[发明专利]一种多端柔性中压直流配电系统的直流线路继电保护方法

说明书

本发明属于电力系统继电保护技术领域，尤其涉及一种多端柔性中压直流配电系统的直流线路继电保护方法，包含主保护和后备保护；主保护反映直流线路极间短路故障和经小过渡电阻的单极接地故障，根据电流状态矩阵识别故障类型和故障区间；后备保护以电压不平衡持续时间作为启动判据，以保护安装处的正、负不平衡电流状态矩阵判别故障区间并隔离故障；方法根据主保护和后备保护的开合信号确定直流断路器处的动作信号。主保护只需相邻的两个保护传输电流元件状态信号值‑1、0和1，降低了对通信系统的要求。后备保护只需电压量判别是否发生故障，且不平衡电流计算的是同一保护处的正极和负极电流，不会因通信延时或不同步而产生误差。

技术领域

本发明属于电力系统继电保护技术领域，尤其涉及一种多端柔性中压直流配电系统的直流线路继电保护方法。

背景技术

将基于电压源换流器(Voltage Source Converter，VSC)的柔性直流技术引入城市配电网，可解决传统交流配电网的一些问题，其优势主要体现在：1)将城市交流配网改造为柔性直流配网可以节省线路投资，而且还有电能质量高、传输容量大、可靠性高、系统结构简单、经济性好和电能损耗低等优点；2)直流配电网不涉及频率稳定和无功功率问题；3)柔性直流配电网有利于分布式电源的接入。较之传统交流配网，分布式电源并入直流配网可省去一级变换，减小了成本也降低了损耗，有利于智能电网和能源互联网建设；4)电动汽车、电子设备以及直流电机等直流负荷的应用越来越多，使用直流可避免AC-DC变换器的使用，提高了电能使用效率。5)对传统直流输电技术的优势。如换流器能够控制功率四象限运行，无换相失败，谐波较少。当前，我国在深圳地区已建立了柔性直流配电系统示范工程，并初步对其电压等级、技术架构、控制和保护策略等进行了研究。

然而保护技术作为柔性直流配电网的关键技术之一，目前仍是阻碍柔性直流配电技术应用的主要原因之一。相对于交流配电网，柔性直流配电网的系统架构、工作模式、故障特性等均有不同，传统的交流配网的保护方式并不适用于直流配网。目前直流配电系统处于探索、研发阶段，同时直流配电系统保护研究还没有完全达到工程应用的要求，尚无通过实践验证并被广泛接受的系统保护方案，还有待直流配电系统结构的完善、保护标准的制定以及相应配电保护理论的实践反馈。

有文献对直流配电网采用过流保护方案，但基于电流的保护在比较复杂的配网中由于相邻区域的保护定值难以整定，且难以实现时间上的配合而应用受限；另一方面，许多研究在涉及保护策略时没有考虑到换流器拓扑结构和接地方式对系统故障特性的影响。有文献设计了针对柔性直流配电系统的测距式保护，距离保护做主保护时无法保护线路全长，且由于过渡电阻的影响难以计算出准确的故障距离。还有文献将差动保护应用于直流配电系统，但该方案需要同步比较两端的电流值，由于直流故障的电流变化率很大，微小的时间差异会造成很大计算误差。

发明内容

针对上述问题，本发明提出了一种多端柔性中压直流配电系统的直流线路继电保护方法，包括：包含主保护和后备保护；

所述主保护反映直流线路极间短路故障和经小过渡电阻的单极接地故障，根据电流状态矩阵识别故障类型和故障区间；

所述后备保护以电压不平衡持续时间作为启动判据，以保护安装处的正、负极不平衡电流状态矩阵判别故障区间并隔离故障。

所述方法根据主保护的开合信号和后备保护的开合信号确定直流断路器处的动作信号，并发出相应动作。

优选的，所述主保护具体包括如下步骤：

S11，规定正极电流正方向和负极电流正方向；

S12，设定保护直流断路器的电流阀值，并对所述电流阀值进行整定；

S13，定义并判断每个保护装置安装处的电流测量元件的状态；

S14，每个直流断路器处的保护装置向相邻断路器处的保护装置传递电流测量元件状态信号，由此形成电流状态矩阵；