基于限流电抗器电压差异性的架空柔直电网故障检测方法技术

本发明专利技术公开了一种基于限流电抗器电压差异性的架空柔直电网故障检测方法，包括：对于电网中的每一条直流线路，持续监测其直流电压变化率，并在直流电压变化率大于预设的第一阈值时转入步骤(4)；(2)在直流线路的一端，分别获得目标时间段内正、负极限流电抗器的电压时间积并求比值，以进行故障选极；(3)获得正、负极限流电抗器的电压时间积之和，并获得故障类型对应的第二阈值，若电压时间积之和大于第二阈值，则判定所发生的故障为区内故障；否则，判定为区外故障或者未发生故障；(4)在直流线路的两端，分别执行步骤(2)～(3)，以实现故障检测。本发明专利技术耐受过渡电阻能力强、抗干扰能力强，并能够识别各种故障类型。

【技术实现步骤摘要】
基于限流电抗器电压差异性的架空柔直电网故障检测方法
本专利技术属于柔性直流电网领域，更具体地，涉及一种基于限流电抗器电压差异性的架空柔直电网故障检测方法。
技术介绍
基于模块化多电平换流器(ModularMultilevelConverter，MMC)的直流输电技术凭借其模块化结构、谐波含量低、自启动、功率解耦控制、开关损耗低等特点，在新能源发电、异步互联、城市电网增容、向无源系统供电、连接弱交流电网等方面有着广阔的应用场景。为进一步提高运行灵活性和供电可靠性，基于MMC的多端柔性直流电网成为未来智能电网的发展趋势之一。考虑到输电距离、电压等级以成本问题，架空线输电是大规模功率传输的主要方式之一。架空线路工作环境恶劣，故障发生概率很高，需要在架空线两侧安装高压直流断路器(highvoltageDCcircuitbreaker，DCCB)进行故障线路隔离。由于直流电网是低惯性网络，直流侧一旦发生短路故障，各换流站立即向故障点馈入短路电流，这使得故障电流上升速度快、幅值大，给检测方法的速动性与选择性提出了较高的要求。以张北工程为例，故障清除时间要求在6ms以内，而混合式高压直流断路器的动作时间为3ms左右，这意味着保护出口时间要小于3ms。行波保护方法作为超高速保护方法，在常规的故障检测和直流保护应用上有着良好的工程经验，但大多数行波保护方法存在着对高阻故障不灵敏性、近距离故障无法识别、波头检测困难等问题。基于小波变换等时频分析工具的保护方法，利用小波电流或小波电压的特性完成故障识别和故障选极，对过渡电阻灵敏性高，能够识别高阻故障，但这类保护方法在检测行波的过程中，存在这着采样频率高、易受噪声干扰等问题。基于限流电抗器的保护方法根据限流电抗器的相关特性完成故障检测，可靠性较强。文献“柔性高压直流环网直流侧故障保护策略研究”利用电抗器电压和直流电压变化量来实现线路故障与母线故障的识别。文献“DCFaultDetectionandLocationinMeshedMulti-terminalHVDCSystemsBasedonDCReactorVoltageChangeRate”提出了基于限流电抗器电压变化率的保护方案，由于电抗器电压变化率是电流的二次导数，因此该保护方法耐受过渡电阻能力强。上述两篇文献所提保护方案均不能识别单极接地故障。为提高对故障类型的适用性，文章“基于直流电抗器电压的多端柔性直流电网边界保护方案”提出了基于限流电抗器电压幅值的保护方案，该方案具备故障选极功能，然而该主保护方案耐受过渡电阻有限，全线所能识别的最大电阻不超过50Ω。总体而言，现有的架空柔直电网故障检测方法无法同时耐受过渡电阻、抗干扰并识别单极故障。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷和改进需求，本专利技术提供了一种基于限流电抗器电压差异性的架空柔直电网故障检测方法，旨在解决现有的柔直电网故障检测方法不能同时耐受过渡电阻、抗干扰并识别单极故障的问题。为实现上述目的，本专利技术提供了一种基于限流电抗器电压差异性的架空柔直电网故障检测方法，包括：(1)对于电网中的每一条直流线路，持续监测其直流电压变化率，并在直流电压变化率大于预设的第一阈值时转入步骤(4)，以启动对直流线路的故障检测；(2)在直流线路的一端，分别获得目标时间段内正极限流电抗器Lp和负极限流电抗器Ln的电压时间积和并根据电压时间积和的比值k进行故障选极，以判定故障类型；安装于同一直流线路同一端的正、负极限流电抗器的电压uLp和uLn存在差异性，在双极短路故障下，|uLp|和|uLn|值接近；在正极接地故障下，|uLp|>|uLn|；在负极接地故障下，|uLn|>|uLp|；本专利技术基于正、负极限流电抗器电压的差异性构造故障选极判据，能够准确的识别各种故障类型，包括正极接地故障、负极接地故障和双极短路故障；(3)将电压时间积和相加以得到电压时间积并根据故障类型获得对应的第二阈值，若电压时间积大于第二阈值，则判定所发生的故障为区内故障；否则，判定所发生的故障为区外故障或者未发生故障；对于任意一种故障类型，区内故障与区外故障下，限流电抗器的电压存在差异性，区内故障下的正、负极限流电抗器的电压之和大于区外故障下的正、负极限流电抗器的电压之和，并且对于较大范围(0～200Ω)内的过渡电阻，这一差异性都满足；本专利技术基于区内、外故障下电抗器电压的差异性构造判据，能够准确识别区内故障和区外故障，并且具有耐过渡电阻的能力；(4)在直流线路的两端，分别执行步骤(2)～(3)，以实现对直流线路的故障检测；其中，电压时间积为目标时间段内电压对时间的积分结果，目标时间段以故障启动时间为起点，故障类型为正极接地故障、负极接地故障或双极短路故障。本专利技术所提供的基于限流电抗器电压差异性的架空柔直电网故障检测方法，利用限流电抗器的电压时间积构造故障选极判据和用于识别区内、外故障的判据，由于在通过积分获得限流电抗器的电压时间积的过程中消除了噪声干扰，因此，本专利技术在基于限流电抗器的电压差异性实现故障检测的同时，具有较强的抗干扰能力。进一步地，本专利技术所提供的基于限流电抗器电压差异性的架空柔直电网故障检测方法，还包括：若所发生的故障为区内故障，则通过安装于直流线路两端的断路器断开直流线路，从而实现对直流线路的保障；否则，安装于直流线路两端的断路器不动作，从而避免影响电网的正常运行。进一步地，目标时间段的长度为0.5ms～1.5ms，以消除噪声干扰并满足速动性要求。进一步地，步骤(2)包括：在直流线路的一端，在目标时间段内将正极限流电抗器Lp的电压uLp对时间积分，以得到正极限流电抗器Lp的电压时间积为：在目标时间段内将负极限流电抗器Ln的电压uLn对时间积分，以得到负极限流电抗器Ln的电压时间积为：获得电压时间积和的比值为：若k＞λ，则判定直流线路上发生的故障为正极接地故障；若k＜1/λ，则判定直流线路上发生的故障为负极接地故障；若1/λ＜k＜λ，则判定直流线路上发生的故障为双极短路故障；其中，t0为故障检测启动时间，Δt为目标时间段的长度，λ为比值系数，λ＞1。更进一步地，比值系数λ的获取方法为：在根据电网的系统参数和直流线路的线路参数建立的电网模型中，在直流线路的一端，分别设置负极接地故障、双极短路故障和正极接地故障并仿真，以分别获得负极接地故障下正极限流电抗器Lp和负极限流电抗器Ln的比值k1、双极短路故障下正极限流电抗器Lp和负极限流电抗器Ln的比值k2以及正极接地故障下正极限流电抗器Lp和负极限流电抗器Ln的比值k3；进行多次仿真以整定得到比值k1的取值范围(-∞,λ1)、比值k2的取值范围(λ2,λ3)以及比值k3的取值范围(λ4,+∞)；根据各故障类型下，正极限流电抗器Lp和负极限流电抗器Ln的比值的取值范围确定比值系数λ，使得λ3＜λ＜λ4且λ1＜1/λ＜λ2；其中，λ1＜λ2＜λ3＜λ4。进一步地，步骤(3)中，与故障类型对应的第二阈值的获取方法包括：在根据电网的系统参数和直流线路的线路参数建立的电网模型中，根据故障类型在直流线路的另一端的直流母线上设置相同类型的故障并仿真，以获得正极限流电抗器Lp和负极限流电抗器Ln的电压时间积之和的仿真值并根据仿真值得到与故障类型对应的第二阈值为：本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于限流电抗器电压差异性的架空柔直电网故障检测方法，其特征在于，包括：(1)对于电网中的每一条直流线路，持续监测其直流电压变化率，并在所述直流电压变化率大于预设的第一阈值时转入步骤(4)，以启动对所述直流线路的故障检测；(2)在所述直流线路的一端，分别获得目标时间段内正极限流电抗器Lp和负极限流电抗器Ln的电压时间积

【技术特征摘要】
1.一种基于限流电抗器电压差异性的架空柔直电网故障检测方法，其特征在于，包括：(1)对于电网中的每一条直流线路，持续监测其直流电压变化率，并在所述直流电压变化率大于预设的第一阈值时转入步骤(4)，以启动对所述直流线路的故障检测；(2)在所述直流线路的一端，分别获得目标时间段内正极限流电抗器Lp和负极限流电抗器Ln的电压时间积和并根据所述电压时间积和的比值k进行故障选极，以判定故障类型；(3)将所述电压时间积和相加以得到电压时间积并根据所述故障类型获得对应的第二阈值，若所述电压时间积大于所述第二阈值，则判定所发生的故障为区内故障；否则，判定所发生的故障为区外故障或者未发生故障；(4)在所述直流线路的两端，分别执行步骤(2)～(3)，以实现对所述直流线路的故障检测；其中，所述电压时间积为目标时间段内电压对时间的积分结果，所述目标时间段以故障启动时间为起点，所述故障类型为正极接地故障、负极接地故障或双极短路故障。2.如权利要求1所述的基于限流电抗器电压差异性的架空柔直电网故障检测方法，其特征在于，还包括：若所发生的故障为区内故障，则通过安装于所述直流线路两端的断路器断开所述直流线路；否则，安装于所述直流线路两端的断路器不动作。3.如权利要求1所述的基于限流电抗器电压差异性的架空柔直电网故障检测方法，其特征在于，所述目标时间段的长度为0.5ms～1.5ms。4.如权利要求1或2所述的基于限流电抗器电压差异性的架空柔直电网故障检测方法，其特征在于，所述步骤(2)包括：在所述直流线路的一端，在目标时间段内将所述正极限流电抗器Lp的电压uLp对时间积分，以得到所述正极限流电抗器Lp的电压时间积为：在目标时间段内将所述负极限流电抗器Ln的电压uLn对时间积分，以得到所述负极限流电抗器Ln的电压时间积为：获得所述电压时间...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨赛昭，向往，文劲宇，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42