[发明专利]一种柔性变电站系统直流线路保护方法及装置

说明书

本发明涉及一种柔性变电站系统直流线路保护方法及装置，其包括：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；2)根据直流线路故障情况下电器元件应力和保护需求，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。本发明不受故障类型、线路长短等因素影响，提高了直流线路故障后保护动作的速动性，同时也提高了整个系统运行的可靠性。本发明可以广泛在直流配电网保护技术领域中应用。

技术领域

本发明涉及一种直流配电网保护技术领域，特别是关于一种柔性变电站系统直流线路保护方法及装置。

背景技术

随着分布式发电装置和电力电子技术的快速发展，智能电网未来的发展方向主要集中在配电网。尤其是直流配电网，以有效接纳分布式电源、高效稳定电压变换及控制、系统优化配置、电能质量高、供电可靠性强、经济性好等特点受到了国内外工程的广泛关注。为了实现直流配电网得到广泛、高效的应用，其直流配电系统故障特性与保护配置是实现直流配电网安全运行的核心关键技术。目前，对直流配电网中控制保护的研究正处于理论研究和探索阶段，而柔性变电站系统作为直流配电网拓扑中的特例，其保护研究正处于空白阶段。

相比于交流配电网而言，柔性变电站系统的故障特征与交流系统存在本质差异，其故障类型、故障发展过程、故障电压电流特性、故障后果均不相同，导致已有的交流系统保护方法难以直接应用于柔性变电站系统中。其中，给柔性变电站系统保护实现带来最大难题的主要原因是:全控型电力电子变流器的耐受过流能力相对较弱，元件本体保护要在2～5ms快速动作以防止设备损坏，其速度远大于常规系统保护动作速度，因此，给柔性变电站系统故障后的保护速动性带来了更高标准的要求。

而目前关于柔性变电站系统的研究主要集中于系统拓扑、系统控制设计等方面。而柔性变电站系统保护配置研究作为系统安全可靠运行的基础，仅局限于简单的定性仿真，研究较少。现有文献提出的保护原理大多需要在直流线路上增加电气元件，同时需要两端电气量分别计算线路电流并由此构造动作判据，导致保护计算量大，整定复杂，不具有快速性，工程实用性较差。因此，有必要研究柔性变电站系统直流故障电流特征，提出更适合柔性变电站系统直流线路保护方法。

发明内容

针对计算量大、不具有快速性等问题，本发明的目的是提供一种柔性变电站系统直流线路保护方法及装置，该方法不受故障类型、线路长短等因素影响，可以快速识别故障并有效动作。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：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；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。

进一步，所述步骤1)中，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。

进一步，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：