[发明专利]一种直流汇集电缆的综合保护方法及装置

说明书

本申请公开了一种直流汇集电缆的综合保护方法及装置，涉及直流汇集并网系统的故障保护技术领域。该方法可抑制故障电流、准确定位直流电缆故障位置。该方法主要包括：构建直流电缆始端或终端的直流电容放电等效电路，等效电路含本方法采用的串联限流电抗；根据电容放电等效电路及保护约束条件，计算所述限流电抗的电抗参数值；在直流电缆串入所述电抗参数值的限流电抗；获取直流电缆中串入的限流电抗上的电压值；根据限流电抗电压值，判断直流电缆的故障类型，故障类型包括正极故障、负极故障和极间故障；根据故障类型，计算并定位故障点的位置。本申请主要应用于新能源直流汇集网络及其他直流输电、配电网络中的直流电缆的故障保护和故障定位。

技术领域

本申请涉及直流汇集并网系统的故障保护技术领域，尤其涉及一种直流汇集电缆的综合保护方法及装置。

背景技术

大型光伏电站是大规模集中利用太阳能的有效方式。然而，随着光伏电站规模的不断扩大，传统交流升压汇集系统的谐波谐振、无功传输问题日益突出，严重影响光伏电站的安全运行及送出能力。采用直流替代交流是破解交流升压汇集和交流接入技术瓶颈的有效手段，光伏电站采用直流升压汇集送出成为当前及未来的发展方向。

大型光伏电站中的光伏电源、DC/DC换流器和DC/AC逆变器等均包含大量的电力电子器件，使得直流系统具有惯性小、响应速度快的特点。对于连接多类型换流器的直流电缆及连接光伏电站和电网之间的直流电缆，当直流电缆发生故障时，直流侧电容快速放电，放电电流在几毫秒内上升至峰值，故障放电过程对直流电网具有很强的冲击，易造成电力设备的损坏，因此限制故障电流和快速隔离故障成为直流电缆保护的关键问题。为了降低电缆故障对光伏电站的影响，一方面为直流电缆增设必要的故障限流装置，抑制故障过程对系统的冲击和影响；另一方面，应该具有快速响应和判断的能力，一旦发生故障，能够快速识别并隔离故障，确保电网和电力设备的安全。

现有技术中，根据故障瞬时电流/电压变化率大的特征，相关研究提出了过电流保护、欠电压保护和电流/电压变化率保护。但是直流电缆规模小、供配电电缆较短时，上述保护方案一方面受过渡电阻影响大，保护参数整定困难，另一方面需要通过延时来保证选择性，不具备快速切除故障的能力。还有研究提出在直流电网中应用超导故障限流器，可有效降低故障电流的峰值，延长保护动作的时间裕度，但由于投入电阻超导限流器，大大增加了成本。直流电缆具有安全可靠性高、隐蔽性好的特点，在直流电网中得到越来越广泛的应用，但是电缆多铺设于地下，一旦发生故障，查寻故障点异常困难，如何准确快速定位电缆故障是亟待解决的问题。

发明内容

本申请提供了一种直流汇集电缆的综合保护及装置，以解决现有技术中不能准确定位直流线缆故障位置及有效保护电力设备的问题。

第一方面，本申请提供了一种直流汇集电缆的综合保护方法，该方法包括：

构建所述直流电缆始端或终端的直流电容放电等效电路，并计算故障峰值电流及电容电压下降为零的时间，所述电容放电等效电路的构建条件为所述直流电缆的始端或终端发生极间故障且极间故障阻抗为零；

根据预置约束条件，计算所述电容放电等效电路的所述限流电抗的电抗参数值，所述约束条件包括直流断路器开断能力和保护动作时限；

在直流电缆中串入四个电抗值等于所述电抗参数值的限流电抗，所述串入位置分别为正极直流电缆邻接始端的位置、正极直流电缆邻接终端的位置、负极直流电缆邻接始端的位置和负极直流电缆邻接终端的位置；

根据预置电流/电压的参考正方向，获取所述限流电抗上的电压值；

根据始端限流电抗电压值和终端限流电抗电压值，判断直流电缆的故障类型，所述故障类型包括正极故障、负极故障和极间故障；

根据所述故障类型，计算并定位故障点的位置；

根据所述始端限流电抗电压值和所述终端限流电抗电压值，判断保护启动判据和保护动作判据是否成立；