[发明专利]直流电网数字孪生纵联保护方法

说明书

本发明提供了一种直流电网数字孪生纵联保护方法，包括：建立直流输电线路时域内的数字孪生模型；根据数字孪生模型以及直流输电线路的测量量与状态量，建立系统测量方程；根据系统测量方程，采用状态估计方法，得到最佳估计的状态量；根据最佳估计的状态量，判别是否采取保护动作。本方法不受过渡电阻的影响，具有较好的耐受能力；有较好的耐受雷击干扰与抗噪声能力；动作速度快，可满足当前柔性直流系统3ms保护动作的要求。

技术领域

本发明涉及直流电网技术领域，尤其涉及一种直流电网数字孪生纵联保护方法。

背景技术

柔性直流以其控制灵活、便于组网和无换相失败等优势，已被广泛应用于新能源并网、海岛输电以及异步联网等多个场景，发展前景良好。然而，柔性直流过流能力较弱与直流故障电流快速上升之间的矛盾，要求直流保护需在极短时间内隔离故障。随着柔性直流电网建设步伐的加快，如何快速、可靠和有选择地识别直流线路故障是现有技术中亟待解决的难题，提出兼顾速动性与可靠性的保护原理已成为柔性直流电网的迫切需要。

目前柔性直流输电系统的保护借鉴传统高压直流输电系统保护，主保护采用行波保护和突变量保护，后备保护采用纵联差动保护。

行波保护是目前工程应用最广泛的直流电路主保护方法，其利用故障后暂态过程丰富的行波信息判别故障。其优点在于动作速度极快、原理简单，主要不足在于：行波保护耐抗过渡电阻和噪声的能力较差，并且受雷击干扰影响较为严重。

不同于行波保护，纵联保护作为工程中的后备保护，利用KCL定律，通过比较差动电流和制动电流的关系判别内部故障。但是差动保护最大的问题是受线路分布电容电流的影响，其速动性较弱，并且通过光纤进行数据传输时会有一定的通信延时。在现有差动保护中，线路分布电容问题仍是一个在工程中尚未妥善解决的问题，目前是通过增加延时躲过暂态过程。

总体来说，现有的柔性直流电网保护方法的主保护采用行波保护和突变量保护，但是耐受过渡电阻能力、抗噪声能力与抗雷击干扰能力有待提升；后备保护采用纵联差动保护，但是受到线路分布电容的影响，需要长延时以躲过暂态电容电流的影响，其速动性较弱。

目前柔性直流电网短路的保护方法的缺陷在于：1)行波保护耐受过渡电阻能力较差；2)行波保护耐受雷击干扰和抗噪声能力较弱；3)现有差动保护受分布电容影响较为严重。为此，迫切需要一种可以兼顾速动性与可靠性保护的方法。

发明内容

本发明提供了一种直流电网数字孪生纵联保护方法，以解决现有柔性直流电网保护的可靠性与速动性难以兼顾的矛盾。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。

一种直流电网数字孪生纵联保护方法，其特征在于，包括：

建立直流输电线路时域内的数字孪生模型；

根据所述数字孪生模型以及直流输电线路的测量量与状态量，建立系统测量方程；

根据所述系统测量方程，采用状态估计方法，得到最佳估计的状态量；

根据所述最佳估计的状态量，判别是否采取保护动作。

优选地，建立直流输电线路时域内的数字孪生模型，包括：

在频域内分析得到校验线路两端的前行波、反行波、端电压和断电流之间的关系；

根据所述的直流输电线路两端的前行波、反行波、端电压和断电流之间的关系，得到模域内直流线路依频模型；

根据所述模域内直流线路依频模型，利用递归卷积定理得到时域内的数字孪生模型。

优选地，在频域内分析得到校验线路两端的前行波、反行波、端电压和断电流之间的关系如下式(1)所示：