[发明专利]基于本地电流突变量极性的柔性直流配电系统保护方法

说明书

本发明给出一种基于本地电流突变量极性的柔性直流配电系统故障定位和隔离方法，该方法从仿真结果可以看出，仅利用换流站本地测量电流信息，能够不依赖换流站间的通信，充分利用全桥换流站主动控制直流短路电流的优势，主动控制直流短路电流，进而根据换流站本地测量电流变化量的极性，通过阶梯型的时限配合实现对柔性直流配电网短路故障的准确定位和隔离；确保线路电流突变量极性变化检测的正确性。故障持续期间短路电流较小，直流配电网不会断电，供电可靠性高；且能够保护线路全长；能够在直流配电网站间通信系统失灵情况下，可靠地切除直流侧短路故障，且适用于多端以及环形、辐射形等多种拓扑结构的柔性直流配电网。

技术领域

本发明属于电力系统自动继电保护技术领域，特别涉及一种基于本地电流突变量极性的柔性直流配电系统保护方法。

背景技术

各种可再生能源电源和电动汽车等直流负荷的迅速发展，以及电力电子技术的进步，使得直流电网成为当下的研究热点。相较于交流配电网，柔性直流配电网在接入分布式新能源和直流负荷时，能量损耗和对设备的要求都有一定程度的降低，因此，柔性直流配电网在当前形势下具有广阔的发展前景。然而，受限于直流断路器的容量、价格以及相关保护技术的缺乏，柔性直流配电网目前仍处于试验发展阶段。

国内外对于柔性直流配电网保护的研究多集中于半桥型多电平子模块换流器(HBMMC)和全桥型多电平子模块换流器(FBMMC)上，其保护策略分别为：HBMMC和直流断路器配合；FBMMC和高速直流开关配合。J.Zhang等(J.Zhang,G.Zou,Z.Xie,H.Sui and C.Sun,Afast non-unit line protection strategy for the MMC-based MTDC grid,2017IEEEConference on Energy Internet and Energy System Integration(EI2),Beijing)针对多端直流电网中故障电气量增长迅速的问题，提出了一种快速非单元线路保护策略，通过电流变化率检测到故障之后，迅速使用直流断路器在半桥换流站闭锁前断开故障线路；戴志辉等(戴志辉,葛红波,陈冰研,焦彦军,王增平.柔性中压直流配电网线路保护方案[J].电力系统自动化,2017,41(17):78-86)利用换流站间的通信比较线路两端电气量的差异定位故障线路，最终通过直流断路器实现故障的隔离。以上两种策略均对直流断路器开断容量和动作速度提出了较高的要求。Shuoting Zhang等(Shuoting Zhang,Yalong Li,FredWang.Impact of DC Fault in Multi-terminal DC Grid on Connected AC SystemStability,2017IEEE Energy Conversion Congress and Exposition,January,pp:2651-2658)在文章中综述了当前解决直流侧短路故障的方法，对比分析了基于直流断路器的保护策略和基于全桥换流站闭锁清除故障的保护策略。然而，此文献与目前发表的大多数文献均是利用全桥换流站的闭锁实现短路电流的抑制，没有充分挖掘其主动控制短路电流的优势。

上述国内外研究现状表明，目前针对柔性直流配电网保护的研究，大多数均以换流站间的可靠通信为前提，故障线路的识别依赖于换流站间的信息交换。对于半桥换流站，必须利用能够开断较大短路电流的直流断路器在换流站闭锁前断开故障线路；对于全桥换流站，目前的保护方案仅利用其闭锁后提供反电动势的能力实现短路电流的自清除，故障消失后仍需要经过换流站解锁充电的过程才能使系统正常运行。

为了提供一种站间通信系统失灵情况下多端直流配电系统可靠的后备保护，填补柔性直流配电系统基于本地量保护的缺陷，因此，亟需一种新型的柔性直流配电系统保护方案，使得换流站间的通信系统失灵时，网络中的短路故障仍能被可靠定位和隔离，并且充分利用FBMMC主动控制短路电流的优势，在故障持续期间保证直流配电网不发生过流和停电现象。同时，此发明应能够保证换流站不闭锁穿越故障，并在故障切除后迅速恢复到正常运行状态。显然，该发明不应仅局限于某一特定拓扑结构的柔性直流配电系统，在各种不同拓扑、不同负荷类型的柔性直流配电网中都有一定的应用价值。