一种柔性直流电网自适应重合闸方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种柔性直流电网自适应重合闸方法及系统，属于电力系统继电保护领域

【技术实现步骤摘要】
一种柔性直流电网自适应重合闸方法及系统


[0001]本专利技术涉及一种柔性直流电网自适应重合闸方法及系统，属于电力系统继电保护领域
。

技术介绍

[0002]直流电网是现代电网发展变革的重要方向，基于模块化多电平换流器的直流输电技术凭借其开关损耗低
、
无换向失败问题
、
可扩展的模块化的结构等优点，在新能源发电并网
、
向无源系统供电等领域有着广阔的应用场景
。
在实际工程中，柔性直流电网因其输电距离较长，电压等级较高等特点，大面积使用架空线路进行功率的传输，相较于电缆线输电，架空线路发生故障概率高；发生故障时故障电流上升快，对系统和设备造成的冲击巨大，因此通过安装在线路两端的直流断路器跳闸来隔离故障
。
实际工程中，架空线路故障大多数为瞬时性故障，这就需要在直流断路器跳闸后进行系统重启快速恢复供电，提供电力系统的供电可靠性
。
目前工程中所使用的自动重合闸方案通常为：在直流断路器跳闸后等待
150ms~350ms
的固定去游离后，将线路两侧的直流断路器合闸，若重合于永久性故障则直流断路器二次跳闸
。
该方法无法识别故障类型，若重合于永久性故障会对系统与设备造成严重的二次冲击，因此有必要在重合闸之前识别故障类型，发生瞬时性故障时，优化合闸时刻，较快恢复系统供电；发生永久性故障时立即将直流断路器闭锁，保护系统与设备的运行安全
。
[0003]目前，有专家提出利用全桥子模块
FBSM
构造换流站不控整流运行方式，通过检测不控整流运行方式下直流线路是否出现电流来实现故障性质识别，但该方法应用于多端直流电网时会对供电可靠性造成不利影响；另外有专家提出通过改进的机械式直流断路器实现故障识别，抗过渡电阻能力较强，但针对不同拓扑的机械式直流断路器，均需要进行不同的拓扑结构改进；进一步的有专家提出在混合型
MMC 的极控制器中加入一种故障性质辨识控制模式，该控制策略逻辑简单，不需要额外增加装置，但需等待固定去游离后注入信号进行故障识别，对于故障时间极短的瞬时故障无法做到快速重合闸
。
上述方法需要改变换流站的控制方式
、
改变直流断路器的拓扑结构，不具备普适性，改造成本较高
。

技术实现思路

[0004]鉴于上述，本专利技术提供一种柔性直流电网自适应重合闸方法及系统，无需增设附加装置，无需主动注入信号，仅利用直流断路器跳闸后的残余电气量识别故障类型，具有较高的普适性
。
[0005]故障发生后，故障线路两端断路器跳闸隔离故障，当发生瞬时性故障时，在故障消失后，由于线路全线无接地点，线路两端开路，电压在传输过程中在导线两端发生全反射，表现为振荡衰减状态，残余能量无直接泄放回路，将向零轴一侧发生明显的偏移，在能量衰减结束之前无过零点；当线路发生永久性故障时，由于故障点一直存在，残余能量将通过故障接地点快速泄放，线路无法积累电荷，电压呈现出整体围绕零轴快速振荡衰减的状态
。
因
此通过检测直流断路器跳闸后故障极电压在衰减振荡过程中是否偏移零轴来识别故障
。
本专利技术的采用如下技术方案：
[0006]一种柔性直流电网自适应重合闸方法及系统，其具体步骤为：
[0007]Step1
：在柔性直流电网发生区内故障后，装设于故障线路两端的直流断路器跳闸，隔离故障
。
[0008]Step2
：对故障线路电压数据进行持续采样
。
[0009]Step3
：对获取的电压数据按照设定的时间窗长提取各时窗内电压数据的最大值与最小值，分别计算各时窗内电压数据的最大值与最小值的乘积，其具体步骤如下：
[0010]Step3.1
：对获取的电压数据按照设定的时间窗长提取各时窗内电压数据的最大值与最小值，所述时间窗长，
L
为输电线路长度，
v
为行波波速
。
[0011]Step3.2
：计算各时窗内电压数据的最大值与最小值的乘积：
[0012](1)
[0013]式中，
k
表示第
k
个时窗，
U
max
(k)
表示第
k
个时窗内电压数据的最大值，
U
min
(k)
表示第
k
个时窗内电压数据的最小值
。
[0014]Step4
：根据所述各时窗内电压数据的最大值与最小值的乘积计算各时窗的符号函数值，最大值的乘积与最小值的乘积若大于0，则表明故障极电压偏移零轴：
[0015](2)
[0016]式中，
k
表示第
k
个时窗
。
[0017]Step5
：计算并设定整定判定时限，在整定判定时限内利用符号函数构造识别判据，结合所述各时窗的符号函数值，识别故障类型，若识别为永久性故障，出口闭锁信号，流程结束；若识别为瞬时性故障，执行
Step6
，其具体步骤如下：
[0018]Step5.1
：对于永久性故障，电压幅值低于一定值时的计算结果将没有意义，需要确定一个最小的电压阈值
0.01Un
，需计算并设定整定判定时限
t
set
，若在直流断路器跳闸后
100ms
内故障极残余电压
U
在
t4
时刻衰减至
0.01Un
，则令
t
set
=t4
；目前实际工程中所运用的自动重合闸方案在直流断路器跳闸后固定去游离时间通常为
200ms
，由于本专利技术在识别出瞬时性故障之后还需留有
100ms
的去游离时间，待去游离结束后进行重合闸，因此若在直流断路器跳闸后
100ms
内故障极残余电压
U
未衰减至
0.01Un
，则令
t
set
=100ms。
[0019]Step5.2
：为保证识别判据的可靠性，在整定重合闸时限
tset
内出现连续三个时窗满足电压最大值与最小值的乘积大于0，证明电压已完全偏移零轴，判定为发生瞬时性故障，在整定判定时限
t
set
内利用符号函数构造识别判据，结合所述各时窗的符号函数值，识别故障类型：
[0020](3)
式中，
k
set
为在整定判定时限约束下时窗序号的最大值
。
[0021]若满足，
[0022](4)
[0023]则为瞬时性故障；
[0024]反之，则为永久性故障，出口闭锁信号
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种柔性直流电网自适应重合闸方法，其特征在于，包括如下步骤：
Step1
：在柔性直流电网发生区内故障后，装设于故障线路两端的直流断路器跳闸，对故障线路进行故障隔离；
Step2
：通过高速采集装置对故障线路电压数据进行持续采样；
Step3
：对获取的电压数据按照设定的时间窗长提取各时窗内电压数据的最大值与最小值，分别计算各时窗内电压数据的最大值与最小值的乘积；
Step4
：根据所述各时窗内电压数据的最大值与最小值的乘积计算各时窗的符号函数值；
Step5
：计算并设定整定判定时限，在整定判定时限内利用符号函数构造识别判据，结合所述各时窗的符号函数值，识别故障类型，若识别为永久性故障，出口闭锁信号，流程结束；若识别为瞬时性故障，执行
Step6
；
Step6
：计算故障点熄弧时刻，基于故障点熄弧时刻确定混合断路器重合闸的具体时刻
。2.
根据权利要求1所述的柔性直流电网自适应重合闸方法，其特征在于，所述
Step3
具体为：
Step3.1
：对获取的电压数据按照设定的时间窗长提取各时窗内电压数据的最大值与最小值，所述时间窗长，
L
为输电线路长度，
v
为行波波速；
Step3.2
：计算各时窗内电压数据的最大值与最小值的乘积：；式中，
k
表示第
k
个时窗，
U
max
(k)
表示第
k
个时窗内电压数据的最大值，
U
min
(k)
表示第
k
个时窗内电压数据的最小值
。3.
根据权利要求2所述的柔性直流电网自适应重合闸方法，其特征在于，所述
Step4
具体为：根据所述各时窗内电压数据的最大值与最小值的乘积计算各时窗的符号函数值：
。4.
根据权利要求3所述的柔性直流电网自适应重合闸方法，其特征在于，所述
Step5
具体为：
Step5.1
：计算并设定整定判定时限
t
set
，若在直流断路器跳闸后
100ms
内故障极残余电压
U
在
t4时刻衰减至
0.01Un
，则令 t
set
= t4；若在直流断路器跳闸后
100ms
内故障极残余电压
U
未衰减至
0.01Un
，则令
t
set
=100ms

【专利技术属性】
技术研发人员：束洪春，曹耀仁，代月，管普，李聪，龚峰，管诚，龙宇，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：