[发明专利]一种基于直流电流波形曲率变化差异的故障快速识别方法

说明书

本发明公开了一种基于直流电流波形曲率变化差异的故障快速识别方法，首先针对含电力电子换流器的多端柔性直流配电系统，根据直流双极短路故障发生后各阶段的电气量特征，获得直流线路故障后故障电流的数学表达式；再根据所得到的故障电流数学表达式，利用故障后电流波形曲率的变化差异，通过曲率算法识别出故障线路；然后根据直流电流变化率di/dt的变化情况，选择线路开关动作，实现线路的故障保护。上述方法以故障后线路电流的突变特性为基础，通过曲率算法表征电流波形曲率的突变，达到识别区外故障的目的，提高了电流突变量保护的选择性。

技术领域

本发明涉及直流配电网技术领域，尤其涉及一种基于直流电流波形曲率变化差异的故障快速识别方法。

背景技术

随着分布式发电装置和电力电子技术的快速发展，智能电网未来的发展方向主要集中在配电网，尤其是直流配电网以有效接纳分布式电源、高效稳定电压变换及控制、系统优化配置、电能质量高、供电可靠性强、经济性好等特点受到了国内外学者的广泛关注。而直流配电网中的保护技术作为该系统的关键技术之一，其中包含直流故障的快速、可靠的识别技术，正处于理论研究和试验探索阶段。

相比于交流配电网而言，直流配电网保护难以套用交流配电网的保护方法，主要是由于其故障类型、故障发展过程、故障电压电流特性、故障后果都不相同。其中，给直流配电网保护实现带来最大难题的是保护的速动性与选择性。当系统中任意直流线路发生故障时，所有直流线路都会发生过流现象，因电力电子器件的耐受过流能力相对较弱，要在2-5ms内快速识别直流故障以防止设备损坏，所以若利用过流保护实现故障的识别，则要求直流断路器可以在2-5ms内快速动作，难度较大。而距离保护则对精确测距提出了更高的要求。现有技术中关于柔性直流配电网的研究主要集中于系统控制设计等方面，仅局限于简单的定性仿真，研究较少，且现有文献提出的保护原理大多通过直流系统中元件频段的谐波电流进行区内外故障识别，动作时间是20ms(50Hz)，同时需要两端电气量分别计算线路电流并由此构造动作判据，导致保护计算量大，整定复杂，不具有快速性，工程实用性较差。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于直流电流波形曲率变化差异的故障快速识别方法，该方法以故障后线路电流的突变特性为基础，通过曲率算法表征电流波形曲率的突变，达到识别区外故障的目的，提高了电流突变量保护的选择性。

一种基于直流电流波形曲率变化差异的故障快速识别方法，所述方法包括：

步骤1、针对含电力电子换流器的多端柔性直流配电系统，根据直流双极短路故障发生后各阶段的电气量特征，获得直流线路故障后故障电流的数学表达式；

步骤2、根据所得到的故障电流数学表达式，利用故障后电流波形曲率的变化差异，通过曲率算法识别出故障线路；

步骤3、再根据直流电流变化率di/dt的变化情况，选择线路开关动作，实现线路的故障保护。

在所述步骤1中，获得直流线路故障后故障电流的数学表达式的过程为：

设电容电压初值为V₀，电感电流初值为I₀，电抗器的直流阻抗、电容器的串联阻抗、放电回路金属构件的接触电阻统一用R_Stray表示，则故障后电容电压通过求解二阶微分方程得到：

式中，为放电电流衰减的时间常数；为放电电路固有角频率；为振荡放电电流的角频率；为由初始电流引起的放电电流的初相角；

进一步得到直流线路故障后故障电流的数学表达式为：

式中，U_dc是桥臂投入子模块的电容电压之和，C₀为子模块电容初值，n为子模块个数，σ为放电电流衰减的时间常数；ω为振荡放电电流的角频率；α为由初始电流引起的放电电流的初相角。