雙端直流配電網保護方法與流程
2023-05-29 20:47:01
本發明屬於直流配電網繼電保護領域，尤其涉及一種雙端直流配電網保護方法。
背景技術：
目前，直流配電網的保護方案尚處於理論研究階段。傳統的保護方案在直流配電網中應用時都存在一定的問題，其中如過電流、電壓、微分保護等，在直流配電網中應用時，由於選擇性以及整定等問題的存在，在直流配電網尤其是雙端或多端直流配電網中適用性較差。如距離保護在直流配電網中應用時，由於受到算法的限制，在故障發生時變流器閉鎖，以及電壓、電流的非線性變化會造成暫態振蕩，使得阻抗計算的精度難以提高。如差動保護在直流配電網中應用時，在故障電流高速率變化時受數據同步的影響較大。
可見，傳統的保護方案對直流配電網的適用性較差，有必要研究適用於直流配電網的保護方案。
技術實現要素：
發明目的：針對以上問題，本發明提出一種雙端直流配電網保護方法。
技術方案：為實現本發明的目的，本發明所採用的技術方案是：一種雙端直流配電網保護方法，包括以下步驟：
(1)在反時限過電流保護中，以電流方差值代替電流差值作為啟動閾值，構成反時限電流方差保護；計算電流方差，若電流方差大於閾值，保護啟動；
(2)將電壓作為加速因子，與反時限電流方差保護相結合，構成新的保護動作方程，加快反時限過電流保護對線路近端故障的切除速度；
(3)引入了電流微分方向判據實現線路故障區內外的區分，電流微分為正則表示正方向，反之為反方向；正方向時斷路器動作，反之不動作。
有益效果：本發明與現有技術相比較，具有以下優點：適用於直流配電網；利用電流方差代替電流突變量，減小了過渡電阻以及負荷變化帶來的波動影響；加入了電壓加速因子，加速了近端故障的切除；引入了電流微分正負值代替電流反轉過零作為方向判據，加快方向判據判別的速度，防止保護誤動；不需要太高的採樣頻率，基於本地量且無需通信。
附圖說明
圖1是雙端直流配電網的示意圖及動作電流方差曲線圖；
圖2是本發明所述的雙端直流配電網保護方法的流程圖。
具體實施方式
下面結合附圖和實施例對本發明的技術方案作進一步的說明。
如圖1所示是雙端直流配電網的示意圖。如圖2所示是本發明所述的雙端直流配電網保護方法的流程圖，具體包括以下步驟：
第一步，以電流方差值作為反時限過電流保護的啟動閾值，實現反時限電流方差保護，若電流方差大於方差閾值，保護啟動，代替傳統的使用電流突變量的過電流保護。
傳統過電流保護的電流突變量算法如式1：
Δik＝ik-ik-1/Δik＝ik-i0 1
其中，ik表示第k個採樣點的電流採樣值，ik-1表示與第k-1個採樣點對應電流採樣值，i0表示系統的穩態電流值。
傳統的電流突變量算法原理簡單，易於實現。系統正常運行時，Δik的值較小，但當直流配電網的線路發生故障時，電流上升發生突變，Δik開始增大，當Δik大於設定閥值時，即可判斷直流配電網發生故障。但基於差值算法的傳統過電流保護在直流配電網中應用時，容易受到衝擊電流和過渡電阻的影響，因此傳統電流突變量算法在直流配電網中應用時算法精度以及保護的靈敏性較差。
連續性的電流方差算法如式2：
其中，Iav表示時間區間[T1，T2]內的平均電流。
用於微機保護的離散型電流方差算法如式3：
其中，I1、I2...In表示第1、2...n個採樣點的電流值，E(I)是n個採樣值的均值。
電流方差用來度量電流採樣值和其數學期望(即均值)之間的偏離程度，相對於傳統的電流突變量算法相比，電流方差受過渡電阻的影響較小，抗波動性能力更高，可以設置更加合理的電流方差保護閥值以保證動作的靈敏性。
電流方差相較於傳統的電流突變量具有更好的抗波動變化的能力，因此，在反時限過電流保護中，用電流方差代替電流差值作為啟動閾值，構成反時限電流方差保護，其動作時間方程為：
其中，t為保護動作時間；A為時間常數；I為故障電流；Iop為保護啟動電流；a為曲線平移係數，為了使保護在啟動電流下能動作通常取為1；n為曲線形狀係數，即決定曲線的曲率，D(I)為電流方程，D(Iop)為電流方程閾值。
第二步，利用電壓加速因子加快反時限電流方差保護對線路近端故障的切除速度。
當直流配電網的線路發生故障時，保護安裝處的電壓會下降，以雙極短路故障為例，當線路發生故障時，故障瞬間換流器立即閉鎖，電容快速放電，電流增大，故障點電壓振蕩過零。故障電壓方程如式5：
式中有：
其中，vc(0)、I0分別為故障前的直流電壓、電流穩態值；R、L分別為直流側出口處到正、負極線路上故障點的總電感、總電阻；l為故障距離；r0、L0為單位線路長度電阻、電感值；Rf為故障時的過渡電阻；Lr為直流電抗器的電感值；C為換流器出口處並聯的大電容。
因此將電壓作為加速因子與反時限電流方差保護相結合，構成新的保護動作方程，如式6：
其中，u*為電壓標么值，稱為電壓加速因子。
第三步，引入了電流微分方向判據實現線路故障區內外的區分，防止兩側保護裝置整定值不一致，可能導致上一級保護誤動，電流微分為正則表示正方向，反之為反方向，正方向時斷路器動作，反之不動作。
如圖1是雙端直流配電網的動作電流方差曲線圖，可以看出由於雙端系統的兩端保護裝置整定值相同，使得電流方差保護或反時限電流方差保護在線路故障時可能發生保護拒動而失去動作的選擇性，因此對於反時限保護在雙端直流配電網的應用，兩側保護裝置需設定不同的整定值以滿足動作選擇性要求。
對於典型的直流配電網參數，只有當初始電流I0達到20kA左右時，故障瞬間的電流微分di/dt才會小於零，而對於正常運行期間的直流線路電流，即使初始電流I0＞0時，也有故障瞬間電流微分di/dt＞0。因此，本發明採用的方向判據如式7：
ik與ik-1表示採樣間隔ΔT內的相鄰電流採樣值。若電流微分di/dt＞0則表示正方向，反之為反方向，正方向時斷路器動作，反之不動作。
如圖2所示的算法流程圖，首先電壓、電流數據進行一定頻率下的實時採集，然後對採集到的電流數據進行實時方差計算，若電流方差D(I)大於整定的電流方差閾值D(Iop)，則保護啟動，若滿足方向判據式7，則按動作方程式6進行故障切除，若不滿足方向判據，則為區外故障，保護返回。