[发明专利]含电阻型超导限流器的直流配电系统短路故障保护方法

说明书

本发明提出一种用于含电阻型超导限流器的直流配电系统的保护方法：利用各馈出线路首端保护安装处采集到的直流电压、直流电流信息，基于直流断路器，使用电压突变量原理作为直流母线和直流线路的故障启动元件，暂态峰值过电流保护原理作为直流线路的I段保护，暂态过电流启动的限时低电压保护作为直流线路的II段保护，保护线路全长。本发明能有效规避限流器接入对直流配电系统保护的影响，快速切除故障线路。

所属技术领域

本发明涉及电力系统继电保护领域，具体涉及用于含电阻型超导限流器的直流配电系统短路故障的保护方法。

背景技术

智能电网是当今世界电力系统发展变革的最新动向，是21世纪电力系统的重大科技创新和发展趋势。智能电网未来发展方向主要集中在配电网，国际上正在积极开展配电网领域前瞻性研究。

目前越来越多的家用电器和办公电器的最终用电形式是直流，如手机、液晶显示器、计算机、电动汽车等；日益增多的家用负荷和工业负荷为提高效率采用变频技术，这些负荷可视为间接直流负荷。同时部分基于可再生能源的分布式发电产生的电力是直流，如光伏发电、燃料电池发电。因而便产生了一种提高效率和减少能耗的天然解决方法——使用直流配电系统。直流配电系统具有电能质量高、可靠性高、经济性好、传输容量大、电能损耗低、拓扑结构简单和适应分布式电源(Distributed Generator，DG)接入等优点。但是由于直流配电系统需要大量的电容进行稳压和滤波，在发生短路故障时，电容瞬间放电，产生非常大的暂态短路电流，对系统和设备造成巨大的损害，同时IGBT由于自身保护而闭锁，这使得电压源型整流器变为不控整流，直流侧电压电流更加无法控制。因此，直流配电系统的发展需要限流器的配合，而电阻型超导限流器(SFCL)作为一种响应快、损耗小的限流装置，能够满足直流配电系统对限流器的要求。

典型的含电阻型超导限流器的直流配电系统拓扑结构图如附图1所示，使用10kV交流系统作为主要供电电源，经过10/3.8kV变压器和整流器组成的配电换流站整流成10kV直流电，直接连接到10kV直流母线上；系统馈出线路分为三段，负载通过直流电缆连接至直流母线。

发明内容

本发明提出一种用于含电阻型超导限流器的直流配电系统的保护方法。本发明的技术方案如下：

一种含电阻型超导限流器的直流配电系统短路故障保护方法，利用各馈出线路首端保护安装处采集到的直流电压、直流电流信息，基于直流断路器，使用电压突变量原理作为直流母线和直流线路的故障启动元件，暂态峰值过电流保护原理作为直流线路的I段保护，暂态过电流启动的限时低电压保护作为直流线路的II段保护，保护线路全长，具体为：

①如果直流电压突变量Δu超过整定值Δu_{_set}，启动线路保护；

②线路保护启动后，若线路电流峰值和电流到达峰值的比值大于暂态峰值过电流保护整定值说明故障发生在线路80％长度范围内，则应立即断开该故障线路上的直流断路器；

③若线路电流峰值和电流到达峰值的比值大于暂态电流保护整定值并且经过时间的延时后，此时直流侧电压小于低电压保护的整定值说明故障发生在线路80％长度以外，如果此时下游线路的I段保护未动作，则应立即断开该故障线路上的直流断路器。

④对于直流配电系统最末端的线路，则配置两段式过电流保护，只要线路电流大于整定值，则应立即断开该线路上的直流断路器，限时过电流保护作为该线路的后备保护。

作为优选实施方式，步骤②中的暂态峰值过电流保护整定值其中I_{k·peak·end·1}为线路末端金属性极间短路故障时短路电流峰值；Δt_{k·peak·end·1}为从故障开始到电流峰值的时间；为可靠系数，取1.2-1.3。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：