[发明专利]基于电压预测的环形直流配电网故障检测方法

说明书

基于预测电压的环形直流配电网故障检测方法，属于直流配电网安全运行领域，所述直流配电网的两端安装有保护装置，所述保护装置包括断路器、传感器、继电器、电抗器；其特征在于：根据线路侧任意三个采样时间点的采样电压值预测线路侧的下一时刻的预测电压值，以故障时刻线路侧的预测电压值和实测电压值的差值作为保护的动作依据。本发明解决了传统直流配电网保护速动性不强，过于依赖通信以及电路所处的阻尼状态等问题。本发明仅依赖线路侧的电压值，有效的避免了使用电流、电流的一阶导数及二阶导数、电压的一阶导数等元素设置保护时，过于依赖故障时刻电路的阻尼状态的影响。

技术领域

本发明涉及直流配电网继电保护领域，具体是一种基于预测电压的环形直流配电网故障检测方法，适用于复杂的多端直流配电网。

背景技术

近年来，随着科学技术的不断发展，负荷密集地区的用电量越来越大，用户对电能质量的要求也越来越严格，现有的交流配电系统已经满足不了用户的用电需求。而在直流配电网中，交流侧有功功率和无功功率的控制是独立的，并且在直流网中不存在频率偏移和三相不对称等问题，电能质量更好，直流配电系统逐渐走入了人们的视野。直流配电以其低成本、低线路损耗、传输容量大以及可靠性高等优势迅速在电力市场中占领了一席之地。

目前，国内外对于直流配电网的研究尚处于初级阶段，直流配电网仍存在许多挑战。其中一个最主要的挑战就是对直流电网故障缺乏有效的保护措施。目前，直流电网的保护主要有三种形式：基于直流电流和直流电压的保护，差动保护和行波保护。直流电网的低阻抗电缆和高滤波电容使得直流系统故障最明显的特征就是直流电压的减小和直流电流的增加，所以基于电流和电压的保护在研究之初就被广泛应用。最典型的保护就是过电流保护和欠压保护。但是，在环形直流配电网中，系统发生区内故障和区外故障时，电流和电压的故障特性极为相似，所以这种方法不能准确识别故障线路。在选择性上，差动保护是一种非常理想的保护方案。但其信息传输需要时间，尤其在传输线很长的系统中传输时间更长。而在直流故障中，短路电流通常会在故障发生的10ms内达到额定电流的几倍甚至更高，从而引起IGBT闭锁,为了防止电力电子器件被破坏，故障需要在10ms以内被切除。行波保护在高压直流输电系统中应用广泛，但在配电网中由于线路较短行波很难被检测到。随着直流保护技术的发展，一些基于直流电压和电流暂态值的保护也被广泛应用。有的学者提出了基于di/dt的保护方案，但保护判据对电路阻尼状态的依赖性较大，无法区分高阻抗接地故障和区内区外故障。有的学者结合了di/dt和di²/dt²的故障特征，并计算出了适用范围，但没有考虑区外故障。还有的学者虽然解决了直流故障分区困难和高阻接地故障难以检测的问题，但是保护原理复杂，不便于应用。

发明内容

为了解决多端直流配电网故障检测困难(端直流配电网故障检测目前处于理论研究阶段，没有应用实践)、过于依赖电路阻尼状态、难以满足直流保护速动性的问题，本发明提出了一种基于预测电压的环形直流配电网故障检测方法。

在直流配电系统正常运行时，由于直流配电系统的定电压和定功率的主从控制作用，直流配电系统线路电压保持恒定且只与接入直流配电系统的负荷大小有关。

根据线路侧采样点的前三个采样电压与二次时变函数预测线路侧下一时刻的电压值，以故障时刻线路侧的预测电压和实测电压的差值作为保护的动作依据。

本发明是通过如下技术方案来实现的：

基于电压预测的环形直流配电网故障检测方法，所述直流配电网的两端安装有保护装置，所述保护装置包括断路器、传感器、继电器、电抗器；故障检测方法包括下述内容：

(1)预测电压值

基于线路上的预测电压值与实测电压值的差值，利用保护装置的继电器识别线路侧的电压变化并断路器隔离故障；

根据目前公知常识：直流电流是关于时间的二次函数。从而，直流电压v_R(t)也是关于时间的二次函数，电压关于时间t的二阶导数：