分频输电系统低频侧三相故障的识别与无闭锁控制的方法

本发明属于分频输电系统ac/ac变流控制保护，涉及一种分频输电系统低频侧三相故障的识别与无闭锁控制的方法。

背景技术：

1、海上风电将大规模接入电力系统，其高效并网技术是目前国内外的研究问题之一。分频输电系统(fractional frequency transmission system,ffts)降低50hz的工频输电频率为50/3hz乃至更低的频率，有效地缩短了线路电气距离，成倍提升输电容量，提高了系统传输能力。ac-ac变频器是分频输电中连接海上风电场和陆上工频电网的核心设备，模块化多电平矩阵换流器(modular multilevel matrix converter，m3c)具有输出电能质量高、无需滤波装置、功率因数可控、易于扩展等优点，能够明显改善分频输电的运行性能。

2、分频输电系统如图1所示，永磁直驱风机、m3c均为电力电子型电源，其系统惯量远小于传统同步机电源，导致故障发展速度更快。并且电力电子型电源更为脆弱，因此需要保护装置具备快速动作的能力，以避免器件受损。这两种特性对保护装置的速动性提出了更高的要求。

3、对于m3c传统的控制策略，如果其低频线路发生故障，则直接闭锁换流器，这种策略会导致系统当前的输送功率全部丢失，对系统造成过大的冲击，不利于系统的稳定。此外，m3c中igbt承受过电流的时间仅为几毫秒，这更加要求在极短时间内完成故障的识别与保护。

4、分频输电低频侧频率多为50/3hz甚至更低，导致提取电压电流相量所需的时间更长，这可能会降低基于基频相量的保护方法的动作速度，可能无法满足速动性要求。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种分频输电系统低频侧三相故障的识别与无闭锁控制的方法，该方法能够实现分频输电系统中分频输电系统低频侧三相故障的快速识别及无闭锁保护控制。

2、为达到上述目的，本发明公开了一种分频输电系统低频侧三相故障的识别与无闭锁控制的方法，包括以下步骤：

3、1)采集分频输电系统低频侧三相电压的瞬时值；

4、2)根据所述分频输电系统低频侧三相电压的瞬时值判断分频输电系统低频侧是否发生三相对称故障，当分频输电系统低频侧发生三相对称故障时，则转至步骤3)；

5、3)启动无闭锁保护控制，进行保护动作；

6、4)待无闭锁保护控制动作n1ms后，对分频输电系统低频侧进行第一次半压启动，与此同时，进行分频输电系统低频侧三相电压的故障检测，当在n2ms内，分频输电系统低频侧三相电压正常时，则对分频输电系统低频侧进行全压启动，恢复正常运行状态，否则，则切换至无闭锁保护控制，然后再持续n2ms后，对分频输电系统低频侧进行第二次半压启动，与此同时，进行分频输电系统低频侧三相电压的故障检测，当在n2ms内，分频输电系统低频侧三相电压正常时，则对分频输电系统低频侧进行全压启动，否则，则切换至无闭锁保护控制，并转至步骤5)；

7、5)向断路器发出永久性故障信号，且无闭锁保护控制工作至故障切除。

8、进一步的，步骤1)中，利用电压传感器采集低频侧三相电压的瞬时值ulx，其中，x＝a,b,c表示对应相电压或相电流。

9、进一步的，步骤2)中，当分频输电系统低频侧三相电压的瞬时值满足第一条件时，经判定t1时间后，确定分频输电系统低频侧发生三相对称故障；

10、所述第一条件为：ula<k×un且ulb<k×un且ulc<k×un；

11、其中，un为分频输电系统低频侧三相电压限值，k为分频输电系统低频侧电压故障判定系数。

12、进一步的，t1＝2ms。

13、进一步的，所述分频输电系统低频侧电压故障判定系数k为低频侧最末端发生三相故障时，低频出口处的电压与低频侧三相电压额定值的比值，再乘以0.5倍的故障系数。

14、进一步的，步骤3)中的无闭锁保护控制过程为：将分频输电系统低频侧的电压参考值置0，使分频输电系统运行于statcom模式。

15、进一步的，n1＝300；n2＝100。

16、进一步的，步骤4)中，第一次半压启动及第二次半压启动的操作过程均为：将分频输电系统低频侧的电压参考值由0切换至正常运行下电压参考值的

17、进一步的，步骤4)中，当分频输电系统低频侧三相电压的瞬时值满足第二条件时，经判断t1时间后，确定分频输电系统低频侧三相电压异常；

18、所述第二条件为：且且

19、其中，un为分频输电系统低频侧三相电压限值，k为分频输电系统低频侧电压故障判定系数。

20、进一步的，步骤4)中，对分频输电系统低频侧进行全压启动的过程为：

21、将分频输电系统低频侧的电压参考值由电压参考值的切换至正常运行下电压参考值。

22、本发明具有以下有益效果：

23、本发明所述的分频输电系统低频侧三相故障的识别与无闭锁控制的方法在具体操作时，根据分频输电系统低频侧三相电压的瞬时值判断是否发生三相对称故障，能够在2ms内向无闭锁保护控制发出故障信号；无闭锁保护能够在1ms内完成接收故障信号并启动保护动作，使m3c迅速切换至satacaom模式，避免其内部igbt过流而烧毁，即能够在3ms内识别故障并启动无闭锁保护控制，进行保护动作，确保系统安全稳定地实现故障清除与系统的快速恢复。另外，本发明中，当判断为瞬时性故障，则经一次或两次半压启动即可恢复正常运行状态；当判断为永久性故障，则切换至无闭锁保护控制模式，又减小了所需数据窗口，提高了保护计算和动作速度，满足速动性要求。

技术特征：

1.一种分频输电系统低频侧三相故障的识别与无闭锁控制的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的分频输电系统低频侧三相故障的识别与无闭锁控制的方法，其特征在于，步骤1)中，利用电压传感器采集低频侧三相电压的瞬时值ulx，其中，x＝a,b,c表示对应相电压或相电流。

3.根据权利要求2所述的分频输电系统低频侧三相故障的识别与无闭锁控制的方法，其特征在于，步骤2)中，当分频输电系统低频侧三相电压的瞬时值满足第一条件时，经判定t1时间后，确定分频输电系统低频侧发生三相对称故障；

4.根据权利要求3所述的分频输电系统低频侧三相故障的识别与无闭锁控制的方法，其特征在于，t1＝2ms。

5.根据权利要求3所述的分频输电系统低频侧三相故障的识别与无闭锁控制的方法，其特征在于，所述分频输电系统低频侧电压故障判定系数k为低频侧最末端发生三相故障时，低频出口处的电压与低频侧三相电压额定值的比值，再乘以0.5倍的故障系数。

6.根据权利要求2所述的分频输电系统低频侧三相故障的识别与无闭锁控制的方法，其特征在于，步骤3)中的无闭锁保护控制过程为：将分频输电系统低频侧的电压参考值置0，使分频输电系统运行于statcom模式。

7.根据权利要求2所述的分频输电系统低频侧三相故障的识别与无闭锁控制的方法，其特征在于，n1＝300；n2＝100。

8.根据权利要求2所述的分频输电系统低频侧三相故障的识别与无闭锁控制的方法，其特征在于，步骤4)中，第一次半压启动及第二次半压启动的操作过程均为：将分频输电系统低频侧的电压参考值由0切换至正常运行下电压参考值的

9.根据权利要求2所述的分频输电系统低频侧三相故障的识别与无闭锁控制的方法，其特征在于，步骤4)中，当分频输电系统低频侧三相电压的瞬时值满足第二条件时，经判断t1时间后，确定分频输电系统低频侧三相电压异常；

10.根据权利要求2所述的分频输电系统低频侧三相故障的识别与无闭锁控制的方法，其特征在于，步骤4)中，对分频输电系统低频侧进行全压启动的过程为：

技术总结
本发明公开了一种分频输电系统低频侧三相故障的识别与无闭锁控制的方法，包括以下步骤：根据所述分频输电系统低频侧三相电压的瞬时值判断分频输电系统低频侧是否发生三相对称故障，当分频输电系统低频侧发生三相对称故障时，则启动无闭锁保护控制；待无闭锁保护控制动作N1ms后，对分频输电系统低频侧进行第一次半压启动，同时，进行分频输电系统低频侧三相电压的故障检测，当分频输电系统低频侧三相电压正常时，则对分频输电系统低频侧进行全压启动，恢复正常运行状态，否则，则切换至无闭锁保护控制，该方法能够实现分频输电系统中分频输电系统低频侧三相故障的快速识别及无闭锁保护控制。

技术研发人员：孔志达,刘永欢,黄阳,宁联辉,丁伟,陶永政,张冠亚,王庆建,裴正阳
受保护的技术使用者：西安交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/11/26