基于线路电流二阶导数的中压柔性直流系统故障检测方法技术方案

本发明专利技术提出基于线路电流二阶导数的中压柔性直流系统故障检测方法，所述方法包含四个判据：故障触发判据、故障侧判据、故障类型判据以及故障线路极性判据，利用所述四个判据实现检测直流故障、识别故障侧、判定故障类型及识别故障线路极性的目的，其中直流故障检测及故障侧识别是利用单极线路电流二阶导数值实现的，而故障类型判定及故障线路极性识别是通过故障侧正负极线路电流二阶导数值的差值实现的。本发明专利技术所提出的故障检测方法基于本地测量的系统参数，无需通信，几乎没有时间延迟，具有一定的实用前景。

【技术实现步骤摘要】
基于线路电流二阶导数的中压柔性直流系统故障检测方法
本专利技术属于故障检测
，特别是涉及一种基于线路电流二阶导数的中压柔性直流系统故障检测方法。
技术介绍
基于全控型器件和脉宽调制(PWM)技术的电压源换流器型(VoltageSourceConverter)柔性直流输电技术具有可快速、灵活的控制功率和改善系统稳定性等特点，在系统潮流反转时，直流电流方向反转而直流电压极性不变，且易于构成多端直流系统等特点。随着输电走廊等土地资源的日益紧张和可再生能源发电的快速发展，此技术已经在全球范围内应用到可再生能源发电并网、多端直流输电、输配电系统以及船舶供电系统等领域。中压柔性直流系统的直流故障保护是其发展的关键技术之一，主要技术难点包括故障线路的可靠识别和快速隔离。由于柔性直流网络的阻尼低，发生直流故障之后，直流故障电流将以极快的速度上升，通常在故障后10ms内达到额定电流的数十倍。与交流系统相比，直流电流不存在自然过零点，因此传统的交流断路器很难切断故障电流。如果不及时隔离，故障电流将威胁到整个系统中设备的正常运行。因此，中压柔性直流系统需要一种快速可靠的故障检测和隔离方法。针对柔性直流系统的直流故障检测问题，有学者提出利用“握手方法”对故障直流线路进行定位和隔离，在不需要通信的情况下对故障直流线路进行恢复，但该方法在识别过程中非故障部分存在短时停电问题，影响系统的可靠供电。另外，有学者提出将小波变换应用于行波差动保护，采用小波变换提取行波的小波变换模极大值构成差动保护判据，该方法原理简单明了，但会受到行波衰减的影响，且易受雷击和噪声干扰的影响。
技术实现思路
本专利技术目的是为了实现对中压柔性直流系统直流故障的快速检测，提出了一种基于线路电流二阶导数的中压柔性直流系统故障检测方法。本专利技术是通过以下技术方案实现的，本专利技术提出基于线路电流二阶导数的中压柔性直流系统故障检测方法，所述方法包含四个判据：故障触发判据、故障侧判据、故障类型判据以及故障线路极性判据，利用所述四个判据实现检测直流故障、识别故障侧、判定故障类型及识别故障线路极性的目的，其中直流故障检测及故障侧识别是利用单极线路电流二阶导数值实现的，而故障类型判定及故障线路极性识别是通过故障侧正负极线路电流二阶导数值的差值实现的；预先设定故障触发阈值、故障侧识别阈值、故障类型识别阈值以及故障线路极性识别阈值；当检测到任一端线路电流二阶导数值的绝对值超出故障触发阈值时，判定系统发生直流故障；进一步将各端线路电流二阶导数值的绝对值与故障侧识别阈值进行比较，确定故障侧；确定故障侧之后，将故障侧正负极线路电流二阶导数绝对值差值的绝对值与故障类型识别阈值进行比较，若前者小，则为极间短路故障，反之，则为单极接地故障；若判定为单极接地故障，则进一步对比故障侧正负极线路电流二阶导数绝对值的差值与故障线路极性识别阈值，若前者大，则为正极接地故障，反之则为负极接地故障。进一步地，所述故障触发判据具体为：系统稳定运行时，线路电流理想情况下为稳定的常数，其一阶导数与二阶导数为0，当发生故障时，直流线路电流二阶导数产生突变，故障触发判据为：其中，iLp和iLn分别为检测到的正负极线路电流，和分别为正负极线路电流的二阶导数，i表示换流站i侧，其取值范围为1≤i≤3，I”TH1(set)为预先设定的故障触发阈值；系统安全运行时，理想情况下的线路电流的二阶导数应该为0，实际考虑到噪声及谐波干扰的影响，故障触发判据应当是一个大于零的数值，且应当满足以下两个条件：即I”TH1(set)的选取应使得此阈值大于稳定运行且考虑干扰时各线路电流的二阶导数，小于故障时刻任一侧线路电流的二阶导数。进一步地，所述故障侧判据具体为：当发生直流故障时，故障侧电流突变，由于电流变化信号要经过线路电抗和非故障侧限流电感才会传播到非故障侧，故而非故障侧的线路电流二阶导数小于故障侧线路电流二阶导数，且故障位置距离故障侧越近，故障侧和非故障侧线路电流二阶导数差值就越大；故障侧判据为：式中iLp和iLn分别为检测到的正负极线路电流，和分别为正负极线路电流的二阶导数，i表示换流站i侧，其取值范围为1≤i≤3，I”TH2(set)为预先设定的故障侧识别阈值，当线路电流的二阶导数值的绝对值大于此阈值时，判定为此换流站直流侧发生故障；故障时刻故障侧线路电流的二阶导数远大于非故障侧，令其中iLk为故障时刻三端线路电流二阶导数的最大值；故障侧判据应当满足条件：式中i、k表示换流站i、k侧，即I”TH2(set)的选取应使得此阈值小于故障侧线路电流二阶导数值，同时大于非故障侧线路电流二阶导数值，以保证有效识别故障侧。进一步地，所述故障类型判据具体为：利用故障侧正负极线路电流二阶导数绝对值差值的绝对值作为故障类型判据：式中iLp和iLn分别为检测到的正负极线路电流，和分别为正负极线路电流的二阶导数，i表示换流站i侧，其取值范围为1≤i≤3，I”TH3(set)为预先设定的故障类型识别阈值，若检测到正负极线路电流二阶导数绝对值差值的绝对值大于此阈值，则判定为单极接地故障，反之为极间短路故障。进一步地，所述故障线路极性判据具体为：发生单极接地故障时故障极线路电流的二阶导数大于非故障极线路电流的二阶导数，故障线路极性判据为：式中iLp和iLn分别为检测到的正负极线路电流，和分别为正负极线路电流的二阶导数，i表示换流站i侧，其取值范围为1≤i≤3，I”TH4(set)为预先设定的故障线路极性识别阈值，若正负极线路电流二阶导数绝对值之差大于此阈值，则判定为正极接地故障，若正负极线路电流二阶导数绝对值之差小于此阈值的相反数，则判定为负极接地故障。本专利技术的有益效果为：本专利技术所提出的故障检测方法基于本地测量的系统参数，无需通信，几乎没有时间延迟，具有一定的实用前景。附图说明图1为本专利技术所述基于线路电流二阶导数的中压柔性直流系统故障检测方法流程图；图2为基于三端VSC的中压柔性直流系统结构图；其中Us1-Us3为交流电网电压，L1-L3为换流电抗器，Lc1-Lc3为线路限流电感，C1-C3为直流侧电容，Rd1-Rd3为线路等值电阻，Ld1-Ld3为线路等值电感；图3为中压柔性直流系统故障等效电路图；其中VSC1表示换流站1，Udc为直流侧电容电压，Lc1p为换流站1侧正极直流线路串入的限流电感，Lc1n为换流站1侧负极直流线路串入的限流电感，Rf为故障电阻；图4为直流故障时线路电流二阶导数仿真波形图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。结合图1，本专利技术提出基于线路电流二阶导数的中压柔性直流系统故障检测方法，所述方法包含四个判据：故障触发判据、故障侧判据、故障类型判据以及故障线路极性判据，利用所述四个判据实现检测直流故障、识别故障侧、判定故障类型及识别故障线路极性的目的，其中直流故障检测及故障侧识别是利用单极线路电流二阶导数值实现的，而故障类型判定及故障线路极性识别是通过故障侧正负极线路电流二阶导数值的差值实现的；预先设本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于线路电流二阶导数的中压柔性直流系统故障检测方法，其特征在于：所述方法包含四个判据：故障触发判据、故障侧判据、故障类型判据以及故障线路极性判据，利用所述四个判据实现检测直流故障、识别故障侧、判定故障类型及识别故障线路极性的目的，其中直流故障检测及故障侧识别是利用单极线路电流二阶导数值实现的，而故障类型判定及故障线路极性识别是通过故障侧正负极线路电流二阶导数值的差值实现的；预先设定故障触发阈值、故障侧识别阈值、故障类型识别阈值以及故障线路极性识别阈值；当检测到任一端线路电流二阶导数值的绝对值超出故障触发阈值时，判定系统发生直流故障；进一步将各端线路电流二阶导数值的绝对值与故障侧识别阈值进行比较，确定故障侧；确定故障侧之后，将故障侧正负极线路电流二阶导数绝对值差值的绝对值与故障类型识别阈值进行比较，若前者小，则为极间短路故障，反之，则为单极接地故障；若判定为单极接地故障，则进一步对比故障侧正负极线路电流二阶导数绝对值的差值与故障线路极性识别阈值，若前者大，则为正极接地故障，反之则为负极接地故障。

【技术特征摘要】
1.基于线路电流二阶导数的中压柔性直流系统故障检测方法，其特征在于：所述方法包含四个判据：故障触发判据、故障侧判据、故障类型判据以及故障线路极性判据，利用所述四个判据实现检测直流故障、识别故障侧、判定故障类型及识别故障线路极性的目的，其中直流故障检测及故障侧识别是利用单极线路电流二阶导数值实现的，而故障类型判定及故障线路极性识别是通过故障侧正负极线路电流二阶导数值的差值实现的；预先设定故障触发阈值、故障侧识别阈值、故障类型识别阈值以及故障线路极性识别阈值；当检测到任一端线路电流二阶导数值的绝对值超出故障触发阈值时，判定系统发生直流故障；进一步将各端线路电流二阶导数值的绝对值与故障侧识别阈值进行比较，确定故障侧；确定故障侧之后，将故障侧正负极线路电流二阶导数绝对值差值的绝对值与故障类型识别阈值进行比较，若前者小，则为极间短路故障，反之，则为单极接地故障；若判定为单极接地故障，则进一步对比故障侧正负极线路电流二阶导数绝对值的差值与故障线路极性识别阈值，若前者大，则为正极接地故障，反之则为负极接地故障。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述故障触发判据具体为：系统稳定运行时，线路电流理想情况下为稳定的常数，其一阶导数与二阶导数为0，当发生故障时，直流线路电流二阶导数产生突变，故障触发判据为：其中，iLp和iLn分别为检测到的正负极线路电流，和分别为正负极线路电流的二阶导数，i表示换流站i侧，其取值范围为1≤i≤3，I”TH1(set)为预先设定的故障触发阈值；系统安全运行时，理想情况下的线路电流的二阶导数应该为0，实际考虑到噪声及谐波干扰的影响，故障触发判据应当是一个大于零的数值，且应当满足以下两个条件：即I”TH1(set)的选取应使得此阈值大于稳定运行且考虑干扰时各线路电流的二阶导数，小于故障时刻任一侧线路电流的二阶导数。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述故障侧判据具体为：当发生直流故障时，故障侧...

【专利技术属性】
技术研发人员：王盼宝，孙红梅，郝鑫，任鹏，王卫，徐殿国，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23