一种无直流断路器柔性直流线路保护方法技术

一种无直流断路器柔性直流线路保护方法,涉及一种电力系统自动化技术领域。包括实时状态监测、执行保护启动判据、执行保护判据、执行故障阻断、执行瞬时性和永久性故障甄别。本发明专利技术利用柔直线路的单端电气量，提高了保护快速性；利用多点的电压电流比有效克服了被保护线路上负荷投切、雷击等影响，提高了保护可靠性；利用换流器低压重启与负荷开关的配合甄别瞬时性故障和永久性故障，提高了供电可靠性；本案方法不依赖直流断路器，减少了运行维护和投资费用，提高直流配电网的经济性。提高直流配电网的经济性。提高直流配电网的经济性。

【技术实现步骤摘要】
一种无直流断路器柔性直流线路保护方法


[0001]本专利技术涉及一种电力系统自动化
，尤其涉及一种无直流断路器柔性直流线路保护方法。

技术介绍

[0002]直流配电网因其便于分布式能源与多元负荷接入、线损小、控制灵活等优点，得到本
研发企业的广泛研究。但直流配电网特有的“低阻尼”、“低惯性”的特点，导致直流系统故障发展速度极快，需要快速的故障检测、保护与阻断技术，实现直流配电网故障快速高效处理。直流配电网故障隔离可采用交流断路器、直流断路器和具有自阻断能力的换流器。
[0003]无直流断路器的柔性直流配电线路保护技术中，如图1所示。直流配电网采用常规的闭环结构，开环运行的方式。直流配电网的换流器采用模块化多电平换流器MMC，其中的子模块采用具有自阻断故障电流的拓扑结构，如全桥结构。直流侧采用伪双极，无中性线。直流线路发生单极接地，不影响直流配电网的运行。直流线路上配置负荷开关。
[0004]为了满足直流线路故障快速检测和隔离的要求，现有的柔直线路保护技术普遍采用行波保护。行波保护利用故障初始行波，检测故障，并利用雷电波与干扰产生的行波与故障行波特征的不同，如信号能量的频带分布关系，甄别故障与干扰，保证保护可靠性。故障隔离后，为保证非故障区段的供电可靠性，故障区段识别利用行波定位方法实现。由于配电线路距离短，负荷复杂，系统正常运行存在干扰行波，现有的基于故障初始行波的保护和定位技术实现要求高，现场应用难度大。

技术实现思路

[0005]本专利技术针对以上问题，提供了一种保证故障检测高效性的同时，提高保护可靠性和实用性的一种无直流断路器柔性直流线路保护方法。
[0006]本专利技术的技术方案是：一种无直流断路器柔性直流线路保护方法，包括如下步骤：
[0007]S1：实时状态监测
[0008]采集直流线路两极电压和电流，通过两极电压和电流的差模量，计算基于电压电流差模量的反向电压行波瞬时值；
[0009]S2：执行保护启动判据
[0010]实时比较反向电压行波瞬时值与行波启动整定值，确定是否满足启动判据；
[0011]S3：执行保护判据
[0012]满足启动判据，计算单点电压瞬时值与电流瞬时值的比值，得到电阻量纲的值(本案简称为电压电流电阻比)，连续多点比较电阻量纲的值与保护动作整定值；
[0013]S4：执行故障阻断
[0014]连续多点满足电压电流电阻比小于整定值，保护动作出口，执行故障阻断。
[0015]还包括步骤S5：执行瞬时性、永久性故障甄别；
[0016]换流器降压重启，柔性直流线路符合开关有压闭合；重合至故障，换流器阻断，负荷开关分段并锁定故障区段。
[0017]柔性直流线路上所有负荷开关打开后，经设定延迟时间，换流器切换控制策略，重新启动，并控制直流柔性线路电压低于额定电压，直流线路升压；负荷开关有压重合，负荷开关控制器检测到柔直线路电压上升后，自动重合负荷开关；
[0018]如果故障消失，则直流配电网恢复运行；
[0019]如果负荷开关重合至永久故障，换流器再闭锁，故障区段负荷开关控制器分断负荷开关并锁定故障区段。
[0020]步骤S2中：
[0021]S2.1：当反向电压行波瞬时值大于行波启动整定值时：
[0022]则启动判据满足；判断柔性直流线路上发生了扰动，执行步骤S3。
[0023]S2.2：当反向电压行波瞬时值不大于行波启动整定值时，跳转步骤S1。
[0024]步骤S4中：
[0025]换流器收到保护动作出口信息，自阻断故障电流，柔性直流线路失压；失压后，负荷开关自脱扣，负荷开关控制器检测到线路失压后，控制负荷开关分断；
[0026]步骤S3中：
[0027]当连续多点不满足电压电流电阻比小于保护动作整定值时，跳转步骤S1。
[0028]步骤S2中，整定值为直流线路额定电压的20％，且只需测量点的某一点反向电压行波瞬时值大于整定值，则启动判据满足。
[0029]步骤S1中电压、电流的采样频率不低于10khz。
[0030]步骤S1中电压、电流的采样频率采样频率可为20kHz、50kHz和/或100kHz。
[0031]步骤S4中，柔性直流线路失压的判据为线路电压低于额定值的10％，且电流小于额定值的10％。
[0032]柔直线路上所有负荷开关打开后，经设定延迟时间，换流器切换控制策略；
[0033]设定延迟时间为负荷开关打开时间和故障点去游离时间之和。
[0034]步骤S3中，连续多点是指连续10个点；
[0035]步骤S4中，连续多点是指连续10个点内，保护动作判据满足超过7个点，则保护出口动作。
[0036]本专利技术利用柔直线路的单端电气量，提高了保护快速性；利用多点的电压电流比有效克服了被保护线路上负荷投切、雷击等影响，提高了保护可靠性；利用换流器低压重启与负荷开关的配合甄别瞬时性故障和永久性故障，提高了供电可靠性；所提方法不依赖直流断路器，减少了运行维护和投资费用，提高了直流配电网的经济性。
附图说明
[0037]图1是
技术介绍
无直流断路器柔性直流配电网示意图，
[0038]图2是无直流断路器直流线路双极短路故障示意图，
[0039]图3是双极短路故障瞬时等效电路示意图，
[0040]图4是无直流断路器直流配电网拓扑与子模块，
[0041]图5是本专利技术原理流程图。
具体实施方式
[0042]下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。
[0043]本专利技术如图2
‑
5所示：
[0044]1、本案保护启动原理
[0045]正常稳定运行时，系统中只有正向电压行波，反向电压行波瞬时值为0；测量点下游发生扰动，如故障、雷击、负荷投切等，测量点将检测到反向电压行波，反向电压行波瞬时值为扰动点电压突变量的两倍，
[0046]如故障发生，故障前电压为正的额定电压，故障后并强制拉低为0或者负的额定电压，则测量点的反向电压行波值升高至额定电压以上；
[0047]如负荷投切，投切前投切点电压为额定电压，负荷点电压为0，负荷投切时投切点的电压突变为额定电压，测量点的反向电压行波瞬时值也升高。因此，保护启动判据判别被保护线路所在系统中是否发生了新的事件，其甄别正常稳定运行与线路上发生的新事件，目标是保证故障事件一定能启动，因此，其整定值可设为直流线路额定电压的20％，且只要测量点的一点反向电压行波瞬时值大于整定值，则启动。
[0048]反向电压行波瞬时值的计算如式1所示。
[0049][0050]其中，u
f
为测量点的反向电压行波，
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无直流断路器柔性直流线路保护方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：实时状态监测采集直流线路两极电压和电流，通过两极电压和电流的差模量，计算基于电压电流差模量的反向电压行波瞬时值；S2：执行保护启动判据实时比较反向电压行波瞬时值与行波启动整定值，确定是否满足启动判据；S3：执行保护判据满足启动判据，计算单点电压瞬时值与电流瞬时值的比值，得到电阻量纲的值，连续多点比较电阻量纲的值与保护动作整定值；S4：执行故障阻断连续多点满足电压电流电阻比小于整定值，保护动作出口，执行故障阻断。2.根据权利要求1所述的一种无直流断路器柔性直流线路保护方法，其特征在于，还包括步骤S5：执行瞬时性、永久性故障甄别；换流器降压重启，柔性直流线路负荷开关有压闭合；重合至故障，换流器阻断，负荷开关分段并锁定故障区段。3.根据权利要求2所述的一种无直流断路器柔性直流线路保护方法，其特征在于，柔性直流线路上所有负荷开关打开后，经设定延迟时间，换流器切换控制策略，重新启动，并控制直流柔性线路电压低于额定电压，直流线路升压；负荷开关有压重合，负荷开关控制器检测到柔直线路电压上升后，自动重合负荷开关；如果故障消失，则直流配电网恢复运行；如果负荷开关重合至永久故障，换流器再闭锁，故障区段负荷开关控制器分断负荷开关并锁定故障区段。4.根据权利要求1所述的一种无直流断路器柔性直流线路保护方法，其特征在于，步骤S2中...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘忠，张俊彦，施慎行，胡浩宇，刘恒门，詹昕，于翔，董新洲，李培培，
申请(专利权)人：清华大学国网江苏省电力有限公司，
类型：发明
国别省市：