一種直流微網接地故障保護方法與流程

本發明屬于電力系統繼電保護和自動化領域，具體涉及一種直流微網接地故障保護方法。

背景技術：

近年來，由于化石能源的枯竭和開采難度增大，以及其造成了嚴峻的環境問題，新能源得到大規模推廣，于此同時，諸如電動汽車、變頻設備、led照明燈、信息設備等直流負荷占總負荷的比例日益增加，而基于脈寬調制(pulsewidthmodulation，pwm)的直流微網，作為分布式電源與直流負荷更高效率的接入形式，具有效率高、供電容量大、抗干擾性好、可靠性高、控制相對簡單、電能損耗低等優點，受到廣泛的關注。

研究直流微網并對其進行故障分析和保護，具重要價值和研究前景。目前學術界對直流微網保護的研究集中于過渡電阻較小極間故障，而對過渡電阻較大的接地故障研究較少。由于直流微網中使用電纜傳輸電能，當發生接地故障后，可能存在極大的過渡電阻，導致現有保護方法失去選擇性。因此，針對直流微網接地故障，設計新型保護方法，是直流微網發展與推廣的迫切需求。

技術實現要素：

本發明提供一種可以減少一半電流互感器的裝設，能夠節約直流微網的建設成本的直流微網接地故障保護方法。本發明針對兩電平vsc負極接地的直流微網系統，設計一種橫聯保護判據，能夠保證在系統不同位置發生接地故障時保護的正確性，相較于其他保護方法，該保護方法在大過渡電阻情景下仍能可靠動作。技術方案如下：

一種直流微網接地故障保護方法，適用于負極接地直流微網系統，執行如下步驟：

(1)實時測量接地點處的電流，當該電流小于門檻值時，認為無故障發生；當該電流大于門檻值時，認定可能有故障發生，將限流器投入并啟動保護；

(2)保護延時以躲避故障暫態過程，當判斷故障進入穩態階段后，電流互感器測量并采集各段線路的電流數據；

(3)對測量所得的電流數據使用最小二乘法處理，以減小互感器的測量誤差，將處理后的電流數據上傳至上層的決策機構；

(4)上層的決策機構對上傳來的電流數據使用保護判據：

其中ig為同段線路兩極電流差的絕對值，in為近接地點處的線路電流，對于某段線路，當判據滿足時，將該段線路的“故障判別標志位”置為1，否則，將該段線路的“故障判別標志位”置為0；上級的決策機構綜合這些“故障判別標志位”信息，即可判斷故障位置，并命令相應斷路器跳閘；若判斷結果為無故障發生，則發命令將限流器退出，系統恢復正常運行。

與現有技術相比，本發明的有益效果在于：

相較傳統的縱聯差動保護，系統中所需的電流互感器減少一半，大大節約了直流微網的建設成本。保護選擇性強，由于簡單電阻限流器的接入，保護死區被消除，從而在大過渡電阻接地故障的情景下仍可以可靠動作。

附圖說明

圖1裝設限流器后負極接地故障等效電路圖。

圖2為負極經小電阻接地方式原理圖。

圖3為單端供電系統接地故障原理圖。

圖4為輻射型網絡正極接地故障電源s2故障回路。

圖5為輻射型網絡正極接地故障電源s1故障回路。

圖6為輻射型網絡負極接地故障電源s1故障回路。

圖7輻射狀直流微網系統結構圖。

具體實施方式

下面結合附圖和實例對本發明作進一步的詳細說明。

如圖1所示為裝設限流器后負極接地故障等效電路圖。本發明的保護判據利用了電流i2在故障點的分流，即有關系：

當系統接地點出口發生大過渡電阻接地故障時，rline極小，而rf卻很大，從而使id接近于0，導致該判據存在死區。因此于系統接地點附近裝設限流器，原理解釋如下：

在系統接地極處裝設電流互感器，即測量i3，正常工作時，該電流為0；接地故障發生后，該電流不再為0，此時，控制g1關斷，將限流電阻rlim串入電路中，相當于增大了線路電阻rline，從而增大了經過大地的分流，使保護判據更加靈敏，消除了原有的保護死區。

另外，故障保護原理利用的是穩態量，即保護不能實現快速地故障定位并清除。這就導致小過渡電阻正極接地故障發生后會產生較大的故障電流，而保護又不能瞬時將故障切除，從而對系統中諸如二極管等脆弱器件的安全性造成威脅。因此，需在接地點增加一個接地電阻，如圖2所示，限制正極接地故障的故障電流，保證器件安全，為本發明所提出的保護方法提供基礎。另外，由于限制了故障電流，亦可保證vsc內部igbt不閉鎖，在短時間內保證供電穩定。

以圖3說明保護基本原理：正常工作狀態下，同一段線路兩極首端的電流互感器所測電流相同。當線路2發生接地故障(無論正負極)，相當于在回路a上并聯了一條經大地的回路b，導致1與4處互感器所測電流不同，2和5處互感器所測電流不同，而3和6處所測電流相同。同理，當線路3故障時，1與4處互感器所測電流不同，2和5處互感器所測電流不同，3和6處所測電流亦不相同；而當線路1故障時，僅1與4處互感器所測電流不同。綜合以上信息，即可判斷故障位置。

對于典型的輻射型網絡，首先討論正極接地故障，如圖4，容易看出，線路1故障時，僅1和4處的電流差值不為0；線路3故障時，僅1和4、3和6處電流差值不為0。而對于線路2的故障，需要重點說明：

對電源使用疊加原理，僅電源s1存在時，接地故障的發生增加了流經大地的故障電流回路，使得1處電流大于4處電流；僅電源s2存在時，2處電流小于5處電流。

然而，s1會對2、5處的電流產生影響，s2亦會對1、4處的電流產生影響。s2對1、4處電流的影響如圖4所示，其中帶箭頭的線表示因為s2的存在所增加的電流通路，虛線表示電流由故障點經大地流向接地點，由箭頭方向可知，該電流成分會進一步增加1處電流，減小4處電流，從而使1、4電流差更加明顯。s1對2、5處電流的影響如圖5中所示，其中帶箭頭的線表示因為s1的存在所增加的電流通路，由箭頭方向可知，該電流成分會進一步減小2處電流，增大5處電流，從而使2、5電流差更加明顯，從而有利于故障判別。

而對于負極接地故障，類似于上文，當線路2負極故障時，s2對1、4處電流的影響與圖5中類似，即進一步增加1處電流，減小4處電流，從而使1、4處電流差更加明顯。s1對2、5處影響如圖6中箭頭所示，增大了5處的電流，從而使2、5處電流差更加明顯，有利于故障判別。

使用保護判據：

其中ig為同段線路兩極電流差的絕對值，in為近接地點處的線路電流，即圖6中互感器4處所測電流。該判據基于故障穩態量，并通過最小二乘法處理互感器測得數據。容易看出，當同段線路兩極電流不同時，其差的絕對值即為大地中的電流；當同段線路兩極電流相同時，id＝0。因此，對于線路1，ig＝|i4-i1|；對于線路2，ig＝|i5-i2|；對于線路3，ig＝|i6-i3|。當同段線路正負兩極所測電流滿足判據(2)時，認為兩極電流不同，將該段線路的“故障判別標志位”置為“1”，當正負兩極所測電流不滿足式(2)時，認為兩極電流相同，將該段線路的“故障判別標志位”置為“0”。上級的決策機構綜合這些“故障判別標志位”信息，根據上文橫聯保護原理，即可判斷故障位置。