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CN110470947B - 一种适用于mmc直流系统的接地极线路故障测距方法 - Google Patents

一种适用于mmc直流系统的接地极线路故障测距方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种适用于MMC直流系统的接地极线路故障测距方法，识别接地极线路故障，开始注入谐波；计算上、下桥臂此时应处于投入状态的子模块数量；通过对投入子模块数量的修正，使得在直流线路上产生频率为1/Tc的交流谐波分量；监控MMC直流系统在注入谐波时的运行状态是否安全稳定；得到换流侧电压
Figure DDA0002167695610000011
换流侧电流
Figure DDA0002167695610000012
Figure DDA0002167695610000013
计算换流侧电压同向分量
Figure DDA0002167695610000014
换流侧电流的同向分量和反向分量
Figure DDA0002167695610000015
得到故障点电压和电流
Figure DDA0002167695610000016
关于故障距离x的表达式，求解测距方程
Figure DDA0002167695610000017
即可准确定位故障。与现有技术相比，本发明从原理上不受过渡电阻和故障距离的影响，能够实现在高阻和近端故障时的准确测距；此外，不需在线路上增加额外的信号发射装置，对采样率的要求也可大幅降低。

Description

一种适用于MMC直流系统的接地极线路故障测距方法
技术领域
本发明涉及电力系统线路故障保护与控制技术领域，特别涉及一种接地极线路故障位置的测距方法。
背景技术
如图1所示，为目前的双端真双极MMC直流系统模型示意图。接地极是其重要组成部分，接地极发生线路故障将导致换流站闭锁。由于直流电弧不存在自然过零点，不易熄灭，需要将直流系统停运才能熄弧，因此，及时确定故障位置、快速排除故障可有效提高系统稳定性。准确定位接地极线路故障是MMC直流工程建设中所必须考虑的问题。目前，针对接地极线路故障所提出的测距方法较少，现有方法在高阻接地、近端接地等工况下难以取得较好的测距效果。针对这一现状，有必要提出一种准确、有效的接地极线路故障测距方法。
发明内容
针对MMC直流系统中接地极线路发生故障后确定故障位置的问题，本发明提出了一种适用于MMC直流系统的接地极线路故障测距方法，通过对MMC换流站各相投入子模块数量的控制，在直流线路上注入交流谐波分量，使接地极线路中含有相同频率的谐波分量，对接地极线路首端电压、电流进行测量，并利用测量结果求解测距方程，解得故障距离，实现了一种新型的能够准确判断故障位置的测距方法。
本发明的一种适用于MMC直流系统的接地极线路故障测距方法，应用于包含换流站侧J、接地极极址侧K和故障点F的MMC直流系统，其特征在于，该系方法的具体步骤如下：
步骤1、识别接地极线路故障，开始注入谐波，谐波周期为Tc，并设开始注入时刻t为0时刻；
步骤2、计算上、下桥臂此时应处于投入状态的子模块数量NuN、NdN；
步骤3、若
Figure GDA0003152109110000021
其中，t表示时刻，Tc表示设定的注入交流谐波的周期，修正上、下桥臂此时实际处于投入状态的子模块数量Nu、Nd分别为半周期内投入子模块数量Nu＝NuN-m、Nd＝NdN-m；否则，令半周期内数量为Nu＝NuN、Nd＝NdN；通过对投入子模块数量的修正，使得在直流线路上产生频率为1/Tc的交流谐波分量，谐波的注入随着Nu、Nd的周期性变化而得到控制；
步骤4、监控MMC直流系统在注入谐波时的运行状态是否安全稳定：采集直流线路的电压和电流信号，当直流线路的电压波动不超过5％时，MMC直流系统安全稳定，可继续注入；若直流线路的电压波动超过5％，立即停止注入以避免MMC直流系统失稳；
步骤5、采集接地极线路首端的电压和电流信号；
步骤6、利用带通滤波器对接地极线路首端的电压和电流信号进行滤波处理，获得正弦交流信号；
步骤7、对交流信号进行FFT变换，得到换流侧电压
Figure GDA0003152109110000022
第I、II回线路的换流侧电流
Figure GDA0003152109110000023
步骤8、计算换流侧电压同向分量
Figure GDA0003152109110000024
换流侧电流的同向分量和反向分量
Figure GDA0003152109110000025
Figure GDA0003152109110000031
步骤9、读入接地极线路同向网络和反向网络的特征阻抗和传播常数Z0c、Z0d、γc、γd；
步骤10、得到故障点电压和电流
Figure GDA0003152109110000032
关于故障距离x的表达式：
Figure GDA0003152109110000033
Figure GDA0003152109110000034
步骤11、通过求解测距方程
Figure GDA0003152109110000035
得到故障点F距换流站距离，即故障距离x，x表示故障处F距离线路首端J的距离，线路首端J即为故障距离起点，故障处F为故障距离终点。
与现有技术相比，本发明从原理上不受过渡电阻和故障距离的影响，能够实现在高阻和近端故障时的准确测距；此外，不需在线路上增加额外的信号发射装置改变线路结构，对采样率的要求也可大幅降低。
附图说明
图1为双端MMC直流系统模型示意图；
图2为接地极双回线故障网络示意图；
图3为本发明的一种适用于MMC直流系统的接地极线路故障测距方法整体流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明技术方案进行详细描述。。
本发明的一种适用于MMC直流系统的接地极线路故障测距方法，通过对MMC换流站各相投入子模块数量的控制，在直流线路上主动注入交流谐波分量，从而在接地极线路产生含有相同频率的谐波分量，通过对接地极线路首端电压、电流进行测量，并利用测量结果求解测距方程，即可准确定位故障。
如图2所示，为本发明实施例的接地极双回线路故障网络示意图。其中，J为换流站侧，K为接地极极址侧，F为故障点；RF为故障处接地电阻，RE为接地极极址电阻，l为线路长度，x为故障点F距换流站距离，
Figure GDA0003152109110000041
分别为故障点电压和电流相量，I、II分别表示第I，II回线路，图中以故障发生在第II回线路为例。
如图3所示，为本发明的一种适用于MMC直流系统的接地极线路故障测距方法，具体步骤如下：
步骤1、通过接地极线路电流不平衡保护、接地极线路过流保护等识别故障，开始注入谐波，谐波周期为Tc，并设开始注入时刻t为0时刻(t＝0)；
步骤2、计算上、下桥臂此时应处于投入状态的子模块数量NuN、NdN，NuN、NdN表示根据常用的“最近电平逼近调制”方式计算所得的上下桥臂分别应投入的子模块数量，注入谐波具体即是根据对这一数量的修正实现；
步骤3、若
Figure GDA0003152109110000042
其中，t表示时刻，Tc表示设定的注入交流谐波的周期，修正上、下桥臂此时实际处于投入状态的子模块数量Nu、Nd分别为半周期内投入子模块数量Nu＝NuN-m、Nd＝NdN-m；否则，令半周期内数量为Nu＝NuN、Nd＝NdN；通过对投入子模块数量的修正，使得在直流线路上产生频率为1/Tc的交流谐波分量，谐波的注入随着Nu、Nd的周期性变化而得到控制；
步骤4、监控MMC直流系统在注入谐波时的运行状态是否安全稳定：采集直流线路的电压和电流信号，当直流线路的电压波动不超过5％时，MMC直流系统安全稳定，可继续注入；若直流线路的电压波动超过5％，立即停止注入以避免MMC直流系统失稳；
步骤5、采集接地极线路首端的电压和电流信号；
步骤6、利用带通滤波器对接地极线路首端的电压和电流信号进行滤波处理，获得正弦交流信号；
步骤7、对交流信号进行FFT变换，得到换流侧电压
Figure GDA0003152109110000051
换流侧电流
Figure GDA0003152109110000052
下标1，2分别表示双回接地极线路的第I、II回线路；
步骤8、计算换流侧电压同向分量
Figure GDA0003152109110000053
换流侧电流的同向分量和反向分量
Figure GDA0003152109110000054
Figure GDA0003152109110000055
步骤9、读入接地极线路同向网络和反向网络的特征阻抗和传播常数Z0c、Z0d、γc、γd；
步骤10、得到故障点电压和电流
Figure GDA0003152109110000056
关于故障距离x的表达式：
Figure GDA0003152109110000057
Figure GDA0003152109110000058
步骤11、通过求解测距方程
Figure GDA0003152109110000059
得到故障点F距换流站距离，即故障距离x，故障距离x表示故障处F距离线路首端J的距离，线路首端J即为故障距离起点，故障处F为故障距离终点。

Claims (1)

1.一种适用于MMC直流系统的接地极线路故障测距方法，应用于包含换流站侧J、接地极极址侧K和故障点F的MMC直流系统，其特征在于，该系方法的具体步骤如下：
步骤1、识别接地极线路故障，开始注入谐波，谐波周期为Tc，并设开始注入时刻t为0时刻；
步骤2、计算上、下桥臂此时应处于投入状态的子模块数量NuN、NdN；
步骤3、若
Figure FDA0003152109100000011
其中，t表示时刻，Tc表示设定的注入交流谐波的周期，修正上、下桥臂此时实际处于投入状态的子模块数量Nu、Nd分别为半周期内投入子模块数量Nu＝NuN-m、Nd＝NdN-m；否则，令半周期内数量为Nu＝NuN、Nd＝NdN；通过对投入子模块数量的修正，使得在直流线路上产生频率为1/Tc的交流谐波分量，谐波的注入随着Nu、Nd的周期性变化而得到控制；
步骤4、监控MMC直流系统在注入谐波时的运行状态是否安全稳定：采集直流线路的电压和电流信号，当直流线路的电压波动不超过5％时，MMC直流系统安全稳定，可继续注入；若直流线路的电压波动超过5％，立即停止注入以避免MMC直流系统失稳；
步骤5、采集接地极线路首端的电压和电流信号；
步骤6、利用带通滤波器对接地极线路首端的电压和电流信号进行滤波处理，获得正弦交流信号；
步骤7、对交流信号进行FFT变换，得到换流侧电压
Figure FDA0003152109100000012
第I、II回线路的换电流
Figure FDA0003152109100000013
步骤8、计算换流侧电压同向分量
Figure FDA0003152109100000014
换流侧电流的同向分量和反向分量
Figure FDA0003152109100000015
Figure FDA0003152109100000021
步骤9、读入接地极线路同向网络和反向网络的特征阻抗和传播常数Z0c、Z0d、γc、γd；
步骤10、得到故障点电压和电流
Figure FDA0003152109100000022
关于故障距离x的表达式：
Figure FDA0003152109100000023
Figure FDA0003152109100000024
步骤11、通过求解测距方程
Figure FDA0003152109100000025
得到故障点F距换流站距离，即故障距离x，x表示故障处F距离线路首端J的距离，线路首端J即为故障距离起点，故障处F为故障距离终点。
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