[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

说明书

本发明公开了属于直流配电系统保护技术领域的一种基于暂态电流相似度的柔性直流配电线路保护方法，所述方法针对柔性直流配电系统，根据系统中直流线路故障瞬间电流变化的物理本质及方向特征，推导出直流线路故障后故障电流的数学表达式；针对直流线路故障后传统保护不能快速动作的情况，提出用余弦相似度作为保护判别方法，简单、可靠，速动性较好，能准确地判别直流线路区内、外故障，实现故障线路的选择，将该方法应用于多端柔性直流配电系统中的直流线路故障判别，本发明不受线路长短、通信不同步、过渡电阻等因素影响，同时提高了整个系统运行的可靠性；具有较好的选择性与适应性，容易推广应用。

技术领域

本发明属于直流配电系统保护技术领域，特别涉及一种基于暂态电流相似度的柔性直流配电线路保护方法。

背景技术

柔性直流配电系统不仅能高效的接纳分布式电源与直流负荷，同时具有控制灵活、供电容量大、供电可靠性高、电能质量好等优点，已受到国内外广泛关注。然而，柔性直流配电系统的发展尚面临若干关键技术问题有待研究，其中保护技术作为保障系统安全稳定运行的第一道防线成为研究热点之一。其难点在于电力电子器件耐受暂态冲击电流的能力相对较弱，保护必须要利用2-5ms内极少的有效故障信息快速识别直流故障区域，在保证速动性的同时又要准确地选择故障线路以减少停电范围。

目前，根据所用原理，可将已有的众多直流保护分为单端量保护和双端量保护。关于单端量保护，虽解决了直流保护的速动性问题，但面对多端直流配电系统时，却无法有效的识别故障区域，缺乏清晰的保护边界。关于双端量保护，借助通信实现了清晰的保护边界，能有效识别故障区域。然而由于计算量大、通信时延和信号误差等因素限制了其绝对动作速度，保护难以在故障后1ms(换流阀在故障1ms之内就会闭锁)甚至更短时间内完成计算和通信，难以直接用于柔性直流配电系统。因此，有必要研究多端柔性直流配电系统直流故障后的故障电流变化特征，提出更适合多端柔性直流配电系统的保护方案。

发明内容

本发明的目的是提出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。

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：