一种基于暂态电流均值的辐射状多端直流系统单端量保护方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于暂态电流均值的辐射状多端直流系统单端量保护方法，对辐射状多端直流系统，计算保护线路发生区外最严重故障，确定保护线路Line14出口发生金属性故障时保护线路的故障分量电流；定义电流的暂态均值，设定基于暂态电流均值的保护阈值；实时计算与更新采样电流的暂态均值；如果得到的采样电流暂态均值大于保护阈值，则判断线路为发生区内故障，执行保护动作，若小于阈值，返回实时计算与更新采样电流的暂态均值。本发明专利技术所提的保护方法具有阈值整定不依赖于仿真、采样率较低、计算简单、抗外界噪声能力强等优点。

A single terminal protection method for radiated multi terminal DC system based on the mean value of transient current

【技术实现步骤摘要】
一种基于暂态电流均值的辐射状多端直流系统单端量保护方法
本专利技术属于电力
，具体涉及一种基于暂态电流均值的辐射状多端直流系统单端量保护方法。
技术介绍
近年来，海上风能的开发利用成为研究热点。交流输电受电缆容性充电电流约束，输送能力有限。而电网换相换流器(linecommutatedconverter,LCC)型的传统直流输电无法给交流风场提供电压支撑。采用电压源换流器(voltagesourceconverter,VSC)型的辐射状柔性直流电网成为实现远海风能接入的较佳方案。然而，多端直流系统的故障分析与保护仍是直流电网未来发展面临的重大挑战之一。有许多学者对直流电网的故障分析和保护方案进行了研究，但这些研究具有一些局限性，具体如下：1、缺乏适用于复杂直流电网的故障电流解析表达；2、保护方法采样率要求高，保护算法计算量较大；3、保护方法的耐过渡电阻能力差。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于暂态电流均值的辐射状多端直流系统单端量保护方法，可以理论计算出保护阈值，且对采样频率要求较低，保护算法简单，具有良好的耐过渡电阻能力。本专利技术采用以下技术方案：基于暂态电流均值的辐射状多端直流系统单端量保护方法，包括以下步骤：S1、对辐射状多端直流系统，计算保护线路发生区外最严重故障，确定保护线路Line14出口发生金属性故障时保护线路的故障分量电流；S2、定义电流的暂态均值，设定基于暂态电流均值的保护阈值；S3、实时计算与更新采样电流的暂态均值；S4、如果步骤S3得到的采样电流暂态均值大于步骤S2的保护阈值，则判断线路为发生区内故障，执行保护动作，若小于阈值，返回步骤S3。具体的，步骤S1中，保护线路Line14出口发生金属性故障时保护线路的故障分量电流：其中，t为以故障时刻为0时刻的参考时间，C4是4端VSC对地电容，LT42、LT14和LT41分别为线路Line24上靠近2端、Line14上靠近1端和Line14上靠近4端的直流补偿电抗器，L14为直流输电线路Line14的等效电感，U0是直流电网电压。具体的，步骤S2中，保护阈值Iset具体为：其中，Kr为保护的可靠系数，U0为直流电网正常运行是的电压，If14为Line14的故障分量电流，LT42、LT14和LT41分别为线路Line24上靠近2端、Line14上靠近1端和Line14上靠近4端的直流补偿电抗器，L14为直流输电线路Line14的等效电感，T为暂态电流均值的计算时间窗长。具体的，步骤S3中，对电流的暂态均值进行离散，确定暂态电流均值在t时刻和在前一个采样时刻t-Δt时刻的值之间的关系，当前时刻的电流均值由上一采样时刻的暂态电流均值、前N个采样时刻和当前时刻的故障分量电流直接计算获得；每更新一个采样点，进行两次加减运算和一次乘除运算。进一步的，暂态电流均值在t时刻和在前一个采样时刻t-Δt时刻的值存在关系如下：其中，Δt为相邻两个离散采样点的时间间隔，N为暂态电流均值计算时间窗长内的采样点数，和分别为上一采样时刻和当前时刻的暂态电流均值，I(t)和I(t-N·Δt)分别为当前时刻和前N个采样时刻的故障分量电流。更进一步的，电流的暂态均值进行离散如下：。与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益效果：本专利技术基于暂态电流均值的辐射状多端直流系统单端量保护方法，避免了双端量保护方法存在的通讯延时问题，提出的暂态电流均值这一指标实时计算量小，有利于减小对保护装备的处理器要求，提高保护法人动作速度，且该方法可靠性高，耐过渡电阻能力强。进一步的，通过对故障电流的解析计算，可以为断路器选型、保护阈值整定、保护性能分析等提供理论支撑。进一步的，基于暂态电流均值的保护方法无需时频域转化，对采样率的要求较低，阈值整定计算简单，且可以提高保护对外界噪声的抗干扰能力。进一步的，提出的采样电流暂态均值的实时计算更新方法计算量小，降低了对保护装置计算处理能力的要求，有利于提高保护的速动性。进一步的，离散化的计算更新方法符合工程中对测量信号进行模拟-数字转化的实际，方便了该方法的工程应用。综上所述，本专利技术保护方法具有阈值整定不依赖于仿真、采样率较低、计算简单、抗外界噪声能力强等优点。下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。附图说明图1为本专利技术流程图；图2为四端辐射状直流电网电路图；图3为测试的四端直流系统示意图；图4为仿真图，其中，(a)为直流线路Cable14末端发生金属性正极接地故障时的故障分量电流，(b)为直流线路Cable14末端发生金属性正极接地故障时线路电流的暂态均值，(c)为直流线路Cable24上靠近T4处发生正极金属性接地故障时的故障分量电流，(d)为直流线路Cable24上靠近T4处发生正极金属性接地故障时线路电流的暂态均值，(e)为直流线路Cable14末端发生正极高阻接地故障时的故障分量电流，(f)为直流线路Cable14末端发生正极高阻接地故障时线路电流的暂态均值。具体实施方式本专利技术提供了一种基于暂态电流均值的辐射状多端直流系统单端量保护方法，推导了辐射状多端直流系统故障初期短路电流的解析表达式，给出了暂态电流均值保护的整定方法，实时计算线路的暂态电流均值，若超过保护整定阈值，则判断该线路为故障线路，保护启动。请参阅图1，本专利技术一种基于暂态电流均值的辐射状多端直流系统单端量保护方法，包括以下步骤：S1、计算直流电网保护线路区外最严重故障时的电流；对辐射状多端直流系统，计算保护线路发生区外最严重故障，即保护线路Line14出口发生金属性故障时保护线路的故障分量电流：其中，t为以故障时刻为0时刻的参考时间，C4是4端VSC对地电容，LT42、LT14和LT41分别为线路Line24上靠近2端、Line14上靠近1端和Line14上靠近4端的直流补偿电抗器，L14为直流输电线路Line14的等效电感，U0是直流电网电压；请参阅图2，为四端辐射状直流电网电路模型，其中，m为第m个端口，Rmn和Lmn分别为直流输电线路Linemn的电阻和电感，Rm0和Lm0分别为直流线路从Tm到故障点的电阻与电感，LTmn为支路Linemn上靠近m侧的直流补偿电抗器，Cm是Tm端VSC对地电容，Ifm0是故障线路Tm侧的故障分量电流，If14和If34分别为Line14和Line34的故障分量电流，U0为直流电网正常运行是的电压，s为拉普拉斯频域(即s域)符号，m、n都是自然数；首先计算故障线路的短路电流，由于故障点右侧支路Line40连接的接地支路较多，为了分析方便，首先定义相关的线路导纳：其中，Y14和Y34分别为Line14和Line34的线路本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于暂态电流均值的辐射状多端直流系统单端量保护方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1、对辐射状多端直流系统，计算保护线路发生区外最严重故障，确定保护线路Line14出口发生金属性故障时保护线路的故障分量电流；/nS2、定义电流的暂态均值，设定基于暂态电流均值的保护阈值；/nS3、实时计算与更新采样电流的暂态均值；/nS4、如果步骤S3得到的采样电流暂态均值大于步骤S2的保护阈值，则判断线路为发生区内故障，执行保护动作，若小于阈值，返回步骤S3。/n

【技术特征摘要】
1.基于暂态电流均值的辐射状多端直流系统单端量保护方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、对辐射状多端直流系统，计算保护线路发生区外最严重故障，确定保护线路Line14出口发生金属性故障时保护线路的故障分量电流；
S2、定义电流的暂态均值，设定基于暂态电流均值的保护阈值；
S3、实时计算与更新采样电流的暂态均值；
S4、如果步骤S3得到的采样电流暂态均值大于步骤S2的保护阈值，则判断线路为发生区内故障，执行保护动作，若小于阈值，返回步骤S3。


2.根据权利要求1所述的基于暂态电流均值的辐射状多端直流系统单端量保护方法，其特征在于，步骤S1中，保护线路Line14出口发生金属性故障时保护线路的故障分量电流：



其中，t为以故障时刻为0时刻的参考时间，C4是4端VSC对地电容，LT42、LT14和LT41分别为线路Line24上靠近2端、Line14上靠近1端和Line14上靠近4端的直流补偿电抗器，L14为直流输电线路Line14的等效电感，U0是直流电网电压。


3.根据权利要求1所述的基于暂态电流均值的辐射状多端直流系统单端量保护方法，其特征在于，步骤S2中，保护阈值Iset具体为：



其中，Kr为保护的可靠系数，U0为直流电网正常运行...

【专利技术属性】
技术研发人员：李宇骏，李佳朋，贾科，
申请(专利权)人：西安交通大学，华北电力大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61