一种多端直流输电线路故障识别方法与流程

本发明涉及多端直流输电领域，尤其涉及一种多端柔性直流输电线路故障识别方法。

背景技术：

我国的能源分布和电网结构决定了高压直流输电具有广阔应用前景。传统的两端直流仅能实现点对点的直流功率传送，当多个交流系统间采用直流互联时，需要多条直流输电线路，这将极大提高投资成本和运行费用，因此多端直流输电系统以其的经济、灵活、可靠等特点受到了越来越多的关注。随着大功率电力电子全控开关器件技术以及柔性直流输电技术的成熟与发展，多端柔性直流输电在多电网互连、分布式发电、城市配电等领域中的发展潜力日益显现。对于多端系统而言，及时定位和隔离故障线路，相对于两端直流来说意义更重大。同时由于多端柔性直流输电系统中采用的全控型器件本身特点，耐受过流和过压能力较低，对故障定位和隔离速度要求比常规直流中半控型器件要高至少一个数量级。

申请号为201110350643.5的专利提供了一种多端直流输电系统的直流线路电流突变量纵联保护方法，在集中装置中利用了各站电流变化量信息来区分区内和区外故障，判断故障窗口时间为3ms到30ms之间。

申请号为201210537259.0的专利提供了一种模块化多电平多端柔性直流系统直流故障处理方法，提出在双极接地故障时采用电流反向来判断，在单极接地故障时采用电流同向和电压降低来判断。

在目前采用全控型器件的多电平结构换流器型式的多端柔性直流输电工程情况下，现有技术均存在灵敏度低，动作速度慢的问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种灵敏度高、动作迅速可靠的多端直流输电线路故障识别方法。

为了达成上述目的，本发明采用的技术方案为：一种多端柔性直流输电线路故障识别方法，其特征在于包括如下步骤：

1)将多端直流线路分隔成多个单元线路，分隔后的单元线路为两端系统，或者为多端系统；

2)在每个单元线路的各端均配置用于故障识别的测量保护装置，各测量保护装置同时采集直流电流和电压，并利用直流电流和电压变化判断故障方向；

3)若某一单元线路的某一端的测量保护装置判断故障方向为换流器侧，则隔离换流器；若判断故障方向为直流线路侧，且其所在单元内其它端判断的故障方向为同向直流线路侧，则为区内故障，隔离该单元线路；若所述某一端所在单元内的其它端判断的故障方向为反向直流线路侧，则为区外故障，不隔离该单元线路。

进一步的，所述步骤1)中按实际需要将多端直流线路分隔为多个单元线路。

进一步的，实际需要包括一次接线和/或保护范围。

进一步的，所述步骤2)中通过判断直流电流的变化率和直流电压的变化量判断故障方向。

与现有技术相比，本发明有益效果体现在：

提出了全新的将多端直流线路根据需要灵活分格成任意个相对独立单元的方法，独立判断和识别，扩展方便，不需要改变原有结构。

采用上述同时采用直流电流和直流电压变化作为保护判据的方案后，故障识别的可靠性和速度大大增强，适应了一次系统的最新需求，具有较强的工程实用价值。

附图说明

图1为五端柔性直流线路连接图；

图2为故障方向判断逻辑图

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进一步详细说明。

一种多端柔性直流输电线路故障识别方法，包括如下步骤：

1)将多端直流线路分隔成多个单元线路，分隔后的单元线路为两端系统，或者为多端系统；

2)在每个单元线路的各端均配置用于故障识别的测量保护装置，各测量保护装置同时采集直流电流和电压，并利用直流电流和电压变化判断故障方向；

3)若某一单元线路的某一端的测量保护装置判断故障方向为换流器侧，则隔离换流器；若判断故障方向为直流线路侧，且其所在单元内其它端判断的故障方向为同向直流线路侧，则为区内故障，隔离该单元线路；若所述某一端所在单元内的其它端判断的故障方向为反向直流线路侧，则为区外故障，不隔离该单元线路。

作为优选方案，所述步骤1)中按实际需要将多端直流线路分隔为多个单元线路。实际需要包括一次接线和/或保护范围。所述步骤2)中通过判断直流电流的变化率和直流电压的变化量判断故障方向。

在某五端柔性直流工程中，一次主接线如图1，即端2分别通过直流线路L12和端1、通过直流线路L23和端3、通过直流线路L24和端4相连，端4通过直流线路L45和端5相连。在Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q21、Q24、Q23、Q42、Q45位置配置有相应的直流电流和电压测量。

可以按照故障后定位最精确原则对该五端柔性直流分隔成五个线路单元，即端1-端2线路单元、端2-端3线路单元、端2-端4线路单元、端4-端5线路单元，以及端2和端4的站内母线单元。在该分隔情形下，如果端1的Q1处判断出故障方向为站内换流器侧，则隔离端1换流器；如果端1的Q1处判断出故障方向为站外直流线路侧，且同时端2Q21处判断出故障方向为站外直流线路侧时，故障定位为端1到端2的线路单元内，需隔离L12线路清除故障。

也可以按照一次实际装设直流开关情况(假定Q42，Q45处没有装设直流开关)，或后备定位的原则对该五端柔性直流分隔成3个线路单元，即端1-端2线路单元、端2-端3线路单元、端2-端4-端5线路单元，以及端2的站内母线单元。在该分隔情况下，如果端5的Q5处判断出故障方向为站内换流器侧，则隔离端5换流器；如果端5的Q5处判断故障方向为站外直流线路侧时，还需要端4的Q2和端2的Q24处也同时判断出故障方向为站外直流线路侧时，才可以将故障定位为端2-端4-端5的线路单元内，需通过隔离L24和L45线路来清除故障。

在该具体实施例中，如图2所示，判断故障方向采用如下逻辑：

直流电流变化量大于1.0pu/ms后2ms内，直流电压低于0.5pu，并持续200us，则判断故障方向为站内；直流电流变化量小于-1.0pu/ms后2ms内，直流电压低于0.5pu，并持续200us，则判断故障方向为站外。在上述判断逻辑中，直流电流正方向为从站内指向站外。