柔性交直流互联系统的直流双极短路故障保护方法及装置与流程

本发明涉及柔性输配电技术领域，具体涉及一种柔性交直流互联系统的直流双极短路故障保护方法及装置。

背景技术：

随着电力电子技术的发展以及分布式电源和直流负荷的大量接入，柔性交直流互联系统越来越广泛应用。交直流互联系统的直流系统出现故障后果严重，将导致整个直流区域或整个交直流互联区域退出运行。尤其是双极短路故障现象严重，对直流线路及换流阀及其上的设备造成严重的过应力。

然而，目前判断双极短路故障的方法大多在站级保护或本体保护中实现，故障判别后发信号给阀基控制器，通过阀基控制器闭锁换流阀，整个故障判断、通信及动作出口的总时间比较长，不利于减少故障的扩散及对设备和系统的危害。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明实施例提出了一种柔性交直流互联系统的直流双极短路故障保护方法及装置，用以解决现有技术中故障判断、通信及动作出口的总时间比较长，不利于减少故障的扩散及对设备和系统的危害的问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明第一方面，提供了一种柔性交直流互联系统的直流双极短路故障保护方法，应用于阀基控制器，所述方法包括：获取柔性交直流互联系统各桥臂的桥臂电流及各子模块的电容电压；根据所述各桥臂的桥臂电流判断所述柔性交直流互联系统直流侧是否发生过电流；根据所述各子模块的电容电压判断所述柔性交直流互联系统直流侧是否发生欠电压；当所述柔性交直流互联系统直流侧发生过电流且发生欠电压时，判定所述柔性交直流互联系统发生直流双极短路故障，控制所述柔性交直流互联系统的换流阀闭锁。

结合第一方面，在第一方面第一实施方式中，根据所述各桥臂的桥臂电流判断所述柔性交直流互联系统直流侧是否发生过电流，包括：根据所述各桥臂的桥臂电流判断是否存在所述桥臂电流的突变量大于第一预设值的所述桥臂；当存在所述桥臂电流的突变量大于第一预设值的所述桥臂时，判定所述柔性交直流互联系统直流侧发生过电流。

结合第一方面第一实施方式，在第一方面第二实施方式中，根据所述各桥臂的桥臂电流判断是否存在所述桥臂电流的突变量大于第一预设值的所述桥臂，包括：连续多次将所述桥臂电流的当前采样点的第一采样值与相邻采样点的第二采样值进行比较，得到多个采样差值；判断各所述采样差值是否大于第一预设值；当大于所述第一预设值的所述采样差值的数量大于第一预设数量时，判定存在所述桥臂电流的突变量大于所述第一预设值的所述桥臂。

结合第一方面第一实施方式，在第一方面第三实施方式中，根据所述各桥臂的桥臂电流判断是否存在所述桥臂电流的突变量大于第一预设值的所述桥臂，包括：连续多次将所述桥臂电流的当前采样点的第一采样值与相隔预设数量采样点的第二采样值进行比较，得到多个采样差值；判断各所述采样差值是否大于第一预设值；当大于所述第一预设值的所述采样差值的数量大于第一预设数量时，判定存在所述桥臂电流的突变量大于所述第一预设值的所述桥臂。

结合第一方面第一实施方式，在第一方面第四实施方式中，根据所述各桥臂的桥臂电流判断是否存在所述桥臂电流的突变量大于第一预设值的所述桥臂，包括：将所述桥臂电流的当前采样点的第一采样值与相隔预设数量采样点的第二采样值进行比较，得到第一差值；将第二采样值与相隔所述预设数量采样点的第三采样值进行比较，得到第二差值；连续多次将所述第一差值与第二差值进行比较，得到多个采样差值；判断各所述采样差值是否大于第一预设值；当大于所述第一预设值的所述采样差值的数量大于第一预设数量时，判定存在所述桥臂电流的突变量大于所述第一预设值的所述桥臂。

结合第一方面或第一方面第一实施方式至第一方面第四实施方式中任一实施方式，在第一方面第五实施方式中，根据所述各子模块的电容电压判断所述柔性交直流互联系统直流侧是否发生欠电压，包括：判断所述各子模块的电容电压是否小于第二预设值；判断所述电容电压小于所述第二预设值的所述子模块的数量是否大于第二预设数量；当所述电容电压小于所述第二预设值的所述子模块的数量大于所述第二预设数量时，判定所述柔性交直流互联系统直流侧发生欠电压。

结合第一方面第五实施方式，在第一方面第六实施方式中，判断所述各子模块的电容电压是否小于第二预设值，包括：连续判断多个所述电容电压的采样值是否小于所述第二预设值；判断采样值小于所述第二预设值的所述电容电压的采样值的数量是否大于第三预设数量；当采样值小于所述第二预设值的所述电容电压的采样值的数量大于所述第三预设数量时，判定所述各子模块的电容电压小于所述第二预设值。

结合第一方面第五实施方式，在第一方面第七实施方式中，判断所述各子模块的电容电压是否小于第二预设值，包括：判断多个电容电压的采样值的平均值是否小于第二预设值；当所述多个电容电压的采样值的平均值小于所述第二预设值时，判定所述各子模块的电容电压小于所述第二预设值。

本发明第二方面，提供了一种柔性交直流互联系统的直流双极短路故障保护装置，应用于阀基控制器，所述装置包括：数据获取模块，用于获取柔性交直流互联系统各桥臂的桥臂电流及各子模块的电容电压；过电流判断模块，用于根据所述各桥臂的桥臂电流判断所述柔性交直流互联系统直流侧是否发生过电流；欠电压判断模块，用于根据所述各子模块的电容电压判断所述柔性交直流互联系统直流侧是否发生欠电压；故障判定与保护模块，用于当所述柔性交直流互联系统直流侧发生过电流且发生欠电压时，判定所述柔性交直流互联系统发生直流双极短路故障，控制所述柔性交直流互联系统的换流阀闭锁。

本发明第三方面，提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使所述计算机执行如第一方面或第一方面任一实施方式所述的柔性交直流互联系统的直流双极短路故障保护方法。

本发明第四方面，提供了一种柔性交直流互联系统的直流双极短路故障保护设备，所述设备包括：存储器和处理器，所述存储器和所述处理器之间互相通信连接，所述存储器中存储有计算机指令，所述处理器通过执行所述计算机指令，从而执行如第一方面或第一方面任一实施方式所述的柔性交直流互联系统的直流双极短路故障保护方法。

本发明技术方案，与现有技术相比，至少具有如下优点：

本发明实施例提供了一种柔性交直流互联系统的直流双极短路故障保护方法，应用于阀基控制器，该方法通过获取的柔性交直流互联系统各桥臂的桥臂电流判断柔性交直流互联系统直流侧是否发生过电流，根据获取的柔性交直流互联系统各子模块的电容电压判断柔性交直流互联系统直流侧是否发生欠电压，当柔性交直流互联系统直流侧发生过电流且发生欠电压时，判定该柔性交直流互联系统发生直流双极短路故障，并控制柔性交直流互联系统的换流阀闭锁，从而柔性交直流互联系统的直流双极短路故障保护完全由阀基控制器来实现，相对于现有的在站级保护或本体保护中实现、故障判别后发信号给阀基控制器再通过阀基控制器闭锁换流阀的直流双极短路故障保护方法，缩短了故障判断、通信及动作出口的总时间，有利于减少故障的扩散及对设备和系统的危害。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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。

图1为本发明实施例中柔性交直流互联系统的直流双极短路故障保护方法的一个具体示例的流程图；

图2为本发明实施例中柔性交直流互联系统的一个具体示例的示意图；

图3为本发明实施例中基于模块化多电平mmc的交直流互联系统的一个具体示例的示意图；

图4为本发明实施例中基于双箝位子模块的交直流互联系统的一个具体示例的示意图；

图5为本发明实施例中柔性交直流互联系统的直流双极短路故障保护方法的另一个具体示例的流程图；

图6为本发明实施例中柔性交直流互联系统的直流双极短路故障保护方法中步骤s21的一个具体示例的流程图；

图7为本发明实施例中柔性交直流互联系统的直流双极短路故障保护方法中步骤s21的另一个具体示例的流程图；

图8为本发明实施例中柔性交直流互联系统的直流双极短路故障保护方法中步骤s21的另一个具体示例的流程图；

图9为本发明实施例中柔性交直流互联系统的直流双极短路故障保护方法的另一个具体示例的流程图；

图10为本发明实施例中柔性交直流互联系统的直流双极短路故障保护方法中步骤s31的一个具体示例的流程图；

图11为本发明实施例中柔性交直流互联系统的直流双极短路故障保护方法中步骤s31的另一个具体示例的流程图；

图12为本发明实施例中柔性交直流互联系统的直流双极短路故障保护装置的一个具体示例的原理框图；

图13为本发明实施例中柔性交直流互联系统的直流双极短路故障保护设备的一个具体示例的示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

本发明实施例提供了一种柔性交直流互联系统的直流双极短路故障保护方法，应用于阀基控制器，如图1所示，该直流双极短路故障保护方法包括：

步骤s1：获取柔性交直流互联系统各桥臂的桥臂电流及各子模块的电容电压；

步骤s2：根据各桥臂的桥臂电流判断柔性交直流互联系统直流侧是否发生过电流；

步骤s3：根据各子模块的电容电压判断柔性交直流互联系统直流侧是否发生欠电压；

步骤s4：当柔性交直流互联系统直流侧发生过电流且发生欠电压时，判定柔性交直流互联系统发生直流双极短路故障，控制柔性交直流互联系统的换流阀闭锁。

本发明实施例提供的柔性交直流互联系统的直流双极短路故障保护方法，柔性交直流互联系统的直流双极短路故障保护完全由阀基控制器来实现，相对于现有的在站级保护或本体保护中实现、故障判别后发信号给阀基控制器再通过阀基控制器闭锁换流阀的直流双极短路故障保护方法，缩短了故障判断、通信及动作出口的总时间，有利于减少故障的扩散及对设备和系统的危害。

需要说明的是，在上述步骤s1中，阀基控制器获取柔性交直流互联系统各桥臂的桥臂电流及各子模块的电容电压，可以是接收由桥臂电流测量元件发送至阀基控制器的桥臂电流和电容电压测量元件发送至阀基控制器的电容电压，桥臂电流测量元件以及电容电压测量元件采用现有技术中的方法分别测量桥臂电流和电容电压。

此外，本发明实施例中的柔性交直流互联系统如图2所示，适用于经交流/直流变换的换流器连接的交直流互联系统，该交流/直流变换的换流器的拓扑包括但不限于模块化多电平换流器或双箝位子模块，基于模块化多电平换流器和双箝位子模块的柔性交直流互联系统分别如图3和图4所示。

在一较佳实施例中，如图5所示，上述步骤s2，根据各桥臂的桥臂电流判断柔性交直流互联系统直流侧是否发生过电流，具体包括：

步骤s21：根据各桥臂的桥臂电流判断是否存在桥臂电流的突变量大于第一预设值的桥臂；

步骤s22：当存在桥臂电流的突变量大于第一预设值的桥臂时，判定柔性交直流互联系统直流侧发生过电流。

在本发明实施例中，柔性交直流互联系统的任一桥臂的桥臂电流大于上述第一预设值，即判定柔性交直流互联系统直流侧发生过电流，第一预设值可以是根据经验合理设定。在本发明的其他实施例中，电流突变量也可用电流故障分量或电流瞬时值替代。

在本发明的具体实施方式中，如图6所示，上述步骤s21，根据各桥臂的桥臂电流判断是否存在桥臂电流的突变量大于第一预设值的桥臂，具体包括：

步骤s211：连续多次将桥臂电流的当前采样点的第一采样值与相邻采样点的第二采样值进行比较，得到多个采样差值；

步骤s212：判断各采样差值是否大于第一预设值；

步骤s213：当大于第一预设值的采样差值的数量大于第一预设数量时，判定存在桥臂电流的突变量大于第一预设值的桥臂；该第一预设数量可以为三次或大于三次。

在本发明的另一具体实施方式中，如图7所示，上述步骤s21，根据各桥臂的桥臂电流判断是否存在桥臂电流的突变量大于第一预设值的桥臂，具体包括：

步骤s214：连续多次将桥臂电流的当前采样点的第一采样值与相隔预设数量采样点的第二采样值进行比较，得到多个采样差值；

步骤s215：判断各采样差值是否大于第一预设值；

步骤s216：当大于第一预设值的采样差值的数量大于第一预设数量时，判定存在桥臂电流的突变量大于第一预设值的桥臂；该第一预设数量可以为三次或大于三次。

在本发明的另一具体实施方式中，如图8所示，上述步骤s21，根据各桥臂的桥臂电流判断是否存在桥臂电流的突变量大于第一预设值的桥臂，具体包括：

步骤s217：将桥臂电流的当前采样点的第一采样值与相隔预设数量采样点的第二采样值进行比较，得到第一差值；

步骤s218：将第二采样值与相隔预设数量采样点的第三采样值进行比较，得到第二差值；

步骤s219：连续多次将第一差值与第二差值进行比较，得到多个采样差值；

步骤s2110：判断各采样差值是否大于第一预设值；

步骤s2111：当大于第一预设值的采样差值的数量大于第一预设数量时，判定存在桥臂电流的突变量大于第一预设值的桥臂；该第一预设数量可以为三次或大于三次。

在上述步骤s217至步骤s2111中，每次根据彼此相隔预设数量采样点的三个采样值得到两个差值，两个差值再最差得到上述的采样差值，并判断该采样差值是否大于第一预设值，重复多次，当大于第一预设值的采样差值的数量大于第一预设数量时，判定存在桥臂电流的突变量大于第一预设值的桥臂。

需要说明的是，上述的相隔预设数量采样点可以是取两个采样点相差一个采样周期，采样周期根据实际需要设定。

需要说明的是，在上述步骤s211至步骤s213、步骤s214至步骤s216以及步骤s217至步骤s2111中，所述的“连续多次”均是指的对于一个桥臂的电流。

在一较佳实施例中，如图9所示，上述步骤s3，根据各子模块的电容电压判断柔性交直流互联系统直流侧是否发生欠电压，具体包括：

步骤s31：判断各子模块的电容电压是否小于第二预设值；

步骤s32：判断电容电压小于第二预设值的子模块的数量是否大于第二预设数量；

步骤s33：当电容电压小于第二预设值的子模块的数量大于第二预设数量时，判定柔性交直流互联系统直流侧发生欠电压。

在本发明实施例中，当柔性交直流互联系统中电容电压小于第二预设值的子模块的数量大于第二预设数量时，才判定柔性交直流互联系统直流侧发生欠电压，其中，第二预设值根据经验合理设定，第二预设数量可以是n/2，n为柔性交直流系统子模块的数量。

在本发明的具体实施方式中，如图10所示，上述步骤s31，判断各子模块的电容电压是否小于第二预设值，具体包括：

步骤s311：连续判断多个电容电压的采样值是否小于第二预设值；

步骤s312：判断采样值小于第二预设值的电容电压的采样值的数量是否大于第三预设数量；

步骤s313：当采样值小于第二预设值的电容电压的采样值的数量大于第三预设数量时，判定各子模块的电容电压小于第二预设值；第三预设数量可以是三次或大于三次。

在本发明的另一具体实施方式中，如图11所示，上述步骤s31，判断各子模块的电容电压是否小于第二预设值，具体包括：

步骤s314：判断多个电容电压的采样值的平均值是否小于第二预设值；

步骤s315：当多个电容电压的采样值的平均值小于第二预设值时，判定各子模块的电容电压小于第二预设值。

需要说明的是，在上述步骤s311至步骤s312以及步骤s313至步骤s315中，所述的“判断多个电容电压的采样值”均是指的对于一个子模块的电容电压的采样值连续判断多次。

需要说明的是，在本发明实施例中，只有当柔性交直流互联系统直流侧既发生过电流又发生欠电压时，阀基控制器控制柔性交直流互联系统的换流阀闭锁，当柔性交直流互联系统直流侧未发生过电流或未发生欠电压时，判定柔性交直流互联系统未发生直流双极短路故障，此时不进行保护。

本发明实施例提供的柔性交直流互联系统的直流双极短路故障保护方法，故障判别的计算时间窗短，计算速度快，通过阀级控制器直接实现，节省了站级控保装置或本体控保装置与阀级控制器之间的通信时间，能够实现对故障的快速响应，迅速隔离故障。

本发明实施例还提供了一种柔性交直流互联系统的直流双极短路故障保护装置，应用于阀基控制器，如图12所示，该直流双极短路故障保护装置包括：数据获取模块1，用于获取柔性交直流互联系统各桥臂的桥臂电流及各子模块的电容电压，详细内容可参见上述方法实施例的步骤s1的相关描述；过电流判断模块2，用于根据各桥臂的桥臂电流判断柔性交直流互联系统直流侧是否发生过电流，详细内容可参见上述方法实施例的步骤s2的相关描述；欠电压判断模块3，用于根据各子模块的电容电压判断柔性交直流互联系统直流侧是否发生欠电压，详细内容可参见上述方法实施例的步骤s3的相关描述；故障判定与保护模块4，用于当柔性交直流互联系统直流侧发生过电流且发生欠电压时，判定柔性交直流互联系统发生直流双极短路故障，控制柔性交直流互联系统的换流阀闭锁，详细内容可参见上述方法实施例的步骤s4的相关描述。

本发明实施例提供的柔性交直流互联系统的直流双极短路故障保护装置，柔性交直流互联系统的直流双极短路故障保护完全由阀基控制器来实现，相对于现有的在站级保护或本体保护中实现、故障判别后发信号给阀基控制器再通过阀基控制器闭锁换流阀的直流双极短路故障保护方法，缩短了故障判断、通信及动作出口的总时间，有利于减少故障的扩散及对设备和系统的危害。

本发明实施例还提供了一种柔性交直流互联系统的直流双极短路故障保护设备，如图13所示，该电子设备可以包括处理器101和存储器102，其中处理器101和存储器102可以通过总线或者其他方式连接，图10中以通过总线连接为例。

处理器101可以为中央处理器(centralprocessingunit，cpu)。处理器101还可以为其他通用处理器、数字信号处理器(digitalsignalprocessor，dsp)、专用集成电路(applicationspecificintegratedcircuit，asic)、现场可编程门阵列(field-programmablegatearray，fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等芯片，或者上述各类芯片的组合。

存储器102作为一种非暂态计算机可读存储介质，可用于存储非暂态软件程序、非暂态计算机可执行程序以及模块，如本发明实施例中的柔性交直流互联系统的直流双极短路故障保护方法对应的程序指令/模块(例如，图9所示的数据获取模块1、过电流判断模块2、欠电压判断模块3和故障判定与保护模块4)。处理器101通过运行存储在存储器102中的非暂态软件程序、指令以及模块，从而执行处理器的各种功能应用以及数据处理，即实现上述方法实施例中的柔性交直流互联系统的直流双极短路故障保护方法。

存储器102可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储处理器101所创建的数据等。此外，存储器102可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非暂态存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非暂态固态存储器件。在一些实施例中，存储器102可选包括相对于处理器101远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至处理器101。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。

所述一个或者多个模块存储在所述存储器102中，当被所述处理器101执行时，执行如图1-图8所示实施例中的柔性交直流互联系统的直流双极短路故障保护方法。

上述柔性交直流互联系统的直流双极短路故障保护设备的具体细节可以对应参阅图1-图8所示的实施例中对应的相关描述和效果进行理解，此处不再赘述。

本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(read-onlymemory，rom)、随机存储记忆体(randomaccessmemory，ram)、快闪存储器(flashmemory)、硬盘(harddiskdrive，缩写：hdd)或固态硬盘(solid-statedrive，ssd)等；所述存储介质还可以包括上述种类的存储器的组合。

虽然结合附图描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下作出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。