柔性直流配電網(wǎng)單極接地故障識別、故障保護方法與流程

本發(fā)明屬于電力電子技術與直流配電領域，具體涉及柔性直流配電網(wǎng)單極接地故障識別、故障保護方法。

背景技術：

多端柔性直流配電系統(tǒng)是指在同一直流網(wǎng)架下，含有2個以上VSC(電壓源換流器)，換流端口直流側采用并聯(lián)或串聯(lián)的方式相互連接而組成的柔性直流配電系統(tǒng)。模塊化多電平換流器(MMC)相對于傳統(tǒng)的兩電平或三電平VSC，具有易于擴展、諧波畸變小、開關損耗低、故障處理能力強等優(yōu)點，成為柔性直流配電網(wǎng)的優(yōu)選換流器拓撲之一。

目前，直流單極接地故障的識別及排除是通過差動保護實現(xiàn)的，當母線發(fā)生單極金屬性接地故障時，故障極直流電壓變?yōu)?，非故障極直流電壓變?yōu)?倍額定值，故障處的電流較小，影響故障檢測的準確性。并且，現(xiàn)有技術中啟動差動保護的時間較慢，如果不能快速隔離故障母線，可能會造成設備過壓、啟動過壓保護、閉鎖換流器及換流器退出運行，影響供電的可靠性。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種柔性直流配電網(wǎng)單極接地故障識別、故障保護方法，用于解決現(xiàn)有技術無法準確檢測出單極接地故障的問題。

為解決上述技術問題，本發(fā)明提出一種柔性直流配電網(wǎng)單極接地故障識別方法，包括以下五個解決方案：

方案一，包括如下步驟：

1)獲取正、負直流母線對地電壓，獲取正、負直流母線的極間電壓變化率；

2)當正、負直流母線的極間電壓變化率的絕對值大于第一比較限值，脈沖展寬t₁毫秒，且正直流母線對地電壓與負直流母線對地電壓的和的絕對值大于第二比較限值，所述大于第二比較限值的持續(xù)時間超過時間限值時，判定當前正、負直流母線發(fā)生單極接地故障。

方案二，在方案一的基礎上，所述第一比較限值通過下式得出：

dU_dcset＝k_rel1dU_{dc_max_o}

式中，dU_dcset為第一比較限值，dU_{dc_max_o}為區(qū)外單極接地故障電壓變化率絕對值最大值，k_rel1為第一設定可靠系數(shù)。

方案三，在方案二的基礎上，所述第一比較限值通過下式進行靈敏性校驗：

式中，dU_{dc_min_i}為區(qū)內(nèi)單極接地故障電壓變化率絕對值最小值，k_sen1為第一靈敏系數(shù)。

方案四，在方案一的基礎上，所述第二比較限值通過下式得出：

dU_dcunbalset＝k_rel2dU_{dcunbal_max_o}

式中，dU_dcunbalset為第二比較限值，dU_{dcunbal_max_o}為區(qū)外非單極接地故障導致的電壓不平衡絕對值最大值，k_rel2為第二設定可靠系數(shù)。

方案五，在方案四的基礎上，所述第二比較限值通過下式進行靈敏性校驗：

式中，dU_{dcunbal_min_i}為區(qū)內(nèi)單極接地故障電壓不平衡絕對值最小值，k_sen2為第二靈敏系數(shù)。

為解決上述技術問題，本發(fā)明還提出一種柔性直流配電網(wǎng)單極接地故障保護方法，包括以下五個解決方案：

方案一，包括如下步驟：

1)獲取正、負直流母線對地電壓，獲取正、負直流母線的極間電壓變化率；

2)當正、負直流母線的極間電壓變化率的絕對值大于第一比較限值，脈沖展寬t₁毫秒，且正直流母線對地電壓與負直流母線對地電壓的和的絕對值大于第二比較限值，所述大于第二比較限值的持續(xù)時間超過時間限值時，判定當前正、負直流母線發(fā)生單極接地故障；

3)向發(fā)生單極接地故障的正、負直流母線的直流斷路器發(fā)出跳閘指令，斷開所述正、負直流母線。

方案二，在方案一的基礎上，所述第一比較限值通過下式得出：

dU_dcset＝k_rel1dU_{dc_max_o}

式中，dU_dcset為第一比較限值，dU_{dc_max_o}為區(qū)外單極接地故障電壓變化率絕對值最大值，k_rel1為第一設定可靠系數(shù)。

方案三，在方案二的基礎上，所述第一比較限值通過下式進行靈敏性校驗：

式中，dU_{dc_min_i}為區(qū)內(nèi)單極接地故障電壓變化率絕對值最小值，k_sen1為第一靈敏系數(shù)。

方案四，在方案一的基礎上，所述第二比較限值通過下式得出：

dU_dcunbalset＝k_rel2dU_{dcunbal_max_o}

式中，dU_dcunbalset為第二比較限值，dU_{dcunbal_max_o}為區(qū)外非單極接地故障導致的電壓不平衡絕對值最大值，k_rel2為第二設定可靠系數(shù)。

方案五，在方案四的基礎上，所述第二比較限值通過下式進行靈敏性校驗：

式中，dU_{dcunbal_min_i}為區(qū)內(nèi)單極接地故障電壓不平衡絕對值最小值，k_sen2為第二靈敏系數(shù)。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明提出一種柔性直流配電網(wǎng)單極接地故障識別、故障保護方法，能準確檢測出單極接地故障，并快速識別故障母線，通過跳開發(fā)生接地故障直流母線所在的直流斷路器，實現(xiàn)故障母線的快速隔離，提高了直流配電網(wǎng)的供電可靠性。

附圖說明

圖1是柔性直流配電網(wǎng)A站母線1單極接地故障保護簡圖；

圖2是柔性直流配電網(wǎng)單極接地故障定位邏輯框圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發(fā)明的具體實施方式作進一步的說明。

本發(fā)明的一種柔性直流配電網(wǎng)單極接地故障保護方法的實施例，包括以下步驟：

1)獲取正、負直流母線對地電壓，獲取正、負直流母線的極間電壓變化率；

2)當正、負直流母線的極間電壓變化率的絕對值大于第一比較限值，脈沖展寬t₁毫秒，且正直流母線對地電壓與負直流母線對地電壓的和的絕對值大于第二比較限值，所述大于第二比較限值的持續(xù)時間超過時間限值時，判定當前正、負直流母線發(fā)生單極接地故障；

3)向發(fā)生單極接地故障的正、負直流母線的直流斷路器發(fā)出跳閘指令，斷開所述正、負直流母線。

如圖1所示的A、B、C和D四個換流站通過母線1、母線2、母線3和母線4組成一個直流環(huán)網(wǎng)。直流母線的兩端加裝直流電抗器作為母線的邊界，直流母線兩端設有直流斷路器，能夠在保護出口時，帶電迅速跳開，隔離故障母線?？刂票Ｗo裝置設置在母線兩端的換流站內(nèi)，用于控制直流母線兩端的直流斷路器。

以A站母線1發(fā)生單極接地故障為例，A站采集母線1首端的正極直流電壓和負極直流電壓，采樣頻率為10kHz。如圖2所示，控制保護系統(tǒng)根據(jù)采集到的母線正、負極直流電壓，計算正、負極極間直流電壓的變化率，當電壓變化率的絕對值大于第一比較限值時，表明此母線可能存在故障，此信號為暫態(tài)量保護信號，脈沖展寬t₁毫秒。判定式如下：

其中，U_p為正極直流電壓，U_N為負極直流電壓，dt為采樣的步長，dU_dcset為第一比較限值，整定第一比較限值時，應該應躲開區(qū)外單極接地故障導致的直流電壓變化率響應，通過下式進行整定：

dU_dcset＝k_rel1dU_{dc_max_o}

式中，dU_dcset為第一比較限值，dU_{dc_max_o}為區(qū)外單極接地故障電壓變化率絕對值最大值，k_rel1為第一設定可靠系數(shù)，k_rel1＞1。

上述第一比較限值整定后，通過下式進行靈敏性校驗：

式中，dU_{dc_min_i}為區(qū)內(nèi)單極接地故障電壓變化率絕對值最小值，k_sen1為第一靈敏系數(shù)，k_sen1＞1.3。

然后將母線正、負極直流電壓求和，并求取絕對值，如果此值大于第二比較限值超過時間限值t₂毫秒時，表明母線1發(fā)生了單極接地故障，此路信號為電壓不平衡信號。判定式如下：

|U_p+U_N|＞U_dcunbalset

式中，U_dcunbalset為第二比較限值，整定第二比較限值時，應躲開區(qū)外非單極接地故障導致的直流電壓不平衡響應，通過下式進行整定：

dU_dcunbalset＝k_rel2dU_{dcunbal_max_o}

式中，dU_dcunbalset為第二比較限值，dU_{dcunbal_max_o}為區(qū)外非單極接地故障導致的電壓不平衡絕對值最大值，k_rel2為第二設定可靠系數(shù)，k_rel2＞1。

上述第二比較限值整定后，通過下式進行靈敏性校驗：

式中，dU_{dcunbal_min_i}為區(qū)內(nèi)單極接地故障電壓不平衡絕對值最小值，k_sen2為第二靈敏系數(shù)。

檢測到線路1發(fā)生單極接地故障后，控制保護系統(tǒng)向直流斷路器K1發(fā)出跳閘信號。控制保護系統(tǒng)程序執(zhí)行周期為100μs。

本發(fā)明提供的柔性直流配電網(wǎng)單極接地故障保護方法，能準確檢測出單極接地故障，不需要依賴站間通信，快速定位并切除故障線路，保證直流配電網(wǎng)的供電可靠性。

本發(fā)明的一種柔性直流配電網(wǎng)單極接地故障識別方法的實施例，包括以下步驟：

1)獲取正、負直流母線對地電壓，獲取正、負直流母線的極間電壓變化率；

2)當正、負直流母線的極間電壓變化率的絕對值大于第一比較限值，脈沖展寬t₁毫秒，且正直流母線對地電壓與負直流母線對地電壓的和的絕對值大于第二比較限值，所述大于第二比較限值的持續(xù)時間超過時間限值時，判定當前正、負直流母線發(fā)生單極接地故障。

本發(fā)明的單極接地故障識別方法已經(jīng)在上述一種柔性直流配電網(wǎng)單極接地故障保護方法的實施例中進行了詳細的介紹，這里不再對柔性直流配電網(wǎng)單極接地故障識別方法的實施例進行贅述。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，并不用于限制本發(fā)明，對于本領域的技術人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的權力要求范圍之內(nèi)。