一种基于控保协同的环形直流微网系统测距式保护方法技术方案

本发明专利技术属于电力系统继电保护领域，涉及一种基于控保协同的环形直流微网系统测距式保护方法，包括下列步骤：当环形直流微网系统检测到线路上发生极间故障后，保护启动并闭锁系统，对VSC的分相切除；并通过正常运行时安装在电容支路的全控器件，对系统中的全部电容进行切除；故障发生后，混合式限流器自身过流保护将会被触发并投入运行；进行故障测距，首先通过母线电流差动保护对母线故障进行判断，若母线无故障，则通过流过保护装置的电流方向对故障位置进行判断；若电流反向，则保护闭锁；若电流正向则以RL线路模型为基础进行故障测距。

【技术实现步骤摘要】
一种基于控保协同的环形直流微网系统测距式保护方法
本专利技术属于电力系统继电保护领域，具体涉及一种基于控保协同的环形直流微网系统测距式保护。
技术介绍
能源是人类生存和发展的重要物质基础，电力作为最基础和便利的能源应用形式，是国民经济发展的动力之源。在化石能源严重短缺和环境污染日趋严重的背景下，提高能源利用效率、开发利用可再生能源、推动能源绿色发展，是未来社会的必然选择。基于脉宽调制(PWM)技术的直流微网作为全新的可再生能源组织形式，可整合新能源发电的诸多优势，提高能源利用效率，促进电动汽车、直流负荷和“直流生态住宅”的发展，必将在未来智能电网中发挥愈加关键的作用。2013年国际大电网委员会技术会议，重点讨论了直流技术，特别指出直流微网和直流配电契合未来智能电网的发展。目前，国内外针对直流微网保护技术的研究相对较少，可借鉴传统中低压直流配电系统的保护方法。直流微网保护方案主要分为单端量保护和基于通信的保护两类。而单端量保护整定计算其动作阈值时，由于对端信息量的缺乏，会产生不可避免的原理性误差。若保护方案基于两端信息量通信则可以很好的解决此问题，但由此会引入线路两端数据同步性问题以及铺设大量通信装置而产生的经济性问题。在直流微网系统保护方案选取与设计过程中，即使采用通信手段进行故障定位，考虑到多端通信失败的可能性，故设计一种基于单端量即可可靠动作的系统保护方案仍具有重要意义。由于直流微网中存在大量可控的电力电子器件，因此可利用微网中换流器的控制策略与系统保护方案实现相互协调配合，提出一种全新的基于控保协同的单端故障测距原理是非常具有工程实际意义的，是直流微网发展与推广的迫切需求。配合先进的低压直流断路器，继电保护装置能够快速地实现故障处理功能，从而提高直流微网系统供电的可靠性。
技术实现思路
本专利技术针对环状直流微网系统，设计一种基于控保协同的适用于环形直流微网的单端故障测距式保护，相较传统的单端故障测距方法，该方法以传统的R-L线路模型为基础，利用微网中换流器的控制策略与系统保护方案间的相互协调配合实现控保协同，通过仅利用线路单端电气量即可实现精准测距。系统故障发生之后，通过对环形直流微网进行拓扑变换，使其变为单端电源系统，通过保护装置采集到的本端电气量即可实现对对端电流的精确求解。同时，对该方法引入的故障之后电容电压恢复速度慢的问题进行探讨与解决，通过在故障回路中投入限流装置，最大程度上提高了故障恢复的速度。本专利技术的技术方案如下：一种基于控保协同的环形直流微网系统测距式保护方法，包括下列步骤：(1)当环形直流微网系统检测到线路上发生极间故障后，保护启动并闭锁系统中各换流器VSC、DC/DC中的IGBT，且通过闭锁正常运行时加装在VSC交流侧两相反并联晶闸管组的导通信号，对VSC的分相切除；并通过正常运行时安装在电容支路的全控器件，对系统中的全部电容进行切除。(2)系统正常运行时，在VSC出口母线的两条出口线路首端，分别串入由混合式直流断路器与限流电阻并联组成的混合式限流器以抑制VSC出口处电容电压跌落幅度；故障发生后，混合式限流器自身过流保护将会被触发并投入运行；(3)待VSC分相切除完成、混合式电阻限流器完全投入运行后，通过重新解锁VSC出口处电容C，使其成系统此时唯一电源以提供故障特征，并进行故障测距，首先通过母线电流差动保护对母线故障进行判断，若母线无故障，则通过流过保护装置的电流方向对故障位置进行判断；若电流反向，则保护闭锁；若电流正向则以RL线路模型为基础进行故障测距，通过预先整定保护装置背后线路的RL参数，实现对环形直流微网中VSC出口处电容电压uc即母线电压的在线实时计算，在此基础上，通过VSC出口电容电压uc与电容电流ic的数学关系，计算出本端电流i1与对端电流i2之和，进而求得对端电流实时值，此后根据求得的对端电流实时数据，列写R-L模型方程并对故障位置进行求解，实现实时单端故障测距；(4)根据故障测距结果与本端线路长度进行比对，当故障测距结果小于本端线路长度时即判断为区内故障时，向本端直流断路器发送跳闸信号，实现故障清除，同时解锁各换流器与除VSC出口侧之外的直流侧电容，并恢复供电。本专利技术相对于现有的技术有以下优点：1、相较基于对端电气量通信的系统保护方法，本方法不存在数据同步、投资成本高等问题，对于提高系统运行的经济性和可靠性具有重要意义。2、相较传统的单端量测距方法，本方法原理上不受过渡电阻和分布电容的影响，测距精度高，在环形直流微网中具有很好的适应性，同时可适应直流微网并网与孤岛两种运行模式，进一步提高了保护的可靠性。3、基于控保协同思想，通过引入通态损耗较低的混合式限流器实现对直流侧故障电流上升与电容电压跌落的有效抑制，解决了故障恢复过程中电容预充电时间过长的问题。附图说明图1为四端环形直流微网典型拓扑；图2为VSC分相切除过程示意图；图3为混合式电阻限流器拓扑及安装位置图；图4为故障测距动作策略时序图；图5为单端电气量测距式保护流程图。最佳实施方式下面结合附图和实例对本专利技术作进一步的详细说明。图1所示为一个的四端环形直流微网典型拓扑，相比于单极接地故障，极间短路故障发生率较低但危害最为严重，故本专利技术只考虑极间短路。图3为保护动作策略时序图。具体保护方案如下：1)配置di/dt、du/dt作为所提方法的启动判据，形成保护启动部分。2)保护装置启动后，系统电压降低，与母线相连负荷此时脱网，实现暂态短时负荷穿越。与此同时闭锁系统中所有DC/DC，正常运行时可在VSC中两相安装反向晶闸管并联装置，如图2所示。故障之后，首先撤销VSC中的IGBT与两相晶闸管的导通信号，与此同时限流装置投入运行。换流器中的一相将会在1/3个工频周期内实现闭锁，以C相为例，此后VSC变为单相不控整流电路，电流频率将变为工频电流的2倍。此后换流器中安装晶闸管的一相将会在1/2个工频周期内实现闭锁。故此后我们可以只保留VSC直流侧电容提供环网故障特征。并将系统中除VSC出口电容之外的其余电容全部切除，只留VSC出口电容放电，提供系统故障特征。同时将VSC两侧出口线路均将简单电阻限流器投入运行。图3为混合式电阻限流器拓扑及安装位置图。其由IGBT与限流电阻并联而成，工作原理如下：系统正常运行时混合式直流断路器导通将限流电阻短路，限流装置呈现低阻特性；故障发生后，混合式直流断路器过流保护被触发，从而使其自身关断，同时限流电阻将接入故障回路中，不但可以起到限流的作用，更重要的是改变故障回路阻尼特性，防止电容电压跌落幅度过大，从而提高系统的故障恢复速度。由于在VSC两相切除时，将不可避免向直流侧短时馈流。然而此过程相当于VSC交流侧断线故障，故在此阶段不会存在二极管过流问题，这将会使直流微电网中脆弱元件的安全得到可靠保障。同时，为了保证本文所提出的故障测距理论精度，需将VSC出口侧电容短时闭锁，在检测到限流器完全投入运行(10ms)与换流器完全闭锁(15ms)后，可将其解锁并提供故障特征以实现精准测距，虽然会在一定程度上延长保护整体的动作时间，但由于不存在脆弱元件过流损害的问题，此时即实现了可控元件控制策略与系统保护方案在时序逻辑上的协同配合。在确定了限流器种类与动作策略配合方案之后，接下来将对限流器中的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于控保协同的环形直流微网系统测距式保护方法，包括下列步骤：(1)当环形直流微网系统检测到线路上发生极间故障后，保护启动并闭锁系统中各换流器VSC、DC/DC中的IGBT，且通过闭锁正常运行时加装在VSC交流侧两相反并联晶闸管组的导通信号，对VSC的分相切除；并通过正常运行时安装在电容支路的全控器件，对系统中的全部电容进行切除。(2)系统正常运行时，在VSC出口母线的两条出口线路首端，分别串入由混合式直流断路器与限流电阻并联组成的混合式限流器以抑制VSC出口处电容电压跌落幅度；故障发生后，混合式限流器自身过流保护将会被触发并投入运行；(3)待VSC分相切除完成、混合式电阻限流器完全投入运行后，通过重新解锁VSC出口处电容C，使其成系统此时唯一电源以提供故障特征，并进行故障测距，首先通过母线电流差动保护对母线故障进行判断，若母线无故障，则通过流过保护装置的电流方向对故障位置进行判断；若电流反向，则保护闭锁；若电流正向则以RL线路模型为基础进行故障测距，通过预先整定保护装置背后线路的RL参数，实现对环形直流微网中VSC出口处电容电压uc即母线电压的在线实时计算，在此基础上，通过VSC出口电容电压uc与电容电流ic的数学关系：...

【技术特征摘要】
1.一种基于控保协同的环形直流微网系统测距式保护方法，包括下列步骤：(1)当环形直流微网系统检测到线路上发生极间故障后，保护启动并闭锁系统中各换流器VSC、DC/DC中的IGBT，且通过闭锁正常运行时加装在VSC交流侧两相反并联晶闸管组的导通信号，对VSC的分相切除；并通过正常运行时安装在电容支路的全控器件，对系统中的全部电容进行切除。(2)系统正常运行时，在VSC出口母线的两条出口线路首端，分别串入由混合式直流断路器与限流电阻并联组成的混合式限流器以抑制VSC出口处电容电压跌落幅度；故障发生后，混合式限流器自身过流保护将会被触发并投入运行；(3)待VSC分相切除完成、混合式电阻限流器完全投入运行后，通过重新解锁VSC出口处电容C，使其成系统此时唯一电源以提供故障特征，并进行故障测距，首先通过...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛士敏，刘存甲，李蒸，刘冲，陆俊弛，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12