一种基于控保协同的直流配电线路保护方法技术

本发明专利技术公开了一种基于控保协同的直流配电线路保护方法，涉及多端柔性直流系统继电保护领域。针对直流配电网中限流技术与保护原理的结合问题，利用换流器限流策略与故障识别原理相配合，具体步骤如下：首先读取电压、电流数据，根据故障启动判据判断是否有故障，若是则限流控制模块与故障识别模块同时启动，各限流环节进行故障限流；同时计算线路两侧保护安装处检测到电流的相关性，根据相关系数计算结果判定故障线路。本发明专利技术能够在降低直流断路器开断电流需求的同时识别故障区域与故障类型，降低了直流配电网的建设成本和保护冗余，保护方法不需要严格的通信同步，且不受过渡电阻、数据窗长和噪声的影响，能够满足速动性和可靠性要求。要求。要求。

【技术实现步骤摘要】
一种基于控保协同的直流配电线路保护方法


[0001]本专利技术涉及多端柔性直流配电系统继电保护领域，具体为一种基于控保协同的直流配电线路保护方法。

技术介绍

[0002]基于半桥型MMC的柔性直流配电网适用于分布式电源和各类直流负载接入，在直流负载供电效率、电能质量、控制灵活性等方面相比于交流系统也具有优势，已成为配电领域未来的发展方向。与传统交流系统不同，柔直系统短路电流上升速度快、峰值高，对于高开断电流断路器设备的需求一定程度上阻碍了直流配网的大规模建设和发展。
[0003]目前限制故障电流的思路主要有增设直流限流器、优化换流器拓扑以及改进换流器控制策略三种。通过加装限流器(fault current limiter，FCL)来限制故障电流的思路在直流网中已趋于成熟，其原理就是在故障期间增大回路的电感值或电阻值。通过优化换流器拓扑进行限流的思路利用具有阻断能力的MMC子模块拓扑，在故障时旁路子模块或让其输出反向电压，进而降低故障电流。事实上，通过改进半桥型MMC本身的控制策略也能够起到一定的限流效果，通过阀控制器控制投入的子模块数量来降低直流电压，能够达到限制故障电流的目的。
[0004]综上所述，三种方法均能够起到一定的限流效果，且改进换流器控制策略的思路不需要增加或改造设备，具有一定的经济性和应用前景。但是，在直流配网中应用限流技术后会改变其本身的故障特性，部分基于幅值量或变化率的保护可能拒动，因此，故障限流技术与故障识别原理的结合问题已成为目前直流配电网保护技术亟需填补的空白。
[0005]由此，针对直流配电网中现有的限流技术及线路保护方法的不足，设计一种快速限流并可靠识别故障的控保协同(控制和保护共同作用)保护方法具有重要意义。

技术实现思路

[0006]本专利技术为了解决直流配电网中故障限流技术与故障识别原理结合的问题，提供了一种基于控保协同的直流配电线路保护方法。
[0007]针对基于半桥型MMC的多端直流配电网，可以通过减少子模块的导通数量，即调制比来降低换流器出口电压，进而起到抑制故障电流的作用；同时，利用Pearson相关系数识别故障电流的变化特征，所得结果不受限流策略的影响，可以同时识别区内外故障并且区分故障类型。因此本专利技术通过如下技术方案来实现：一种基于控保协同的直流配电线路保护方法，包括如下步骤：
[0008]S1：故障启动：
[0009]保护装置采集各线路电压、电流数据，规定采样频率为20kHz，正极或负极电压连续3个采样点低于所设阈值时，认为发生了接地短路故障，为了避免正常运行情况下噪声及雷击信号的干扰，将阈值设计为0.85倍的额定电压，公式如下：
[0010]|V
P
|＜0.85|U
Pn
|∪|V
N
|＜|0.85U
Nn
|
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0011]V
P
为正极线路电压，V
N
为负极线路电压，U
Pn
、U
Nn
分别为正负极线路额定电压；
[0012]S2：故障限流：
[0013](1)电流变化率限流环节：
[0014]在故障初期，保护安装处检测到故障电流变化率大于500kA/s时，启动电流变化率限流控制环节，此时MMC输出子模块调制比为：
[0015][0016]其中K
D
为电流变化率限流控制参数，可取为0.2～0.4，通过在故障初期降低调制比，起到“虚拟电感”的作用，可以延缓故障电流的上升速度。
[0017](2)电流幅值限流环节：
[0018]在故障中段，保护安装处检测到故障电流大于5倍的额定电流值时，认为故障已发展到一定程度，启动电流幅值限流环节，此时MMC输出子模块调制比为：
[0019][0020]其中K
I
为电流幅值限流控制参数，可取为0.2～0.4，N
SM
为子模块总数量，可起到“虚拟电阻”作用，可以降低故障电流幅值；
[0021](3)最低电压限流环节：
[0022]在故障后期，保护安装处检测到故障电流达到峰值以后，控制器切换为最低电压限流控制，利用线路的极间电压除以电压额定值得到调制比：
[0023]K
M
＝min{V1,V2......V
n
}/V
dcn
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0024]进一步降低故障电流。
[0025]整体而言，全周期限流策略为在故障初期利用电流变化率限流环节抑制故障电流上升率，在故障中段利用电流幅值限流环节降低故障电流幅值，在故障后期利用最低电压限流环节进一步降低故障电流。该限流策略既能够限制故障电流的峰值与上升率，减轻环状直流配电网对高开断容量直流断路器的需求，还能够在故障后期起到降低故障电流的作用，即使断路器拒动，也能减轻对直流配电网的危害。
[0026]S3：故障识别：
[0027]直流配电网故障情况下的电流特征可以表述为：故障线路两侧电流波形突变方向一致，非故障线路两侧电流波形突变方向相反。考虑到全周期限流控制策略会限制故障电流的幅值，但是不会改变其波形变化方向，利用Pearson相关系数线路描述线路两侧电流变化特征，其计算公式如下：
[0028][0029]其中，P
m
取值范围为(
‑
1,1)，当P
m
在1附近时，两侧电流正相关，判定为故障线路；当P
m
在
‑
1附近时，两侧电流负相关，判定为非故障线路。
[0030]与现有技术相比本专利技术具有以下有益效果：本专利技术所提供的一种基于控保协同的直流配电线路保护方法，能够在限流的同时实现故障识别，既减小了直流配电网对于高开
断电流断路器的需求，也能够同时识别区内外故障与故障类型，减小了保护冗余。该保护方法不需要严格的通信同步，且不受过渡电阻、数据窗长和噪声的影响，具有较好的应用前景。
附图说明
[0031]图1为本专利技术具体实施例所涉及的四端柔性直流配电网拓扑结构示意图。
[0032]图2是本专利技术具体实施例所涉及MMC故障等效电路图。
[0033]图3是本专利技术具体实施例所涉及限流控制策略示意图。
[0034]图4是本专利技术具体实施例所涉及线路故障电流波形特征示意图。
[0035]图5是本专利技术具体实施例所涉及保护方案流程图。
具体实施方式
[0036]以下结合具体实施例对本专利技术作进一步说明。
[0037]图1为四端柔性直流配电网拓扑结构示意图，直流线路额定电压
±
10kV，MMC1采用定直流电压控制，其余换流器采用定直流功率控制，直流线路L1‑
L4均采用伪双极接线，线路长度分别为10、8、12、8km，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于控保协同的直流配电线路保护方法，其特征在于：包括如下步骤：S1：故障启动：保护装置采集各线路电压、电流数据，规定采样频率为20kHz，正极或负极电压连续3个采样点低于所设阈值时，认为发生接地短路故障，将阈值设计为0.85倍的额定电压，公式如下：|V
P
|＜0.85|U
Pn
|∪|V
N
|＜|0.85U
Nn
|
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)V
P
为正极线路电压，V
N
为负极线路电压，U
Pn
、U
Nn
分别为正负极线路额定电压；S2：故障限流：(1)电流变化率限流环节：在故障初期，保护安装处检测到故障电流变化率大于500kA/s时，启动电流变化率限流控制环节，此时MMC输出子模块调制比为：其中K
D
为电流变化率限流控制参数，取为0.2～0.4，通过在故障初期降低调制比，起到虚拟电感的作用，延缓故障电流的上升速度；(2)电流幅值限流环节：在故障中段，保护安...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦文萍，杨乐，陈晓乾，蔡逸天，朱志龙，薛邵锴，王金浩，李胜文，刘翼肇，孟润泉，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：