[发明专利]一种柔性变电站系统直流线路保护方法及装置

权利要求书

1.一种柔性变电站系统直流线路保护方法，其特征在于包括以下步骤：

1)基于直流故障情况下的故障回路推导出故障电流数学表达式，进而得到故障电流；

所述故障电流数学表达式为：

式中，故障瞬间直流电压U_dc是桥臂投入子模块的电容电压之和；u_c(t)为故障后电容电压；I₀为电感电流初值；为放电电流衰减的时间常数，其中电抗器的直流阻抗、电容器的串联阻抗以及放电回路金属构件的接触电阻统一用R_Stray表示，L表示电感；为振荡放电电流的角频率；C₀为子模块电容初值；n为子模块个数；

2)根据故障电流确定高速电流突变量保护整定原则，完成柔性变电站系统直流线路保护。

2.如权利要求1所述的一种柔性变电站系统直流线路保护方法，其特征在于：所述故障电流数学表达式的求解过程包括以下步骤：

1.1)直流线路发生故障后，电力电子换流器尚未闭锁，串并联在故障回路中的子模块电容经过桥臂电感和直流线路向故障点放电，所构成的故障回路简化等效成二阶电路，得到简化等效电路的等效参数；

1.2)根据等效电路的等效参数求解出故障后电容电压u_c(t)为：

式中，为放电电路固有角频率；为由初始电流引起的放电电流的初相角；由于远小于则认为ω＝ω₀；

1.3)根据故障后电容电压u_c(t)以及子模块电容初值C₀得到故障电流数学表达式。

3.如权利要求1所述的一种柔性变电站系统直流线路保护方法，其特征在于：所述高速电流突变量保护整定原则确定方法包括以下步骤：

2.1)将故障电流数学表达式进行微分得到故障电流变化率；

2.2)根据故障电流变化率di/dt确定高速电流突变量保护判据，根据高速电流突变量保护判据确定保护整定原则。

4.如权利要求3所述的一种柔性变电站系统直流线路保护方法，其特征在于：所述故障电流变化率为：

5.如权利要求3所述的一种柔性变电站系统直流线路保护方法，其特征在于：所述高速电流突变量保护判据为：

式中，E表示电流上升率起始门限，简称为起始门限；F表示电流上升率复位门限；Δt表示延时时间；Δt_set表示延时时间整定值。

6.如权利要求5所述的一种柔性变电站系统直流线路保护方法，其特征在于：所述电流上升率复位门限F为：

式中，I_N表示直流线路额定电流,ΔT表示正常情况下直流系统功率调整时间。

7.如权利要求5所述的一种柔性变电站系统直流线路保护方法，其特征在于：所述电流上升率起始门限E设定为故障情况下初始电流增长率的0.5倍。

8.如权利要求5或6或7所述的一种柔性变电站系统直流线路保护方法，其特征在于：所述保护整定原则如下：

当di/dt＞F、di/dt＞E和Δt＝Δt_set同时满足时，保护装置启动；

保护启动后，若在延时时间内，故障电流变化率持续大于复位门限，则保护动作出口；若故障电流变化率小于复位门限，则保护装置复位。

9.一种柔性变电站系统直流线路保护装置，其特征在于包括：故障电流确定模块和电流保护整定模块；

所述故障电流确定模块是基于预先推导出的故障电流数学表达式对柔性变电站系统直流线路故障电流特征进行分析，得到故障电流；

所述故障电流数学表达式为：

式中，故障瞬间直流电压U_dc是桥臂投入子模块的电容电压之和；u_c(t)为故障后电容电压；I₀为电感电流初值；为放电电流衰减的时间常数，其中电抗器的直流阻抗、电容器的串联阻抗以及放电回路金属构件的接触电阻统一用R_Stray表示，L表示电感；为振荡放电电流的角频率；C₀为子模块电容初值；n为子模块个数；

所述电流保护整定模块根据故障电流确定高速电流突变量保护整定原则，完成柔性变电站系统直流线路保护。