一种分段式抑制交流过电压及过频率的方法
【专利摘要】本发明是一种分段式抑制交流过电压及过频率的方法，具体是指高压直流输电系统处于孤岛运行方式下，一种分段式抑制交流过电压及过频率的方法。该方法改变了原直流过压保护、高周切机保护的弊端，采用分段式过电压、频率判断逻辑，在不同延时的情况下切除直流换流站小组交流滤波器/电容器或大组交流滤波器/电容器和电厂机组，不同的分段可以自由投退。在不同功率水平、不同电厂开机方式的孤岛运行工况下，该方法均可保证在故障切除后，剩余设备仍能处于设计所允许的系统条件下正常运行并解决了孤岛系统发生故障并切除后，交流系统电压和频率超出设计所允许的范围的问题，确保了孤岛系统内剩余设备的安全可靠运行。
【专利说明】一种分段式抑制交流过电压及过频率的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及的是一种电力系统【技术领域】的方法，具体是指高压直流输电系统处于孤岛运行方式下，一种分段式抑制交流过电压及过频率的方法。
【背景技术】
[0002]高压直流输电系统处于孤岛运行方式下，为保障设备安全运行，在交、直流系统故障情况下，通过继电保护等措施，可快速隔离故障。在切除交、直流系统故障后，孤岛系统由于其本身容量较小，易引起交流系统过电压和频率超越设备正常工作范围，通常采用过压保护、高周切机等继电保护方法加以解决。
[0003]其中过压保护、高周切机在工程中广泛使用，现有过压保护、高周切机均属于元件保护，均未能保障在切除交、直流系统故障后，孤岛交流系统其余设备的安全。原过压保护原理:是一种直流元件保护，采用多段式原理，根据检测到交流母线电压的不同，采取不同延时动作出口紧急停运直流输电系统，跳开交流侧进线开关，将直流系统带到安全状态。原高周切机保护原理:是一种安稳控制，主要作用就是当电网频率高的时候(每个地方定值不一样)该装置动作，切除该电网上的部分送入电源(如发电机和送入的电能的输电线路)，根据电网频率的变化(>50Hz)高周切机分为很多轮，例如第一轮是51.5Hz，第二轮是52.5Hz，第三轮是53.5Hz，第四轮是54.5Hz，保证机组的安全。
[0004]但在实际运行过程中，由于孤岛系统现场运行工况复杂，系统边界条件随电厂开机方式、直流输送功率大小、交流系统阻抗容量大小、直流控制响应特性以及直流系统配置方式有关，常规过压和高周切机保护无法有效保证故障切除后系统的安全、稳定运行，其目的仅为元件保护而非保系统。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提出一种分段式抑制交流过电压及过频率的方法，本发明使得处于孤岛运行方式下的直流系统，在交、直流系统故障切除后，孤岛系统能够保持稳定运行，交流电压、频率控制在设定的范围内，使得孤岛系统内保留的设备仍处于设计的运行范围内。
[0006]本发明是通过以下技术方案实现的，包括以下步骤:
本发明的分段式抑制交流过电压及过频率的方法，包括以下步骤:
1)确定直流孤岛运行抑制交流过电压跳闸逻辑、直流孤岛运行抑制频率越限跳闸逻
辑；
2)建立孤岛运行方式下高压直流电磁暂态仿真模型以及电厂电磁暂态模型，并对直流孤岛运行抑制交流过电压跳闸逻辑、直流孤岛运行抑制频率越限跳闸逻辑建模；根据下述整定原则，选取合适的保护建议定值；
3)根据故障仿真要求，分别选取不同的运行工况，并模拟不同故障工况。
[0007]4)执行电磁暂态仿真，观察测量信号曲线，验证定值选取是否合理。[0008]所述的整定原则是:I)根据设计标准分析在不同功率水平、不同电厂开机方式下发生故障并切除后系统能够保持稳定运打;
2)在不同功率水平、不同电厂开机方式下发生故障并切除后系统的过电压水平在规程运行的范围内；
3)在不同功率水平、不同电厂开机方式下发生故障并切除后系统的交流电压频率在规程运行的范围内。
[0009]与现有技术相比，本发明的有益效果是:
I)采用本发明的方法，在不同功率水平、不同电厂开机方式下发生故障并切除后孤岛内剩余设备仍能保持正常运行，且均处于设计所允许的范围内运行。
[0010]2)采用本发明的方法，解决了孤岛系统发生故障并切除后，交流系统电压和频率超出设计所允许的范围的问题，确保了孤岛系统内剩余设备的安全可靠运行。
[0011]3)采用本发明的方法，通过分段式交流过电压控制逻辑、分段式频率控制逻辑的设定配合，确保孤岛系统在故障发生后不产生振荡。
[0012]4)采用本发明的方法，使得处于孤岛运行方式下的直流系统，在交、直流系统故障切除后，孤岛系统能够保持稳定运彳丁，交流电压、频率控制在设定的沮围内，孤岛系统内保留的设备仍处于设计的运行范围内。
[0013]5)采用本发明的方法，改变了原直流过压保护、高周切机保护的弊端，采用分段式电压、频率逻辑，在不同延时的情况下切除直流换流站小组交流滤波器/电容器或大组交流滤波器/电容器和发电厂机组，不同的分段可以自由投退。
[0014]
【专利附图】
【附图说明】:
图1是直流孤岛双极运行的不意图；
图2是直流孤岛单极大地接线方式的示意图；
图3是直流孤岛单极金属接线方式的示意图；
图4是直流输电系统故障仿真示意图；
图5是直流孤岛运行抑制交流过电压跳闸逻辑原理图；
图6是直流孤岛运行抑制频率越限跳闸逻辑原理图。
[0015]【具体实施方式】:
本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
[0016]本发明所述的孤岛运行是送端整流侧未与交流系统主网相连，而是仅由一个或者数个发电厂通过交流线路连接整流站的方式，直流孤岛运行和联网运行一样也存在双极、单极大地、单极金属等运行方式。本实施例就是在直流孤岛的不同运行方式下，模拟具有代表性的故障，研究并验证分段式抑制交流过电压及过频率方法的有效性。
[0017]本发明直流孤岛双极运行的示意图如图1所示，图1中，直流输电系统采用双极运行，利用正负两极导线和两端换流站的正负两极相连，构成直流侧的闭环回路，两端换流站的中性点均接地。电站A和电站B分别通过两条和一条交流线路接至整流站，构成孤岛系统，整流站配置有18小组交流滤波器，分为4个大组。
[0018]本发明直流孤岛单极大地接线方式的示意图如图2所示，图2中，直流输电系统采用单极大地运行，利用正极导线和大地构成直流侧的单极回路，两端换流站的中性点均接地。电站A和电站B分别通过两条和一条交流线路接至整流站，构成孤岛系统，示例中整流站配置有18小组交流滤波器，分为4个大组。
[0019]本发明直流孤岛单极金属接线方式的示意图如图3所示，图3中，直流输电系统采用单极金属回线运行，利用正负极导线构成直流侧的单极回路其中负极为金属返回线。电站A和电站B分别通过两条和一条交流线路接至整流站，构成孤岛系统，示例中整流站配置有18小组交流滤波器，分为4个大组。
[0020]本发明直流输电系统故障仿真示意图如图4所示，图4中，IdCH为高压母线电流，IdLH为直流线路电流，IdCN为中性母线电流，故障点1、4、5、7、9、13、16分别代表本发明选取的交直流侧不同的故障位置的故障编号。
[0021]本发明改变了原直流过压保护、高周切机保护的弊端，采用分段式电压逻辑，在不同延时的情况下切除直流换流站小组交流滤波器/电容器或大组交流滤波器/电容器，不同的段可以允许设置投入。直流孤岛运行抑制交流过电压跳闸逻辑原理图如图5所示:图5中，Uac_psf为交流母线电压的基波正序分量，当检测到该电压值超过相应的定值并持续一定时间后发跳小组滤波器/电容器或大组滤波器/电容器命令。其中U Λ 1-U Λ 5与Δ tl- Δ t8可根据不同直流工程整定确定。其中U Λ 1-U Λ 3为切除小组交流滤波器的电压门槛值，Λ tl- Λ t3为I?3段切除小组交流滤波器的延时，Δ t6为切除小组交流滤波器的固有延时，Δ t7为依次切除小组交流滤波器的间隔时间;U Δ 4-U Δ 5为切除大组交流滤波器的电压门槛值，Λ t8为发出跳开所有交流滤波器开关与跳开换流变进线开关的间隔时间。
[0022]直流孤岛运行抑制频率越限跳闸逻辑原理图如图6所示，Frequency为交流系统频率，当检测到频率值超过相应的定值并持续一定时间后发切除单台发电机组命令。其中f Λ Ι-f Λ 3与Λ til- Δ tl5可根据不同工程整定确定。f Λ Ι-f Λ 3为切除发电机组的频率门槛值，til- Λ tl3为I?3段切除发电机组的延时，tl4为切除发电机组的固有延时，tl5为依次切除发电机组的间隔时间。
实施例
[0023]在电磁暂态模型中，
1)搭建包含电厂在内的直流孤岛系统模型，并对仿真系统详细建模，满足系统的参数要求；
2)选取交流母线电压、频率作为主要观测量；
3)对不同故障点采用可调整故障阻抗和持续时间的模型；
4)直流控制方式采用定功率控制，且可以调整；
5)直流接线方式可采用双极、单极大地、单极金属方式；
6)对模型进行仿真计算，仿真时间根据系统规模，通常在100秒左右，保证系统进入稳
态；
7)系统进入稳态后，触发不同故障点故障，观察在故障切除后，抑制交流过电压、频率策略动作，交流母线电压、频率情况；
记录保护动作前后的抑制交流过电压、频率策略动作，交流母线电压、频率情况。
【权利要求】
1.一种分段式抑制交流过电压及过频率的方法，其特征在于包括以下步骤: 1)确定直流孤岛运行抑制交流过电压跳闸逻辑、直流孤岛运行抑制频率越限跳闸逻辑； 2)建立孤岛运行方式下高压直流电磁暂态仿真模型以及电厂电磁暂态模型，并对直流孤岛运行抑制交流过电压跳闸逻辑、直流孤岛运行抑制频率越限跳闸逻辑建模；根据下述整定原则，选取合适的保护建议定值； 3)根据故障仿真要求，分别选取不同的运行工况，并模拟不同故障工况； 4)执行电磁暂态仿真，观察测量信号曲线，验证定值选取是否合理。
2.根据权利要求1所述的分段式抑制交流过电压及过频率的方法，其特征在于所述的整定原则是:I)根据设计标准分析在不同功率水平、不同电厂开机方式下发生故障并切除后系统能够保持稳定运打； 2)在不同功率水平、不同电厂开机方式下发生故障并切除后系统的过电压水平在规程运行的范围内； 3)在不同功率水平、不同电厂开机方式下发生故障并切除后系统的交流电压频率在规程运行的范围内。
【文档编号】H02J3/36GK103633660SQ201310610247
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2013年11月27日 优先权日:2013年11月27日
【发明者】李明, 刘涛, 杨煜, 李婧靓, 李岩, 黎小林, 饶宏 申请人:中国南方电网有限责任公司电网技术研究中心