一种换流器桥差保护防误动的方法

摘要

本发明提供一种换流器桥差保护防误动的方法，包括如下步骤：步骤(1)：执行常规桥差保护功能，然后进入步骤(2)；步骤(2)判断交流系统零序电压是否大于整定值：计算当前时刻换流变交流侧电压的有效值3U0m，若3U0m大于整定值U0set，则进入步骤(3)；若3U0m由大于U0set开始变为小于U0set，则直接进入步骤(5)；若之前以及当前时刻的零序电压有效值都小于U0set，则返回步骤(1)；步骤(3)：判断是否投入互感器饱和防误动判据，如果判断投入，则进入步骤(4)，如果判断不投入，则返回步骤(1)；步骤(4)：执行互感器饱和防误动判据，然后返回步骤(2)；步骤(5)退出互感器饱和防误动判据。本发明可以防止桥差保护因互感器饱和而发生的误动。

权利要求

1.一种换流器桥差保护防误动的方法，其特征在于包括如下步骤：步骤(1)：执行常规桥差保护功能

常规桥差保护的动作判据如式(1)所示；

max(IY，ID)－IY>Iset             (1)式(1)中：IY和ID分别为Y换流桥与△换流桥阀侧电流的整流值，Iset为桥差保护的动作电流，每隔采样时间Ts，对max(IY，ID)－IY与电流定值Iset比较，如果式(1)成立，则将内部计数器的值Z加20，如果(1)不成立，则将Z减1，当Z数值减少为0时，保持为0不再减少；如果保护的累积动作时间Z/20×Ts大于tset则保护动作，tset基于工程经验设置为0.2s；步骤1执行完后，转入步骤(2)；

步骤(2)判断交流系统零序电压是否大于整定值

计算当前时刻换流变交流侧电压的有效值3U0m，若3U0m大于整定值U0set，则进入步骤(3)；若3U0m由大于U0set开始变为小于U0set，则直接进入步骤(5)；若之前以及当前时刻的零序电压有效值都小于U0set，则返回步骤(1)；

步骤(3)判断是否投入互感器饱和防误动判据

从3U0m开始大于整定值U0set的时刻启动计时，若在tset1时间内，式(1)所示的常规桥差保护动作判据满足或者3U0m小于整定值U0set，则返回步骤(1)并停止计时；若计时时间到达tset1则进入步骤(4)，tset1基于工程经验设置为0.01s；

步骤(4)执行互感器饱和防误动判据

引入换流变△绕组零序环流作为制动电流，如式(2)所示，且将桥差保护的动作延时的整定值增加为tset2，以防止桥差保护误动作；

max(IY，ID)－IY>max(Iset，krel×3I0m)             (2)式中：3I0m为换流变△绕组的零序环流有效值，krel为制动系数，设为0.3，tset2根据工程经验设置为0.4s；执行完该步骤后返回步骤(2)；

步骤(5)退出互感器饱和防误动判据

将换流桥Y桥桥差保护判据由式(2)恢复为式(1)，且将动作延时的整定值恢复为tset，并且将桥差保护的累积动作时间置为0。

2.如权利要求1所述的换流器桥差保护防误动的方法，其特征在于：步骤(2)中零序电压有效值3U0m的计算公式为： 其中UA(1)～UA(N)、UB(1)～UB(N)和UC(1)～UC(N)分别对应交流母线M的A、B、C三相电压从t0-T时刻到t0时刻的采样值，其中t0为当前采样时刻，T为电网工频周期。

3.如权利要求1或2所述的换流器桥差保护防误动的方法，其特征在于：整定值U0set设为

50kV。

4.如权利要求1所述的换流器桥差保护防误动的方法，其特征在于：步骤(4)中换流变△绕组的零序环流有效值3I0m的计算公式为： 式中：i△A(1)～i△A(N)、i△B(1)～i△B(N)和i△C(1)～i△C(N)分别对应Y/△换流变阀侧三相绕组电流从t0-T时刻到t0时刻的采样值，其中t0为当前采样时刻，T为电网工频周期。

说明书

一种换流器桥差保护防误动的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及电力系统技术领域，具体是一种换流器桥差保护防误动的方法。

背景技术

[0002] 近年来，直流输电在我国快速发展，尤其是本世纪以来，随着一大批高压、特高压直流输电工程的投运，交直流混联电网已在我国逐步形成，正在成为我国电网发展的必然模式。

[0003] 直流控制保护系统是直流输电工程的核心，是直流输电系统安全、可靠、稳定运行的保障。其中换流器桥差保护可以对换流桥的换相失败、阀短路故障、换流器直流侧出口高压端和中性端对换流器中点短路等故障提供安全防护，是换流器的重要保护手段之一。

[0004] 近年来，现场发生多起换流变空投以及交流系统发生短路故障期间换流桥Y桥桥差保护误动的事例，严重影响交直流混联输电系统的稳定可靠运行。分析表明，在换流变空投及交流系统发生短路故障期间，Y/△换流变的△绕组流过含有一定非周期分量的零序环流，导致电流互感器饱和，是造成直流桥差保护误动的原因。针对此问题，也有一些建议与措施被提出，譬如：更换性能更好的电流互感器；在换流变空投期间闭锁桥差保护；利用交流低电压展宽桥差保护动作时延，以躲过误动。

[0005] 上述方法对于防止桥差保护因互感器饱和产生误动有一定指导意义，但实际应用中仍存在问题：更换电流互感器增加了成本，且受安装位置的限制；在换流变空投期间短时闭锁桥差保护会降低桥差保护的动作速度，给直流系统的安全运行带来隐患，此外，该方法并不能防止交流系统发生故障时导致的误动，无法从根本上解决互感器饱和对桥差保护的影响；低电压展宽桥差保护延时的判据在换流变空投期间，由于交流系统电压波动程度可能较为有限，而并不一定动作，桥差保护仍存在误动的风险。

发明内容

[0006] 本发明提供一种换流器桥差保护防误动的方法，其利用交流零序电压展宽桥差保护动作时延并且引入△绕组零序环流作为制动电流的桥差保护改进策略，可以防止桥差保护因互感器饱和而发生的误动。

[0007] 一种换流器桥差保护防误动的方法，包括如下步骤：

[0008] 步骤(1)执行常规桥差保护功能

[0009] 常规桥差保护的动作判据如式(1)所示；

[0010] max(IY，ID)－IY>Iset    (1)

[0011] 式(1)中：IY和ID分别为Y换流桥与△换流桥阀侧电流的整流值，Iset为桥差保护的动作电流，每隔采样时间Ts，对max(IY，ID)－IY与电流定值Iset比较，如果式(1)成立，则将内部计数器的值Z加20，如果(1)不成立，则将Z减1，当Z数值减少为0时，保持为0不再减少；如果保护的累积动作时间(Z/20×Ts)大于tset则保护动作，tset基于工程经验设置为0.2s；

[0012] 步骤1执行完后，转入步骤(2)；

[0013] 步骤(2)判断交流系统零序电压是否大于整定值

[0014] 计算当前时刻换流变交流侧电压的有效值3U0m，若3U0m大于整定值U0set，则进入步骤(3)；若3U0m由大于U0set开始变为小于U0set，则直接进入步骤(5)；若之前以及当前时刻的零序电压有效值都小于U0set，则返回步骤(1)；

[0015] 步骤(3)判断是否投入互感器饱和防误动判据

[0016] 从3U0m开始大于整定值U0set的时刻启动计时，若在tset1时间内，式(1)所示的常规桥差保护动作判据满足或者3U0m小于整定值U0set，则返回步骤(1)并停止计时；若计时时间到达tset1则进入步骤(4)，其中tset1基于工程经验设置为0.01s；

[0017] 步骤(4)执行互感器饱和防误动判据

[0018] 引入换流变△绕组零序环流作为制动电流，如式(2)所示，且将桥差保护的动作延时的整定值增加为tset2，以防止桥差保护误动作；

[0019] max(IY，ID)－IY>max(Iset，krel×3I0m)    (2)

[0020] 式(2)中：3I0m为换流变△绕组的零序环流有效值，krel为制动系数，可设为0.3，tset2根据工程经验设置为0.4s；

[0021] 执行完该步骤后返回步骤(2)；

[0022] 步骤(5)退出互感器饱和防误动判据

[0023] 将换流桥Y桥桥差保护判据由式(2)恢复为式(1)，且将动作延时的整定值恢复为tset，并且将桥差保护的累积动作时间置为0。

[0024] 进 一步的 ，步骤 (2) 中 零 序电 压有 效值 3 U0 m的 计算 公式 为 ：其中UA(1)～UA(N)、UB(1)～UB(N)和UC(1)～UC(N)分
别对应交流母线M的A、B、C三相电压从t0-T时刻到t0时刻的采样值。

[0025] 进一步的，整定值U0set设为50kV。

[0026] 进一步的，步骤(4)中换流变△绕组的零序环流有效值3I0m的计算公式为：式中：i△A(1)～i△A(N)、i△B(1)～i△B(N)和i△C(1)～
i△C(N)分别对应Y△换流变阀侧三相绕组电流从t0-T时刻到t0时刻的采样值。

[0027] 本发明通过投入互感器饱和防误动判据，将现有常规桥差保护判据中的动作电流由Iset改为max(Iset，krel×3I0m)，以减少桥差保护判据满足的次数，将保护动作延时的整定值由tset(0.2s)增加至tset2(0.4s)，以防止桥差保护误动作，这样桥差保护在外部故障情况下可靠不动作，即可靠性得到了有效提升。

附图说明

[0028] 图1为本发明实施例中换流站的连接示意图，其中在极I换流器中的桥差保护使用互感器饱和防误动策略；

[0029] 图2为本发明实施例实施过程的仿真结果。

具体实施方式

[0030] 下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。

[0031] 如图1所示，极I换流桥通过Y/Y换流变与Y/△换流变阀侧三相测量电流的整流值IY与I△构成桥差保护。在下述整个过程中，保持对电流进行等间隔采样，采样时间间隔Ts为T/N，其中T为电网工频周期，N为每周期的采样点数，当前采样时刻设为t0。

[0032] 步骤(1)执行常规桥差保护功能

[0033] 读取Y/Y换流变与Y/△换流变阀侧三相绕组电流的采样值iYA、iYB、iYC与i△A、i△B、i△C，并分别通过式(2)和式(4)所示的通过数字整流算法转化为直流电流，记为IY与I△。

[0034] IY＝max(|iYA|，|iYB|，|iYC|)    (3)

[0035] I△＝max(|i△A|，|i△B|，|i△C|)    (4)

[0036] 按照式(5)执行换流器Y桥的常规桥差保护判据，保护延时为整定值tset，tset设为0.2s，保护计时考虑了换流桥的热量累积过程，具体原理为：每隔采样时间Ts，都对max(IY，ID)－IY与电流定值Iset比较；如果大于电流定值，则将内部计数器的值Z加20；如果小于定值，则将Z减1(当Z数值减少为0时，保持为0不在减少)；如果保护的累积动作时间(Z/20×Ts)大于tset则保护动作。

[0037] max(IY，ID)－IY>Iset    (5)

[0038] 式中：Iset为桥差保护的动作电流，根据换流器安全运行时的承受能力，以及工程经验，Iset设为0.07倍的直流额定电流。

[0039] 步骤1执行完后，转入步骤(2)。

[0040] 步骤(2)判断交流系统零序电压是否大于整定值

[0041] 读取换流变交流母线的电压采样值，根据式(6)计算零序电压有效值3U0m。

[0042]

[0043] 式中：UA(1)～UA(N)、UB(1)～UB(N)和UC(1)～UC(N)分别对应图1中交流母线M的A、B、C三相电压从t0-T时刻到t0时刻的采样值。

[0044] 若零序交流电压幅值3U0m大于整定值U0set(设为50kV)，则置标记位flag为1，且转入步骤(3)；若零序交流电压幅值3U0m小于整定值U0set，且此时标记位flag为1，则置标记位flag为0，并转入步骤(5)；若零序交流电压幅值3U0m小于整定值U0set，且标记位flag为0，则返回步骤(1)。

[0045] 以图2为例做进一步说明：在0s时刻，图1中的换流变交流系统发生持续时间为0.5s的单相接地故障。在0.0012s时，3U0m开始大于U0set(设为50kV)，如图2(c)所示，标记位flag由0转化为1，进入步骤(3)。

[0046] 步骤(3)判断是否投入互感器饱和防误动判据

[0047] 从flag由0跳变为1的时刻开始计时，若在tset1(设为0.01s)时间内，式(5)所示的桥差保护判据满足或者3U0m小于整定值U0set，则返回步骤(1)并停止计时；若计时时间到达tset1则进入步骤(4)。

[0048] 步骤(3)中，设置tset1的目的是开放一段时间判断零序电压开始增大的情况下是否发生了内部故障，如果零序电压增大的同时原有的桥差保护动作，则由步骤(3)返回步骤(1)，防误动策略不会投入，不会影响内部故障情况下的灵敏度。

[0049] 以图2为例做进一步说明：在进入步骤(3)后的tset1时间之内，即(0.0012s～0.0112s)时间内，式(5)所示桥差保护差动电流小于制动电流，桥差保护判据并不动作，如图2(a)所示，且3U0m持续大于U0set，如图2(c)所示，因此进入步骤(4)。

[0050] 步骤(4)执行互感器饱和防误动判据

[0051] 将式(5)所示的换流桥Y桥桥差保护判据修改为式(7)。通过引入换流变△绕组零序环流有效值3I0m作为制动电流，并且将桥差保护的动作延时的整定值增加为tset2，以防止桥差保护误动作；tset2根据工程经验设置，可设置为0.4s，执行完该步骤后返回步骤(2)。

[0052] max(IY，ID)－IY>max(Iset，krel×3I0m)    (7)

[0053] 式中：3I0m为换流变△绕组的零序环流有效值，krel为制动系数，设为0.3。

[0054] 零序环流有效值3I0m的计算的方法如式(8)所示。

[0055]

[0056] 式中：i△A(1)～i△A(N)、i△B(1)～i△B(N)和i△C(1)～i△C(N)分别对应Y△换流变阀侧三相绕组电流从t0-T时刻到t0时刻的采样值。

[0057] 以图2为例做进一步说明：如图2(d)所示，在0.0212s时投入互感器饱和防误动判据，将式(5)中的动作电流由Iset改为max(Iset，krel×3I0m)，以减少桥差保护判据满足的次数，如图2(a)所示；将保护动作延时的整定值由tset(0.2s)增加至tset2(0.4s)，以防止桥差保护误动作，如图2(e)所示。在约0.05s时，互感器进入饱和状态，桥差电流max(IY，ID)－IY开始增加，式(5)所示的判据开始满足，如图2(a)所示。但是由于投入了防误动策略，保护的累积动作时间(Z/20×Ts)始终小于整定的延时tset2，此时桥差保护可靠不动作。

[0058] 步骤(5)退出互感器饱和防误动判据

[0059] 根据步骤(2)的介绍，当3U0m小于U0set，且标记位flag为1时进入步骤(5)。此时3U0m由之前的大于整定值U0set变为小于U0set，在该情况下退出互感器饱和防误动判据，具体做法为：将换流桥Y桥桥差保护判据由式(7)恢复为式(5)，且将保护动作延时的整定值恢复为tset并将计数器内的计数值Z重置为0。

[0060] 以图2为例做进一步说明：如图2(c)所示，在0.518s时，3U0m开始小于U0set，此时互感器已经退出饱和状态，桥差保护不会误动，故进入步骤(5)，退出互感器饱和防误动策略，桥差保护动作判据由式(7)恢复为常规情况下的式(5)，即桥差保护的制动电流变为0.07倍的额定电流，如图2(a)所示；将动作延时的整定值恢复为tset(0.2s)，并将计数器内的计数值Z重置为0，如图2(e)所示。

[0061] 实例说明

[0062] 下面根据如图2所示的仿真结果说明本互感器饱和识别判据的效果。由图2所示，在0s时刻，图2中的换流变交流系统发生持续时间为0.5s的单相接地故障。如果采用常规桥差保护判据(式(5))，则判据的动作条件会多次满足，使得图2(e)中累积时延大于延时整定值(0.2s)，从而导致桥差保护将发生误动作。

[0063] 采用本发明提出的判别方法后，在0.0012s时，3U0m开始大于U0set(设为50kV)，如图2(c)所示，进入步骤(3)。

[0064] 在随后的0.01s之内，式(5)所示桥差保护判据并不动作，且3U0m持续大于U0set，因此进入步骤(4)。

[0065] 在0.0112s时投入互感器饱和防误动判据，如图2d)所示。将式(5)中的动作电流由Iset改为max(Iset，krel×3I0m)，以减少桥差保护判据满足的次数，如图2(a)所示；将保护动作延时的整定值由tset(0.2s)增加至tset2(0.4s)，以防止桥差保护误动作，如图2(e)所示。在约0.05s时，互感器进入饱和状态，桥差电流max(IY，ID)－IY开始增加，如图2(a)所示。但是由于投入了防误动策略，保护的累积动作时间(Z/20×Ts)始终小于整定的延时tset2，此时桥差保护可靠不动作。

[0066] 在0.518s时，3U0m开始小于U0set，进入步骤(5)，退出互感器饱和防误动策略，桥差保护动作判据由式(7)恢复为常规情况下的式(5)，且将动作延时的整定值恢复为tset(0.2s)，并将计数器内的计数值Z重置为0。

[0067] 在采用本发明提出的判别方法后，桥差保护在外部故障造成电流互感器饱和情况下可靠不动作；如图2(f)所示，保护动作信号始终为0(0代表保护不动作，1代表保护动作)，即本发明提出的判别方法有效提升了桥差保护的可靠性。

[0068] 以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。