本发明专利技术涉及一种柔性变电站系统直流线路保护方法及装置，其包括：1)基于直流故障情况下的故障回路推导出故障电流数学表达式，进而得到故障电流；2)根据直流线路故障情况下电器元件应力和保护需求，确定高速电流突变量保护整定原则，完成柔性变电站系统直流线路保护。本发明专利技术不受故障类型、线路长短等因素影响，提高了直流线路故障后保护动作的速动性，同时也提高了整个系统运行的可靠性。本发明专利技术可以广泛在直流配电网保护技术领域中应用。
【技术实现步骤摘要】
一种柔性变电站系统直流线路保护方法及装置
本专利技术涉及一种直流配电网保护
，特别是关于一种柔性变电站系统直流线路保护方法及装置。
技术介绍
随着分布式发电装置和电力电子技术的快速发展，智能电网未来的发展方向主要集中在配电网。尤其是直流配电网，以有效接纳分布式电源、高效稳定电压变换及控制、系统优化配置、电能质量高、供电可靠性强、经济性好等特点受到了国内外工程的广泛关注。为了实现直流配电网得到广泛、高效的应用，其直流配电系统故障特性与保护配置是实现直流配电网安全运行的核心关键技术。目前，对直流配电网中控制保护的研究正处于理论研究和探索阶段，而柔性变电站系统作为直流配电网拓扑中的特例，其保护研究正处于空白阶段。相比于交流配电网而言，柔性变电站系统的故障特征与交流系统存在本质差异，其故障类型、故障发展过程、故障电压电流特性、故障后果均不相同，导致已有的交流系统保护方法难以直接应用于柔性变电站系统中。其中，给柔性变电站系统保护实现带来最大难题的主要原因是:全控型电力电子变流器的耐受过流能力相对较弱，元件本体保护要在2～5ms快速动作以防止设备损坏，其速度远大于常规系统保护动作速度，因此，给柔性变电站系统故障后的保护速动性带来了更高标准的要求。而目前关于柔性变电站系统的研究主要集中于系统拓扑、系统控制设计等方面。而柔性变电站系统保护配置研究作为系统安全可靠运行的基础，仅局限于简单的定性仿真，研究较少。现有文献提出的保护原理大多需要在直流线路上增加电气元件，同时需要两端电气量分别计算线路电流并由此构造动作判据，导致保护计算量大，整定复杂，不具有快速性，工程实用性较差。因此，有必要研究柔性变电站系统直流故障电流特征，提出更适合柔性变电站系统直流线路保护方法。
技术实现思路
针对计算量大、不具有快速性等问题，本专利技术的目的是提供一种柔性变电站系统直流线路保护方法及装置，该方法不受故障类型、线路长短等因素影响，可以快速识别故障并有效动作。为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案：一种柔性变电站系统直流线路保护方法，其特征在于包括以下步骤：1)基于直流故障情况下的故障回路推导出故障电流数学表达式，进而得到故障电流；2)根据故障电流确定高速电流突变量保护整定原则，完成柔性变电站系统直流线路保护。进一步，所述步骤1)中，所述故障电流数学表达式为：式中，故障瞬间直流电压Udc是桥臂投入子模块的电容电压之和；uc(t)为故障后电容电压；I0为电感电流初值；为放电电流衰减的时间常数，其中电抗器的直流阻抗、电容器的串联阻抗以及放电回路金属构件的接触电阻统一用RStray表示，L表示电感；为振荡放电电流的角频率；C0为子模块电容初值；n为子模块个数。进一步，所述故障电流数学表达式的求解过程包括以下步骤：1.1)直流线路发生故障后，电力电子换流器尚未闭锁，串并联在故障回路中的子模块电容经过桥臂电感和直流线路向故障点放电，所构成的故障回路简化等效成二阶电路，得到简化等效电路的等效参数；1.2)根据等效电路的等效参数求解出故障后电容电压uc(t)为：式中，为放电电路固有角频率；为由初始电流引起的放电电流的初相角；由于远小于则认为ω＝ω0；1.3)根据故障后电容电压uc(t)以及子模块电容初值C0得到故障电流数学表达式。进一步，所述高速电流突变量保护整定原则确定方法包括以下步骤：2.1)将故障电流数学表达式进行微分得到故障电流变化率；2.2)根据故障电流变化率di/dt确定高速电流突变量保护判据，根据高速电流突变量保护判据确定保护整定原则。进一步，所述故障电流变化率为：进一步，所述高速电流突变量保护判据为：式中，E表示电流上升率起始门限，简称为起始门限；F表示电流上升率复位门限；Δt表示延时时间；Δtset表示延时时间整定值。进一步，所述电流上升率复位门限F为：式中，IN表示直流线路额定电流,ΔT表示正常情况下直流系统功率调整时间。进一步，所述电流上升率起始门限E设定为故障情况下初始电流增长率的0.5倍。进一步，所述保护整定原则如下：当di/dt＞F、di/dt＞E和Δt＝Δtset同时满足时，保护装置启动；保护启动后，若在延时时间内，故障电流变化率持续大于复位门限，则保护动作出口；若故障电流变化率小于复位门限，则保护装置复位。一种柔性变电站系统直流线路保护装置，其特征在于包括：故障电流确定模块和电流保护整定模块；所述故障电流确定模块是基于预先推导出的故障电流数学表达式对柔性变电站系统直流线路故障电流特征进行分析，得到故障电流；所述电流保护整定模块根据故障电流确定高速电流突变量保护整定原则，完成柔性变电站系统直流线路保护。本专利技术由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本专利技术根据柔性变电站系统中直流线路故障瞬间电流变化的物理本质推导出故障电流数学表达式，并根据该故障电流数学表达式确定高速电流突变量保护整定原则，直流线路故障时能够更好地保证系统与阀级保护间的配合；当直流线路上发生故障时，电流突变量保护能够可靠启动，并快速动作，克服了现有含电力电子换流器系统的直流线路故障后传统保护不能快速动作的问题。2、本专利技术采用的高速电流突变量保护整定原则不受故障类型、线路长短等因素影响提高了直流线路故障后保护动作的速动性，同时也提高了整个系统运行的可靠性。综上所述，本专利技术可以广泛在直流配电网保护
中应用。附图说明图1是本专利技术的整体流程示意图；图2是本专利技术的故障状态简化等效回路示意图；图3是本专利技术的柔性变电站系统拓扑结构示意图；图4是本专利技术的直流线路极间故障情况下的故障分量电流示意图；图5是本专利技术的故障分量电流的上升率示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术进行详细的描述。如图1所示，本专利技术提供一种柔性变电站系统直流线路保护方法，其包括以下步骤：1)基于直流故障情况下的故障回路推导出故障电流数学表达式，进而得到故障电流；其中，预先推导出的故障电流数学表达式是针对含电力电子换流器的柔性变电站系统，根据柔性变电站系统中直流线路故障瞬间电流变化的物理本质推导得到。2)根据故障电流确定高速电流突变量保护整定原则，完成柔性变电站系统直流线路保护。上述步骤1)中，故障电流数学表达式的求解过程包括以下步骤：1.1)直流线路发生故障后，电力电子换流器尚未闭锁，串并联在故障回路中的子模块电容经过桥臂电感和直流线路向故障点放电，所构成的故障回路简化等效成二阶电路，并结合现有电力电子换流器的控制策略，得到简化等效电路的等效参数；当直流线路发生双极短路故障时，电力电子换流器中串联电容首先通过直流线路向故障点快速放电，导致模块电容电压下降，直流电流上升，换流器会在故障后2-5ms后闭锁。换流器闭锁前，故障电流主要由子模块电容放电电流组成，故障瞬间子模块依然正常运行，桥臂子模块电容依次交替放电，根据叠加原理，故障状态可以等效为正常运行状态和故障附加状态的叠加，进而得到故障附加状态简化等效回路；由于换流器闭锁前故障电流包含子模块电容放电电流和交流系统馈入电流，其中故障电流主要由子模块电容放电电流组成，即忽略交流馈入电流。故障瞬间子模块依然正常运行，桥臂子模块电容依次交替放电，在忽略换流器控制策略和故障前负荷电流影响的前提下，根据叠加原理，故障状态可以等效为正常运行状态本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种柔性变电站系统直流线路保护方法，其特征在于包括以下步骤：1)基于直流故障情况下的故障回路推导出故障电流数学表达式，进而得到故障电流；2)根据故障电流确定高速电流突变量保护整定原则，完成柔性变电站系统直流线路保护。
【技术特征摘要】
1.一种柔性变电站系统直流线路保护方法，其特征在于包括以下步骤：1)基于直流故障情况下的故障回路推导出故障电流数学表达式，进而得到故障电流；2)根据故障电流确定高速电流突变量保护整定原则，完成柔性变电站系统直流线路保护。2.如权利要求1所述的一种柔性变电站系统直流线路保护方法，其特征在于：所述步骤1)中，所述故障电流数学表达式为：式中，故障瞬间直流电压Udc是桥臂投入子模块的电容电压之和；uc(t)为故障后电容电压；I0为电感电流初值；为放电电流衰减的时间常数，其中电抗器的直流阻抗、电容器的串联阻抗以及放电回路金属构件的接触电阻统一用RStray表示，L表示电感；为振荡放电电流的角频率；C0为子模块电容初值；n为子模块个数。3.如权利要求2所述的一种柔性变电站系统直流线路保护方法，其特征在于：所述故障电流数学表达式的求解过程包括以下步骤：1.1)直流线路发生故障后，电力电子换流器尚未闭锁，串并联在故障回路中的子模块电容经过桥臂电感和直流线路向故障点放电，所构成的故障回路简化等效成二阶电路，得到简化等效电路的等效参数；1.2)根据等效电路的等效参数求解出故障后电容电压uc(t)为：式中，为放电电路固有角频率；为由初始电流引起的放电电流的初相角；由于远小于则认为ω＝ω0；1.3)根据故障后电容电压uc(t)以及子模块电容初值C0得到故障电流数学表达式。4.如权利要求1所述的一种柔性变电站系统直流线路保护方法，其特征在于：所述高速电流突变量保护整定原则确定...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘颖，贾科，张祥龙，李晨曦，肖智宏，陈炜，
申请(专利权)人：国家电网公司，国网北京经济技术研究院，华北电力大学，国网山西省电力公司太原供电公司，
类型：发明
国别省市：北京,11
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。