[发明专利]一种柔性直流输电系统中基于直流断路器动作特性的保护方法

权利要求书

1.一种柔性直流输电系统中基于直流断路器动作特性的保护方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤1、在柔性直流输电系统发生双极短路故障时，基于直流断路器各换流支路故障电流熄灭特性，获得短路故障电流解析表达式；

步骤2、基于所获得的短路故障电流解析表达式，根据直流断路器动作切断故障电流的过程中电流波形凹凸性会发生改变这一特性来构造保护判据；

步骤3、根据所构造的保护判据进行相应的动作，避免由于直流断路器动作特性而导致的故障电流反复波动，并避免相邻线路的电流微分保护出现误动；

其中，在步骤2中，所构造的保护判据具体为：

式中，F表示电流上升率起始门限；Δt_set表示延时时间整定值；t₁，t₂表示采样时间区域的上下边界；i表示电流的瞬时值；t为保护判据进行判断的时间；

在所述步骤3中，基于所构造的保护判据，根据二阶导数值符号的正负判断凹凸性，当二阶导数值小于0时曲线呈凸型，反之曲线则呈凹型；

当柔性直流输电系统发生双极短路故障时，直流断路器切断故障电流的过程中电流波形凹凸性会发生改变，故以此作为判据来避免相邻线路的电流微分保护出现误动。

2.根据权利要求1所述柔性直流输电系统中基于直流断路器动作特性的保护方法，其特征在于，所述步骤1的过程具体为：

在柔性直流输电系统发生双极短路故障时，短路故障电流包括电容放电电流分量和交流馈入电流分量2个部分，由于子模块电容快速放电，因此短路故障电流以电容放电电流分量为主，其表达式如下：

其中，C₀表示子模块电容；L₀表示桥臂电感；L_l表示直流线路电感；R_l表示直流线路电阻；R_f表示故障点过渡电阻；I₀表示故障时刻保护安装处直流电流瞬时值；U_dcN表示直流线路额定极间电压。

3.根据权利要求2所述柔性直流输电系统中基于直流断路器动作特性的保护方法，其特征在于，所述直流断路器是通过支路间的可控换流来切断故障电流的，具体来说：

在第一次换流的过程中，由于转移支路电力电子器件的动态电阻特性，因此线路的等效电阻也会发生改变，在此过程中动态电阻的变化主要取决于IGBT，其变化规律可以通过试验曲线开通关断过程的电气量变化进行拟合，拟合表达式如下：

式中，R_on代表IGBT变化的动态电阻；R_on0代表额定电流下IGBT的电阻值；τ为时间常数，t为故障时刻随时变化，t₀为IGBT导通时刻；

在第二次换流过程中，由于IGBT信号的不同步会影响IGBT的关断时间，而IGBT未同步关断相当于与其并联的避雷器是分步投入电路中，此时故障电流表达式如下：

式中，n(t)为不同时刻闭锁的IGBT组数，其为0～N之间的整数；U_var为1组避雷器投入所形成的反电动势值，在此过程中近似为定值。