[发明专利]基于限流电抗器电压差异性的架空柔直电网故障检测方法

说明书

本发明公开了一种基于限流电抗器电压差异性的架空柔直电网故障检测方法，包括：对于电网中的每一条直流线路，持续监测其直流电压变化率，并在直流电压变化率大于预设的第一阈值时转入步骤(4)；(2)在直流线路的一端，分别获得目标时间段内正、负极限流电抗器的电压时间积并求比值，以进行故障选极；(3)获得正、负极限流电抗器的电压时间积之和，并获得故障类型对应的第二阈值，若电压时间积之和大于第二阈值，则判定所发生的故障为区内故障；否则，判定为区外故障或者未发生故障；(4)在直流线路的两端，分别执行步骤(2)～(3)，以实现故障检测。本发明耐受过渡电阻能力强、抗干扰能力强，并能够识别各种故障类型。

技术领域

本发明属于柔性直流电网领域，更具体地，涉及一种基于限流电抗器电压差异性的架空柔直电网故障检测方法。

背景技术

基于模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter，MMC)的直流输电技术凭借其模块化结构、谐波含量低、自启动、功率解耦控制、开关损耗低等特点，在新能源发电、异步互联、城市电网增容、向无源系统供电、连接弱交流电网等方面有着广阔的应用场景。为进一步提高运行灵活性和供电可靠性，基于MMC的多端柔性直流电网成为未来智能电网的发展趋势之一。

考虑到输电距离、电压等级以成本问题，架空线输电是大规模功率传输的主要方式之一。架空线路工作环境恶劣，故障发生概率很高，需要在架空线两侧安装高压直流断路器(high voltage DC circuit breaker，DCCB)进行故障线路隔离。由于直流电网是低惯性网络，直流侧一旦发生短路故障，各换流站立即向故障点馈入短路电流，这使得故障电流上升速度快、幅值大，给检测方法的速动性与选择性提出了较高的要求。以张北工程为例，故障清除时间要求在6ms以内，而混合式高压直流断路器的动作时间为3ms左右，这意味着保护出口时间要小于3ms。

行波保护方法作为超高速保护方法，在常规的故障检测和直流保护应用上有着良好的工程经验，但大多数行波保护方法存在着对高阻故障不灵敏性、近距离故障无法识别、波头检测困难等问题。基于小波变换等时频分析工具的保护方法，利用小波电流或小波电压的特性完成故障识别和故障选极，对过渡电阻灵敏性高，能够识别高阻故障，但这类保护方法在检测行波的过程中，存在这着采样频率高、易受噪声干扰等问题。基于限流电抗器的保护方法根据限流电抗器的相关特性完成故障检测，可靠性较强。文献“柔性高压直流环网直流侧故障保护策略研究”利用电抗器电压和直流电压变化量来实现线路故障与母线故障的识别。文献“DC Fault Detection and Location in Meshed Multi-terminal HVDCSystems Based on DC Reactor Voltage Change Rate”提出了基于限流电抗器电压变化率的保护方案，由于电抗器电压变化率是电流的二次导数，因此该保护方法耐受过渡电阻能力强。上述两篇文献所提保护方案均不能识别单极接地故障。为提高对故障类型的适用性，文章“基于直流电抗器电压的多端柔性直流电网边界保护方案”提出了基于限流电抗器电压幅值的保护方案，该方案具备故障选极功能，然而该主保护方案耐受过渡电阻有限，全线所能识别的最大电阻不超过50Ω。

总体而言，现有的架空柔直电网故障检测方法无法同时耐受过渡电阻、抗干扰并识别单极故障。

发明内容

针对现有技术的缺陷和改进需求，本发明提供了一种基于限流电抗器电压差异性的架空柔直电网故障检测方法，旨在解决现有的柔直电网故障检测方法不能同时耐受过渡电阻、抗干扰并识别单极故障的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于限流电抗器电压差异性的架空柔直电网故障检测方法，包括：

(1)对于电网中的每一条直流线路，持续监测其直流电压变化率，并在直流电压变化率大于预设的第一阈值时转入步骤(4)，以启动对直流线路的故障检测；