一种用于直流配电网的双端量加速保护方法技术

本发明专利技术公开的一种用于直流配电网的双端量加速保护方法从速动性角度出发提出满足实际工程对速动性需求的加速保护方案，保护方案由启动判据，重合闸后永久性瞬时性故障判别，永久性故障类型和故障区域识别组成。本文为了降低加速保护第一次造成的误动，提出两次启动判据用于避免稳态和一些非故障情况，有效地提升了选择性，确保直流断路器在故障后1ms快速动作，换流器中电力电子器件不会被破坏且不闭锁。经过300ms去游离延时后，重合直流断路器后识别出是永久性故障后，利用重合后的电压电流故障信息，准确识别出故障类型和故障区域，该加速保护方案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的双端量加速保护方法
本专利技术属于直流配电网继电保护
，涉及一种用于直流配电网的双端量加速保护方法。
技术介绍
分布式发电和储能技术不断突破，城市直流负荷的快速增加、导致传统配电网的“源、网、荷”发生了翻天覆地的变化，与此同时城市供电走廊的紧缺成为限制扩建交流配电线路的制约因素。中压直流配电网(mediumvoltagedirectcurrent，MVDC)易于实现分布式能源接入，便于和储能配合。相比交流配电网，直流配电网的电能传输效率更高、电能质量更优、损耗更低以及环境污染更小等突出优势，成为解决以上问题的有效手段之一。相比交流配电网，直流配电网是由大量的电力电子器件构成，系统形态发生巨大改变，故障特性也相应发生改变，故障在时空的传播也存在新的特征。直流配电网的直流侧一般呈现欠阻尼状态，当直流侧线路发生故障，短路电流在几个毫秒内可以达到额定电流数倍乃至数十倍，由于换流器内绝缘栅门极晶体管(InsulatedGateBipolarTranslator，IGBT)承受短路电流能力有限，大电流严重威胁IGBT的安全。为了确保直流配电网安全可靠稳定运行，需要研究快速动作的线路保护方案。
技术实现思路
本专利技术提供了一种用于直流配电网的双端量加速保护方法，解决了现有直流配电网对保护速动性的要求，可以有效提升故障切除的速度，从而减少故障切除时间。本专利技术所采用的技术方案是，一种用于直流配电网的双端量加速保护方法，包括以下步骤：步骤1、定义电流正方向，规定正极线路的电流正方向是从母线流到线路侧，而负极线路的电流正方向是从线路侧流到母线，规定直流断路器只能在电流方向检测为正方向的时候动作；并采集功率送端和功率受端保护装置处的电压瞬时值upi，uni，电流瞬时值ipi，ini；步骤2、将采集的电流瞬时值ipi，ini和对应的线路末端最大负荷电流imax进行比较，采集到的电压瞬时值upi，uni和对应的母线电压ubus进行比较。当采集到的电流满足ipi>kINormal*imax或者ini>kINormal*imax；采集到的电流满足upi<kUNormal*ubus或者uni<kUNormal*ubus；如果电流和电压同时满足以上条件，此时满足第一次启动判据，进入第二次启动判据。电压电流合理的波动范围主流认为是±5％和±7％。因此为了躲避稳态情况，第一次启动判据设置为电流高出10％，电压低10％。所以本文选取的kINormal值为1.1，选取的kUNormal值为0.9，步骤3、进入第二次启动判据，连续采集10个点的电压电流值，N取10，计算采集到的线路电流和电压的平均值I，U。将计算的电流平均值I，U和高阻故障电流以及进行比较。当计算的电流平均值I满足计算的电压平均值U满足如果电流和电压同时满足以上条件，此时满足第二次启动判据，认为系统内部线路发生故障，启动前加速保护。kINormal值的选择只需要确保在故障电流最小(单极高阻接地)的时候可以准确启动保护即可，因此本文选取的kIFault的值选择0.9，kUFault值的选择是更进一步确定故障发生，因此可以选择较小的值，本文选取的kIFault的值选择1.1。步骤4、功率送端(电流流出端)加速装置识别发生故障，此时给功率受端(电流流入端)加速保护装置通信将本侧结果传递对侧，如果此时功率受端检测电流大于等于0，此时两端的直流断路器都跳闸；步骤5、开闸的直流断路器经过300ms去游离延时后，此时重合闸启动，利用加速保护装置采集重合闸3ms数据窗的故障电压信息，如果电压迅速上升且抬升至母线电压，则认为是瞬时性故障，否则是永久性故障。如果是瞬时故障则此时故障消失，系统恢复正常，如果此时是永久性故障，进入下一步。步骤6、确实是永久性故障，利用加速保护装置采集重合闸3ms数据窗的故障电压信息，根据线路正极和负极电压特点，定义故障类型识别系数KPN，如果是正极故障，此时0<KPN≤0.75，如果是负极故障，此时1.35≤KPN<∞，如果是极间故障，此时0.75<KPN<1.35。根据故障类型识别系数KPN值的不同判别永久性故障的类型。步骤7、利用重合闸期间故障电流信息，根据区内故障和区外故障下，线路两端电流的特点，定义两侧电流横轴对称系数△ip和△iN。如果是区外故障，此时两侧电流大小相等，方向相反，其系数近似0；而对于区内故障，此时两侧电流大小不相等，方向相同，其系数远大于0。根据两侧电流横轴对称系数大小可以可靠区分区内故障和区外故障。本专利技术的特点还在于：进一步地，针对永久性故障，在步骤7中提出利用重合闸期间故障电压特性识别故障类型。进一步地，针对永久性故障，在步骤8中提出利用重合闸期间故障电流信息，借助电流波形的整体波形思想识别识别故障区域。步骤6故障类型识别依据KPN系数判别如下：其中，USEP为重启时正极电压平均值；USEN为重启时负极电压平均值；Up和UN分别为正、负极电压，NRe值是3ms数据窗的数据点，为60；KPN为故障类型识别系数，Ubus表示正常运行下线路电压；定义故障类型识别系数KPN，如果是正极故障，此时0<KPN≤0.75，如果是负极故障，此时1.35≤KPN<∞，如果是极间故障，此时0.75<KPN<1.35，根据故障类型识别系数KPN值的不同判别永久性故障的类型。步骤6中重合闸的重启原则是先启动功率送端一侧直流断路器，经过5ms延迟启动功率受端一侧直流断路器，主要的目的降低两侧断路器同时合闸产生的电压应力。步骤7依据保护判据识别故障是否在区内的判断依据如下：区外故障：线路两侧电流迅速增加，电流幅值大小相等，但是方向相反，两侧电流关于横轴完全对称；区内故障：线路两侧电流迅速增加，电流幅值大小不相等且方向一致，两侧电流关于横轴完全不对称，关于横轴对称程度发生严重偏移。步骤7的保护判据如式(8)所示，其中，k△值取为0.8，△ISETP和△ISETN分别是不同故障情况下仿真得到最小对称程度系数。为故障正极电流、为故障负极电流，其中P和N代表的是线路正极负极，a的取值是1和2，分别代表两侧的测量装置；定义正负极两侧电流横轴对称系数为ΔiP和ΔiN，代表的是3ms内的数据点，取60。本专利技术的有益效果是，提出加速保护方法可以有效地提升保护方案的速动性，在故障1ms后可以确保直流断路器动作，从而可以快速地切除故障。重合直流断路器后识别出是永久性故障后，针对快速性导致故障后数据点少的问题，本文提出利用重合后的电压电流故障信息，准确识别出故障类型和故障区域。非常适合直流配电系统线路保护使用，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的双端量加速保护方法流程示意图；图2是本专利技术一种用于直流配电网的双本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于直流配电网的双端量加速保护方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1、规定正极线路的正方向是从母线流到线路侧，而负极线路的正方向是从线路侧流到母线，规定直流断路器只能在电流方向检测为正方向的时候动作；在线路源端保护装置处安装前加速装置，并采集功率送端和功率受端保护装置处的电压瞬时值u

【技术特征摘要】
1.一种用于直流配电网的双端量加速保护方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、规定正极线路的正方向是从母线流到线路侧，而负极线路的正方向是从线路侧流到母线，规定直流断路器只能在电流方向检测为正方向的时候动作；在线路源端保护装置处安装前加速装置，并采集功率送端和功率受端保护装置处的电压瞬时值upi，uni，电流瞬时值ipi，ini；
步骤2、将采集的电流瞬时值ipi，ini和对应的线路末端最大负荷电流imax进行比较，采集到的电压瞬时值upi，uni和对应的母线电压ubus进行比较，完成前加速第一次启动判据；
当采集到的电流满足ini＞kINomal×imax或者ipi＞kINomal×imax；采集到的电流满足uni＜kUNomal×ubus或者upi＜kUNomal×ubus；
其中，kINormal值为1.1，选取的kUNormal值为0.9，如果电流和电压同时满足以上条件，进入前加速第二次启动判据；
步骤3、进入前加速第二次启动判据：连续采集N个点的电压电流值，N取10，计算采集到的线路电流平均值和电压平均值将电流平均值电压平均值和高阻故障电流以及高阻故障电压进行比较；
iFault和uFaultbus分别指的是线路经过100Ω过渡电阻发生的单极故障是的电流和电压值大小；
当电流平均值满足电压平均值满足如果电流和电压同时满足以上条件，认为系统内部线路发生故障，启动加速保护；
其中，kIFault取值为0.9，kUFault取值为1.1；
步骤4、功率送端加速装置识别发生故障，此时给功率受端速保护装置通信将本侧结果传递对侧，如果此时功率受端检测电流大于等于0，此时两端的直流断路器都跳闸；
步骤5、开闸的直流断路器经过300ms去游离延时后，此时重合闸启动，判断是瞬时故障还是永久性故障，如果是瞬时故障则此时故障消失，系统恢复正常，如果是永久性故障，进入步骤6；
步骤6、确定故障是永久性故障，利用加速保护装置采集重合闸3ms数据窗的故障电压信息，根据正极和负极电压的关系判断故障类型；
步骤7、利用加速保护装置采集重合闸3ms数据窗的故障电流信息，如果是区外故障，此时线路两侧电流幅值大小相等，方向相反；而对于区内故障，此时线路两侧电流幅值大小不相等，方向相...

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