一种含直流断路器的直流保护定值切换方法
阅读说明：本技术 一种含直流断路器的直流保护定值切换方法 (Direct-current protection constant value switching method with direct-current circuit breaker ) 是由 李振伟 王晶 赵天翊 赵树军 单保涛 陶陈彬 马隽 于 2021-08-17 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种含直流断路器的直流保护定值切换,为实现QH线故障定位及QA站内故障隔离,对多端柔直系统制定直流断路器故障隔离策略和定值切换策略。本发明根据加装直流断路器后直流系统的运行需求,提出了直流保护的定值切换策略实现直流断路器隔离QH线及QA站故障。对原有直流保护系统中保护元件的定值延时进行优化调整,增加直流保护与系统级控制器间的通讯,并在三端透传QA站差动保护元件动作信号,短时改变JN站和SC站相关保护延时。在不影响一次设备安全的情况下,可快速隔离故障设备,柔直系统切换至下一个稳定运行模式。(The invention discloses direct-current protection constant value switching containing a direct-current circuit breaker, which aims to realize QH line fault positioning and QA in-station fault isolation and prepares a direct-current circuit breaker fault isolation strategy and a constant value switching strategy for a multi-terminal flexible direct system. According to the operation requirement of a direct current system after the direct current circuit breaker is additionally arranged, the constant value switching strategy of direct current protection is provided to realize that the direct current circuit breaker isolates the QH line and the QA station. The constant value time delay of the protection elements in the original direct current protection system is optimized and adjusted, the communication between direct current protection and a system level controller is increased, the action signals of the QA station differential protection elements are transmitted at three ends, and the related protection time delay of a JN station and an SC station is changed in a short time. Under the condition that the safety of primary equipment is not influenced, fault equipment can be quickly isolated, and the flexible and straight system is switched to the next stable operation mode.)
技术领域
本发明涉及一种含直流断路器的直流保护定值切换方法，属于断路器控制技术领域。
背景技术
南澳(以下简称NA)多端柔直系统加装机械式高压直流断路器后，为实现直流断路器连接的故障站能够被快速有效隔离，非故障站能在特定的运行方式下稳定运行，需要对系统直流保护策略进行调整，以适应系统新的运行方式。
在改造前的NA多端柔直系统保护功能配置和定值整定条件下，当直流系统中任一保护区域发生故障时，直流保护系统均能识别并闭锁换流阀、跳开交流断路器，之后控制系统将停运整个直流系统并跳开所有交流断路器。
公开号为CN107331558B，名称为一种交流开关装置，采用双交流开关，双交流开关两端交叉连接有由两只可控硅反向并联组成的电流转移电路，从而形成了2路电流转移电路，通过检测输入电压和输入电流的方向，能选择性地开通某路电流转移电路，使得即刻实现输入电压和输入电流的方向相反或通过电流转移电路中的两只可控硅实现将交流开关两端的电弧电压钳位为输入电压，当在双交流开关上各再增加1路电流转移电路后，能够完全实现能量回收不受故障时刻电压电流方向限制。
公开号为CN110635458A，名称为基于晶闸管的固态交流断路器，该固态交流断路器主要分为载流通路，电流转移通路与能量吸收电路构成，载流通路分别与能量吸收电路、电流转移支路以及控制器电连接；控制器与电流转移支路电连接。采用电力电子器件晶闸管与二极管整流拓扑并联作为载流通路，电流转移通路由二极管整流桥、吸收电容、放电电阻、高频变压器与逆变器构成。
但是，上述两种方案并不适用于直流断路器。
为满足NA多端柔直系统整体保护的需求，实现保护功能无死区，按照设备所处的电气间隔以及分区可复制性的原则，并参照可能发生的故障类型确定系统设备的保护分区为站内交流母线区、换流器区以及直流极区。
目前NA多端柔性直流输电工程中，由于直流侧没有配置可以分断故障电流的直流断路器，虽然直流保护装置配置有多个差动保护元件，可对所有保护区域内的故障进行定位，但是由于无法隔离故障线路或故障换流站，当直流系统故障时，只能够采取三端停运的方式，跳开交流断路器切断故障电流的通道。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种一种非故障站根据故障站差动保护信号进行定值切换，实现直流断路器隔离多端柔直系统故障的直流保护策略。
为解决上述问题，本发明所采取的技术方案是：
一种含直流断路器的直流保护定值切换方法，为实现QH线故障定位及QA站内故障隔离，对多端柔直系统制定直流断路器故障隔离策略和定值切换策略。
作为本发明的进一步改进，
所述直流断路器故障隔离策略具体为：增加具有选择性的QH线线路差动保护元件，完成QH线故障定位及故障隔离；直流线路差动保护判据包括电流判据及电压辅助判据，电流判据及电压辅助判据的判断逻辑为与逻辑。
作为本发明的进一步改进，
负极线路差动保护的保护判据如式(1)和式(2)所示：
|IdNQH-IdNQA|＞max(Iset，Kset*Ires) (1)
式中：IdNQH为QH线靠近JN汇流母线侧负极直流电流；IdNQA为QA站负极直流电流；Iset为差动电流门槛值，取0.5p.u.；Kset为制动系数，取0.2；制动电流Ires＝|IdNQH|+|IdNQA|；|UdN|＜Uset (2)
式中：UdN为QH线负极直流电压；Uset为直流电压门槛值，取0.6p.u.；
考虑采样值突变、程序处理周期，直流线路差动保护时间定值取2ms；
对于QA站内发生的系统故障，由QA站内直流保护系统完成故障定位，并闭锁QA站换流器，跳开交流进线开关，并通知JN站直流保护跳开直流断路器，隔离故障，防止三端停运。
作为本发明的进一步改进，
所述定值切换策略具体为：为了实现QA站内故障或QH线路故障时，防止其他两站的无选择性保护先动作导致三端停运，对直流保护定值进行优化，优化的原则为在保证设备安全的情况下，通过快速保护延时的调整来保证发生在QA站站内和QH线路的故障优先由QA本站的保护或直流线路差动保护动作来隔离故障；随后由控制系统将多端柔直系统调整为SC-JN双端运行方式，避免多端柔直系统整体停运。
作为本发明的进一步改进，根据现场运行条件，所述定值切换策略将QH线差动保护和QA站内差动保护动作信号通过站间通道和光差通道通知JN站和SC站直流保护装置，作为直流保护定值切换的条件。
作为本发明的进一步改进，
所述定值切换策略的定值切换逻辑如下：当QA站有差动保护动作信号时，QA站执行闭锁跳闸逻辑，并通过光差通道和站间通道分别通知JN站和SC站，两站执行定值切换和跳直流断路器逻辑，定位并切除故障区域；
当QH线路发生高阻接地故障时，如存在仅有JN站线路差动保护动作的情况；此时JN站直流保护装置跳开直流断路器，并通过光差通道通知QA站执行闭锁跳闸指令，同时通过站间通道通知SC站执行定值切换逻辑，防止无选择性保护误动作。
作为本发明的进一步改进，
在有QH线差动动作或QA站站内差动保护动作信号时，定值切换策略下表所示
ms
SC和JN站收到差动保护动作信号后，按照上表自动切换接地过流2段和直流电压不平衡4段保护延时定值，切换逻辑保持100ms后自动撤销；
JN站线路差动保护动作后，仅跳开直流断路器；QA站保护动作后，请求JN站跳开直流断路器，并停运QA站自身，不请求停运三端。
作为本发明的进一步改进，
在NA多端柔直系统加装直流断路器后的EMT-DC模型基础上，对直流保护改造策略可行性进行仿真验证。
作为本发明的进一步改进，
所述仿真验证，以故障工况为三端处于交直流并联运行方式，功率由JN站、QA站向SC站输送，功率参考值分别为SC站200MW、JN站100MW、QA站50MW运行。
作为本发明的进一步改进，
QH线负极接地故障后监测三端电气量变化；
QH线负极接地故障后，三端直流保护系统动作行为如下：
步骤S1,SC站：无保护动作，系统稳态运行；
步骤S2,JN站：直流线路差动保护动作，跳开直流断路器，隔离QH线故障；
步骤S3,QA站：直流线路差动保护、直流场接地过流、直流电压不平衡、直流过电压保护先后动作，闭锁QA站换流器、跳开交流进线开关，QA站停运。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：
本发明根据加装直流断路器后直流系统的运行需求，提出了直流保护的定值切换策略实现直流断路器隔离QH线及QA站故障。对原有直流保护系统中保护元件的定值延时进行优化调整，增加直流保护与系统级控制器间的通讯，并在三端透传QA站差动保护元件动作信号，短时改变JN站和SC站相关保护延时。在不影响一次设备安全的情况下，可快速隔离故障设备，柔直系统切换至下一个稳定运行模式。通过故障仿真及现场试验验证，当QH线和QA站内发生故障时，本文所提出的定值切换策略可以迅速隔离QH线和QA站内故障，防止事故扩大化，造成直流系统的停运。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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发明的一些实施例，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。
图1是NA多端柔性直流系统主接线示意图；
图2是线路差动保护逻辑结构示意图；
图3是定值切换逻辑示意图；
图4是QH线负极接地故障后QH线正负极电流变化波形；
图5是QH线负极接地故障后QA站电流变化波形；
图6是QH线负极接地故障后QA站电压变化波形；
图7是QH线负极接地故障后JN站电流变化波形；
图8是QH线负极接地故障后JN站电压变化波形；
图9是QH线负极接地故障后SC站电流变化波形；
图10是QH线负极接地故障后SC站电压变化波形；。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本申请及其应用或使用的任何限制。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本申请的范围。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。
NA±160kV多端柔性直流输电工程包括SC(受端)、JN(送端)和QA(送端)3个换流站。工程建成时，未在直流线路、汇流母线或直流极母线连接处装设可切断故障电流的分断设备(如直流断路器)，当某一直流系统故障后，无法隔离故障区域，只能采取闭锁三端换流器并跳开进线交流断路器策略的三端全停运策略。
NA工程在JN换流站汇流母线至QA换流站直流线路(QH线)正负两极上完成加设机械式高压直流断路器，加装直流断路器后的NA多端柔性直流系统主接线如图1所示。一种含直流断路器的直流保护定值切换方法，为实现QH线故障定位及QA站内故障隔离，对多端柔直系统制定直流断路器故障隔离策略和定值切换方法。
本实施例进一步的，
所述直流断路器故障隔离策略具体为：增加具有选择性的QH线线路差动保护元件，完成QH线故障定位及故障隔离；直流线路差动保护判据包括电流判据及电压辅助判据，电流判据及电压辅助判据的判断逻辑为与逻辑。
本实施例进一步的，
负极线路差动保护的保护判据如式(1)和式(2)所示：
|dNQH-IdNQA|＞max(Iset，Kset*Ires) (1)
式中：IdNQH为QH线靠近JN汇流母线侧负极直流电流；IdNQA为QA站负极直流电流；Iset为差动电流门槛值，取0.5p.u.；Kset为制动系数，取0.2；制动电流Ires＝|IdNQH|+|IdNQA|；|UdN|＜Uset (2)
式中：UdN为QH线负极直流电压；Uset为直流电压门槛值，取0.6p.u.；
考虑采样值突变、程序处理周期，直流线路差动保护时间定值取2ms；
线路差动保护逻辑结构如图2所示。
对于QA站内发生的系统故障，由QA站内直流保护系统完成故障定位，并闭锁QA站换流器，跳开交流进线开关，并通知JN站直流保护跳开直流断路器，隔离故障，防止三端停运。
本实施例进一步的，
所述定值切换策略具体为：为了实现QA站内故障或QH线路故障时，防止其他两站的无选择性保护先动作导致三端停运，对直流保护定值进行优化，优化的原则为在保证设备安全的情况下，通过快速保护延时的调整来保证发生在QA站站内和QH线路的故障优先由QA本站的保护或直流线路差动保护动作来隔离故障；随后由控制系统将多端柔直系统调整为SC-JN双端运行方式，避免多端柔直系统整体停运。
在加装直流断路器之前的EMTDC模型基础上，通过对QA站内及QH线单极接地故障进行仿真可知，阀直流过流3段、直流场接地2段、直流电压不平衡4段三种保护功能，会在直流断路器断开前动作，闭锁三端。为防止直流断路器断开前以上三种无选择性保护元件误动作，在定值切换信号未出现时，将以上三种保护功能的时间定值统一调整为20ms。
根据现场运行条件，本策略将QH线差动保护和QA站内差动保护动作信号通过站间通道和光差通道通知JN站和SC站直流保护装置，作为直流保护定值切换的条件。定值切换逻辑如图3所示。
本实施例进一步的，
根据现场运行条件，所述定值切换策略将QH线差动保护和QA站内差动保护动作信号通过站间通道和光差通道通知JN站和SC站直流保护装置，作为直流保护定值切换的条件。
本实施例进一步的，
所述定值切换策略的定值切换逻辑如下：当QA站有差动保护动作信号时，QA站执行闭锁跳闸逻辑，并通过光差通道和站间通道分别通知JN站和SC站，两站执行定值切换和跳直流断路器逻辑，定位并切除故障区域；
当QH线路发生高阻接地故障时，如存在仅有JN站线路差动保护动作的情况；此时JN站直流保护装置跳开直流断路器，并通过光差通道通知QA站执行闭锁跳闸指令，同时通过站间通道通知SC站执行定值切换逻辑，防止无选择性保护误动作。
本实施例进一步的，
在有QH线差动动作或QA站站内差动保护动作信号时，定值切换策略下表所示
ms
SC和JN站收到差动保护动作信号后，按照上表自动切换接地过流2段和直流电压不平衡4段保护延时定值，切换逻辑保持100ms后自动撤销；
JN站线路差动保护动作后，仅跳开直流断路器；QA站保护动作后，请求JN站跳开直流断路器，并停运QA站自身，不请求停运三端。
本实施例进一步的，
在NA多端柔直系统加装直流断路器后的EMT-DC模型基础上，对直流保护改造策略可行性进行仿真验证。
本实施例进一步的，
所述仿真验证，以故障工况为三端处于交直流并联运行方式，功率由JN站、QA站向SC站输送，功率参考值分别为SC站200MW、JN站100MW、QA站50MW运行。
本实施例进一步的，
QH线负极接地故障后监测三端电气量变化；QH线负极接地故障后三端电气量变化如图4-图10所示。
从图4-图10可以看出，QH线负极接地故障发生后，直流负极电压迅速跌落，QH线直流负极电流迅速反向增大，QA站直流负极电流迅速正向增大，QH线线路两端差动电流约在故障发生后2ms内满足线路差动动作条件，闭锁QA站并跳开交流断路器和直流断路器。JN站和SC站保护定值切换，未发生误动作，系统切换至SC-JN双端模式运行。QH线负极接地故障后，三端直流保护系统动作行为如下：
步骤S1,SC站：无保护动作，系统稳态运行；
步骤S2,JN站：直流线路差动保护动作，跳开直流断路器，隔离QH线故障；
步骤S3,QA站：直流线路差动保护、直流场接地过流、直流电压不平衡、直流过电压保护先后动作，闭锁QA站换流器、跳开交流进线开关，QA站停运。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；作为本领域技术人员对本发明的多个技术方案进行组合是显而易见的。而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。
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