[发明专利]一种基于暂态电流相似度的柔性直流配电线路保护方法

权利要求书

1.一种基于暂态电流相似度的柔性直流配电线路保护方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、针对含电力电子换流器的柔性直路配电系统，根据系统中直流线路故障瞬间电流变化的物理本质，推导出直流线路故障后故障电流的解析表达式；

步骤2、基于步骤1的故障电流数学表达式对柔性直流配电系统的直流线路故障电流特征进行分析，并明确直流线路故障情况下电气元件应力和保护需求；

步骤3、针对含电力电子换流器系统的直流线路故障后传统保护不能快速动作的情况，结合直流线路的保护需求，提出多端柔性直流配电系统的直流电流相似度保护。

2.根据权利要求1所述基于暂态电流相似度的柔性直流配电线路保护方法，其特征在于，所述步骤1在直流线路发生双极短路故障后，故障电流主要由子模块电容放电电流组成，故障瞬间直流电压U_dc是桥臂投入子模块的电容电压之和，且在实际系统中电容放电过程是二阶振荡电路,设电容电压初值为V₀，电感电流初值为I₀，电抗器的直流阻抗、电容器的串联阻抗、放电回路金属构件的接触电阻统一用R表示，故障后电容电压通过求解二阶微分方程得到：

式(1)中：U_dc是桥臂投入子模块的电容电压之和；I₀为故障发生时刻的负荷电流；L为线路电感值，C为换流器等效电容器的电容值；δ为放电电流衰减的时间常数；ω0放电电路固有角频率；ω为振荡放电电流的角频率；β为由初始电流引起的放电电流的初相角。通过电流与电压的关系，计算回路电流的公式(2)为：

式(2)中：U_dc是桥臂投入子模块的电容电压之和；I₀为故障发生时刻的负荷电流；L为线路电感值，C为换流器等效电容器的电容值；δ为放电电流衰减的时间常数；ω0放电电路固有角频率；ω为振荡放电电流的角频率；β为由初始电流引起的放电电流的初相角。

3.根据权利要求1所述基于暂态电流相似度的柔性直流配电线路保护方法，其特征在于，所述步骤2中，规定直流线路的电流的正方向为母线流向线路的前提下，当直流线路发生双极故障时，故障电流的方向变化具有规律性；在正常运行状态下，负荷电流为穿越性电流；因为直流电流没有相位，只有极性，所以流向与正方向相同为正极性，流向与正方向相反为负极性；因此正常运行状态下，两端电流的极性都是一正一负且不存在电流变化方向；当直流线路发生双极故障时，直流线路两端测得故障电流都是流向故障点，且非故障的直流每段线路两端测得的故障电流极性相反且方向变化相反。

4.根据权利要求1所述基于暂态电流相似度的柔性直流配电线路保护方法，其特征在于，所述步骤3中，提出一种适用于多端柔性直流配电系统的直流电流相似度保护，具体为：利用故障后直流线路两端电流方向的变化特征，通过余弦相似定理进行计算并构成保护原理，其主要用于快速检测直流线路中电流剧烈变化的短路故障，由于保护仅反应电流方向的变化，而不反应电流的大小，因此几乎不受负荷电流的影响；余弦相似度主要应用于判别两个独立变量的方向差异；当面对变化规律相互独立的两个高维空间向量时，其余弦相似度表示为：

式(3)中：变量x＝{x₁，x₂，…，x_n}、y＝{y₁，y₂，…，y_n}，n为采样点数。

当cos(θ)＝-1时，表示变量x和y的变化方向完全相反、相似度为负的最强；当cos(θ)＝1时，表示两个变量的方向完全相同、相似度为正的最强；当cos(θ)＝0时，则表示两个变量相互垂直且差异性大、相似度弱；因此，余弦相似度算法对于向量轨迹变化趋势具有很强的识别能力，能充分计算出轨迹的形态或轮廓的异同，同时不受变量幅值大小影响；通过综上对余弦相似度算法的描述，该算法能够有效度量两个独立变量的相似度，即能判别直流两侧暂态电流变化的方向差异；并确定直流电流相似度保护整定原则，从结合区内外故障电流方向特征的分析，两侧电流在区外故障时相似度为-1，在区内故障时相似度为1；因此，保护判据是根据-1和1之间的显著差异而构造，考虑电流互感器传变误差，保护动作定值设置为0.9，则保护动作判据为：

cos(θ)'>0.9 (4)

式(4)中cos(θ)’为两侧电流的相似度值。