[发明专利]一种柔性直流配电系统高频突变量距离保护方法

权利要求书

1.一种柔性直流配电系统高频突变量距离保护方法，其特征在于，所述保护方法包括以下步骤：

步骤1：针对含光伏接入的柔性直流配电系统，分析其柔性直流线路发生双极短路故障时的高频故障特性，推导出系统故障时的暂态高频阻抗；

针对含光伏接入的柔性直流配电系统，分析其柔性直流线路发生双极短路故障时的高频故障特性包括如下的具体步骤：

当所述含光伏接入的柔性直流线路上发生双极短路故障时，换流器阀级设备闭锁，故障点电压由正常工作电压下降至低水平，分析该故障信息频谱，频率越高，其频谱密度越大；

系统在正常运行时不含高频分量，当所述含光伏接入的柔性直流线路发生金属性故障时，故障点电压降为零，用两个与故障前电压大小相等、方向相反的附加源等值代替；

通过高频故障回路分析将换流器线性化，MMC换流器和DC/CD换流器的高频阻抗分别表示为：

式中，R_arm为桥臂电阻，L₀为桥臂电感，C₀为子模块电容，N为MMC中子模块个数，N₁为DC/DC中变换器模块的个数，a为高频变压器的变比，r为桥臂开关器件的导通电阻，L₁、L₂为变压器T型等效电路的阻抗参数，C₁、C₂分别为低压直流侧和中压直流侧出口电容；

通过换流器的等效将系统线性化，根据叠加原理，将故障后的系统分解成正常运行状态和故障分量状态的叠加，利用故障后引入的故障暂态分量进行分析，使保护的动作性能不受负荷状态和系统振荡因素的影响；

步骤2：根据步骤1的高频故障特性，分析不同位置短路时系统中电压高频故障分量的分布特征，由此得出基于高频突变量的距离保护原理；

分析不同位置短路时系统中电压高频故障分量的分布特征包括如下的具体步骤：

在两个换流器及换流器间线路的不同位置发生双极短路故障时，以故障点为高频源，其中一个换流器母线M处的高频故障分量电流、电压可以分别表示为：

ΔU＝-ΔI·Z_S

式中，ΔE_k1为故障点的高频电源电动势，Z_S为换流器的高频等值阻抗，Z_k1为故障线路的高频阻抗；

高频故障分量距离元件的高频工作电压为：

ΔU_op＝ΔU-ΔI·Z_set＝-ΔI·(Z_S+Z_set)

式中，Z_set表示线路高频阻抗整定值，且为恒定值；

在保护区内发生故障时，|ΔU_op|＞|ΔE_k1|；

在正向保护区外发生故障时，|ΔU_op||ΔE_k1|；

步骤3：分析不同电路结构对高频测量阻抗的影响，对系统进行保护配置和整定计算。

2.根据权利要求1所述的柔性直流配电系统高频突变量距离保护方法，其特征在于：所述步骤2的基于高频突变量的距离保护原理为：通过比较所述高频工作电压ΔU_op与所述故障点的高频电源电动势ΔE_k1幅值的大小区分保护区内与保护区外故障，假设故障前为空载，短路点电压的大小等于保护安装处母线电压的大小，用该电压构造一个阶跃提取其中的高频分量U_k^[0]；高频故障分量距离元件的动作判据为：

系统故障后高频电气量信息若满足上式，则判定为区内故障，保护动作；若不满足上式，则判为区外故障，保护不动作。

3.根据权利要求1所述的柔性直流配电系统高频突变量距离保护方法，其特征在于：所述步骤3进一步包含：分析不同电路结构，其包含：不含分支和含分支电路结构，分析故障后高频电流回路，得到保护安装处的高频测量阻抗，所述高频突变量距离保护采用阶梯延时配合的两段式配置方式，计算出高频突变量距离I段、II段的整定值以及高频突变量距离II段的动作延时。

4.根据权利要求3所述的柔性直流配电系统高频突变量距离保护方法，其特征在于：所述步骤3中高频突变量距离保护采用阶梯延时配合的两段式配置方式，计算出高频突变量距离I段、II段的整定值以及高频突变量距离II段的动作延时的具体内容包括：

高频突变量距离I段整定：距离保护I段故障后瞬时动作，无时间延时，在被保护线路内部发生故障时保护动作，按照躲过本线路末端短路时的线路高频阻抗来整定：

式中，Z^I_set.1表示距离高频突变量距离I段的线路整定阻抗，L_MN表示被保护线路的长度；Z₁表示被保护线路单位长度的阻抗；K^I_rel表示可靠系数，K^I_rel1，取值0.80-0.85；

高频突变量距离II段整定：距离保护II段的整定与相邻线路保护I段配合，II段保护范围不超过下级线路保护I段动作范围，若下级保护I段线路阻抗整定值为Z^I_set.2，则保护II段线路整定阻抗为：

式中，K^II_rel表示距离保护II段的可靠系数取值0.8,Z_MN表示线路MN的阻抗；

高频突变量距离II段动作延时t^II₁为：

式中，t^I₂表示与本保护配合的相邻元件保护I段的最大动作时间；Δt表示保护II段的动作延时和与之配合的相邻线路保护I段动作时间的时间级差；

保护II段还同时配备一个电流保护，检测经过时间延时后该故障是否已被切除，若已切除，则电路中不会再有电流，此时保护II段可靠返回；若故障未切除，直流变换器中的电感会持续续流100ms以上，电路中仍能检测到电流，此时保护II段启动，切除故障。