[发明专利]基于暂态电流方差的多端直流系统单端量保护方法及系统

说明书

本发明公开了一种基于暂态电流方差的多端直流系统单端量保护方法及系统，针对多端直流系统，以保护方法灵敏度尽可能高和暂态方差电流误差尽可能小为原则，根据系统参数确定保护方法的采样窗；以保证选择性为依据，根据系统参数与采样窗长度整定保护阈值；基于暂态方差提取电流信号的高频能量，若大于保护阈值，则判为区内故障，执行保护动作，若小于阈值，则不执行保护动作。这种方法可以不依赖于仿真，利用更简单的计算提取电量的高频分量，可以理论计算出保护阈值的解析解，确保了保护方法的选择性，抗外界噪声能力强，具有高灵敏度与良好的耐过渡电阻能力。

技术领域

本发明属于电力技术领域，具体涉及一种基于暂态电流方差的多端直流系统单端量保护方法及系统。

背景技术

近年来，远海风能接入的多端直流系统受到广泛关注。针对直流线路故障，二电平电压源换流器(two-level voltage source converter,TLVSC)和半桥型模块化多电平换流器(half-bridge modular multilevel converter,HBMMC)缺乏调控能力，导致换流器的绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)快速闭锁，整个直流系统的电力传输被迫中断。随着电力电子直流断路器(DC circuit breaker,DCCB)的发展，直流故障能够在故障发生后的几毫秒内被切除，避免换流器闭锁。然而，直流故障后故障线路的快速精确检测和隔离是保护多端直流系统的巨大挑战之一。

如今针对直流电网中电流的故障特性和保护方法的研究已有很多，但这些研究具有一些局限性，具体如下：

1、缺乏适用于多端直流电网的故障电流解析表达；

2、保护方法采样率要求高，保护方法计算量较大；

3、基于复杂的数值仿真计算保护阈值；

4、保护方法易受外界噪声影响且容错率差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于暂态电流方差的多端直流系统单端量保护方法及系统，利用简单的计算提取电量的高频分量，能够计算出保护阈值的解析解，保证了保护方法的选择性、灵敏性和速动性，具有良好的耐过渡电阻能力。

本发明采用以下技术方案：

一种基于暂态电流方差的多端直流系统单端量保护方法，以灵敏度最高和暂态方差电流误差最小为原则，根据多端直流系统参数确定采样窗；以保证选择性为依据，根据系统参数与采样窗的长度整定保护阈值；基于暂态方差提取电流信号的高频能量，若大于保护阈值，判断为区内故障，执行保护动作，若小于保护阈值，则不执行保护动作。

具体的，通过线路mn的暂态电流方差和保护阈值的比定义灵敏度K_sen如下：

其中，D_in为电容放电阶段的故障电流暂态方差，D_set为保护阈值，K_rel是保护的可靠系数，C_n表示T_n端VSC对地电容，T表示暂态电流方差的计算时长，L_mn为直流输电线路mn的等效电感，L_Tmn、L_Tnm和L_Tnq分别表示直流线路mn上靠近m侧、直流线路mn上靠近n侧，以及直流线路nq上靠近n侧的直流补偿电抗器。

进一步的，线路mn的故障分量电流的频域表达式和时域表达式分别为：