[发明专利]基于直流断路器的柔性直流配电线路保护装置和方法

说明书

本发明公开了一种基于直流断路器的柔性直流配电线路保护装置，包括(M+N)个直流断路器、断路器控制单元、M个母线故障检测单元和N个线路故障检测单元；所述断路器控制单元结合所有直流母线上的电流量和配电线路上的电流量，以电流突变量和电流方向作为保护特征以构建故障判据，判别故障发生位置并判断是否发出故障动作信号，再根据所得的故障动作信号将相应的直流断路器跳开。本发明能够将故障电流的突变量与功率方向进行综合考虑，结合新型直流断路器的动作特征，实现了网状直流配电网母线故障与线路故障的快速保护与区分。

技术领域

本发明涉及柔性直流电网保护技术领域，具体而言涉及一种基于直流断路器的柔性直流配电线路保护装置和方法。

背景技术

柔性直流电网因其具有输送功率灵活可控，电能传输损耗小、可以向无缘系统供电(不需要输送无功功率)等诸多优势已经成为当今智能电网建设的一项关键性技术。

由于柔性直流电网自身的特殊结构与和运行方式，直流故障的保护与隔离技术一直是研究的热点问题。当直流侧发生故障时，故障电流上升的速度与峰值远远高于传统的交流电网，会对柔性直流系统的安全运行造成很大的影响。直流断路器作为清除直流侧故障最有效的方式，随着制造技术的发展与成熟，日渐成为直流电网保护的主流方案。目前有研究人员提出了一种基于直流断路器的直流电网分区协调保护策略，该保护策略解决了直流故障区分的难题，但是直流电网的可靠性收到了影响。研究人员又针对星形直流电网的单极接地故障分别设计了基于故障电压变化率(ROCOV)和短时能量的故障识别方法，但是该保护方案对于辐射状直流电网的适应性还有待研究。

另外，上述保护方案所选用的直流断路器均为可以切断双向故障电流的双向断路器，但是采用单向直流断路器的保护方案研究甚少。文献“王渝红,傅云涛,曾琦,刘程卓,朱杰,凌楠.适用于直流电网的分区保护策略[J].南方电网技术,2019,13(12):24-33”中提出了一种适用于风电的新型快速固态断路器拓扑，这种断路器相对于双向断路器减少一半的IGBT和二极管数量，成本低，通态损耗小，说明单向直流断路器虽然仅可以清除正向故障，但是通过合理配置直流断路器位置依然可以实现直流故障的快速隔离。这就亟需提出一种技术方案，能够准确快速地辨识故障线路，并通过合理设置直流断路器的位置和合断原理实现对柔性直流配电线路的有效保护。

发明内容

本发明针对现有技术中的不足，提供一种基于直流断路器的柔性直流配电线路保护装置和方法，首先对采用辐射状拓扑的直流配电网进行故障分析，在此基础上提出了一种利用本地信息的直流故障识别方案，该方案将故障电流的突变量与功率方向进行综合考虑，结合新型直流断路器的动作特征，实现了网状直流配电网母线故障与线路故障的快速保护与区分。该保护方案不依赖多段通讯，不需要复杂的数据分析处理，并且可以大大降低直流电网建设成本。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于直流断路器的柔性直流配电线路保护装置，所述保护装置包括M+N个直流断路器、断路器控制单元、M个母线故障检测单元和N个线路故障检测单元；

所述M+N个直流断路器包括M个第一直流断路器和N个第二直流断路器；

其中，M个第一直流断路器一一对应地安装在M个直流母线上，布置于母线隔离开关和对应的平波电抗器之间；N个第二直流断路器分别对应安装在N条配电线路上，布置于线路两侧隔离开关与对应的平波电抗器之间；

M个所述母线故障检测单元一一对应地分布在M条直流母线上，用于检测所属直流母线上电流检测点的电流量；N个所述线路故障检测单元一一对应地分布在N条配电线路上，用于检测所属配电线路上电流检测点的电流量；