[发明专利]一种柔性直流配电网络故障定位和隔离方法

说明书

本发明公开了属于电力系统自动化继电保护技术领域的一种柔性直流配电网络故障定位和隔离方法。该方法是基于电流过零检测原理的全桥子模块型(FBMMC)柔性直流配电网络故障定位和隔离方法，该方法利用故障线路两端保护测量的电流不同时过零、同时过零或不过零的特征，实现对柔性直流配电网双极短路故障的快速、准确定位。通过标记为线路两端电流未同时过零的机械开关，实现故障线路的快速隔离，该方法通过线路两端通信判别故障区域，不需要以故障限流器为保护边界，可靠性高，能够保护线路全长；保护原理简单，判断条件易于实现，保护动作迅速；利用全桥子模块自清除故障电流，实现对双极短路故障的清除、隔离。

技术领域

本发明属于电力系统自动化继电保护技术领域，特别涉及一种柔性直流配电网络故障定位和隔离方法。

背景技术

当今电力系统，已经由小型网络逐渐发展为大型、超大型网络，但它却带来一系列问题，如网络拓扑结构和电力系统的运行变得更为复杂等，为了解决这些问题，直流配电网络成为电力科学家们研究的热点；柔性直流配电网络不仅能够接入分布式新能源，而且能够连接各个独立运行的微网，传输容量和稳定性相较于交流电网都有了质的飞跃。柔性直流配电网络的发展经历了电网换向换流器(LCC)，电压源型换流器(VSC)，半桥多电平子模块换流器(HBMMC)以及全桥多电平子模块换流器(FBMMC)。其中，FBMMC的运行性能最好，不仅能够实现电网有功功率和无功功率的独立控制，而且能够自清除故障电流。

目前，国内外对于柔性直流配电网络保护的研究多集中于电压源型换流器(VSC)和半桥型多电平子模块换流器(HBMMC)上，主要策略是以故障限流器为保护边界，利用直流断路器清除故障。李猛等老师(李猛，贾科等.适用于直流配电网的测距式保护[J].电网技术，2016)针对VSC结构的柔性直流配电网络，提出了新型测距式保护，其原理是一种改进的R-L算法，利用故障限流器的电压计算故障电流的导数，并通过迭代计算得出故障点距离。但是此方法需要以故障限流器为保护边界，驱动直流断路器切除故障；李斌等老师(李斌,何佳伟,李晔,欧逸哲.基于边界特性的多端柔性直流配电系统单端量保护方案[J].中国电机工程学报,2016)则提出了一种多端柔性直流配电系统的单端量保护：利用故障限流器的电流变化率判断方向并通过小波变换提取高频分量定位区内区外故障。此方法针对VSC柔性直流配电网络，同样需要以故障限流器为边界；J.Zhang等老师(J.Zhang,G.Zou,Z.Xie,H.Sui and C.Sun,A fast non-unit line protection strategy for the MMC-basedMTDC grid,2017IEEE Conference on Energy Internet and Energy SystemIntegration(EI2),Beijing)针对多端直流网络中故障电气量增长迅速的问题，提出了一种快速非单元线路保护策略：利用正极负极电流变化率的差值大小定位故障线路，利用正负极电压幅值的比值判断接地极点，最终使用直流断路器断开故障线路。此方法则依赖直流断路器切除故障；汤兰西等老师(汤兰西,董新洲,施慎行,孔明,邱宇峰.柔性直流电网线路超高速行波保护原理与实现[J].电网技术,2018)面对电气量增长迅速的问题，根据故障行波特征提出了全新的保护策略：利用离散小波变换提取行波的模极大值，只有正方向发生短路故障时出现模极大值。但是这种方法不适用于短线路的配电网络之中，而且也需要故障限流器作为保护边界。

上述国内外研究现状表明，目前针对柔性直流配电网络保护的研究，绝大部分基于VSC或HBMMC。由于故障限流器可以给保护提供明确的保护边界，降低故障的快速准确定位的难度，故目前的保护方法都是以故障限流器为保护边界，利用故障限流器明确区分区内区外故障，并最终利用直流断路器断开故障线路。

因此，亟需发明针对FBMMC的柔性直流配电系统的保护方式，充分利用FBMMC自清除故障电流的特点，不使用直流断路器，简单、经济、可靠、快速地定位和隔离故障线路。同时，此发明应能够不以故障限流器为保护边界，完成故障快速准确定位的任务，并且能够应用于辐射形拓扑结构、手拉手拓扑结构甚至环形拓扑结构等多种拓扑结构的直流网络。

发明内容