【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电力系统继电保护和自动化领域，具体涉及一种基于直流断路器的柔性直流电网控保协同方法。
技术介绍
1、柔性直流电力系统因其具有换相精确、控制方式灵活以及便于新能源接入等巨大优势，而在直流输电领域获得广泛的应用，是未来一段时间内电网发展的主要方向。但是直流输电线路发生短路故障时，短路电流上升速度快、峰值高，故障扩散速度极快。同时，柔性直流系统中的大量电力电子器件耐受过电流的能力非常弱，所以直流输电系统对继电保护提出了非常严苛的要求。
2、在目前直流输电系统中，常规配置行波保护和微分欠压保护为主保护，差动保护为后备保护。传统的行波保护在高阻故障时无法保证较高的灵敏度，并且对干扰极其敏感；微分欠压保护的动作速度比行波保护略慢，其耐受过渡电阻的能力差，同时因直流系统的阻尼非常小，微分欠压保护的整定异常困难。除此之外，差动保护也是目前应用比较多的保护原理，但是差动保护的延时制约着其进一步发展，同时线路分布电容影响着差动保护的可靠性。总之，目前的保护原理难以同时满足高快速性和高可靠性的要求。
3、截至目前为止，绝大多数的直流线路故障处理模式都是先利用保护判据定位故障线路，后利用断路器将故障线路切除。如果一直处于这种先定位后切除的故障处理模式中，则故障处理技术将很难有突破性的发展。保护和控制是线路故障之后进行的两大重要过程，两者必然存在密切的联系。尤其在柔性直流电网中，保护与控制的动作时间尺度相同，两者相互影响是一定的。但是目前大多数的研究并没有将两者深度融合起来，造成了两部分之间缺少有机配合。目前的保护原
技术实现思路
1、本专利技术基于控保协同思想，将断路器与保护深度融合，根据源网配合型电压钳位原理的直流断路器，提供一种基于直流断路器的柔性直流电网控保协同方法。发生故障后，控制断路器的投入及换流站的调整，一方面限制电力电子器件的过流，解决mmc器件的脆弱性问题；另一方面提供保护边界，为故障的精确定位创造条件；当收到动作信号后，换流站恢复正常控制，并且通过断路器将故障线路切除。技术方案如下：
2、一种基于直流断路器的柔性直流电网控保协同方法，所采用的直流断路器是源网配合型电压钳位式直流断路器，其特征在于，柔性直流电网控保协同过程包括：
3、1)配置改进电压梯度算法作为控保的启动判据，配置电流变化量的正负作为直流断路器投入的选择判据，当控保启动后，当且仅当电流变化量为正一侧的断路器投入，而电流变化为负方向的断路器不投入；
4、2)当线路侧电压发生突变，同时检测到的电流变化量为正时，控制mmc调整和直流断路器投入，共同限制故障电流，方法为：首先转变换流站控制方式：故障后的源侧mmc主动控制模块采用固定预设值的非自适应控制，即主动控制减少mmc桥臂的电容子模块的数目，降低mmc桥臂电压的参考值，同时投入直流断路器的电压钳位电容；
5、3)利用线路电流变化量的均值作为保护判据进行故障定位，当经过步骤1)判断某条线路可能发生故障时，计算实际测量的故障电流变化量的平均值与最小计算电流的平均值的比率，根据比率的大小，确认该线路是否发生短路故障；
6、4)完成故障定位后，无论是故障线路亦或是非故障线路，都将mmc的控制模式恢复为初始控制模式；当判断故障发生在区内时，投入直流断路器的故障切除功能，将钳位电容中的能量进行泄放，从而切除故障线路；当判断故障发生在区外时，非故障线路上的直流断路器复位，使健全系统保持正常运行。
7、进一步地，步骤1)中，所配置的以改进电压梯度算法作为控保的启动判据，如下式所示：
8、
9、式中：d(i)为当前采样时刻i下的改进电压梯度值，u(i-j)为当前采样点前的第j个电压的采样值，dset为启动阈值，其取值应躲过正常运行期间出现的最大改进电压梯度。
10、进一步地，步骤3)中，利用线路电流变化量的均值作为保护判据进行故障定位的方法如下：
11、定义k值如下式，当k值满足该式时，确认该线路发生短路故障，否则认定该线路为非故障线路：
12、
13、式中，t为保护时间窗长，n为在时间窗长t内的采样点数，ij为断路器线路测的采样电流值，δij为实际线路发生短路故障时的电流变化量，δimin为理论上线路发生短路故障时的最小短路电流变化量，krel为可靠系数。
14、进一步地，步骤3)中，krel＝0.8。
15、另一方面，本专利技术提供一种基于直流断路器的柔性直流电网控保协同装置，所采用的直流断路器是源网配合型电压钳位式直流断路器，其特征在于，柔性直流电网控保协同装置包括：
16、启动模块，用于配置改进电压梯度算法作为控保的启动判据，配置电流变化量的正负作为直流断路器投入的选择判据，当控保启动后，当且仅当电流变化量为正一侧的断路器投入，而电流变化为负方向的断路器不投入；
17、限流模块，用于当线路侧电压发生突变，同时检测到的电流变化量为正时，控制mmc调整和直流断路器投入，共同限制故障电流，方法为：首先转变换流站控制方式：故障后的源侧mmc主动控制模块采用固定预设值的非自适应控制，即主动控制减少mmc桥臂的电容子模块的数目，降低mmc桥臂电压的参考值，同时投入直流断路器的电压钳位电容；
18、故障确认模块，用于利用线路电流变化量的均值作为保护判据进行故障定位，当经过所述配置模块判断某条线路可能发生故障时，计算实际测量的故障电流变化量的平均值与最小计算电流的平均值的比率，根据比率的大小，确认该线路是否发生短路故障；
19、恢复模块，用于完成故障定位后，无论是故障线路亦或是非故障线路，都将mmc的控制模式恢复为初始控制模式；当判断故障发生在区内时，投入直流断路器的故障切除功能，将钳位电容中的能量进行泄放，从而切除故障线路；当判断故障发生在区外时，非故障线路上的直流断路器复位，使健全系统保持正常运行。
20、进一步地，所述的启动模块配置改进电压梯度算法作为控保的启动判据，如下式所示：
21、
22、式中：d(i)为当前采样时刻i下的改进电压梯度值，u(i-j)为当前采样点前的第j个电压的采样值；dset为启动阈值，其取值应躲过正常运行期间出现的最大改进电压梯度。
23、进一步地，所述故障确认模块，具体用于：
24、定义k值如下式，当k值满足该式时，确认该线路发生短路故障，否则认定该线路为非故障线路：
25、
26、式中，t为保护时间窗长，n为在时间窗长t内的采样点数，ij为断路器线路测的采样电流值，δij为实际线路发生短路故障时的电流变化量，δimin为理论上线路发生短路故障时的最小短路电流变化量，krel为可靠系数。
27、进一步地，所述故障确认模块中，krel＝0.8。
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【技术保护点】
1.一种基于直流断路器的柔性直流电网控保协同方法，所采用的直流断路器是源网配合型电压钳位式直流断路器，其特征在于，柔性直流电网控保协同过程包括：
2.根据权利要求1所述的柔性直流电网控保协同方法，其特征在于，步骤1)中，所配置的以改进电压梯度算法作为控保的启动判据，如下式所示：
3.根据权利要求1所述的柔性直流电网控保协同方法，其特征在于，步骤3)中，利用线路电流变化量的均值作为保护判据进行故障定位的方法如下：
4.根据权利要求1所述的柔性直流电网控保协同方法，其特征在于，步骤3)中，krel＝0.8。
5.一种基于直流断路器的柔性直流电网控保协同装置，所采用的直流断路器是源网配合型电压钳位式直流断路器，其特征在于，柔性直流电网控保协同装置包括：
6.根据权利要求5所述的柔性直流电网控保协同装置，其特征在于，所述的启动模块配置改进电压梯度算法作为控保的启动判据，如下式所示：
7.根据权利要求5所述的柔性直流电网控保协同装置，其特征在于，所述故障确认模块，具体用于：
8.根据权利要求5所述的柔性直流
...【技术特征摘要】
1.一种基于直流断路器的柔性直流电网控保协同方法，所采用的直流断路器是源网配合型电压钳位式直流断路器，其特征在于，柔性直流电网控保协同过程包括：
2.根据权利要求1所述的柔性直流电网控保协同方法，其特征在于，步骤1)中，所配置的以改进电压梯度算法作为控保的启动判据，如下式所示：
3.根据权利要求1所述的柔性直流电网控保协同方法，其特征在于，步骤3)中，利用线路电流变化量的均值作为保护判据进行故障定位的方法如下：
4.根据权利要求1所述的柔性直流电网控保协同方法，其特征在于，步骤3)中，kre...
【专利技术属性】
技术研发人员：薛士敏，陈文杰，张君婷，李翔宇，张皓明，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：
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