本發(fā)明屬于電力電子技術與直流配電技術領域，具體涉及一種柔性直流配電網(wǎng)單極接地故障識別方法及裝置。

背景技術：

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個以上VSC(電壓源換流器)，換流端口直流側采用并聯(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)。MMC(模塊化多電平換流器)相對于傳統(tǒng)兩電平或三電平VSC，具有易于擴展、諧波畸變小、開關損耗低、故障處理能力強等優(yōu)點，成為柔性直流配電網(wǎng)的優(yōu)先換流器拓撲，一般情況下，模塊化多電平換流器的接地方式選擇交流閥側經(jīng)大電阻接地。

目前，直流單極接地故障的識別及排除是通過差動保護實現(xiàn)的，當母線發(fā)生單極金屬性接地故障時，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，換流器閥側電壓存在直流電壓偏置，影響故障檢測的準確性。并且，現(xiàn)有技術中啟動差動保護的時間較慢，如果不能快速隔離故障母線，可能會造成設備過壓、啟動過壓保護、閉鎖換流器及換流器退出運行，影響供電的可靠性。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種柔性直流配電網(wǎng)單極接地故障識別方法及裝置，用于解決現(xiàn)有技術無法準確檢測出單極接地故障的問題。

為解決上述技術問題，本發(fā)明提出一種柔性直流配電網(wǎng)單極接地故障識別方法，包括以下方法方案的步驟：

1)獲取換流器出口正極直流母線的電流與對地電壓，負極直流母線的電流與對地電壓，與正極直流母線相連的直流線路的正極電流，及與負極直流線路相連的直流線路的負極電流；

2)當換流器出口正極直流母線的對地電壓與負極直流母線的對地電壓之和的絕對值大于設定的電壓閾值，且換流器出口正極直流母線的電流與正極直流母線相連直流線路的正極電流之間、或者負極直流母線的電流與負極直流母線相連直流線路的負極電流之間的差動電流變化率大于設定的電流閾值時，判定相應的正極或負極直流母線發(fā)生單極接地故障。

進一步，步驟2)中換流器出口正極直流母線的電流與正極直流母線相連直流線路的正極電流之間的差動電流變化率大于設定的電流閾值的脈沖展寬t_p毫秒，或者負極直流母線的電流與負極直流母線相連直流線路的負極電流之間的差動電流變化率大于設定的電流閾值的脈沖展寬t_p毫秒。

進一步，步驟2)中換流器出口正極直流母線的對地電壓與負極直流母線的對地電壓之和的絕對值大于設定的電壓閾值的脈沖展寬t_s毫秒。

進一步，所述直流母線發(fā)生單極接地故障后，跳開與母線相連的直流斷路器，隔離故障母線。

為解決上述技術問題，本發(fā)明還提出一種柔性直流配電網(wǎng)單極接地故障識別裝置，包括以下單元：

采集單元：用于獲取換流器出口正極直流母線的電流與對地電壓，負極直流母線的電流與對地電壓，與正極直流母線相連的直流線路的正極電流，及與負極直流線路相連的直流線路的負極電流；

判斷單元：用于當換流器出口正極直流母線的對地電壓與負極直流母線的對地電壓之和的絕對值大于設定的電壓閾值，且換流器出口正極直流母線的電流與正極直流母線相連直流線路的正極電流之間、或者負極直流母線的電流與負極直流母線相連直流線路的負極電流之間的差動電流變化率大于設定的電流閾值時，判定相應的正極或負極直流母線發(fā)生單極接地故障。

進一步，還包括用于換流器出口正極直流母線的電流與正極直流母線相連直流線路的正極電流之間的差動電流變化率大于設定的電流閾值的脈沖展寬t_p毫秒，或者負極直流母線的電流與負極直流母線相連直流線路的負極電流之間的差動電流變化率大于設定的電流閾值的脈沖展寬t_p毫秒的單元。

進一步，還包括用于換流器出口正極直流母線的對地電壓與負極直流母線的對地電壓之和的絕對值大于設定的電壓閾值的脈沖展寬t_s毫秒的單元。

進一步，還包括用于檢測到單極接地故障后，發(fā)送故障檢測信號至控制系統(tǒng)，快速跳開換流器出口和線路的直流斷路器，隔離故障母線的單元。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明將正、負極母線電流、與對應正、負極母線相連的直流線路電流的差動電流變化率作為暫態(tài)量保護判據(jù)，將正、負極直流母線的對地電壓和的絕對值作為電壓不平衡判據(jù)，當兩個判據(jù)都超過閾值時，能準確檢測出單極接地故障，并快速識別故障母線，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是本發(fā)明柔性直流配電網(wǎng)單極接地故障測點配置圖；

圖2是柔性直流配電網(wǎng)單極接地故障定位邏輯框圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發(fā)明的具體實施方式作進一步的說明。

一種柔性直流配電網(wǎng)的直流母線如圖1所示，MMC換流站分別連接正極、負極直流母線，正極、負極直流母線上均設有直流斷路器，分別為K_0P、K_0N，正極直流母線通過斷路器K_0P連接第一直流線路、第二直流線路，第一直流線路上設有串聯(lián)的第一電抗器X₁和斷路器K_1P，第二直流線路上設有串聯(lián)的第二電抗器X₂和直流斷路器K_2P。與正極直流母線相對應，負極直流母線通過斷路器K_0N連接第三直流線路、第四直流線路，第三直流線路上分別設有第三電抗器X₃和斷路器K_1N，第四直流線路設有第四電抗器X₄和直流斷路器K_2N。

如圖1所示，分別在換流器出口的正、負母線設置相應的電流測點、電壓測點，和在第一、第二、第三、第四直流線路上設置相應的電流測點。正極直流母線的電流測點檢測的電流為I_0P、電壓測點檢測到的電壓為U_0P，第一直流線路的電流測點檢測的電流為I_1P，第二直流線路的電流測點檢測的電流為I_2P。負極直流母線的電流測點檢測的電流為I_0N、電壓測點檢測的對地電壓為U_0N，第三直流線路的電流測點檢測的電流為I_1N，第四直流線路的電流測點檢測的電流為I_2N。

當圖1中的正極直流母線處發(fā)生接地故障時，檢測MMC換流器出口正極直流母線的電流測點的電流I_0P、第一直流線路的電流I_1P、第二直流線路的電流I_2P，檢測負極直流母線的電流I_0N、第三直流線路的電流I_1N、第四直流線路的電流I_2N，同時檢測對地電壓U_0P、U_0N，將兩個對地電壓U_0P、U_0N之和的絕對值與設定的電壓閾值U_dcset比較，將電流I_0P分別減去電流I_1P、I_2P的差流變化率與設定的電流閾值dI_dc1set進行比較，同時將電流I_0N分別減去電流I_1N、I_2N的差流變化率與設定的電流閾值dI_dc2set進行比較。當I_0P分別減去電流I_1P、I_2P的差流變化率大于dI_dc1set，I_0N分別減去電流I_1N、I_2N的差流變化率大于dI_dc2set，且脈沖展寬t_p毫秒時，判定當前直流母線存在故障。當對地電壓U_0P、U_0N之和的絕對值大于U_dcset時，脈沖展寬t_s毫秒，判定直流母線發(fā)生單極接地故障，此路信號為電壓不平衡信號。即電壓不平衡信號和差動電流變化率保護信號都為1時，表明直流母線發(fā)生單極接地故障，單極接地故障定位邏輯框圖如圖2所示。

在換流站內(nèi)設置相應的控制保護裝置，采樣頻率為10kHz，控制保護系統(tǒng)程序執(zhí)行周期為100微秒。當保護系統(tǒng)檢測到直流母線單極接地故障后，保護系統(tǒng)將保護信號發(fā)送給控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)發(fā)送指令，跳開與母線相連的直流斷路器，隔離故障母線。

與上述單極接地故障識別方法相對，本發(fā)明還提供了一種柔性直流配電網(wǎng)單極接地故障識別裝置，包括以下單元：

采集單元：用于獲取換流器出口正極直流母線的電流與對地電壓，負極直流母線的電流與對地電壓，與正極直流母線相連的直流線路的正極電流，及與負極直流線路相連的直流線路的負極電流。

判斷單元：用于當換流器出口正極直流母線的對地電壓與負極直流母線的對地電壓之和的絕對值大于設定的電壓閾值，且換流器出口正極直流母線的電流與正極直流母線相連直流線路的正極電流之間、或者負極直流母線的電流與負極直流母線相連直流線路的負極電流之間的差動電流變化率大于設定的電流閾值時，判定相應的正極或負極直流母線發(fā)生單極接地故障。

上述所指的柔性直流配電網(wǎng)單極接地故障識別裝置，實際上是基于本發(fā)明方法流程的一種計算機解決方案，即一種軟件構架，可以應用到換流站中，上述裝置即為與方法流程相對應的處理進程。由于對上述方法的介紹已經(jīng)足夠清楚完整，而本實施例聲稱的裝置實際上是一種軟件構架，故不再詳細進行描述。