本發(fā)明屬于柔性直流配電網(wǎng)線路故障保護領(lǐng)域，具體地，涉及一種基于電流疊加量積分的柔性直流配電網(wǎng)縱聯(lián)保護方法及裝置。

背景技術(shù)：

1、近年來，隨著可關(guān)斷功率半導(dǎo)體器件的長足發(fā)展和分布式可再生電源、直流負荷、儲能設(shè)備等的快速發(fā)展應(yīng)用，柔性直流配電網(wǎng)(或柔性直流微電網(wǎng))成為了當(dāng)前國內(nèi)外研究的一個熱點。柔性直流配電網(wǎng)的主要優(yōu)點包括：便于各種分布式可再生新能源接入大電網(wǎng)；提高配用電變換的靈活性，減小直流負荷、直流儲能設(shè)備的電能轉(zhuǎn)換次數(shù)；提高高負荷密度中心的供電容量和質(zhì)量；擴大供電半徑，降低線路成本，減小線路損耗等。然而，采用可關(guān)斷半導(dǎo)體器件的電壓源換流器(voltage?source?converter，vsc)過電流能力弱，使得直流線路的保護復(fù)雜化。

2、現(xiàn)有技術(shù)中，柔性直流配電網(wǎng)線路保護包括不依賴通信的單端量保護和依賴雙端信息的縱聯(lián)保護。其中，單端量法包括：過流保護(o/c)是最簡單、最古老的一種故障保護方法，三段式過流保護在交流系統(tǒng)中廣泛使用。然而，在網(wǎng)狀直流電網(wǎng)并接入大量的分布式電源的情況下，過流保護可能缺乏保護的選擇性，同時，直流系統(tǒng)過流迅速，一定時間段的延時不能被接受，難以滿足速動性的要求。為了加快故障保護的速度和敏感性，可以采用電流變化率的方法，同時通過檢測電流的方向、變化率的極性等提高保護的選擇性。低壓保護(under-voltage)也是一種歷史悠久的保護方法，和過流保護一樣由于缺乏選擇性，通常結(jié)合其他保護方法進行保護方案的設(shè)計。通常在直流系統(tǒng)中，為了限制短路電流的快速上升，會在直流線路的兩側(cè)串聯(lián)限流電抗器，限流電抗器能夠起到平滑故障信號的作用，構(gòu)成了線路保護的邊界，因而電壓變化率保護方法可以加快故障檢測的速度和靈敏度。單端量法能夠加快故障保護的速度，不依賴通信系統(tǒng)，原理簡單，然而在復(fù)雜的柔性直流配電網(wǎng)絡(luò)中，保護的可靠性、選擇性不足?？v聯(lián)保護方法：電流差動保護是一種最基礎(chǔ)的縱聯(lián)保護，電流差動保護通過在線路的兩端分別測量電流信號，并將電流信息傳遞到線路的另一端做差值，當(dāng)兩者的差值的絕對值超過一個定值時，保護啟動，然而差動保護需要傳遞的數(shù)據(jù)量較大?；谑录畔⒌墓收蠙z測方法，只需要傳遞故障事件信息，而非傳遞故障數(shù)據(jù)，從而可以極大的減小對通信系統(tǒng)容量、通信速度和數(shù)據(jù)同步的要求。由于柔性直流配電線路的距離較短(一般為幾千米)，線路兩端的通信延遲較短，因而如果能夠提出可靠的故障方向判據(jù)，就能夠設(shè)計出滿足保護速動性、可靠性、靈敏性和選擇性要求的集中式故障保護方案。

3、柔性直流線路在發(fā)生高阻故障后，故障電流的幅值較小，很可能小于正常額定電流的數(shù)值，因而難以通過直流電流的方向判斷故障方向。多端柔性直流配電網(wǎng)高頻功率相關(guān)性縱聯(lián)保護方法分析了直流配電網(wǎng)中高頻暫態(tài)分量的分布特性，提出了一種基于高頻功率的縱聯(lián)保護方法，但需要直流線路兩端存在較為明顯的線路保護邊界?；诟倪Mjaccard系數(shù)的柔性直流配電網(wǎng)縱聯(lián)保護方案提出了一種基于改進jaccard系數(shù)的直流配電網(wǎng)縱聯(lián)保護方法，目的是提高數(shù)據(jù)的可用率，但未考慮線路分布參數(shù)的影響。基于擬合電流斜率特性的柔性直流配電線路縱聯(lián)保護方法利用擬合電流斜率特性提出了一種直流配電線路縱聯(lián)保護方法，該方法利用了兩電平電壓源換流器直流側(cè)并聯(lián)的電容放電回路，識別高阻接地故障的能力較弱。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的難以識別高阻接地故障的不足，本發(fā)明提供一種柔性直流配電網(wǎng)縱聯(lián)保護方法及裝置，克服現(xiàn)有柔性直流配電網(wǎng)線路保護的可靠性、靈敏性、選擇性不高的問題，通過對電流疊加量進行積分?jǐn)U大故障區(qū)內(nèi)、區(qū)外的暫態(tài)特征差異，提出了一種基于電流疊加量積分的柔性直流配電網(wǎng)縱聯(lián)保護方法，提高了直流配電線路保護的可靠性、靈敏性和選擇性，能夠可靠、有選擇的識別直流線路故障。

2、本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案。

3、本發(fā)明提出了一種柔性直流配電網(wǎng)縱聯(lián)保護方法，包括：

4、對一條直流母線沿直流線路流到另一條直流母線的電流進行采樣；

5、利用故障后的相鄰電流采樣值差分之和，建立保護裝置的啟動判據(jù)模型；

6、利用故障前后電流采樣值差分，分別建立故障方向判斷模型；

7、對于直流線路各端的保護裝置，當(dāng)基于啟動判據(jù)模型判定保護裝置啟動時，基于故障方向判斷模型判斷故障方向；

8、當(dāng)直流線路兩端的保護裝置均判定為正方向故障時，則判定直流線路發(fā)生區(qū)內(nèi)故障；否則，判定直流線路正常運行。

9、啟動判據(jù)模型滿足如下關(guān)系式：

10、

11、式中，

12、δinm(k)為從線路故障后的采樣起始時刻k起的l個采樣點下從直流母線n沿直流線路流到直流母線m的電流差分之和，從線路故障后的采樣時刻k開始，采樣點分別為k、k-1、……、k-l+1；i為采樣點編號；

13、imn(k-l+i)為從線路故障后的采樣時刻k起的l個采樣點下直流母線m沿直流線路流到直流母線n的電流，其中，i＝0,1,…,l-1，l為采樣點總數(shù)，電流參考方向以直流母線流向直流線路為正方向；

14、λ為整定值。

15、±10kv直流系統(tǒng)中，λ為20a。

16、故障方向判斷模型滿足如下關(guān)系式：

17、

18、式中，

19、snm為信號測量點rnm計算得到的電流疊加量的積分，其中信號測量點rnm為直流母線n到直流母線m的直流線路上的信號測量點和保護安裝的位置；

20、k0為保護裝置的啟動時刻，也是電流疊加量的采樣起始時刻；

21、inm(k0+j)為從保護裝置啟動后的采樣時刻k0起的n個采樣點下從直流母線n沿直流線路流到直流母線m的電流，其中，j＝0,1,…,n-1，n為采樣點總數(shù)，表征進行積分的數(shù)據(jù)長度，電流參考方向以直流母線流向直流線路為正方向；

22、為信號測量點rnm獲取的故障前電流，故障前電流是在保護裝置啟動后的采樣時刻之前的p個采樣時刻的數(shù)值。

23、±10kv直流系統(tǒng)中，采樣頻率10khz下數(shù)據(jù)長度n為8。

24、±10kv直流系統(tǒng)中，采樣頻率10khz下p為10。

25、故障方向判斷模型滿足如下關(guān)系式：

26、

27、式中，k1為可靠系數(shù)。

28、±10kv直流系統(tǒng)中，采樣頻率10khz下數(shù)據(jù)長度n為8時，k1為0.1。

29、當(dāng)直流線路兩端的保護裝置均判定為正方向故障時，則判定直流線路發(fā)生區(qū)內(nèi)故障，包括：

30、直流線路一端n的保護裝置判定為正方向故障時，則向直流線路另一端m的保護裝置發(fā)送正方向故障信號fnm＝1以及該端的保護裝置啟動時刻直流線路另一端m的保護裝置判定為正方向故障時，則向直流線路一端n的保護裝置發(fā)送正方向故障信號fmn＝1以及該端的保護裝置啟動時刻

31、當(dāng)直流線路一端n的保護裝置接收到直流線路另一端m的保護裝置發(fā)送的正方向故障信號fmn＝1以及該端的保護裝置啟動時刻時，當(dāng)fnm·fmn＝1且時，判定直流線路發(fā)生區(qū)內(nèi)故障，直流線路一端n的保護裝置發(fā)出直流線路開斷動作信號并作用于直流斷路器；其中，τ為通信延時的最大值。

32、本發(fā)明還提出了一種柔性直流配電網(wǎng)縱聯(lián)保護裝置，包括：

33、電流采樣模塊，啟動判據(jù)模型模塊，故障方向判斷模型模塊，縱聯(lián)保護模塊；

34、電流采樣模塊，用于對一條直流母線沿直流線路流到另一條直流母線的電流進行采樣；

35、啟動判據(jù)模型模塊，用于利用故障后的相鄰電流采樣值差分之和，建立保護裝置的啟動判據(jù)模型；

36、故障方向判斷模型模塊，用于利用故障前后電流采樣值差分，分別建立故障方向判斷模型；

37、縱聯(lián)保護模塊，用于對于直流線路各端的保護裝置，當(dāng)基于啟動判據(jù)模型判定保護裝置啟動時，基于故障方向判斷模型判斷故障方向；當(dāng)直流線路兩端的保護裝置均判定為正方向故障時，則判定直流線路發(fā)生區(qū)內(nèi)故障；否則，判定直流線路正常運行。

38、本發(fā)明的有益效果在于，本發(fā)明提出了一種基于故障電流疊加量積分的故障方向判據(jù)，并通過縱聯(lián)線路兩端的故障方向信息設(shè)計了縱聯(lián)保護方案。本發(fā)明通過對故障電流疊加量進行積分?jǐn)U大高阻故障時的暫態(tài)特征差異，具備較強的識別高阻故障的能力，且具有較強的抗噪聲干擾能力，能夠可靠、有選擇的識別直流線路故障，對采樣精度和采樣頻率的要求滿足實際運用前景。

39、本發(fā)明的主要有益效果至少包括：

40、(1)本發(fā)明方法僅需要測量線路兩端的直流電流，無需限流電抗器等線路保護設(shè)備提供線路保護邊界，具有原理簡單、保護配置難度低和通用性高等特點。

41、(2)本發(fā)明方法基于電流疊加量積分提出了一種高可靠性的方向判據(jù)，通過疊加量積分?jǐn)U大了故障區(qū)內(nèi)、區(qū)外的暫態(tài)特征差異，具有較強的抗噪聲干擾能力，能夠可靠、有選擇的識別直流線路故障。

42、(3)本發(fā)明方法無需傳遞直流電流等故障數(shù)據(jù)，對通信設(shè)備的容量、速度要求低，雙端故障信號測量無需嚴(yán)格的采樣同步，且對采樣精度和采樣頻率的要求滿足實際運用前景。