一种直流电网线路故障保护方法技术

本发明专利技术涉及一种直流电网线路故障保护方法，包括：实时监测各测量点行波信号，若达到保护的设定阈值，则跳开对应的直流断路器，最终跳开所有断路器实现3个直流子系统的分离，并切换各子系统换流站的控制模式。根据测量点获取的行波以及各子系统通过故障定位逻辑，判断是子系统区内还是区外故障。若故障定位逻辑判断为子系统外部故障，则按照故障定位逻辑确定故障所在线路；否则判别为子系统内部故障。根据调度系统指令，改变各换流站的控制模式以及功率控制指令。本发明专利技术的技术方案有效缩短了故障定位所需时间，同时尽可能降低了直流电网大范围闭锁带来的功率转移及其对交直流系统稳定性的影响。所提出的方法不会随直流电网结构的复杂化无法适用。

【技术实现步骤摘要】
一种直流电网线路故障保护方法
本专利技术涉及一种电力系统直流电网技术的故障保护方法，具体涉及一种直流电网线路故障保护方法。
技术介绍
直流电网是由大量直流端以直流形式互联组成的能量传输系统，国际大电网会议(CIGRE)组织对于直流电网的定义是：由多个网状和辐射状联接的变换器组成的直流网络，是实施新的能源战略和优化能源资源配置的重要平台，其涵盖了输电、变电、配电等环节，利用先进的直流输电技术，可实现大规模可再生能源发电的接入技术及大容量长距离输送，提高能源利用效率，确保安全、可靠、优质的电力供应。直流电网不存在交流电网固有的同步稳定问题，传输距离基本不受限制，能够实现大范围的潮流调节和控制，对可再生能源发电具有显著支撑作用，并具有网络损耗小、对通信干扰小等众多优点。随着电压源型换流器、直流断路器、直流变换器、直流电缆等技术的发展日益成熟，直流电网技术的发展成为可能，并且在大规模分布式可再生能源接入、海洋群岛供电、海上风电场群集中送出、新型城市电网构建等方面，被认为是最有效的技术方案，已成为未来智能电网发展的重要方向。直流电网也需要构建完备的保护系统以满足其长期稳定运行的要求。一般而言，直流电网需要在5ms内实现故障快速定位、隔离及保护动作，以防止系统崩溃。然而，相比于交流系统，直流系统阻尼要小很多，故障发展过程更快，对保护速动性、选择性等要求更高；另一方面，相比于两端直流输电系统，直流电网线路的增加以及网架结构的复杂化使得对线路故障保护需求及要求越来越高，现有的两端直流保护技术已不再适用。具体而言，首先，由于系统阻尼低，需要在毫秒级以内实现故障的快速定位；同时，在某些故障下，相邻线路故障应力差别不大，故障定位难度进一步增大。其次，为了保证换流阀设备的安全，需要在数个毫秒内实现较大故障电流的快速抑制甚至，然而若采用模块化多电平换流器，在直流双极短路故障下其故障电流上升率可达5kA/ms。再次，线路网络化导致各支路故障应力不均衡，造成直流断路器配置难度增大。最后，直流电网保护包含换流站、直流线路、母线等多种设备保护，各类设备主保护与后备保护设计需要重新设计；此外，各类设备保护时序等要求不尽相同，保护配合难度较大。考虑到换流站内等设备的保护研究相对比较成熟，直流电网现有研究大多集中在直流线路故障定位、与换流站的保护配合等方面。而对于直流电网线路故障定位等方面的研究大多借鉴多端直流输电系统已有的研究成果。宋国兵、蔡新雷等人的“多端直流输电系统多分支直流线路时域故障定位方法”(申请号：201110350573.3)，提出了一种多端直流输电系统支路线路的时域故障定位方法。该方法基于分布参数模型，通过计算对比线路端点电压确定故障支路，再通过所有健全支路电压和电流与故障支路另一电气量实现故障定位。但是，需要指出的是该方法需要将各支路测点电气量汇集至故障定位保护装置计算并确定故障点位置，本质上仍然属于双端故障定位方法，因此存在一定的通信时间，不以利于实现故障点的快速定位。林畅、贺之渊等人的“一种模块化多电平多端柔性直流系统直流故障处理方法”(申请号：201210537259.0)，提出了一种适用于多端柔性直流系统直流双极、单极故障的检测及处理方法。该方法通过实时检测直流线路两端的电信息，通过对比两端之间的电流差别以及正负极线电压的差别来确定故障线路及故障类别，再通过与换流器的闭锁配合实现系统的重建。由此可见，该方法仍然需要实时检测、对比线路两端的电气量，不利于直流电网的快速恢复。施世鸿、贾红舟等人的“一种多端直流线路保护的故障分支的判别方法及装置”(申请号：201410016024.6)，提出了一种常规多端直流线路故障的保护方法及装置。其故障定位方法通过构建行波特征函数，来判断故障发生线路。然而，该方法是以格条支路波阻抗相同为前提条件，忽略了波速对行波检测的影响；此外，该方法仍然需要对比各换流站行波达到时间，仍然存在仲裁单元以及较长的通讯延时；最后，随着直流系统线路结构的复杂化，该方法的适用性尚需进一步验证。现有直流电网线路故障保护方法的不足之处可归纳为两点：其一，存在较长的通讯延时，不利于快速故障定位的实现；其二，实现方式上无法适用于大规模直流电网的保护应用需求。
技术实现思路
为解决上述现有技术中的不足，本专利技术的目的是提供一种直流电网线路故障保护方法，采用子系统分区保护结构与无通信延时的行波方法有效缩短了故障定位所需时间，同时尽可能降低了直流电网大范围闭锁带来的功率转移及其对交直流系统稳定性的影响。所提出的方法不会随直流电网结构的复杂化而无法适用。本专利技术的目的是采用下述技术方案实现的：本专利技术提供一种直流电网线路故障保护方法，所述直流电网包括换流站#1、#2、#3、#4和#5，及其对应的直流母线B1、B2、B3、B4和B5，直流输电线路L12、L15、L25、L45和L23，直流断路器DB12、DB21、DB15、DB51、DB25和DB52，以及电气信号测量装置；所述直流输电线路L12分别与直流母线B1和B2连接；所述直流输电线路L15分别与直流母线B1和B5连接；所述直流输电线路L25分别与直流母线B2和B5连接；所述直流输电线路L45分别与直流母线B4和B5连接；所述直流输电线路L23分别与直流母线B2和B3连接；所述直流电网被划分为3个直流子系统，分别为子系统1：包括换流站#1，直流断路器DB12和DB15以及对应的电气信号测量装置；子系统2：包括换流站#2和#3，直流断路器DB21和DB25以及对应的电气信号测量装置；子系统3：包括换流站#3、#4，直流断路器DB51和DB52以及对应的电气信号测量装置；电气信号测量装置用于测量行波信号；所述保护方法包括下述步骤：(1)实时监测测量点的行波信号，若达到行波信号保护的设定阈值，则跳开对应的直流断路器，最终跳开所有直流断路器实现3个直流子系统的分离，并切换子系统换流站的控制模式；设定阈值由故障期间各线路行波进行综合确定；(2)根据测量点获取的行波信号以及子系统通过故障定位逻辑，判断故障是子系统区内故障还是区外故障；故障定位逻辑即故障定位算法，包括采用行波故障定位算法，即通过行波波头大小及极性确定故障所在线路；(3)若故障定位逻辑判断为子系统为区外故障，则进一步按照故障定位逻辑确定故障所在线路；否则判别为子系统区内故障；(4)若故障为子系统区外故障，且定位于故障线路L12，则在设定时间后重新闭合非故障线路直流断路器DB15、DB51、DB25和DB52；若故障为子系统区内故障，且定位于故障线路L23，则在设定时间后重合非故障子系统对应的直流断路器DB15、DB51、DB12和DB52；(5)根据调度系统指令，改变换流站的控制模式以及功率控制指令。进一步地，所述步骤(1)中，所述行波信号包括电压和电流行波信号，分别为电压行波信号S1、S2和S5以及电流行波信号S12、S21、S15、S51、S25、S52、S54和S23，采用小波变换分析方法来提取行波的特征分量；通过正反向行波分离，并对反向行波进行三次样条小波变换分解提取特征分量；所述行波信号保护的设定阈值，需要综合考虑不同故障类型及故障位置的影响，并满足步骤(1)各故障下子系统可靠分离的要求；本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种直流电网线路故障保护方法，所述直流电网包括换流站#1、#2、#3、#4和#5，及其对应的直流母线B1、B2、B3、B4和B5，直流输电线路L

【技术特征摘要】
1.一种直流电网线路故障保护方法，所述直流电网包括换流站#1、#2、#3、#4和#5，及其对应的直流母线B1、B2、B3、B4和B5，直流输电线路L12、L15、L25、L45和L23，直流断路器DB12、DB21、DB15、DB51、DB25和DB52，以及电气信号测量装置；所述直流输电线路L12分别与直流母线B1和B2连接；所述直流输电线路L15分别与直流母线B1和B5连接；所述直流输电线路L25分别与直流母线B2和B5连接；所述直流输电线路L45分别与直流母线B4和B5连接；所述直流输电线路L23分别与直流母线B2和B3连接；所述直流电网被划分为3个直流子系统，分别为子系统1：包括换流站#1，直流断路器DB12和DB15以及对应的电气信号测量装置；子系统2：包括换流站#2和#3，直流断路器DB21和DB25以及对应的电气信号测量装置；子系统3：包括换流站#3、#4，直流断路器DB51和DB52以及对应的电气信号测量装置；电气信号测量装置用于测量行波信号；所述保护方法包括下述步骤：(1)实时监测测量点的行波信号，若达到行波信号保护的设定阈值，则跳开对应的直流断路器，最终跳开所有直流断路器实现3个直流子系统的分离，并切换子系统换流站的控制模式；设定阈值由故障期间各线路行波进行综合确定；(2)根据测量点获取的行波信号以及子系统通过故障定位逻辑，判断故障是子系统区内故障还是区外故障；故障定位逻辑即故障定位算法，包括采用行波故障定位算法，即通过行波波头大小及极性确定故障所在线路；(3)若故障定位逻辑判断为子系统为区外故障，则进一步按照故障定位逻辑确定故障所在线路；否则判别为子系统区内故障；(4)若故障为子系统区外故障，且定位于故障线路L12，则在设定时间后重新闭合非故障线路直流断路器DB15、DB51、DB25和DB52；若故障为子系统区内故障，且定位于故障线路L23，则在设定时间后重合非故障子系统对应的直流断路器DB15、DB51、DB12和DB52；(5)根据调度系统指令，改变换流站的控制模式以及功率控制指令。2.如权利要求1所述的直流电网线路故障保护方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述行波信号包括电压和电流行波信号，分别为电压行波信号S1、S2和S5以及电流行波信号S12、S21、S15、S51、S25、S52、S54和S23，采用小波变换分析方法来提取行波的特征分量...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺之渊，孔明，吴亚楠，杨杰，庞辉，阎发友，
申请(专利权)人：国网智能电网研究院，国网辽宁省电力有限公司，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：北京,11