用于輻射型直流配電系統直流線路短路故障的保護方法
【專利摘要】本發明提供一種用于輻射型直流配電系統直流線路短路故障的保護方法，所述方法包括以下步驟：設置故障監測點；啟動元件動作；確定直流線路短路故障，并斷開直流斷路器。本發明提供的用于輻射型直流配電系統直流線路短路故障的保護方法，該保護方法原理簡單，本線路故障時快速性好，同時保證下級直流配電線路或交流配電線路故障最嚴重的情況下，保護不誤動，為直流配電系統的安全可靠運行提供技術支撐。
【專利說明】用于輻射型直流配電系統直流線路短路故障的保護方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種保護方法，具體講涉及一種用于輻射型直流配電系統直流線路短路故障的保護方法。
【背景技術】
[0002]基于脈寬調制的直流配電技術作為一種新型的配電技術，具有電能質量高、傳輸容量大、可靠性高、拓撲結構簡單、經濟性好和電能損耗低等優點，尤其適應分布式電源多點接入，能大力促進直流家電和“直流生態住宅”的發展，符合智能電網發展的內在要求。因此，國內外眾多學者將目光投向直流配電系統的研究。目前，對直流配電系統的研究尚處在理論分析、建模仿真和試驗研究階段。
[0003]為保證電力系統中直流配電系統的安全可靠運行，完備的繼電保護系統不可或缺。然而目前的研究很少涉及直流配電系統的保護原理及配置，已有的保護研究也是主要側重于宏觀上探索基于直流斷路器和不基于直流斷路器保護的性能差異、多區域保護間配合以及直流配電系統保護要求標準等，直流配電系統中設備保護原理的研究較少，尤其是在直流配電線路保護原理方面的探索。目前可參考的直流線路保護主要集中在直流牽引、艦船直流配電以及高壓直流輸電等方面；不過由于電力系統的直流配電與上述直流系統差異很大，借鑒意義不明顯。
【發明內容】
[0004]為了克服上述現有技術的不足，本發明提供一種用于輻射型直流配電系統直流線路短路故障的保護方法，該保護方法原理簡單，本線路故障時快速性好，同時保證下級直流配電線路或交流配電線路故障最嚴重的情況下，保護不誤動，為直流配電系統的安全可靠運行提供技術支撐。
[0005]為了實現上述發明目的，本發明采取如下技術方案:
[0006]本發明提供用于輻射型直流配電系統直流線路短路故障的保護方法，所述方法包括以下步驟:
[0007]步驟1:設置故障監測點；
[0008]步驟2:啟動元件動作；
[0009]步驟3:確定直流線路短路故障，并斷開直流斷路器。
[0010]所述步驟I中，在直流輸配電系統中，直流線路故障監測點設置在配電換流站直流側出口處，實時采集出口處的直流電壓u和直流電流i。
[0011]所述步驟2中，根據采集的配電換流站直流側出口處故障監測點直流電壓U，實時計算出瞬時直流電壓下降率du/dt，如果計算出的du/dt連續三次超過保護啟動的直流電壓下降率整定值du/dt srt，則啟動故障判別程序，并記錄此時直流電流采樣值Itl,進入步驟
3;否則保護故障判別程序不啟動。
[0012]所述步驟3包括以下步驟:[0013]步驟3-1:設k為直流線路過載倍數，若啟動元件動作瞬間直流電流采樣值Itl大于k倍的直流線路最大負荷電流Imax時，即滿足Itl > klmax，則判定為直流線路短路故障，立即發出跳閘指令，斷開直流斷路器；否則執行步驟3-2 ；
[0014]步驟3-2:將直流電流采樣值Itl作為基準值，實時計算電流增量Λ I，在保護啟動后電流增量保護判別時間整定值AT srt時間內，若Λ I=1-1tl > Λ I srt，其中Λ I srt為電流增量保護動作的電流增量整定值，則判定為直流線路短路故障，斷開直流斷路器；
[0015]步驟3-3:如果I。> klmax和在保護啟動Λ T set時間內Λ I > Λ I set均不成立，則表明直流線路上不存在短路故障，返回步驟2啟動元件自檢。
[0016]所述輻射型直流配電系統通過配電換流站將高壓交流電整流成中壓直流電，經過直流電纜配電至用戶區；在用戶區的用戶變電站中將中壓直流電逆變成低壓交流電、降壓成低壓直流電，分別對交流負載和直流負載供電，連接直流電纜的中壓直流母線也可直接對直流負荷進行供電。同時，可將分布式電源和儲能裝置直接接至直流母線上；所述配電換流站包括降壓變壓器和電壓源型整流器。
[0017]與現有技術相比，本發明的有益效果在于:
[0018]1.直流線路故障時能夠快速可靠動作發出跳閘指令，而交流系統發生故障和下游交流側、直流側故障能夠可靠閉鎖，保證了保護動作的可靠性、速動性、選擇性和靈敏性；
[0019]2.直流線路出口處故障時，保護能以無延時動作跳閘，直流線路末端發生短路故障，也能在IOms內啟動保護跳閘，因此具有優良的速動性；
[0020]3.該保護方法原理簡單，本線路故障時快速性好，同時保證下級直流配電線路或交流配電線路故障最嚴重的情況下，保護不誤動，為直流配電系統的安全可靠運行提供技術支撐。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0021]圖1是輻射型直流配電系統測試模型拓撲結構圖；
[0022]圖2是配電換流站中電壓源型整流器拓撲結構圖；
[0023]圖3是配電換流站中電壓源型整流器控制策略簡圖；
[0024]圖4是不考慮繼電保護動作情況下，直流線路短路故障暫態直流電壓、直流電流仿真波形圖；
[0025]圖5是不考慮繼電保護動作情況下，直流線路短路故障暫態直流電壓、直流電流波形示意圖；
[0026]圖6是用于輻射型直流配電系統直流線路短路故障的保護方法流程圖。
【具體實施方式】
[0027]下面結合附圖對本發明作進一步詳細說明。
[0028]實施例將本發明提供的用于輻射型直流配電系統直流線路短路故障的保護方法應用在如圖2所示直流配電系統仿真模型上，進行實例驗證。
[0029]在實例模型中，穩態運行時，直流線路電壓為20kV，直流電流為0.5kA。針對該模型，設置保護動作判據中各參數整定值如下。
[0030]du/dt set=600V/ms, Imax=IkA, k=2, Δ I set=0.5kA, Δ T Set=2ms[0031]在PSCAD模型中設置暫態故障，將故障前后直流電壓、直流電流的數據輸入到Matlab編程實現的故障判據中，得出以下結論:
[0032](I)中壓直流線路尾端直接短路故障，保護判據能在IOms內發出直流斷路器跳閘命令，而接地故障不能使保護動作；
[0033](2)低壓交流線路首端在發生單相直接接地、兩相短路、三相直接接地故障時，保護均不動作；
[0034](3)低壓直流線路首端發生直接短路故障時，保護會在700ms后動作，因而完全可通過中壓直流線路和低壓直流線路保護配合來消除保護誤動現象；
[0035](4)中壓直流線路發生高阻短路故障時，保護會出現拒動現象。
[0036]通過PSCAD和Matlab仿真驗證，證實了直流線路保護方法的可行性。
[0037]最后應當說明的是:以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非對其限制，盡管參照上述實施例對本發明進行了詳細的說明，所屬領域的普通技術人員應當理解:依然可以對本發明的【具體實施方式】進行修改或者等同替換，而未脫離本發明精神和范圍的任何修改或者等同替換，其均應涵蓋在本發明的權利要求范圍當中。
【權利要求】
1.用于輻射型直流配電系統直流線路短路故障的保護方法，其特征在于:所述方法包括以下步驟: 步驟1:設置故障監測點； 步驟2:啟動元件動作； 步驟3:確定直流線路短路故障，并斷開直流斷路器。
2.根據權利要求1所述的用于輻射型直流配電系統直流線路短路故障的保護方法，其特征在于:所述步驟I中，在直流輸配電系統中，直流線路故障監測點設置在配電換流站直流側出口處，實時采集出口處的直流電壓u和直流電流i。
3.根據權利要求1所述的用于輻射型直流配電系統直流線路短路故障的保護方法，其特征在于:所述步驟2中，根據采集的配電換流站直流側出口處故障監測點直流電壓U，實時計算出瞬時直流電壓下降率du/dt，如果計算出的du/dt連續三次超過保護啟動的直流電壓下降率整定值du/dt ，則啟動故障判別程序，并記錄此時直流電流采樣值Itl，進入步驟3 ;否則保護故障判別程序不啟動。
4.根據權利要求1所述的用于輻射型直流配電系統直流線路短路故障的保護方法，其特征在于:所述步驟3包括以下步驟: 步驟3-1:設k為直流線路過載倍數，若啟動元件動作瞬間直流電流采樣值Itl大于k倍的直流線路最大負荷電流Imax時，即滿足Itl > klmax，則判定為直流線路短路故障，立即發出跳閘指令，斷開直流斷路器；否則執行步驟3-2 ； 步驟3-2:將直流電流采樣值Itl作為基準值，實時計算電流增量△ I，在保護啟動后電流增量保護判別時間整定值AT srt時間內，若Λ I=1-1tl > Λ I srt，其中Λ I srt為電流增量保護動作的電流增量整定值，則判定為直流線路短路故障，斷開直流斷路器； 步驟3-3:如果Itl > klmax和在保護啟動Λ T set時間內Λ I > Λ I set均不成立，則表明直流線路上不存在短路故障，返回步驟2啟動元件自檢。
5.根據權利要求2所述的用于輻射型直流配電系統直流線路短路故障的保護方法，其特征在于:所述輻射型直流配電系統通過配電換流站將高壓交流電整流成中壓直流電，經過直流電纜配電至用戶區；在用戶區的用戶變電站中將中壓直流電逆變成低壓交流電、降壓成低壓直流電，分別對交流負載和直流負載供電，連接直流電纜的中壓直流母線也可直接對直流負荷進行供電。同時，可將分布式電源和儲能裝置直接接至直流母線上；所述配電換流站包括降壓變壓器和電壓源型整流器。
【文檔編號】H02H7/26GK103730883SQ201410004786
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2014年1月6日 優先權日:2014年1月6日
【發明者】薛士敏, 陳超超, 韋濤, 崔艷妍, 惠慧, 時珊珊 申請人:國家電網公司, 中國電力科學研究院, 天津大學, 國網上海市電力公司