本發(fā)明屬于電力電子技術(shù)與直流配電領(lǐng)域，具體涉及柔性直流配電網(wǎng)單極接地故障識(shí)別、故障保護(hù)方法。

背景技術(shù)：

多端柔性直流配電系統(tǒng)是指在同一直流網(wǎng)架下，含有2個(gè)以上VSC(電壓源換流器)，換流端口直流側(cè)采用并聯(lián)或串聯(lián)的方式相互連接而組成的柔性直流配電系統(tǒng)。模塊化多電平換流器(MMC)相對(duì)于傳統(tǒng)的兩電平或三電平VSC，具有易于擴(kuò)展、諧波畸變小、開關(guān)損耗低、故障處理能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，成為柔性直流配電網(wǎng)的優(yōu)選換流器拓?fù)渲弧?/p>

目前，直流單極接地故障的識(shí)別及排除是通過差動(dòng)保護(hù)實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)母線發(fā)生單極金屬性接地故障時(shí)，故障極直流電壓變?yōu)?，非故障極直流電壓變?yōu)?倍額定值，故障處的電流較小，影響故障檢測(cè)的準(zhǔn)確性。并且，現(xiàn)有技術(shù)中啟動(dòng)差動(dòng)保護(hù)的時(shí)間較慢，如果不能快速隔離故障母線，可能會(huì)造成設(shè)備過壓、啟動(dòng)過壓保護(hù)、閉鎖換流器及換流器退出運(yùn)行，影響供電的可靠性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種柔性直流配電網(wǎng)單極接地故障識(shí)別、故障保護(hù)方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)無法準(zhǔn)確檢測(cè)出單極接地故障的問題。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出一種柔性直流配電網(wǎng)單極接地故障識(shí)別方法，包括以下五個(gè)解決方案：

方案一，包括如下步驟：

1)獲取正、負(fù)直流母線對(duì)地電壓，獲取正、負(fù)直流母線的極間電壓變化率；

2)當(dāng)正、負(fù)直流母線的極間電壓變化率的絕對(duì)值大于第一比較限值，脈沖展寬t₁毫秒，且正直流母線對(duì)地電壓與負(fù)直流母線對(duì)地電壓的和的絕對(duì)值大于第二比較限值，所述大于第二比較限值的持續(xù)時(shí)間超過時(shí)間限值時(shí)，判定當(dāng)前正、負(fù)直流母線發(fā)生單極接地故障。

方案二，在方案一的基礎(chǔ)上，所述第一比較限值通過下式得出：

dU_dcset＝k_rel1dU_{dc_max_o}

式中，dU_dcset為第一比較限值，dU_{dc_max_o}為區(qū)外單極接地故障電壓變化率絕對(duì)值最大值，k_rel1為第一設(shè)定可靠系數(shù)。

方案三，在方案二的基礎(chǔ)上，所述第一比較限值通過下式進(jìn)行靈敏性校驗(yàn)：

式中，dU_{dc_min_i}為區(qū)內(nèi)單極接地故障電壓變化率絕對(duì)值最小值，k_sen1為第一靈敏系數(shù)。

方案四，在方案一的基礎(chǔ)上，所述第二比較限值通過下式得出：

dU_dcunbalset＝k_rel2dU_{dcunbal_max_o}

式中，dU_dcunbalset為第二比較限值，dU_{dcunbal_max_o}為區(qū)外非單極接地故障導(dǎo)致的電壓不平衡絕對(duì)值最大值，k_rel2為第二設(shè)定可靠系數(shù)。

方案五，在方案四的基礎(chǔ)上，所述第二比較限值通過下式進(jìn)行靈敏性校驗(yàn)：

式中，dU_{dcunbal_min_i}為區(qū)內(nèi)單極接地故障電壓不平衡絕對(duì)值最小值，k_sen2為第二靈敏系數(shù)。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明還提出一種柔性直流配電網(wǎng)單極接地故障保護(hù)方法，包括以下五個(gè)解決方案：

方案一，包括如下步驟：

1)獲取正、負(fù)直流母線對(duì)地電壓，獲取正、負(fù)直流母線的極間電壓變化率；

2)當(dāng)正、負(fù)直流母線的極間電壓變化率的絕對(duì)值大于第一比較限值，脈沖展寬t₁毫秒，且正直流母線對(duì)地電壓與負(fù)直流母線對(duì)地電壓的和的絕對(duì)值大于第二比較限值，所述大于第二比較限值的持續(xù)時(shí)間超過時(shí)間限值時(shí)，判定當(dāng)前正、負(fù)直流母線發(fā)生單極接地故障；

3)向發(fā)生單極接地故障的正、負(fù)直流母線的直流斷路器發(fā)出跳閘指令，斷開所述正、負(fù)直流母線。

方案二，在方案一的基礎(chǔ)上，所述第一比較限值通過下式得出：

dU_dcset＝k_rel1dU_{dc_max_o}

式中，dU_dcset為第一比較限值，dU_{dc_max_o}為區(qū)外單極接地故障電壓變化率絕對(duì)值最大值，k_rel1為第一設(shè)定可靠系數(shù)。

方案三，在方案二的基礎(chǔ)上，所述第一比較限值通過下式進(jìn)行靈敏性校驗(yàn)：

式中，dU_{dc_min_i}為區(qū)內(nèi)單極接地故障電壓變化率絕對(duì)值最小值，k_sen1為第一靈敏系數(shù)。

方案四，在方案一的基礎(chǔ)上，所述第二比較限值通過下式得出：

dU_dcunbalset＝k_rel2dU_{dcunbal_max_o}

式中，dU_dcunbalset為第二比較限值，dU_{dcunbal_max_o}為區(qū)外非單極接地故障導(dǎo)致的電壓不平衡絕對(duì)值最大值，k_rel2為第二設(shè)定可靠系數(shù)。

方案五，在方案四的基礎(chǔ)上，所述第二比較限值通過下式進(jìn)行靈敏性校驗(yàn)：

式中，dU_{dcunbal_min_i}為區(qū)內(nèi)單極接地故障電壓不平衡絕對(duì)值最小值，k_sen2為第二靈敏系數(shù)。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明提出一種柔性直流配電網(wǎng)單極接地故障識(shí)別、故障保護(hù)方法，能準(zhǔn)確檢測(cè)出單極接地故障，并快速識(shí)別故障母線，通過跳開發(fā)生接地故障直流母線所在的直流斷路器，實(shí)現(xiàn)故障母線的快速隔離，提高了直流配電網(wǎng)的供電可靠性。

附圖說明

圖1是柔性直流配電網(wǎng)A站母線1單極接地故障保護(hù)簡(jiǎn)圖；

圖2是柔性直流配電網(wǎng)單極接地故障定位邏輯框圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步的說明。

本發(fā)明的一種柔性直流配電網(wǎng)單極接地故障保護(hù)方法的實(shí)施例，包括以下步驟：

1)獲取正、負(fù)直流母線對(duì)地電壓，獲取正、負(fù)直流母線的極間電壓變化率；

2)當(dāng)正、負(fù)直流母線的極間電壓變化率的絕對(duì)值大于第一比較限值，脈沖展寬t₁毫秒，且正直流母線對(duì)地電壓與負(fù)直流母線對(duì)地電壓的和的絕對(duì)值大于第二比較限值，所述大于第二比較限值的持續(xù)時(shí)間超過時(shí)間限值時(shí)，判定當(dāng)前正、負(fù)直流母線發(fā)生單極接地故障；

3)向發(fā)生單極接地故障的正、負(fù)直流母線的直流斷路器發(fā)出跳閘指令，斷開所述正、負(fù)直流母線。

如圖1所示的A、B、C和D四個(gè)換流站通過母線1、母線2、母線3和母線4組成一個(gè)直流環(huán)網(wǎng)。直流母線的兩端加裝直流電抗器作為母線的邊界，直流母線兩端設(shè)有直流斷路器，能夠在保護(hù)出口時(shí)，帶電迅速跳開，隔離故障母線?？刂票Ｗo(hù)裝置設(shè)置在母線兩端的換流站內(nèi)，用于控制直流母線兩端的直流斷路器。

以A站母線1發(fā)生單極接地故障為例，A站采集母線1首端的正極直流電壓和負(fù)極直流電壓，采樣頻率為10kHz。如圖2所示，控制保護(hù)系統(tǒng)根據(jù)采集到的母線正、負(fù)極直流電壓，計(jì)算正、負(fù)極極間直流電壓的變化率，當(dāng)電壓變化率的絕對(duì)值大于第一比較限值時(shí)，表明此母線可能存在故障，此信號(hào)為暫態(tài)量保護(hù)信號(hào)，脈沖展寬t₁毫秒。判定式如下：

其中，U_p為正極直流電壓，U_N為負(fù)極直流電壓，dt為采樣的步長(zhǎng)，dU_dcset為第一比較限值，整定第一比較限值時(shí)，應(yīng)該應(yīng)躲開區(qū)外單極接地故障導(dǎo)致的直流電壓變化率響應(yīng)，通過下式進(jìn)行整定：

dU_dcset＝k_rel1dU_{dc_max_o}

式中，dU_dcset為第一比較限值，dU_{dc_max_o}為區(qū)外單極接地故障電壓變化率絕對(duì)值最大值，k_rel1為第一設(shè)定可靠系數(shù)，k_rel1＞1。

上述第一比較限值整定后，通過下式進(jìn)行靈敏性校驗(yàn)：

式中，dU_{dc_min_i}為區(qū)內(nèi)單極接地故障電壓變化率絕對(duì)值最小值，k_sen1為第一靈敏系數(shù)，k_sen1＞1.3。

然后將母線正、負(fù)極直流電壓求和，并求取絕對(duì)值，如果此值大于第二比較限值超過時(shí)間限值t₂毫秒時(shí)，表明母線1發(fā)生了單極接地故障，此路信號(hào)為電壓不平衡信號(hào)。判定式如下：

|U_p+U_N|＞U_dcunbalset

式中，U_dcunbalset為第二比較限值，整定第二比較限值時(shí)，應(yīng)躲開區(qū)外非單極接地故障導(dǎo)致的直流電壓不平衡響應(yīng)，通過下式進(jìn)行整定：

dU_dcunbalset＝k_rel2dU_{dcunbal_max_o}

式中，dU_dcunbalset為第二比較限值，dU_{dcunbal_max_o}為區(qū)外非單極接地故障導(dǎo)致的電壓不平衡絕對(duì)值最大值，k_rel2為第二設(shè)定可靠系數(shù)，k_rel2＞1。

上述第二比較限值整定后，通過下式進(jìn)行靈敏性校驗(yàn)：

式中，dU_{dcunbal_min_i}為區(qū)內(nèi)單極接地故障電壓不平衡絕對(duì)值最小值，k_sen2為第二靈敏系數(shù)。

檢測(cè)到線路1發(fā)生單極接地故障后，控制保護(hù)系統(tǒng)向直流斷路器K1發(fā)出跳閘信號(hào)?？刂票Ｗo(hù)系統(tǒng)程序執(zhí)行周期為100μs。

本發(fā)明提供的柔性直流配電網(wǎng)單極接地故障保護(hù)方法，能準(zhǔn)確檢測(cè)出單極接地故障，不需要依賴站間通信，快速定位并切除故障線路，保證直流配電網(wǎng)的供電可靠性。

本發(fā)明的一種柔性直流配電網(wǎng)單極接地故障識(shí)別方法的實(shí)施例，包括以下步驟：

1)獲取正、負(fù)直流母線對(duì)地電壓，獲取正、負(fù)直流母線的極間電壓變化率；

2)當(dāng)正、負(fù)直流母線的極間電壓變化率的絕對(duì)值大于第一比較限值，脈沖展寬t₁毫秒，且正直流母線對(duì)地電壓與負(fù)直流母線對(duì)地電壓的和的絕對(duì)值大于第二比較限值，所述大于第二比較限值的持續(xù)時(shí)間超過時(shí)間限值時(shí)，判定當(dāng)前正、負(fù)直流母線發(fā)生單極接地故障。

本發(fā)明的單極接地故障識(shí)別方法已經(jīng)在上述一種柔性直流配電網(wǎng)單極接地故障保護(hù)方法的實(shí)施例中進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，這里不再對(duì)柔性直流配電網(wǎng)單極接地故障識(shí)別方法的實(shí)施例進(jìn)行贅述。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的權(quán)力要求范圍之內(nèi)。