高压直流输电系统直流侧接地故障控制方法及控制装置与流程

1.本申请涉及高压直流输电技术领域，具体涉及高压直流输电系统直流侧接地故障控制方法及控制装置。


背景技术：

2.现有的高压直流输电系统分为常规高压直流输电系统、柔性直流输电系统、常规特高压直流输电系统、分层接入特高压直流输电系统和混合特高压直流输电系统。
3.常规高压直流输电系统一个直流极只有一个电网换相换流器。柔性直流输电系统一个直流极只有一个电压源换流器。常规特高压直流输电系统一个直流极的高、低端换流器都为电网换相换流器，且接入同一个交流电网。分层接入特高压直流输电系统一个直流极的高、低端换流器都为电网换相换流器，且分别接入两个不同的交流电网。混合特高压直流输电系统分为站间混合、极间混合和极内混合。站间混合的混合特高压直流输电系统一个换流站的高、低端换流器都为电网换相换流器，另一个换流站的高、低端换流器都为电压源换流器。极间混合的混合特高压直流输电系统一个直流极的高、低端换流器都为电网换相换流器，另一个直流极的高、低端换流器都为电压源换流器。极内混合的混合特高压直流输电系统一个直流极的高、低端换流器分别为电网换相换流器和电压源换流器。
4.当高压直流输电系统极区发生接地故障时，现有技术通过立即闭锁整个直流极来隔离故障。由于在隔离故障时，需要判断直流电压低延时后才能拉开极中性母线开关，双极运行时在极中性母线开关拉开前，接地故障点仍流过较大的故障电流。
5.当高压直流输电系统阀区直流侧发生接地故障时，现有技术通过闭锁整个直流极来隔离故障。双极运行时闭锁整个直流极后，与只闭锁故障区域的换流器相比，接地极线流过较大电流，如果输送功率较大，会损失较多的直流功率，闭锁整个直流极后，在极中性母线开关拉开前，故障点也会流过更多的故障电流。


技术实现要素：

6.本申请实施例提供一种高压直流输电系统直流侧接地故障控制方法，所述高压直流输电系统包括至少一个整流站与至少一个逆变站，所述整流站与所述逆变站包括单直流极或双直流极，所述直流极包括至少一个换流器，当发生所述直流侧接地故障时，所述控制方法包括：控制所述接地故障两端各至少有一个换流器继续运行；基于所述高压直流输电系统的需求确定所述接地故障两端的两个换流器的直流电流参考值，所述两个换流器包括所述接地故障两端各一个继续运行的换流器；基于所述直流电流参考值控制所述两个换流器的直流电流相等；如果所述接地故障发生的区域在所述整流站或所述逆变站内，控制所述高压直流输电系统隔离所述接地故障后控制所述两个换流器正常运行，或者控制所述两个换流器或所述两个换流器所在直流极闭锁后控制所述高压直流输电系统隔离所述接地故障；如果所述接地故障发生的区域在直流线路或接地极线路，经过一定的去游离时间或检测到所述接地故障消失后，控制所述两个换流器正常运行。
7.根据一些实施例，所述换流器包括电网换相换流器或电压源换流器中的至少一种。
8.根据一些实施例，如果所述高压直流输电系统所连接的交流系统为弱交流系统或新能源接入系统，所述两个换流器至少一个为电网换相换流器时，则所述基于所述直流电流参考值控制所述两个换流器的直流电流相等之后，还包括：根据所述交流系统的需求，控制所述高压直流输电系统切除或投入与所述交流系统连接的交流滤波器。
9.根据一些实施例，如果所述高压直流输电系统所连接的交流系统为弱交流系统或新能源接入系统，所述两个换流器至少一个为电压源换流器，所述基于所述直流电流参考值控制所述两个换流器的直流电流相等之后，还包括：根据所述交流系统的需求，控制所述电压源换流器输出的无功功率或交流电压。
10.根据一些实施例，所述弱交流系统为交流系统的短路电流比小于3的交流系统，所述短路电流比为所述交流系统短路容量与所述高压直流输电系统额定功率的比值；所述交流系统的需求包括无功功率需求和交流电压限制。
11.根据一些实施例，所述直流侧接地故障包括：阀区直流侧接地故障、极区接地故障、双极区接地故障、直流线路区接地故障和接地极线路区接地故障的至少一种；所述阀区直流侧接地故障包括：换流器直流侧高压母线接地、换流器直流侧低压母线接地的至少一种；所述极区接地故障包括：极母线接地、极中点接地、极中性母线接地的至少一种；所述双极区接地故障包括：双极中性母线接地故障；所述直流线路区接地故障包括：直流线路接地故障；所述接地极线路区接地故障包括：接地极线路接地故障。
12.根据一些实施例，所述直流侧接地故障通过检测保护动作来判断，所述保护包括：换流器差动保护、极差动保护、极母线差动保护、极中性母线差动保护、双极中性母线差动保护、阀组连接线差动保护、线路纵差保护、线路突变量保护、线路行波保护的至少一种。
13.根据一些实施例，所述高压直流输电系统的需求包括：有功功率需求、无功功率需求、入地电流限制值需求、故障所在直流极的电流限制值需求的至少一种。
14.根据一些实施例，如果所述高压直流输电系统的需求多于一种，同时给定不同需求的优先级。
15.根据一些实施例，所述基于所述高压直流输电系统的需求确定所述两个换流器的直流电流参考值，包括：如果所述高压直流输电系统的需求为有功功率需求，将所述有功功率需求除以所述整流站或所述逆变站所有运行的换流器的直流电压绝对值之和，得到所述两个换流器的直流电流参考值。
16.根据一些实施例，如果所述换流器是六脉动或十二脉动的电网换相换流器，所述基于所述高压直流输电系统的需求确定所述两个换流器的直流电流参考值，包括：如果所述高压直流输电系统的需求为无功功率需求，基于所述无功功率需求、空载直流母线电压、触发角或关断角、换相角确定所述两个换流器的直流电流参考值，整流侧的换流器的计算方法如下。
[0017][0018]
逆变侧的换流器的计算方法如下。
[0019][0020]
式中，i
ord
为直流电流参考值，q
conv
为六脉动或十二脉动的电网换相换流器的无功功率需求，u
di0
为六脉动或十二脉动的电网换相换流器的空载直流母线电压，α为换流器的触发角，μ为换流器的换相角，γ为换流器的关断角，所述换流器为六脉动的电网换相换流器时，b＝1/4，当所述换流器为十二脉动的电网换相换流器时，b＝1/2。
[0021]
根据一些实施例，所述基于所述高压直流输电系统的需求确定所述两个换流器的直流电流参考值，包括：如果所述高压直流输电系统的需求为入地电流限制值需求，所述两个换流器的每个换流器的直流电流参考值大于同站另一直流极的直流电流与所述入地电流限制值的差，且小于同站另一直流极的直流电流与所述入地电流限制值的和。
[0022]
根据一些实施例，所述基于所述高压直流输电系统的需求确定所述两个换流器的直流电流参考值，包括：如果所述高压直流输电系统的需求为故障所在直流极的电流限制值需求，确定所述两个换流器的直流电流参考值小于故障所在直流极的电流限制值。
[0023]
根据一些实施例，所述换流器的直流电流包括：所述换流器的高压母线电流、低压母线电流、所述换流器所在直流极的极母线电流或极中性母线电流的至少一种。
[0024]
根据一些实施例，所述基于所述直流电流参考值控制所述两个换流器的直流电流相等，包括：所述接地故障发生在所述整流站的极母线和所述逆变站的极母线之间的区域时，控制所述接地故障两端的分别位于两个站的所述两个换流器的直流电流相等且为所述直流电流参考值；所述接地故障发生在一个直流极的极中性母线和同站另一直流极的极中性母线之间的区域时，控制所述接地故障两端的分别位于同一个站两个直流极的所述两个换流器的直流电流相等且为所述直流电流参考值；所述接地故障发生在一个直流极的换流器之间的区域时，控制所述接地故障两端的分别位于同一个直流极的所述两个换流器的直流电流相等且为所述直流电流参考值。
[0025]
根据一些实施例，所述整流站的极母线和所述逆变站的极母线之间的区域包括所述整流站的极母线、所述整流站与极母线连接的换流器直流侧高压母线、所述逆变站的极母线、所述逆变站与极母线连接的换流器直流侧高压母线和直流线路的至少一种；所述一个直流极的极中性母线和同站另一直流极的极中性母线之间的区域包括一个直流极的极中性母线、一个直流极与极中性母线连接的换流器直流侧低压母线、同站另一直流极的极中性母线、同站另一直流极的与极中性母线连接的换流器直流侧低压母线、双极中性母线和接地极线路的至少一种；所述一个直流极的换流器之间的区域包括阀组连接线、与阀组连接线连接的换流器直流侧高压母线或低压母线的至少一种。
[0026]
根据一些实施例，所述控制所述接地故障两端的分别位于两个站的两个换流器的直流电流相等且为所述直流电流参考值，包括：所述接地故障两端的分别位于两个站的所述两个换流器都采用电流控制且控制目标同为所述直流电流参考值。
[0027]
根据一些实施例，所述控制所述接地故障两端的分别位于同一个站两个直流极的所述两个换流器的直流电流相等且为所述直流电流参考值，包括：所述接地故障两端的分别位于同一个站两个直流极的所述两个换流器都采用电流控制且控制目标同为所述直流电流参考值；或者所述接地故障两端的分别位于同一个站两个直流极的所述两个换流器采
用最大触发角控制或直流电压控制，另一站的直流极和另一站另一直流极的换流器都采用电流控制且控制目标同为所述直流电流参考值。
[0028]
根据一些实施例，所述控制所述接地故障两端的分别位于同一个直流极的所述两个换流器的直流电流相等且为所述直流电流参考值，包括：所述接地故障两端的分别位于同一个直流极的所述两个换流器都采用电流控制且控制目标同为所述直流电流参考值。
[0029]
根据一些实施例，所述换流器正常运行，包括：所述换流器按照正常直流电流和正常直流电压运行；所述正常直流电流为0.05至1.6倍额定直流电流之间，所述正常直流电压为0.3至1.3倍额定直流电压之间。
[0030]
根据一些实施例，所述换流器为电网换相换流器时，所述换流器闭锁包括：控制所述电网换相换流器停发触发脉冲；或/和控制所述电网换相换流器投入旁通对。
[0031]
根据一些实施例，所述换流器为电压源换流器时，所述换流器闭锁包括：控制所述电压源换流器停发触发脉冲。
[0032]
根据一些实施例，所述检测到所述接地故障消失包括：检测极母线电压或直流线路电压的绝对值；如果所述极母线电压或直流线路电压的绝对值大于第一直流电压阈值，则判定所述接地故障消失，所述第一直流电压阈值为0.05至1.1倍额定直流电压之间。
[0033]
本申请实施例还提供一种高压直流输电系统直流侧接地故障控制装置，包括检测单元和控制单元，所述检测单元用于检测所述高压直流输电系统的参数；所述控制单元基于所述高压直流输电系统的参数判定高压直流输电系统直流侧发生接地故障时，控制所述接地故障两端各至少有一个换流器继续运行；基于所述高压直流输电系统的需求确定所述接地故障两端的两个换流器的直流电流参考值，所述两个换流器包括所述接地故障两端各一个继续运行的换流器；基于所述直流电流参考值控制所述两个换流器的直流电流相等；如果所述接地故障发生的区域在所述整流站或所述逆变站内，控制所述高压直流输电系统隔离所述接地故障后控制所述两个换流器正常运行，或者控制所述两个换流器闭锁或所述两个换流器所在直流极闭锁后控制所述高压直流输电系统隔离所述接地故障；如果所述接地故障发生的区域在直流线路或接地极线路，经过一定的去游离时间或检测到所述接地故障消失后，控制所述两个换流器正常运行。
[0034]
本申请实施例提供的技术方案，在高压直流输电系统直流侧发生接地故障时，通过控制接地故障两端的两个换流器直流电流相等，实现流过接地故障点的故障电流最小，隔离接地故障后控制两个换流器继续运行或者控制两个换流器闭锁后隔离接地故障。
附图说明
[0035]
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例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。
[0036]
图1是本申请实施例提供的一种高压直流输电系统的主回路示意图。
[0037]
图2是本申请实施例提供的一种高压直流输电系统直流侧接地故障控制方法流程示意图。
[0038]
图3是本申请实施例提供的另一种高压直流输电系统直流侧接地故障控制方法流
程示意图。
[0039]
图4是本申请实施例提供的又一种高压直流输电系统直流侧接地故障控制方法流程示意图。
[0040]
图5是本申请实施例提供的再一种高压直流输电系统直流侧接地故障控制方法流程示意图。
[0041]
图6是本申请实施例提供的一种高压直流输电系统直流侧接地故障控制装置结构示意图。
具体实施方式
[0042]
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中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。
[0043]
应当理解，本申请的权利要求、说明书及附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。本申请的说明书和权利要求书中使用的术语“包括”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
[0044]
图1是本申请实施例提供的一种高压直流输电系统的主回路示意图。
[0045]
高压直流输电系统主回路包括整流站100、逆变站200、第一直流线路150、第二直流线路160、整流站接地极线路114、整流站接地极115和逆变站接地极线路214、逆变站接地极215。
[0046]
整流站100包括第一直流极i110、第二直流极ii120、第一交流滤波器组118、第一交流系统140及换流变压器进线开关和金属回线转换开关113。
[0047]
第一直流极i110包括第一高端阀组111、第一低端阀组112、第一高端换流变压器116、第一低端换流变压器117、第一直流极中性母线开关119、第一直流滤波器93和第一平波电抗器91。第一高端阀组111和第一低端阀组112为串联连接。
[0048]
第一高端阀组111包括第一高端换流器1、第一高端阀组第一旁通开关11、第一高端阀组第二旁通开关12、第一高端阀组母线开关13、第一高端阀组阀组开关14。第一低端阀组112包括第一低端换流器2、第一低端阀组第一旁通开关21、第一低端阀组第二旁通开关22、第一低端阀组阀组开关23、第一低端阀组母线开关24。
[0049]
第一高端换流器1和第一低端换流器2包括电网换相换流器或电压源换流器的至少一种。电网换相换流器包括但不限于六脉动桥式电路、十二脉动桥式电路的至少一种。所述脉动桥式电路包括但不限于不可关断的半控型功率半导体器件，一般为晶闸管器件。
[0050]
电压源换流器包括但不限于两电平换流器、二极管箝位型多电平换流器、模块化多电平换流器mmc、混合多电平换流器hmc、两电平级联型换流器csl、堆叠式两电平换流器ctl的至少一种，所述换流器包括但不限于可关断的全控型功率半导体器件。模块化多电平换流器mmc包括但不限于半桥子模块结构的模块化多电平换流器mmc、全桥子模块结构的模块化多电平换流器mmc、半桥和全桥混合子模块结构的模块化多电平换流器mmc的至少一种。
[0051]
第二直流极ii120包括第二低端阀组121、第二高端阀组122、第二低端换流变压器126、第二高端换流变压器127、第二直流极中性母线开关129、第二直流滤波器94和第二平波电抗器92。第二低端阀组121和第二高端阀组122为串联连接。
[0052]
第二低端阀组121包括第二低端换流器3、第二低端阀组第一旁通开关31、第二低端阀组第二旁通开关32、第二低端阀组母线开关33、第二低端阀组阀组开关34。第二高端阀组122包括第二高端换流器4、第二高端阀组第一旁通开关41、第二高端阀组第二旁通开关42、第二高端阀组阀组开关43、第二高端阀组母线开关44。第二低端换流器3和第二高端换流器4包括电网换相换流器或电压源换流器的至少一种。
[0053]
逆变站200包括第三直流极i210、第四直流极ii220、第二交流滤波器组218、第二交流系统240及换流变压器进线开关。
[0054]
第三直流极i210包括第三高端阀组211、第三低端阀组212、第三高端换流变压器216、第三低端换流变压器217、第三直流极中性母线开关219、第三直流滤波器97和第三平波电抗器95。第三高端阀组211和第三低端阀组212为串联连接。
[0055]
第三高端阀组211包括第三高端换流器5、第三高端阀组第一旁通开关51、第三高端阀组第二旁通开关52、第三高端阀组母线开关53、第三高端阀组阀组开关54。第三低端阀组212包括第三低端换流器6、第三低端阀组第一旁通开关61、第三低端阀组第二旁通开关62、第三低端阀组阀组开关63、第三低端阀组母线开关64。第三高端换流器5和第三低端换流器6包括电网换相换流器或电压源换流器的至少一种。
[0056]
第四直流极ii220包括第四低端阀组221、第四高端阀组222、第四低端换流变压器226、第四高端换流变压器227、第四直流极中性母线开关229、第二直流滤波器98和第二平波电抗器96。第四低端阀组221和第四高端阀组222为串联连接。
[0057]
第四低端阀组221包括第四低端换流器7、第四低端阀组第一旁通开关71、第四低端阀组第二旁通开关72、第四低端阀组母线开关73、第四低端阀组阀组开关74。第四高端阀组222包括第四高端换流器8、第四高端阀组第一旁通开关81、第四高端阀组第二旁通开关82、第四高端阀组阀组开关83、第四高端阀组母线开关84。第四低端换流器7和第四高端换流器8包括电网换相换流器或电压源换流器的至少一种。
[0058]
上述提到的各种开关，包括但不限于机械开关、刀闸、直流断路器、晶闸管阀组的至少一种。
[0059]
如果整流站100和逆变站200的直流极的高端换流器和低端换流器都为电网换相换流器，则为常规特高压直流输电系统。
[0060]
如果整流站100和逆变站200的直流极的高端换流器和低端换流器都为电压源换流器，则为柔性特高压直流输电系统。其中，电压源换流器具有调节电压到零压或负压的能力，如基于全桥子模块的模块化多电平换流器、基于半桥子模块和全桥子模块混合的模块化多电平换流器。
[0061]
如果整流站100的第一直流极i110和第二直流极ii120的第一高端换流器1、第一低端换流器2、第二高端换流器4和第二低端换流器3都为电网换相换流器，逆变站200的第三直流极i210和第四直流极ii220的第三高端换流器5、第三低端换流器6、第四高端换流器8和第四低端换流器7都为电压源换流器，则为站间混合的混合特高压直流输电系统。其中，电压源换流器具有调节电压到零压或负压的能力，如基于全桥子模块的模块化多电平换流
器、基于半桥子模块和全桥子模块混合的模块化多电平换流器。
[0062]
如果整流站100的第一直流极i110和第二直流极ii120的第一高端换流器1、第一低端换流器2、第二高端换流器4和第二低端换流器3都为电网换相换流器，逆变站200的第三直流极i210和第四直流极ii220的第三高端换流器5和第四高端换流器8为电网换相换流器，第三低端换流器6和第四低端换流器7为电压源换流器，则为极内混合的混合特高压直流输电系统。其中，电压源换流器可不具有调节电压到零压或负压的能力，如基于半桥子模块的模块化多电平换流器。
[0063]
整流站100通过接地极线路114与接地极115连接。逆变站200通过接地极线路214与接地极215连接。功率正送时，整流站100的第一交流系统140通过其第一高端换流器1、第一低端换流器2、第二高端换流器4和第二低端换流器3将交流电转化为直流电，通过直流线路150、160输送到逆变站200，逆变站200通过其第三高端换流器5、第三低端换流器6、第四高端换流器8和第四低端换流器7将直流电转化为交流电送到逆变站200的第二交流系统240，从而实现直流功率正送。整流站的换流器一般运行在电流控制，逆变站的换流器一般运行在电压控制或最大触发角控制(amax)。需要指出的是，最大触发角控制(amax)仅适用于电网换相换流器，不适用于电压源换流器。
[0064]
整流站100和逆变站200采集的模拟量信号为：高端换流器直流侧的高压母线电流idc1p、低压母线电流idc1n，低端换流器直流侧的高压母线电流idc2p、低压母线电流idc2n，极母线电流idl，极中性母线电流idnc，直流滤波器首端电流izt1，接地极电流idel，极母线电压udl和极中性母线电压udn。
[0065]
高压直流输电系统发生直流侧接地故障包括但不限于阀区直流侧接地故障、极区接地故障、双极区接地故障、直流线路区接地故障和接地极线路区接地故障的至少一种。阀区直流侧接地故障包括但不限于换流器直流侧高压母线接地、换流器直流侧低压母线接地的至少一种。极区接地故障包括但不限于极母线接地、极中点接地、极中性母线接地的至少一种。双极区接地故障包括但不限于双极中性母线接地故障。直流线路区接地故障包括但不限于直流线路接地故障。接地极线路区接地故障包括但不限于接地极线路接地故障。
[0066]
直流侧接地故障通过检测直流电流的差流、线路突变量或行波并导致相应的保护动作来判断。保护包括但不限于换流器差动保护、极差动保护、极母线差动保护、极中性母线差动保护、双极中性母线差动保护、阀组连接线差动保护、线路纵差保护、线路突变量保护、线路行波保护的至少一种。
[0067]
图2是本申请实施例提供的一种高压直流输电系统直流侧接地故障控制方法流程示意图，示出了当整流站100第一直流极i110的第一高端换流器1直流侧的高压母线(测点idc1p靠近换流器侧)发生接地故障时的控制流程。
[0068]
整流站100第一直流极i110和逆变站200第三直流极i210的换流器都为电网换相换流器或电压源换流器(半桥和全桥混合子模块结构)，发生直流侧接地故障前，双极全阀组运行。当高压直流输电系统整流站100第一直流极i110的第一高端换流器1直流侧的高压母线(测点idc1p靠近换流器侧)发生接地故障时，控制流程如下。
[0069]
在s110中，控制接地故障两端各至少有一个换流器继续运行。
[0070]
具体而言，如果接地故障在两个直流极之间，控制接地故障两端两个直流极各至少有一个换流器继续运行。如果接地故障在一个直流极内，控制接地故障所在直流极至少
有两个换流器继续运行。
[0071]
通过换流器差动保护动作来判断极母线接地故障，换流器差动保护动作判据如下。
[0072]
idiff_v＝|idc1p
–
idc1n|，
[0073]
ires_v＝|idc1p+idc1n|/2，
[0074]
idiff_v>max(iv_set,kv_set*ires_v)。
[0075]
其中，idiff_v为换流器差动电流，idc1p为高端换流器直流侧的高压母线电流，idc1n为高端换流器直流侧的低压母线电流，ires_v为换流器差动保护的制动电流，iv_set为换流器差动保护的起动电流定值，kv_set为换流器差动保护的比率系数。
[0076]
换流器差动保护动作时，控制接地故障两端两个直流极各至少有一个换流器继续运行。本实施例中，控制第一高端换流器1闭锁，第一低端换流器2继续运行；控制第三高端换流器5闭锁，第三低端换流器6继续运行。
[0077]
如果第一高端换流器1和第三高端换流器5为电网换相换流器，控制其闭锁过程为：整流站100第一直流极i110的第一高端换流器1立即停发触发脉冲，逆变站200第三直流极i210的第三高端换流器5控制触发角为90度，整流站100第一直流极i110的第一高端换流器1跳开第一高端换流变压器进线开关131，闭合第一高端阀组第二旁通开关12，逆变站200第三直流极i210的第三高端换流器5投入旁通对，闭合第二旁通开关52。
[0078]
如果第一高端换流器1和第三高端换流器5为电压源换流器，控制其闭锁过程为：控制第一高端换流器1立即停发触发脉冲，跳开第一高端换流器1的第一高端换流变压器进线开关131，第一高端换流变压器进线开关131跳开后，闭合第一高端阀组第二旁通开关12，同时控制第三高端换流器5立即停发触发脉冲，跳开第三高端换流器5的第三高端换流变压器进线开关231，闭合第三高端阀组第二旁通开关52。
[0079]
在s120中，基于高压直流输电系统的需求确定接地故障两端的两个换流器的直流电流参考值。
[0080]
高压直流输电系统的需求包括但不限于有功功率需求、无功功率需求、入地电流限制值需求、故障所在直流极的电流限制值需求中的至少一种，如果高压直流输电系统的需求多于一种，同时给定不同需求的优先级。
[0081]
以整流站100或逆变站200的有功功率需求和入地电流限制值需求为例，如下式所示。
[0082]
i
ord_p2
＝p
ord
/(u
d_p2c1
+u
d_p2c2
)，
[0083]
i
ord_p1
≥i
ord_p2-i
del_lim
且i
ord_p1
≤i
ord_p2
+i
del_lim
。
[0084]
式中，i
ord_p1
、i
ord_p2
分别为极i和极ii的直流电流参考值，i
del_lim
为入地电流限制值，p
ord
为有功功率需求值，u
d_p2c1
为极ii高端换流器的直流电压，u
d_p2c2
为极ii低端换流器的直流电压。
[0085]
给定整流站100第一直流极i110的第一低端换流器2和逆变站200第三直流极i210的第三低端换流器6的直流电流参考值为i
ord_p1
。
[0086]
在s130中，基于直流电流参考值控制接地故障两端的两个换流器的直流电流相等。
[0087]
控制整流站100第一直流极i110的第一低端换流器2的极母线电流idl与逆变站
200第三直流极i210的第三低端换流器6的极母线电流idl相等且为i
ord_p1
，控制整流站100第二直流极ii120的第二高端换流器4和第二低端换流器3的极母线电流idl或极中性母线电流idnc为i
ord_p2
。
[0088]
在s140中，控制高压直流输电系统隔离接地故障后控制两个换流器正常运行。
[0089]
控制整流站100第一直流极i110的第一高端阀组111闭合第一高端阀组第一旁通开关11，分开第一高端阀组第二旁通开关12、第一高端阀组阀组开关14和第一高端阀组母线开关13。
[0090]
控制整流站100第一直流极i110的第一低端换流器2和逆变站200第三直流极i210的第三低端换流器6正常运行，控制方法为：整流站100第一直流极i110的第一低端换流器2采用电流控制来控制直流电流，逆变站200第三直流极i210的第三低端换流器6采用最大触发角控制或直流电压控制来控制直流电压。
[0091]
图3是本申请实施例提供的另一种高压直流输电系统直流侧接地故障控制方法流程示意图，示出了当整流站100第一直流极i110的极母线(测点idc1p和idl之间)发生直流侧接地故障时的控制流程。
[0092]
整流站100第一直流极i110和逆变站200第三直流极i210的换流器都为电网换相换流器(双十二脉动换流器)，发生直流侧接地故障前，双极全阀组运行。当高压直流输电系统整流站100第一直流极i110的极母线(测点idc1p和idl之间)发生接地故障时，控制流程如下。
[0093]
在s210中，控制接地故障两端各至少有一个换流器继续运行。
[0094]
通过极母线差动保护动作来判断极母线接地故障，极母线差动保护动作判据如下。
[0095]
正常运行、仅高端阀组运行时，
[0096]
idiff_p＝|idc1p
–
idl+izt1|，
[0097]
ires_p＝max(idc1p,idl,izt1)，
[0098]
idiff_p>max(ip_set,kp_set*ires_p)。
[0099]
仅低端阀组运行时，
[0100]
idiff_p＝|idc2p
–
idl+izt1|，
[0101]
ires_p＝max(idc2p,idl,izt1)，
[0102]
idiff_p>max(ip_set,kp_set*ires_p)。
[0103]
其中，idiff_p为极母线差动电流，idc1p为高端换流器直流侧的高压母线电流，idl为极母线电流，izt1为直流滤波器首端电流，ires_p为极母线差动保护的制动电流，ip_set为极母线差动保护的起动电流定值，kp_set为极母线差动保护的比率系数，idc2p为低端换流器直流侧的高压母线电流。
[0104]
极母线差动保护动作时，控制接地故障两端两个直流极各至少有一个换流器继续运行。本实施例中，控制第一高端换流器1和第一低端换流器2中的至少一个继续运行，第三高端换流器5和第三低端换流器6中的至少一个继续运行。本实施例以第一高端换流器1和第一低端换流器2，第三高端换流器5和第三低端换流器6都继续运行为例。
[0105]
在s220中，基于高压直流输电系统的需求确定接地故障两端的两个换流器的直流电流参考值。
[0106]
高压直流输电系统的需求包括但不限于有功功率需求、无功功率需求、入地电流限制值需求、故障所在直流极的电流限制值需求中的至少一种，如果高压直流输电系统的需求多于一种，同时给定不同需求的优先级。上述不同需求的优先级可以按极给定。
[0107]
以整流站100或逆变站200的无功功率需求为例，换流器的无功功率需求计算方法如下。
[0108]
q
ord_p2
＝0.5
×
i
d_p2
×
u
di0_p2c1
×
(2μ
21
+sin2α
21-sin2(α
21
+μ
21
))/(cosα
21-cos(α
21
+μ
21
))+0.5
×
i
d_p2
×
u
di0_p2c2
×
(2μ
22
+sin2α
22-sin2(α
22
+μ
22
))/(cosα
22-cos(α
22
+μ
22
))，
[0109]
q
ord_p1
＝q
ord-q
ord_p2
。
[0110]
考虑到极i的高端阀组、低端阀组的电路参数相同，因此，高端换流器或低端换流器的无功功率需求为极i的无功功率需求的1/2，具体为：
[0111]
q
ord_p1c1
＝q
ord_p1c2
＝q
ord_p1
/2。
[0112]
根据整流站的十二脉动换流器的无功功率需求，直流电流参考值的计算如下。
[0113]
i
ord_p1
＝q
ord_p1c1
/(0.5
×
u
di0_p1c1
×
(2μ
11
+sin2α
11-sin2(α
11
+μ
11
))/(cosα
11-cos(α
11
+μ
11
)))或i
ord_p1
＝q
ord_p1c2
/(0.5
×
u
di0_p1c2
×
(2μ
12
+sin2α
12-sin2(α
12
+μ
12
))/(cosα
12-cos(α
12
+μ
12
)))。
[0114]
式中，i
ord_p1
为极i和极ii的直流电流参考值，q
ord
、q
ord_p1
、q
ord_p2
分别为双极、极i、极ii的无功功率需求，i
d_p2
为极ii的直流电流，u
di0_p1c1
、u
di0_p1c2
、u
di0_p2c1
、u
di0_p2c2
分别为极i的高端换流器、极i的低端换流器、极ii的高端换流器、极ii的低端换流器中的六脉动换流器的空载直流电压，α
11
、α
12
、α
21
、α
22
分别为极i的高端换流器、极i的低端换流器、极ii的高端换流器、极ii的低端换流器的触发角，μ
11
、μ
12
、μ
21
、μ
22
分别为极i的高端换流器、极i的低端换流器、极ii的高端换流器、极ii的低端换流器的换相角。
[0115]
给定整流站100第一直流极i110的第一高端换流器1和第一低端换流器2和逆变站200第三直流极i210的第三高端换流器5和第三低端换流器6的直流电流参考值为i
ord_p1
。
[0116]
在s230中，基于直流电流参考值控制接地故障两端的两个换流器的直流电流相等。
[0117]
控制整流站100第一直流极i110的第一高端换流器1和第一低端换流器2的极母线电流idl与逆变站200第三直流极i210的第三高端换流器5和第三低端换流器6的极母线电流idl相等且为i
ord_p1
。
[0118]
为了实现快速控制，可先控制接地故障两端的两个换流器的触发角为90度后，再基于直流电流参考值控制接地故障两端的两个换流器的直流电流相等。
[0119]
在s240中，如果高压直流输电系统所连接的交流系统为弱交流系统或新能源接入系统，根据交流系统的需求，控制高压直流输电系统切除或投入与交流系统连接的交流滤波器。
[0120]
具体而言，如果交流系统过压，或者高压直流输电系统给交流系统提供无功功率，或者高压直流输电系统闭锁后会导致交流系统产生过压，控制高压直流输电系统切除交流滤波器。如果交流系统欠压、或者交流系统给高压直流输电系统提供无功功率，控制高压直流输电系统投入交流滤波器。
[0121]
本实施例中，当高压直流输电系统输送功率较大时，极母线(测点idc1p和idl之间)发生接地故障后，高压直流输电系统闭锁后会导致交流系统产生过压，在换流器闭锁
前，切除第一交流滤波器组118中的部分或全部交流滤波器。
[0122]
上述切除部分或全部交流滤波器后，高压直流输电系统的无功功率需求会发生变化，可重新回到步骤s220，重新基于所述高压直流输电系统的需求确定所述接地故障两端的两个换流器的直流电流参考值，以保证交流系统电压在合理范围内。
[0123]
具体而言，步骤s220至步骤s240也可循环执行多次后，再往下执行。
[0124]
在s250中，控制两个换流器所在直流极闭锁后控制高压直流输电系统隔离接地故障。
[0125]
控制整流站100第一直流极i110的第一高端换流器1和第一低端换流器2闭锁，包括控制上述换流器跳开第一高端换流变压器进线开关131和第一低端换流变压器进线开关132，投入旁通对，控制闭合第一高端阀组第二旁通开关12和第一低端阀组第二旁通开关22，停发触发脉冲。控制逆变站200第三直流极i210的第三高端换流器5和第三低端换流器6控制触发角为90度，投入旁通对，控制闭合第三高端阀组第二旁通开关52和第三低端阀组第二旁通开关62，停发触发脉冲。
[0126]
整流站100拉开第一直流极中性母线开关119，隔离极母线接地故障。
[0127]
图4是本申请实施例提供的又一种高压直流输电系统直流侧接地故障控制方法流程示意图，示出了当高压直流输电系统的直流线路150发生直流侧接地故障时的控制流程。
[0128]
整流站100第一直流极i110和逆变站200第三直流极i210的换流器都为电网换相换流器，发生直流侧接地故障前，双极全阀组运行。当高压直流输电系统的直流线路150发生接地故障，控制流程如下。
[0129]
在s310中，控制接地故障两端两直流极各至少有一个换流器继续运行。
[0130]
通过线路突变量或/和行波保护动作来判断直流线路接地故障。线路突变量保护动作判据如下。
[0131]
dudl/dt<dudl_set，
[0132]
|udl|<udl_set。
[0133]
其中，dudl/dt为单位时间的直流电压突变量，dudl_set为直流电压突变量定值，udl为极母线电压，udl_set为直流电压定值。
[0134]
通过线路突变量或行波保护动作判断直流线路接地故障时，控制接地故障两端两个直流极各至少有一个换流器继续运行。本实施例中，控制第一高端换流器1和第一低端换流器2，第三高端换流器5和第三低端换流器6都继续运行。
[0135]
在s320中，基于高压直流输电系统的需求确定接地故障两端的两个换流器的直流电流参考值。
[0136]
高压直流输电系统的需求包括但不限于有功功率需求、无功功率需求、入地电流限制值、故障所在直流极的电流限制值中的至少一种，如果高压直流输电系统的需求多于一种，同时给定不同需求的优先级。
[0137]
以整流站100或逆变站200的无功功率需求为例，换流器的无功功率需求计算方法如下。
[0138]
q
ord_p2
＝0.5
×
i
d_p2
×
u
di0_p2c1
×
(2μ
21
+sin2α
21-sin2(α
21
+μ
21
))/(cosα
21-cos(α
21
+μ
21
))+0.5
×
i
d_p2
×
u
di0_p2c2
×
(2μ
22
+sin2α
22-sin2(α
22
+μ
22
))/(cosα
22-cos(α
22
+μ
22
))，
[0139]
q
ord_p1
＝q
ord-q
ord_p2
，
[0140]
考虑到极i的高端阀组、低端阀组的电路参数相同，因此，高端换流器或低端换流器的无功功率需求为极i的无功功率需求的1/2，具体为
[0141]
q
ord_p1c1
＝q
ord_p1c2
＝q
ord_p1
/2，
[0142]
根据整流站的十二脉动换流器的无功功率需求，直流电流参考值的计算如下。
[0143]
i
ord_p1
＝q
ord_p1c1
/(0.5
×
u
di0_p1c1
×
(2μ
11
+sin2α
11-sin2(α
11
+μ
11
))/(cosα
11-cos(α
11
+μ
11
)))或i
ord_p1
＝q
ord_p1c2
/(0.5
×
u
di0_p1c2
×
(2μ
12
+sin2α
12-sin2(α
12
+μ
12
))/(cosα
12-cos(α
12
+μ
12
)))。
[0144]
式中，i
ord_p1
为极i和极ii的直流电流参考值，q
ord
、q
ord_p1
、q
ord_p2
分别为双极、极i、极ii的无功功率需求，i
d_p2
为极ii的直流电流，u
di0_p1c1
、u
di0_p1c2
、u
di0_p2c1
、u
di0_p2c2
分别为极i的高端换流器、极i的低端换流器、极ii的高端换流器、极ii的低端换流器中的六脉动换流器的空载直流电压，α
11
、α
12
、α
21
、α
22
分别为极i的高端换流器、极i的低端换流器、极ii的高端换流器、极ii的低端换流器的触发角，μ
11
、μ
12
、μ
21
、μ
22
分别为极i的高端换流器、极i的低端换流器、极ii的高端换流器、极ii的低端换流器的换相角。
[0145]
给定整流站100第一直流极i110的第一高端换流器1和第一低端换流器2和逆变站200第三直流极i210的第三高端换流器5和第三低端换流器6的直流电流参考值为i
ord_p1
。
[0146]
在s330中，基于直流电流参考值控制接地故障两端的两个换流器的直流电流相等。
[0147]
控制整流站100第一直流极i110的第一高端换流器1和第一低端换流器2的极母线电流idl与逆变站200第三直流极i210的第三高端换流器5和第三低端换流器6的极母线电流idl相等且为i
ord_p1
。
[0148]
在s340中，经过一定的去游离时间或检测到接地故障消失后，控制两个换流器正常运行。
[0149]
经过一定的去游离时间或检测到接地故障消失后，控制整流站100第一直流极i110的第一高端换流器1和第一低端换流器2，逆变站200第三直流极i210的第三高端换流器5和第三低端换流器6正常运行。控制方法为整流站100第一直流极i110的第一高端换流器1和第一低端换流器2采用电流控制来控制直流电流，逆变站200第三直流极i210的第三高端换流器5和第三低端换流器6采用最大触发角控制或直流电压控制来控制直流电压。
[0150]
上述检测到接地故障消失包括通过检测极母线电压udl或直流线路电压的绝对值，如果极母线电压udl或直流线路电压的绝对值大于第一直流电压阈值，则判定接地故障消失，第一直流电压阈值为0.03至1.3倍额定直流电压之间。
[0151]
图5是本申请实施例提供的再一种高压直流输电系统直流侧接地故障控制方法流程示意图，示出了当高压直流输电系统整流站100第一直流极i110的阀组连接线(测点idc1n和idc2p之间)发生接地故障时的控制流程。
[0152]
整流站100第一直流极i110和逆变站200第三直流极i210的换流器都为电网换相换流器，发生直流侧接地故障前，双极全阀组运行。当高压直流输电系统整流站100第一直流极i110(测点idc1n和idc2p之间)的阀组连接线发生接地故障时，控制流程如下。
[0153]
在s410中，控制接地故障两端各至少有一个换流器继续运行。
[0154]
通过阀组连接线差动保护动作来判断阀组连接线接地故障，阀组连接线差动保护动作判据如下。
[0155]
高端阀组和低端阀组同时运行时，
[0156]
idiff_c＝|idc1n
–
idc2p|，
[0157]
ires_c＝|idc1n+idc2p|/2，
[0158]
idiff_c>max(ic_set,kc_set*ires_c)。
[0159]
其中，idiff_c为阀组连接线差动电流，idc1n为高端换流器直流侧的低压母线电流，idc2p为低端换流器直流侧的高压母线电流，ires_c为阀组连接线差动保护的制动电流，ic_set为阀组连接线差动保护的起动电流定值，kc_set为阀组连接线差动保护的比率系数。
[0160]
阀组连接线差动保护动作时，控制接地故障所在直流极至少有两个换流器继续运行。本实施例中，控制第一高端换流器1和第一低端换流器2继续运行。
[0161]
在s420中，基于高压直流输电系统的需求确定接地故障两端的两个换流器的直流电流参考值。高压直流输电系统的需求包括但不限于有功功率需求、无功功率需求、入地电流限制值、故障所在直流极的电流限制值中的至少一种，如果高压直流输电系统的需求多于一种，同时给定不同需求的优先级。
[0162]
以整流站100或逆变站200的故障所在直流极的电流限制值需求为例，如下式所示。
[0163]
i
ord_p1
≤i
flt_lim
。
[0164]
式中，i
ord_p1
为极i的直流电流参考值，i
flt_lim
为故障所在直流极的电流限制值。
[0165]
给定整流站100第一直流极i110的第一高端换流器1和第一低端换流器2的直流电流参考值为i
ord_p1
。
[0166]
如果i
flt_lim
为零，还可控制整流站100第一直流极i110的第一高端换流器1和第一低端换流器2移相来实现。
[0167]
在s430中，根据接地故障发生的区域，基于直流电流参考值控制接地故障两端的两个换流器的直流电流相等。
[0168]
控制整流站100第一直流极i110的第一高端换流器1直流侧的低压母线电流idc1n和第一低端换流器2直流侧的高压母线电流idc2p相等且为i
ord_p1
。
[0169]
在s440中，控制两个换流器所在直流极闭锁后控制高压直流输电系统隔离接地故障。
[0170]
控制整流站100第一直流极i110的第一高端换流器1和第一低端换流器2闭锁。具体而言，控制上述换流器跳开第一高端换流变压器进线开关131和第一低端换流变压器进线开关132，投入旁通对，控制闭合第一高端阀组第二旁通开关12和第一低端阀组第二旁通开关22，停发触发脉冲；逆变站200第三直流极i210的第三高端换流器5和第三低端换流器6控制触发角为90度，投入旁通对，控制闭合第三高端阀组第二旁通开关52和第三低端阀组第二旁通开关62，停发触发脉冲。
[0171]
整流站100拉开第一直流极中性母线开关119，隔离阀组连接线接地故障。
[0172]
图6是本申请实施例提供的一种高压直流输电系统直流侧接地故障控制装置300结构示意图，装置包括检测单元310和控制单元320。
[0173]
检测单元310用于检测高压直流输电系统的参数，包括高端换流器直流侧的高压母线电流idc1p、低压母线电流idc1n，低端换流器直流侧的高压母线电流idc2p、低压母线
电流idc2n，极母线电流idl，极中性母线电流idnc，直流滤波器首端电流izt1，接地极电流idel，极母线电压udl和极中性母线电压udn，高压直流输电系统的需求。
[0174]
控制单元320基于高压直流输电系统的直流电流判定高压直流输电系统直流侧发生接地故障时，控制接地故障两端各至少有一个换流器继续运行，基于高压直流输电系统的需求确定接地故障两端的两个换流器的直流电流参考值，上述两个换流器包括接地故障两端各一个继续运行的换流器。基于直流电流参考值控制上述两个换流器的直流电流相等。如果接地故障发生的区域在整流站或逆变站内，控制高压直流输电系统隔离接地故障后控制上述两个换流器正常运行，或者控制上述两个换流器闭锁或上述两个换流器所在直流极闭锁后控制高压直流输电系统隔离上述接地故障；如果接地故障发生的区域在直流线路或接地极线路，经过一定的去游离时间或检测到接地故障消失后，控制上述两个换流器正常运行。
[0175]
以上对本申请实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明仅用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。同时，本领域技术人员依据本申请的思想，基于本申请的具体实施方式及应用范围上做出的改变或变形之处，都属于本申请保护的范围。综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。