[发明专利]一种基于电流微分状态量的双端直流配电网分布式区域保护方法

说明书

本发明公开了一种基于电流微分状态量的双端直流配电网分布式区域保护方法，首先以中压直流母线为分界对中压直流线路进行区域划分，以直流电压、电流幅值作为保护启动的故障特征量，对故障电流微分量进行状态字定义并利用故障电流状态字的分布情况进行故障类型判定和区域故障定位，迅速断开故障区域两端直流断路器。本发明只需相邻传感器的信息通讯，通讯数据少，传输距离短，可实现直流线路发生单、双极短路时故障的快速切除，适用性较强，可用于多种运行方式下的双端或多端直流配电网。

技术领域

本发明属于直流配电网继电保护领域，涉及一种基于电流微分状态量的双端直流配电网分布式区域保护方法。

背景技术

近年来，随着电力电子技术的发展，直流配电网凭借其输出谐波小、供电容量大、可靠性高、便于分布式电源接入等优势成为未来城市智能配电的重要发展方向。不同于交流配电网，直流配电网发生故障时故障特征量呈现非周期性、非线性、变化速度快等特点。在保护速动性上，直流配电网要高于交流配电网，极间短路故障后直流侧电容迅速放电，故障电流会在几毫秒内达到峰值，对子模块内的IGBT和二极管造成不可逆的冲击。因此，快速精确的保护措施对于直流配电网的稳定安全运行是十分必要的。但目前直流配电网保护仍处于理论研究阶段，直流保护设备的不完善等因素都对直流配电网保护造成了巨大的制约与挑战。现有的保护方案一般通过断开交流断路器或闭锁换流器隔离故障，势必会带来系统大范围停电的问题，所以研究满足速动性、选择性的直流配电网保护方法是构建直流配电网亟需解决的技术难题。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于解决直流配电网发生极间短路后故障电流迅速上升，幅值高，对IGBT和二极管造成不可逆冲击，以及传统保护方案造成大范围停电的问题。

技术方案：为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于电流微分状态量的双端直流配电网分布式区域保护方法，该方法包括以下步骤：

(1)首先对双端直流配电网的直流线路进行区域划分，每个区域线路两端均配备直流断路器、传感器以及通讯装置；

(2)以直流侧电压和电流作为保护启动的特征量，利用低压过流作为保护方案的启动判据，形成保护启动部分，保护判据成立并发出故障信号；

(3)保护启动后，采集每段直流线路两端的故障电流，数据窗长为t₁，根据电流微分值形成电流微分状态字，并与相邻的通信装置交换信息，利用故障电流状态字的分布情况进行区域故障定位；

(4)根据故障选极判据进行故障类型的判定，最后利用故障区域定位信息断开相应的直流断路器，实现故障的快速切除。

进一步的，步骤(1)中，所述区域划分规则为以中压直流母线为分界线将直流线路划分成多个区域，每个区域线路两端均配备直流断路器、传感器和通讯装置，电流方向定义为正极线路电流以换流站1流向换流站2为正方向，负极线路电流正方向与正极线路相反。

进一步的，步骤(2)中，所述保护启动判据为：

其中，U_pos、U_neg分别为换流站1或换流站2中换流器直流出口侧正负极母线对地电压；I_dcp、I_dcn分别为换流站1或换流站2中换流器直流出口侧正负极电流；U_set、I_set分别为直流电压、电流保护门槛值；U_dcbase、I_dcbase代表系统正常运行的直流电压、电流稳态值；k_U、k_I分别为直流电压、电流阈值的比值系数。

进一步的，步骤(3)中，电流微分状态字定义为：