一种诊断柔性直流电网换流器交流侧接地故障的方法

摘要

本发明公开了一种诊断柔性直流电网换流器交流侧接地故障的方法，在伪双极柔性直流网络的每一个AC/DC端直流侧分别装设可监测共模电流及共模电压的继电保护装置，当共模电流异常大，或存在共模电压，但共模电流偏小，或存在共模电压，但共模电流电压的有功功率为负时，则判定该AC/DC端交流侧发生接地故障。本发明适用于包含若干个AC/DC换流器的伪双极柔性直流网络，可在某一个AC/DC端交流侧发生接地故障时，迅速判断故障发生点并发出信号告知控制系统切除该端换流器，保障柔性直流电网安全可靠运行。

权利要求

1.一种诊断柔性直流电网换流器交流侧接地故障的方法，其特征在于，所述柔性直流电网为包含若干个AC/DC换流器的伪双极柔性直流网络，其中，每个AC/DC换流器为直流网络的一个端，分别监测每一个AC/DC换流器的直流侧的共模电流与共模电压；若第i端AC/DC换流器的共模电容为Cicom，经测量计算得到第i端的直流侧基波共模电流向量为 基波共模电压向量为 其中，电流正方向为由直流母线指向AC/DC换流器，则通过下面三个判据诊断第i端AC/DC交流侧是否发生接地故障，判据一：基波共模电流向量幅值异常大，即： 且判据二：存在基波共模电压向量幅值大于直流电网可长期承受的共模电压幅值，但基波共模电流向量幅值偏小，即： 且

判据三：存在基波共模电压向量幅值大于直流电网可长期承受的共模电压幅值，但基波共模有功功率为负，即 且

其中：k1为过电量可靠系数，j表示虚数，ω为交流侧基波角频率，ε为共模电流测量可能出现的最大误差，uzd为直流电网可长期承受的共模电压幅值，k2为欠电量可靠系数，表示基波共模有功功率；

若以上三个判据中的任何一个成立，都诊断为第i端AC/DC交流侧发生接地故障。

2.如权利要求1所述诊断柔性直流电网换流器交流侧接地故障的方法，其特征在于，所述测量计算得到第i端的直流侧基波共模电流为 基波共模电压为 具体为：在AC/DC换流器的直流输出端的正、负极上均装设电压传感器、电流传感器，电流传感器极性为由直流母线指向AC/DC变换器为正；采样得到正极电流ip、负极电流in、正极电压up、负极电压un，则该端的共模电压ucom＝(up+un)/2，共模电流icom＝(ip+in)/2，该换流器正负极对地电容值为C，则该端的共模电容为Ccom＝2C；通过傅里叶算法得到该端的基波共模电压向量及基波共模电流向量

3.如权利要求1所述诊断柔性直流电网换流器交流侧接地故障的方法，其特征在于，k1取值范围为k1>1；k2取值范围为0

4.如权利要求1所述诊断柔性直流电网换流器交流侧接地故障的方法，其特征在于，uzd取AC/DC换流器的交流侧额定相间电压的10％。

5.如权利要求1所述诊断柔性直流电网换流器交流侧接地故障的方法，其特征在于，ε取AC/DC换流器额定直流电流的5％。

说明书

一种诊断柔性直流电网换流器交流侧接地故障的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种直流电网继电保护方法，特别涉及一种诊断柔性直流电网换流器交流侧接地故障的方法。

背景技术

[0002] 多端柔性直流系统中任一端电压源换流器(AC/DC)交流侧发生单相接地故障时，会在直流侧产生共模电压电流，并且在非故障端产生零序电压，因此需要快速识别故障端
并将故障端隔离，以免影响整个直流电网安全运行。

[0003] 在三相交流不接地电网中，通常通过零序电压检测是否发生接地故障，通过零序电流进行选线。已有文献阐述交流侧出现零序电流、电压会导致直流侧出现共模电流、电
压。

[0004] 然而，由于任一端电压源换流器交流侧发生单相接地故障，会通过直流共模电压电流，在非故障端产生零序电压，因此零序电压保护不能判断哪一端换流器发生接地故障。
由于全直流网中都会出现共模电压，因此，单一的共模电压也难以判断哪一端换流器发生
接地故障。

发明内容

[0005] 本发明的目的是为伪双极柔性直流系统，提供一种诊断柔性直流电网换流器交流侧接地故障的方法，本方案仅需采集直流侧的电流电压，不需要计算阻抗角，在诊断出接地
故障端后，发出信号告知控制系统切除该端换流器，使得直流电网继续安全可靠运行。

[0006] 为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种诊断柔性直流电网换流器交流侧接地故障的方法，所述柔性直流电网为包含若干个AC/DC换流器的伪双极柔性直流
网络，其中，每个AC/DC换流器为直流网络的一个端，分别监测每一个AC/DC换流器的直流侧
的共模电流与共模电压；若第i端AC/DC换流器的共模电容为Cicom，经测量计算得到第i端的
直流侧基波共模电流向量为 基波共模电压向量为 其中，电流正方向为由直流
母线指向AC/DC换流器，则通过下面三个判据诊断第i端AC/DC交流侧是否发生接地故障，

[0007] 判据一：共模电流异常大，即： 且

[0008] 判 据 二 ：存 在 共 模 电 压 ，但 共 模 电 流 偏 小 ，即 ： 且

[0009] 判据三：存在共模电压，但共模电流电压的有功功率为负，即 且

[0010] 其中：k1为过电量可靠系数，j表示虚数ω为交流侧基波角频率，ε为共模电流测量可能出现的最大误差，uzd为直流电网可长期承受的共模电压幅值，k2为欠电量可靠系数，
表示基波共模有功功率；

[0011] 若以上三个判据中的任何一个成立，都诊断为第i端AC/DC交流侧发生接地故障。

[0012] 进一步地，所述测量计算得到第i端的直流侧基波共模电流为 基波共模电压为 具体为：在AC/DC换流器的直流输出端的正、负极上均装设电压传感器和电流传感
器，电流传感器极性为由直流母线指向AC/DC变换器为正；采样得到正极电流ip、负极电流
in、正极电压up、负极电压un，则该端的共模电压ucom＝(up+un)/2，共模电流icom＝(ip+in)/2，
该换流器正负极对地电容值为C，则该端的共模电容为Ccom＝2C。通过傅里叶算法可以得到
该端的基波共模电压向量 及基波共模电流向量

[0013] 进一步地，k1取值范围为k1>1；k2取值范围为0

[0014] 进一步地，uzd取AC/DC换流器的交流侧额定相间电压的10％。

[0015] 进一步地，ε取AC/DC换流器额定直流电流的5％。

[0016] 与现有技术相比，本发明所述一种诊断柔性直流电网换流器交流侧接地故障的方法，其有益效果在于：在查找接地故障点时，只要采集直流侧电流电压，不需要计算阻抗角，
通过共模电流、电压大小及有功功率方向就可以诊断出本端是否发生接地故障，若本端发
生接地故障，可以立即发出信号告知本端控制系统切除故障换流器，使得直流电网继续安
全可靠运行。

附图说明

[0017] 图1是本发明所述诊断柔性直流电网换流器交流侧接地故障的方法中保护装置的安装示意图；

[0018] 图2是本发明所述诊断柔性直流电网换流器交流侧接地故障的方法中进行故障保护的逻辑框图。

具体实施方式

[0019] 下面将结合附图对本发明专利进行进一步说明。

[0020] 配合参见图1、图2所示，首先如图1所示，一个柔性直流电网中的AC/DC端，其交流侧通过变压器接入交流电网，该AC/DC端直流侧接入直流母线，直流母线上还接了若干条其
它直流线路。将电压传感器一次侧分别接入正、负极直流母线及接地，电压传感器二次侧接
入继电保护装置模拟量采集模块；在AC/DC直流输出端正、负极上装设电流传感器，电流传
感器二次侧接至继电保护装置模拟量采集模块，电流传感器极性为由直流母线指向AC/DC
变换器为正；保护装置可采样得到正极电流ip、负极电流in、正极电压up、负极电压un。通过
中央处理单元计算可以得到该端的共模电压ucom＝(up+un)/2，共模电流icom＝(ip+in)/2，该
换流器正负极对地电容值为C，则该端的共模电容为Ccom＝2C。通过傅里叶算法可以得到该
端的基波共模电压向量 及基波共模电流向量

[0021] 诊断柔性直流电网换流器交流侧接地故障的保护逻辑框图如图2所示。当柔性直流电网所有AC/DC端交流侧均不发生接地故障时，不会出现共模电压和共模电流，继电保护
计算得到的共模电压幅值 和共模电流幅值 两者都不会大于测量最大误差，不
会误判；当柔性直流电网其他端AC/DC交流侧发生接地故障时，
测量的基波有功功率为电容上的损耗，方向为正，三个判据都不会误判。当本端AC/DC交流
侧发生接地故障时，等效于本端接入了一个共模基波电源，本端测量的基波共模电流为流
向整个直流电网的直流电流，若整个直流电网的等效共模阻抗小，则共模电流幅值大，即
远大于 第一个判据将能准确判定本侧发生了接地故障；若整个直流电
网的等效共模阻抗很大，则会出现较大共模电压，即： 但共模电流幅值小，即
远小于 第二个判据将能准确判定本侧发生了接地故障；若整个直流电
网的等效共模阻抗与本侧电容阻抗接近，则会既有较大的共模电压，又有较大的共模电流，
但测量的基波共模有功功率为直流电网的损耗，功率方向为负，即： 第
三个判据将能准确判定本侧发生了接地故障。

[0022] 尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的
多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。