电机传输电力的多终端系统。
【发明内容】
[0016]本发明的目标是解决诸如风力发电网络的复杂电力系统的问题，并且便于故障检测。本公开描述了用于多端电力网络中电缆故障的检测的方法和设备，尤其是用于风电场的电缆网络。
[0017]原则上，如果该网络起作用，那么全部电缆电流的和应该是零，即进入系统的全部电流应该离开系统，如果电流在中间某处泄漏，那么按照基尔霍夫(Kirchoffs)定律，该电力系统的每个末端中测量该泄漏。如果使该升高电压的变压器被包括在进入和离开节点之间的电力传输系统中，那么应该实行该变压比的补偿。此外，针对影响元件和情况的其他电流也应当优选地实施电流补偿，该电流诸如例如该系统的变压器的涌入电流。
[0018]为了这个目的，本发明提供了用于电力传输系统的保护的系统，尤其是具有多端电力网络的差动电流保护的保护系统。本发明通过测量进入并离开该电力系统的保护区的电缆的电流，来使用电流差动保护检测故障。
[0019]本发明提供了用于电力传输系统的差动保护系统，其中电力传输系统包括多个电力电缆，其包括用于从诸如风力发电机的电力发电机传输电力的输入电力电缆、输出电缆，其中多个输入电力电缆被连接到输出电缆，使得该输出电缆提供了用于输入电力电缆的公共输出。优选地，电力传输系统的多个电力电缆也包括至少一个或者优选地多个将该输入电缆连接到该输出电缆的传输电缆，其中该输入电缆被设置在电缆分支中并且经由传输电缆接合输出电缆。每个输入和输出电力电缆具有各自的电路断路器，其中该输入电力电缆的每个电路断路器将电力输入提供到传输系统，并且该输出电缆的电路断路器为传输系统提供电力输出。也是优选地，该传输系统包括至少一个被连接在输入电缆和输出电缆之间的变压器，其中该变压器被设置为将电力从输入电缆转换到输出电缆。根据本发明的保护系统包括多个保护装置单元，其每个保护装置单元都被适配于将被布置在输入电缆中的相应的一个电缆处或在用于测量电缆的电流和电压的输出电缆处，并且可操作连接到各自的电力电缆的电路断路器，用于当该保护系统发现差动故障时有选择地使该电路断路器跳闸。该保护系统进一步包括至少一个充电电流补偿器，其用于为传输系统的电缆的充电电流补偿差动保护，该传输系统被设置为从变化数目的电力发电机传输电力，其中该电力电缆被变化使用，并且其中该保护系统被适配于调整用于该传输系统的变化使用的补偿。
[0020]注意，该保护适合于该传输系统的变化电拓扑。尤其，在不使用该电力电缆并且该不使用的电力电缆可能需要充电的基础上，变化该补偿。
[0021 ] 在实施例中，该差动保护系统包括这样的数据库，该数据库包括充电电流，其中该充电电流补偿的适配包括使用在数据库中存储的充电电流。[0022]优选地，该差动保护系统包括用于确定该传输系统的电拓扑的拓扑确定器，并且该数据库包括用于每个拓扑的充电电流。
[0023]在实施例中，该差动保护系统包括用于控制保护装置单元的主保护单元。
[0024]优选地是，该主保护单元包括通信单元，并且每个保护装置单元都包括用于将主控制单元操作连接到该保护装置单元的每个的相应通信单元。
[0025]优选地，该主保护单元包括该拓扑确定器。
[0026]优选地是，该主保护单元包括差动故障确定器，该保护系统借助于该差动故障确定器使用由保护装置单元的测量单元从测量提供的电流来发现差动故障。
[0027]在一个实施例中，该输入电缆的保护装置单元的每一个保护装置单元包括充电电流补偿器，其用于在连接该相应的输入电缆时提供充电电流补偿。
[0028]在一个实施例中，该差动保护系统进一步包括用于检测该保护的电力传输系统的变压器的涌入电流的变压器涌入电流确定器，并且其中该保护系统被适配于在变压器涌入电流期间阻断该差动保护。
[0029]优选地，该电力输入电缆的每个保护装置单元都包括涌入电流确定器，并且被适配为当检测该传输系统的变压器的涌入电流时阻断该保护装置单元和该主保护单元之间的通信。
[0030]在一个优选的实施例中，该传输系统包括将该输入电缆连接到该输出电缆的多终端传输电缆，该保护系统被适配为补偿该多终端电缆的不同部分的充电。该输入电缆构成该传输电缆系统的分支，每个分支用于将电力从相应的发电机引入该传输系统中。在未充电电缆、未充电电缆分支和可以被连接用于电力传输的该传输电缆的未充电部分的基础上变化该充电补偿，以便当这些电缆、分支和部分连接时，补偿所需要的充电电流。
[0031]本发明也提供了用于电力传输系统的差动保护的方法，其中电力传输系统包括多个电力电缆，该电缆包括用于从诸如风力发电机的电力发电机传输电力的多个输入电力电缆、输出电缆，其中多个输入电力电缆被连接到该输出电缆。该电力传输系统的每个输入和输出电力电缆具有各自的电路断路器，其中该输入电力电缆的每个电路断路器都提供到传输系统的电力输入，并且该输出电缆的电路断路器提供针对该传输系统的电力输出，该传输系统被设置为从变化数目的电力发电机传输电力，其中在当前时间点使用的该电力电缆变化。该差动保护方法包括从该电力电缆的当前使用确定该电拓扑、测量该输入输出电缆的电流和电压、使用相应于所确定的电拓扑的充电电流补偿该传输系统的电缆的充电电流、在发现差动故障时有选择地将电路断路器跳闸。
[0032]在一个实施例中，该补偿包括取回对应于该电拓的存储的充电电流。
[0033]在一个实施例中，该方法包括针对变压器监控该电力电缆并且在涌入电流期间使差动保护不活动。
[0034]在一个实施例中，该方法包括从本地保护装置单元传送所补偿的充电电流到主保护控制单元，执行差动保护计算，用于发现主保护中的故障并且在发现故障时将跳闸命令传输到保护装置单元。
[0035]本发明也提供了用于电力系统的差动保护的保护装置单元，其中电力传输系统包括多个电力电缆，该电缆包括多个用于从诸如风力发电机的电力发电机传输电力的输入电力电缆、输出电缆，其中多个输入电力电缆被连接到输出电缆，每个输入和输出电力电缆都具有各自的电路断路器，其中该输入电力电缆的每个电路断路器都提供到该传输系统的电力输入，并且该输出电缆的电路断路器提供针对该传输系统的电力输出，该传输系统被设置为从变化数目的电力发电机传输电力，其中使用中的电力电缆变化。该保护装置单元被适配于设置在输入电缆的相应一个输入电缆处或者在输出电缆处，并且该保护装置单元包括测量单元、控制单元、充电电流补偿器、通信单元，该测量单元用于测量该电缆的电流和电压，控制单元可操作连接到该电力电缆的电路断路器用于有选择地使该电路断路器跳闸，该充电电流补偿器用于为该传输系统的电缆的充电电流补偿差动保护。该保护装置单元适合于借助该通信单元传送补偿电流，并且该充电电流补偿器被适配于调整用于该传输系统变化使用的补偿。
[0036]在一个实施例中，该保护装置单元被适配为借助于通信单元接收该电力传输系统的电拓扑识别，并且该充电电流补偿器被适配为使用相应于电拓扑的充电电流用于补偿该测量的电流。
[0037]在一个实施例中，该保护装置单元包括用于存储多个存储的充电电流的数据库，每个数据库相应于电拓扑的标识符，并且其中该充电电流补偿器适合于取回相应于所接收的电拓扑信息的数据库中存储的充电电流。
[0038]在一个实施例中，该保护装置单元包括变压器涌入电流确定器，其被操作连接到通信单元并且被适配为在检测到变压器涌入电流时阻断通信单元传送。
【专利附图】
【附图说明】
[0039]将参考附图进一步描述本发明。为了说明性的目的并且为了便于使用本发明来提供附图，并且这些附图被简化而不是按比例绘制。
[0040]图1图示了电力传输系统以及用于保护电力传输系统的根据本发明的保护系统，
[0041]图2图示了该保护系统中使用的主控制单元，
[0042]图3图示了根据本发明的保护装置，
[0043]图4是描述根据本发明的差动保护方法的流程图。
【具体实施方式】
[0044]本发明提供了以类似于母线保护的方式来保护多端电缆网络的可能性，即基于基尔霍夫定律的算法被用于检测该电缆网络内是否存在故障。
[0045]该保护功能可以基于在全部端中的时间标志电流矢量的相量比较。如果全部矢量的和是零，电缆网络中不存在故障。
[0046]例如，该多端保护能够基于相量测量单元，其中在通信链路上发送时间标志的采样或相量。该可应用功能的灵敏度和选择性取决于精确的时间标记，其能够由所谓的回波计时或通过在每个单独端的GPS时间标志实现。
[0047]如果该总和偏离零(测量数据的+_不准确性)，那么检测到故障。本发明被适配用于保护在系统的保护区内具有电缆和变压器并且用于充电电流补偿以及处理变压器涌入电流的额外特征也包括在内的系统。
[0048]与分别保护每个电缆和变压器相比，在保护区中包括多个电缆和至少一个变压器的好处是，该保护区减少了所需要的电流互感器、通信信道和保护器件的数目。[0049]所测量的电流数据可以经由例如光纤电缆或微波无线电从在每个风力发电机单元处的保护装置发送到中心平台。每个输入电流被适当地收集在中央单元中，其中该差动保护评估该系统是否是错误的。
[0050]该系统应当被适配为类似母线差动保护的工作，并且同时优选地包括用于充电电流补偿和针对系统中的变压器的涌入电流检测/阻断的延伸功能。
[0051]本发明可以利用相量测量单元用于从不同位置采样电流矢量，诸如在风电场风车的电缆末端，其借助于公共时间同步，例如使用GPS时间。在实时比较中比较该同步相量，并且使用用于电流的基尔霍夫定律以检测故障。
[0052]图1图示了包括一组将风力转换为电力的风车的风电场。这个风力发电系统包括两个风力发电机的组1、10，每个组都包括多个风力发电单元，风力发电单元包括被连接到变压器3的风车或风力发电机2。该风力发电机借助于其叶轮从风能发电，并且每个变压器3都将来自相应风力发电机2的电力的电压升压。替换例是使用风力发电单元2，而不需要变压器，并且在发电电压处通过系统传输电力，以便每个风力发电机被直接连接到该传输系统。该传输系统包括到母线(bus bar) 17的电缆网络，用于进一步传输到电力网20。可以在中央变电站19处为被布置在海里的风电场处的几个多端传输电缆系统提供该母线17，每个多端传输电缆系统都从一个或多个组的风力发电单元引出，并且针对发出的电力提供到诸如国家电网的岸上的电力网络20的例如水下高压直流或交流链接的公共链接。
[0053]每个风力发电单元2经由电路断路器6被连接到该传输系统。该传输系统包括具有分支4的多端电缆9，每个电缆分支末端具有电路断路器6并且被配置在风力发电单元
2、3处，用于将电力输入到该传输系统中。在该多端电缆的另一端处提供单个变压器30，该末端包括全部电缆分支引入的公共电缆11。该公共电缆11构成用于该变压器30的输入电缆。公共输出电缆40从变压器30引出，并且输出电缆40在电路断路器60结束，用于将该传输系统连接到传输电缆90并进一步连接到变电站19。因此，所图示的电力系统包括经由多端传输系统4、9、11、40的在风力发电单元的组1、10中的风力发电单元2、3，并且传输电缆90收集所生成的电力并将该电力引到变电站19，用于进一步传送到电力消耗网20。这个传输系统包括在相应的电路断路器6处的几个电力输入，并且将电力引入到在单个电路断路器60处的电力输出。该输入电路断路器6和该输出电路断路器60标记由本发明提供的传输系统和保护区的边缘点。保护装置5、50被布置在每个边缘点处(在6、60)。每个保护装置5、50被操作与相应的电路断路器6、60相连接，并且被布置为当在该保护区内发生故障时，使该电路断路器6、60跳闸。因此，该保护区包括多端输入(在每个电路断路器6处)，该多端输入借助于接合单个电缆11的许多电缆分支4、9经由变压器30被连接到单个输出终端(在电路断路器60处)。在每个输入4、6处提供每个风力发电机2，，并且为来自全部风力发电机(2，2a-d)提供单个输出40、60。
[0054]在每个输入4处和每个输出40处提供相应的保护装置5、50。提供该保护装置5、50从而测量在相应的电缆4、40处的电流，并且将对应于所测量电流的电流值传送到中央保护控制单元16。所传送的电流值使该保护系统能够借助于控制单元16确定输入电流和输出电流之间的偏差是否指示该输入和该输出之间的电路故障。该保护装置5、50同时被提供为，如果该中央控制器16确定该保护区内存在差动故障，那么使相应的电路断路器6、60跳闸。[0055]该保护系统是差动故障保护系统，其基本上对进入该保护区的电流进行加和并且将该总和与引出该区的电流相比较。该保护系统被适配为考虑由系统的变压器30进行的电力步骤。例如，如果变压器的比值是1:11，那么将电压从12kV升高到132kV，所测量的输出电流乘以十一，从而便于与该输入电流的总和直接比较。此外，该保护系统被适配为补偿该系统的电缆中的充电电流，并且也检测变压器涌入电流，使得分别在电缆充电或变压器磁化期间输入和输出电流之间的电流差上升而保护区内不存在任何电缆分支的故障或其他故障时保护电路断路器6、60不跳闸。
[0056]为了差动保护系统正常工作，重要的是测量在相同时刻的全部电流。同样重要的是，快速可靠地传输电流值，以便当将电流值求和时全部电流值有效。为了这个目的，图1的保护系统使用光纤通信系统，其包括被结合并且跟随电缆4、9、40、90的光学纤维8。这种通信系统有下列好处，在每个相应的保护装置5、50和中央控制单元16之间，传输长度以及因此的时间相同。这有助于电流测量同步的规定。所谓的回波计时可以用于同步，或者可替换地，可以将GPS接收器用于每个保护装置中(GPS=全球定位系统)。
[0057]图3图示了保护装置单元5、50。该保护装置单元的功能和单元51-56将在下面进行描述，并且可以被执行为硬件和软件的组合，例如包括用于接收测量信号和控制电路断路器的输入和输出单元、用于通信的光纤连接器、和采用存储器的微处理器，该存储器存储适用于控制该保护装置实行它的不同功能的计算机程序。这种单元51-56和功能可以共享公共的处理器和公共存储器，或者包括任务指定和/或专用处理器和存储器。
[0058]该保护装置5、50包括用于测量电缆(4、40)的电流和电压的测量单元51、尤其用于与中央主保护单元16通信的通信单元52、以及用于使电路断路器6跳闸的控制单元53。每个保护装置单元被适配为测量电缆(其被布置处)的电流，并且将该电缆电流的信息传送到该中央控制单元，并且从中央控制单元接收诸如跳闸命令的响应，并且被适配为在接收这种跳闸命令时使该电路断路器6跳闸。
[0059]该保护装置单元5、50也设有充电电流补偿器54和变压器涌入电流确定器55。该充电电流补偿器54被适配为确定该电缆的电流是否包括电缆充电电流并且通过减去所估算的充电电流补偿该测量的电流值。该保护装置5、50进一步被适配为将该补偿电流值传送到该中央控制单元16 (主保护单元)，以便该差动保护能够使用该补偿电流作为该差动故障确定的基础，并且没有通过将电缆的充电电流解释为电缆故障而错误地断开电流。
[0060]该保护装置5、50也被适配为从该主保护单元16接收拓扑信息，该保护装置5、50使用该拓扑信息针对该充电电流确定适当的补偿值。为了这个目的，该保护装置包括数据库56，数据库56包括针对该电力系统的不同拓扑估算充电电流。因此，该保护装置被适配为接收该拓扑信息，诸如拓扑标识符，用于从该数据库取回充电电流补偿值，该数据库可以包括具有用于每个拓扑标识符的充电电流的估算值的表格。在使用期间，该保护装置接收测量单元51中的测量信号，该测量单元51将信号采样到测量值，该充电电流补偿器54分析该测量值从而发现电容充电电流。在检测到充电电流时，该补偿器54取回对应于所存储的拓扑的电流补偿值，补偿该充电电流，即从所测量的电流减去该补偿，并且该通信单元52将该补偿电流传送到该中央控制单元16。该通信单元52接收拓扑标识符,其指示存储在数据库中的当前电拓扑。该通信单元52也可以从主控制单元16接收跳闸命令。如果跳闸命令由保护装置接收，那么该电路断路器控制单元53使该保护装置操作连接到的电路断路器跳闸。
[0061]每个保护装置5、50也设有变压器涌入电流确定器55，其适合于例如通过分析所测量的电流来检测变压器涌入电流，并且推断该电流是否包括指示变压器被激励的二次谐波。提供该涌入电流确定器55，从而防止在变压器磁化期间该电路断路器的不必要的断开。该涌入电流确定器55可以适合于被适配为阻断通信，例如通过设定信号或数据指示器有选择地允许或禁用通信、至少使得允许或禁止电流到中央控制器16的传送。
[0062]第二谐波稳定是被良好证明的方法，其中在涌入处的典型的二次谐波被用于阻断该差动电流保护功能。也可以使用涌入阻断的附加特点。
[0063]图2图示了起主保护单元16的作用的中央控制单元16，其通过将跳闸命令传送到每个保护装置来控制该保护装置的电路断开功能，并且提供从该保护装置单元接收的电流值的差动故障保护，即该主保护单元对该补偿的输入电流和补偿的输出电流进行加和从而确定电路故障。该主保护单元16包括用于接收电流值的通信单元41和用于分析该电流值的差动故障确定器42。该主保护单元16也包括拓扑确定器43，拓扑确定器43识别该传输系统目前限定哪个电拓扑。拓扑标识符随后从该主保护单元16被传送到该或每个保护装置单元5、50。该拓扑确定器43可以通过识别目前传输电力的是多端电缆的哪个部分，从所接收电流确定该传输系统的拓扑状态。可替换地，该主保护单元16可以从该电力系统的控制单元18接收拓扑的信息，例如从该变电站19的控制单元。
[0064]该主保护单元16接收该补偿电流值，并且该差动故障确定器42从该补偿的输出电流减去该补偿的输入电流。
[0065]替换例是使该中央主保护单元16中心地补偿该充电电流，即传输所测量的电流。在这种替换例中，拓扑标识符不需要被传输到该保护装置单元5，而是该主保护单元16应该被适配针对该系统的充电电流补偿该电流或求和的输入电流和减去的输出电流，诸如使用总的充电电流补偿与在任何给定时间点处于本拓扑有联系的系统。因此，在这个情况下，该主保护单元16应该包括不同拓扑的数据库和相应的充电电流。在从至今未充电的电缆接收电流值时，该主保护单元16应该补偿这个电缆的充电电流和这个电缆会充电的电缆的充电电流，该信息应该从系统拓扑推断并且被适当存储，用于在使用期间快速存取。
[0066]当电缆充电开始时，所测量的电流由在充电情况期间的该电缆的充电电流补偿。当设计该电力系统时，能够确定电缆中充电电流的变化。该变化的充电电流不同于所讨论的电缆并且取决于该电缆，诸如电缆的长度和类型。同样已知被用于计算针对线路差动保护充电的电缆的充电电流确定和/或测量，并且当设计该系统时能够使用这些确定和测量，其中充电电流可以从大的开始值演化成较低的稳态值的随时间变化的。存储用于该网络的每个指定电拓扑的充电电流用以针对在所测量的电流的补偿期间快速存取容易被取回。
[0067]基于该电缆和电缆部分的预期充电来确定该充电电流，诸如电缆9的所图示的部分a-d。例如，当只连接最接近该输出的发电机2时,全部部分a-d未充电。这意味着,第二发电机2a的连接会将该发电机2a的相应电缆4和电缆9最接近输出的一个部分9a充电。如果第五发电机次于第一发电机2a连接,那么该第五发电机2d必须将其输入电缆4d和电缆9的四个部分9a_d充电。
[0068]图4总结了差动保护方法并且在步骤101以确定该电力传输系统的电拓扑开始。这个确定基于该电力电缆4、9、11的当前使用，因此描述电力电缆4、9、11和电力电缆的部分a、b、c、d的电拓扑当前被使用，即被充电，并且电力电缆4、9、11和电力电缆使用的部分
a、b、C、d不用于电力传输，并且其中借助于相应电路断路器在发电机2、2a_d连接时，其将被充电。该方法借助于每个相应的保护装置单元(5、50)来继续测量输入和输出电缆4、40的电流和电压的步骤102。在下面步骤103中，使用相应于所确定的电拓扑的充电电流，来进行对该传输系统的电缆和电缆(4、9、11、40)的部分的充电电流的补偿。在步骤104中发现差动故障，其中该输入电缆4的所补偿的进入电流与输出电缆40的外出电流相比较。该补偿可以包括该传输系统4、9、11、40的全部电缆的充电电流。如果该计算即当从进入电流减去外出电流时的差值导致如下值，该值比比较小的阈值大，检测到故障。如果检测到故障，该方法以使该保护区的电路断路器6、60跳闸结束。如果没有检测到故障，那么该方法返回到确定该电拓扑101的步骤。
[0069]该保护系统也可以具有其他补偿功能，诸如在稳定状态期间的电容性电流补偿，该稳定状态应该依赖于该传输系统的当前电拓扑(即在所讨论的时间点传输电流的部分)识别并补偿，。
[0070]此外，当使用本发明的保护系统、方法和装置时可以执行并采用许多其他已知的差动保护方法和相应装置，诸如在无故障条件下的差动电流的连续估算；在连续操作期间的充电电流计算；在故障期间保持的预故障充电电流；该错误的预故障差动电流的扣除。
【权利要求】
1.一种用于电力传输系统的差动保护系统，其中所述电力传输系统包括 多个电力电缆(4、9、11、40)，包括 多个输入电力电缆(4),用于从诸如风力发电机(2)的电力发电机(2)传输电力， 输出电缆(40)，其中所述多个输入电力电缆(4)连接到所述输出电缆(40)， 每个输入和输出电力电缆(4、40)设有相应的电路断路器(6、60)，其中所述输入电力电缆(4)的每个电路断路器(6)向所述传输系统提供电力输入，并且所述输出电缆(60)的所述电路断路器(60)针对所述传输系统提供电力输出， 所述保护系统包括多个保护装置单元(5、50)，每个保护装置单元被适配为布置在所述输入电缆(4)的相应一个输入电缆处或者在所述输出电缆(40)处，每个保护装置单元(5、50)包括用于测量所述电缆(4、40)的所述电流和电压的测量单元(51)，并且包括控制单元(53)，所述控制单元 (53)被可操作连接到所述相应的电力电缆(4、40)的所述电路断路器(6、60)用于当所述保护系统发现差动故障时有选择地使所述电路断路器(6、60)跳闸， 所述保护系统包括至少一个充电电流补偿器(54)用于针对所述传输系统的所述电缆(4、9、11、40)的充电电流补偿所述差动保护， 所述传输系统被布置为从变化数目的所述电力发电机(2)传输电力，其中使用中的所述电力电缆(4、9、11、40)变化， 并且其中所述保护系统被适配为调整用于所述传输系统的这些变化使用的所述补偿。
2.根据权利要求1所述的差动保护系统，包括数据库(56)，所述数据库(56)包括充电电流，其中所述充电电流补偿的适配包括使用在所述数据库中存储的充电电流。
3.根据权利要求2所述的差动保护系统，包括拓扑确定器(43)，用于确定所述传输系统的电拓扑，并且所述数据库(56 )包括用于每个拓扑的充电电流。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的差动保护系统，包括用于控制所述保护装置单元(5、50)中的每个保护装置单元的主保护单元(16)。
5.根据权利要求4所述的差动保护系统，所述主保护单元(16)包括通信单元(41)，每个保护装置单元(5、50 )都包括通信单元(52 )用于将所述主控制单元(16 )可操作地连接到所述保护装置单元(5、50)中的每个保护装置单元。
6.根据权利要求4或5中的任一项所述的差动保护系统，其中所述主保护单元(16)包括所述拓扑确定器(43)。
7.根据权利要求4到6中的任一项所述的差动保护系统，其中所述主保护单元(16)包括差动故障确定器，所述保护系统借助于所述差动故障确定器使用通过保护装置单元(5、50)的所述测量单元的测量提供的电流来发现差动故障。
8.根据权利要求1到7中的任一项所述的差动保护系统，其中所述输入电缆的所述保护装置单元(5 )中的每个保护装置单元都包括充电电流补偿器。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的差动保护系统，进一步包括变压器涌入电流确定器(55)用于检测所保护的电力传输系统的变压器的涌入电流，并且其中所述保护系统被适配为在变压器涌入电流期间阻断所述差动保护。
10.根据权利要求8所述的差动保护系统，其中所述电力输入电缆(4)的每个保护装置单元(5、50)都包括涌入电流确定器(55)，所述涌入电流确定器(55)被适配为当检测到所述传输系统的变压器的涌入电流时，阻断所述保护装置单元(5、50)和所述主保护单元(16)之间的通信。
11.根据前述权利要求中的任一项所述的差动保护系统，其中所述传输系统包括多端传输电缆(9)，所述多端传输电缆(9)将所述输入电缆(4)连接到所述输出电缆(40)，所述保护系统被适配为补偿所述多端电缆(9)的不同部分(9、9a-d)的充电。
12.一种用于电力传输系统的差动保护的方法，其中电力传输系统包括多个电力电缆(4、9、11、40)，所述多个电力电缆(4、9、11、40)包括用于从诸如风力发电机(2)的电力发电机(2)传输电力的多个输入电力电缆(4)、输出电缆(40), 其中所述多个输入电力电缆(4)被连接到所述输出电缆(40)，每个输入和输出电力电缆(4、40)设有相应的电路断路器(6、60)，其中所述输入电力电缆(4)的每个电路断路器(6)向所述传输系统提供电力输入，并且所述输出电缆(60)的所述电路断路器(60)为所述传输系统提供电力输出，所述传输系统被布置为从变化数目的所述电力发电机(2)传输电力，其中使用中的所述电力电缆(4、9、11、40)变化，所述方法包括: 从所述电力电缆的当前使用确定电拓扑， 测量所述输入和输出电缆(4、40 )的所述电流和电压， 使用对应于所述确定的电拓扑的充电电流来补偿所述传输系统的所述电缆(4、9、11、40)的充电电流， 在发现差动故障时，有选择地使所述电路断路器(6、60)跳闸。
13.根据权利要求12所 述的方法，其中所述补偿包括取回对应于所述电拓扑的存储的充电电流。
14.根据权利要求12或13所述的方法，包括针对变压器涌入电流监视所述电力电缆并且在涌入电流期间使所述差动保护不活动。
15.根据权利要求12到14中的任一项所述的方法，包括将所述补偿的充电电流从本地保护装置单元传送到主保护控制单元，执行差动保护计算用于发现所述主保护中的故障并且在发现故障时向所述保护装置单元传送跳闸命令。
16.一种用于电力系统的差动保护的保护装置单元，其中所述电力传输系统包括多个电力电缆(4、9、11、40)，所述多个电力电缆(4、9、11、40)包括 用于从诸如风力发电机(2 )的电力发电机(2 )传输电力的多个输入电力电缆(4)、输出电缆(40)，其中所述多个输入电力电缆(4)连接到所述输出电缆(40)，每个输入和输出电力电缆(4、40)都设有相应的电路断路器(6、60)，其中所述输入电力电缆(4)的每个电路断路器(6 )向所述传输系统提供电力输入，并且所述输出电缆(60 )的所述电路断路器(60 )向所述传输系统提供电力输出，所述传输系统被布置为从变化数目的所述电力发电机(2)传输电力，其中使用中的所述电力电缆(4、9、11、40)变化， 所述保护装置单元(5、50)被适配为布置在所述输入电缆(4)的相应的一个输入电缆处或在所述输出电缆(40)处， 所述保护装置单元(5、50)包括 测量单元(51)，用于测量所述电缆(4、40)的所述电流和电压， 控制单元(53)，可操作连接到所述电力电缆(4、40)的所述电路断路器(6、60)用于有选择地使所述电路断路器(6、60)跳闸， 充电电流补偿器(54)，用于针对所述传输系统的所述电缆(4、9、11、40)的充电电流补偿所述差动保护， 通信单元(52)，所述保护装置单元被适配为借助于所述通信单元传送补偿的电流， 并且其中所述充电电流补偿器(54)被适配为调整用于所述传输系统的变化使用的所述补偿。
17.根据权利要求16所述的保护装置单元，被适配为接收所述电力传输系统的电拓扑识别，并且所述充电电流补偿器被适配为使用对应于所述电拓扑的充电电流用于补偿所述测量的电流。
18.根据权利要求16到18中的任一项所述的保护装置单元，包括用于存储多个存储的充电电流的数据库，每个存储的充电电流都对应于电拓扑的标识符，并且其中所述充电电流补偿器(54)被适配为取回存储在所述数据库中对应于所接收的电拓扑信息的充电电流。
19.根据权利要求16到18中的任一项所述的保护装置单元，包括变压器涌入电流确定器(55)，所述变压器涌入电流确定器(55)被可操作地连接到所述通信单元(52)并且被适配为在检测到变压器涌入电流时阻断所述通信单元(52)传送。
【文档编号】H02H3/28GK103548228SQ201180070956
【公开日】2014年1月29日 申请日期:2011年5月19日 优先权日:2011年5月19日
【发明者】B·伦德克维斯特 申请人:Abb技术有限公司