一种用于直流配电网线路的加速保护方法技术

本发明专利技术公开了一种用于直流配电网线路的加速保护方法，属于直流配电网继电保护技术领域。该方法首先充分考虑了直流线路故障电流特性后，利用正、负极电流瞬时值和最大负荷电流比较，判断是否发生故障，再利用不同故障类型下的线路电流特性差异判断故障类型，最后利用电容电流的二次斜率作为判定故障区段的判据，如果经过判断后确定故障发生本级线路内，此时要向断路器发送加速跳闸命令，从而实现故障线路的快速切除。经过大量的实验，验证了保护判据的可行性，该保护方法适合直流配电网线路保护使用，有助于完善直流配电工程线路保护。

【技术实现步骤摘要】
一种用于直流配电网线路的加速保护方法
本专利技术属于直流配电网继电保护方法
，涉及一种用于直流配电网线路的加速方法。
技术介绍
随着交流配电系统的问题日益突出、电力电子技术的应用成熟、能源互联的发展趋势，直流配电得以新的发展机遇。为确保直流配电系统安全稳定运行，继电保护成为直流配电技术的研究热点和主要难点。电力电子化直流配电系统具有低惯量的特点，使得故障电流具有幅值大、上升率高的特征。为降低对换流器的影响，人们开展了基于电力电子变换器拓扑结构和控制技术的主动保护，最大限度地保证系统的正常运行。有学者研究了基于R-L模型的直流配电线路保护方案，可以保证20ms内切除故障。还有专家利用断路器结合通讯设计了多端中压直流配电系统的故障定位与保护，在RT-LAB平台测试方案可在85ms内切除故障，避免换流器的损坏。由于直流系统中的电力电子器件的脆弱性，当系统识别故障发生后，若能利用某种故障特征加速故障的切除，则能够最大限度的保证电力电子设备的安全。基于此，本文将研究了一种故障加速切除的保护方案。
技术实现思路
本专利技术提供了一种使用于直流配电网线路的加速保护方法，可以在满足可靠性的同时提升保护的快速性，从而尽可能保护线路上的电力系统设备。本专利技术所采用的技术方案是，一种用于直流配电网线路的加速保护方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、实时采集与每一级直流输电线路正、负极相连的保护装置处的电流瞬时值ipi，ini；步骤2、将采集的电流瞬时值ipi，ini和对应的每一级线路末端最大负荷电流imaxi进行比较，当ipi或ini＞K*imaxi，则判断配电系统线路上发生故障；K为可靠系数，K选取1.2～1.3，imaxi是线路的最大负荷电流；步骤3、启动保护流程，根据不同故障线路下ipi、ini电流特性差异，判断故障类型；步骤4、根据电容的放电电流二次斜率，判断出故障发生的线路位置；步骤5、根据步骤4判定的故障发生的线路位置，如果故障发生在本级线路内，此时启动断路器加速动作，发送在非本级线路，断路器正常延时动作。本方案的特点还在于：进一步地，步骤1中保护装置位于每一级直流输电线路中，每一级电路上设置有两个断路器，每一级线路的保护装置分别配置在各级线路两侧断路器中延时较长的断路器侧。进一步地，步骤3判断故障类型的具体方式为，当ipi+ini＝0，故障类型为极间故障；当|ipi|＞|ini|，故障类型为正极单极接地故障；当|ini|＞|ipi|，故障类型为负极单极接地故障。进一步地，步骤4采用的是直流侧电容电流的二阶导数用于准确判断故障的位置，相比一阶导数而言，二阶导数的可靠性更高，取为本级线路末端发生故障时直流电容放电电流的二阶导数，初始值的通用表达，其中，K1＝udc(t0)、当发生极间故障时，R＝2xr0+Rf，L＝2xl0，C＝C0/2；当发生接地故障时，R＝xr0+Rf，L＝xl0，C＝C0；其中x代表是换流器到故障点的距离，r0代表是直流线路的单位电阻值，l0代表是直流线路的单位电感值，C0代表是直流线路的单位电容值，Rf代表是故障发生后过渡电阻值，i(t0)代表故障发生时刻的电流，i(t)代表是t时刻电流，uc(t)代表t时刻直流电压。|(d2if/dt2)acc1|作为第一级线路末端的断路器BF1的加速动作的加速判据的整定值；|(d2if/dt2)acc2|作为第二级线路末端的断路器BF2加速动作的加速判据的整定值；设定K’rel为可靠系数，一般选择1.2～1.3，各级线路的加速判据整定阈值方程如式(1)所示，对应断路器能够加速动作的动作条件如式(2)所示：|(d2if/dt2)acc1|＝|Kr′el×(d2if/dt2)1|(1)|d2if/dt2|＞|(d2if/dt2)acc1|(2)(d2if/dt2)1代表的是第一级线路的末端发生故障的时候直流电容放电的二级导数电流值；在线路发生故障之后，系统的所有断路器都开始计数，断路器通过过电流采集模块检测的电流，如果电流方向为正，则此时相应的断路器会开放接触加速动作指令的端口，同时各级保护装置开始计算各级d2if/dt2，根据采集到的各级二级导数电流值d2if/dt2与线路各级的整定值进行判断，若d2if/dt2＞(d2if/dt2)acc1则说明故障发生在本级线路内，反之，则说明故障发生在下一级线路内。本专利技术的有益效果是，通过电容电流的二阶导数可以有效的区分故障区段，并以此作为故障线路两端断路器加速保护的保护依据，从而使得线路在发生故障后可以快速断开，保证系统安全稳定运行，有助于完善直流配电工程线路保护。附图说明图1是本专利技术一种用于直流配电网线路加速保护方法的双端供电型直流配电线路保护示意图；图2是本专利技术一种用于直流配电网线路加速保护方法的直流线路保护方案流程图；图3是本专利技术一种用于直流配电网线路加速保护方法的两端供电型直流配电系统拓扑结构模型；图4是本专利技术一种用于直流配电网线路加速保护方法的极间故障时电容电流二阶导数的变化示意图；图5是本专利技术一种用于直流配电网线路加速保护方法的各级直流线路极间故障时电流波形图；图6是本专利技术一种用于直流配电网线路加速保护方法的极间故障仿真动作结果，其中，图6(a)是直流线路故障类型判断结果，图6(b)保护加速动作信号；图7是本专利技术一种用于直流配电网线路加速保护方法的单极故障时电容电流二阶导数的变化示意图；图8是本专利技术一种用于直流配电网线路加速保护方法的各级直流线路单极接地故障时电流波形图；图9是本专利技术一种用于直流配电网线路加速保护方法的单极接地故障仿真动作结果，其中，图9(a)是直流线路故障类型判断结果，图9(b)是保护加速动作信号。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明，但本专利技术并不限于这些方式。一种用于直流配电网线路的加速保护方法，如图2所示，包括以下步骤：步骤1、实时采集与每一级直流输电线路正、负极相连的保护装置处的电流瞬时值ipi，ini；步骤2、将采集的电流瞬时值ipi，ini和对应的每一级线路末端最大负荷电流imaxi进行比较，当ipi或ini＞K*imaxi，则判断配电系统线路上发生故障；K为可靠系数，K选取1.2～1.3，imaxi是线路的最大负荷电流；步骤3、启动保护流程，根据不同故障线路下ipi、ini电流特性差异，判断故障类型，判断故障类型的具体方式为，当ipi+ini＝0，故障类型为极间故障；当|ipi|＞|ini|，故障类型为正极单极接地故障；当|ini|＞|ipi|，故障类型为负极单极接地故障；步骤4、根据电容的放电电流二次斜率，判断出故障发生的线路位置；取为本级线路末端发生故障时直流电容放电电流的二阶导数，初始值的通用表达，其中，K1＝udc(t0)、当发生极间故障时，R＝2xr0+Rf，L＝2xl0，C＝C0/2；当发生接地故障时，R＝xr0+Rf，L＝xl0，C＝C0；其中x代表是换流器到故障点的距离，r0代表是直流线路的单位电阻值，l0代表是直流线路的单位电感值，C0代表是直流线路的单位电容值，Rf代表是故障发生后过渡电阻值，i(t0)代表故障发生时刻的电流，i(t)代表是t时刻电流，uc(t)代表t时刻直流电压。|(d2if/dt2)acc1|作为第一级本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于直流配电网线路的加速保护方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、实时采集与每一级直流输电线路正、负极相连的保护装置处的电流瞬时值ipi，ini；步骤2、将采集的电流瞬时值ipi，ini和对应的每一级线路末端最大负荷电流imaxi进行比较，当ipi或ini＞K*imaxi，则判断配电系统线路上发生故障；K为可靠系数，K选取1.2～1.3，imaxi是线路的最大负荷电流；步骤3、启动保护流程，根据不同故障线路下ipi、ini电流特性差异，判断故障类型；步骤4、根据电容的放电电流二次斜率，判断出故障发生的线路位置；步骤5、根据步骤4判定的故障发生的线路位置，如果故障发生在本级线路内，此时启动断路器加速动作，发送在非本级线路，断路器正常延时动作。

【技术特征摘要】
1.一种用于直流配电网线路的加速保护方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、实时采集与每一级直流输电线路正、负极相连的保护装置处的电流瞬时值ipi，ini；步骤2、将采集的电流瞬时值ipi，ini和对应的每一级线路末端最大负荷电流imaxi进行比较，当ipi或ini＞K*imaxi，则判断配电系统线路上发生故障；K为可靠系数，K选取1.2～1.3，imaxi是线路的最大负荷电流；步骤3、启动保护流程，根据不同故障线路下ipi、ini电流特性差异，判断故障类型；步骤4、根据电容的放电电流二次斜率，判断出故障发生的线路位置；步骤5、根据步骤4判定的故障发生的线路位置，如果故障发生在本级线路内，此时启动断路器加速动作，发送在非本级线路，断路器正常延时动作。2.根据权利要求1所述的一种用于直流配电网线路的加速保护方法，其特征在于，步骤1中所述保护装置位于每一级直流输电线路中，每一级电路上设置有两个断路器，每一级线路的保护装置分别配置在各级线路两侧断路器中延时较长的断路器侧。3.根据权利要求1所述的一种用于直流配电网线路的加速保护方法，其特征在于，步骤3所述判断故障类型的具体方式为：，当ipi+ini＝0，故障类型为极间故障；当|ipi|＞|ini|，故障类型为正极单极接地故障；当|ini|＞|ipi|，故障类型为负极单极接地故障。4.根据权利要求1所述的一种用于直流配电网线路的加速保护方法，其特征在于，所述步骤4采用的是直流侧电容电流的二阶导数用于准确判断故障的位置，取为本级线路末端发生故障时直流电容放电电流的二阶导数，初始值的通用表...

【专利技术属性】
技术研发人员：段建东，李再男，魏朝阳，汪鑫鑫，杨青，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61