[发明专利]基于S变换频域阻抗的直流配电网纵联保护方法及系统

说明书

本发明提供了一种基于S变换频域阻抗的直流配电网纵联保护方法及系统，获取直流线路保护安装处节点的直流电压信号和电流信号；判断直流电压是否满足低电压启动条件，如果是，则直流线路发生故障，否则，重新获取直流电压信号和电流信号；计算故障后设定频段内的直流线路S变换频域电抗值和频域电阻值；分别进行S变换频域电抗极性方向判定和电阻值、电抗值与相应门槛值的判定，确定故障类型。本发明能够利用单端的方向判据和电阻判据快速识别出近端故障，缩短了近端故障的识别时间。对于远端故障或高过渡电阻故障，其采用纵联保护判据应对换流器和过渡电阻对保护可靠性的影响。

技术领域

本发明属于柔性直流配电网继电保护技术领域，尤其涉及一种基于S变换频域阻抗的直流配电网纵联保护方法及系统。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

基于模块化多电平换流器(modular multilevel converter，MMC)的柔性直流配电网具有运行灵活、供电容量大以及运行可靠性高等优点。随着风电、光伏为主的可再生能源技术快速发展，其在配电系统中具有很广泛的应用前景。相较于交流配电网，柔性直流配电网发生短路故障时，故障电流上升速度快且峰值高，传统的保护方法不再适用。如何通过有限的故障暂态信息快速可靠识别并隔离故障成为亟待解决的关键问题。

为满足柔性直流配电网的保护需求，近年来专家学者在该领域开展了大量研究，提出了许多新的保护方法，主要可以分为两类：一是基于双端信息的纵联保护方法；二是基于单端电气量的保护方法。

现有技术利用直流线路两端检测到行波波头的时间差，计算出故障发生位置，进而判别故障区段，该方法具有很好的速动性，但是由于配电网线路较短，采用行波的保护方法对采样率要求高，且其可靠性易受噪声干扰的影响。

现有技术提出了基于电流差动的保护方法，能够快速检测出故障，然而为了防止通信故障，该方法需要配备后备保护，这将增加总成本，同时故障过程中线路分布电容产生的暂态电流会影响保护的可靠性。

现有技术提出了一种基于暂态高频阻抗比较的方向纵联保护，然而该方法将故障后的电压波形近似等效为阶跃函数提取高频信号，易受到噪声的影响。

基于双端量的保护通过在线路两端共享故障信息可实现绝对选择性。然而，该方法需要通信设备传递信号，信号在输电线路两端传输的延时较长而影响保护的速度，因此经常被作为后备保护。相较于双端量保护极易受通信技术的制约，单端量保护动作速度快、无通讯延迟，主要被用作直流配电网的主保护。为了限制短路电流的上升速度和峰值，工程上一般在直流线路的两端串联限流电抗器。限流电感可以有效阻止高频信号，因此为单端量保护创造了有利的条件。

现有技术提出了基于初始电流行波的单端量保护方法。初始电流行波的极性用于识别故障方向，并应用估计的时间常数来识别故障段。但是，对于区内近端和区外近端故障，保护的可靠性受到极大的影响。现有技术还提出了基于初始零序电流行波的单端量保护方法，该方法可以识别出具有高过渡电阻和噪声的故障，但高采样率限制了方法的实用性。

现有的保护技术利用直流线路正负极限流电抗器电压幅值差判断故障极，利用正负极电抗器电压之和进行故障检测，该方法对过渡电阻高的故障具有较好的鲁棒性，但其阈值的设置取决于仿真结果。现有技术也提出了基于限流电抗器瞬态电压平方差的保护。该方法适用于各种故障类型，但基于小波变换的计算方法复杂。

现有技术利用故障暂态电流的一二阶导数作为判据判断故障区段，该方法能够在几毫秒内检测并识别出故障，同时避免了通信延时的问题，然而方法容易受到噪声和过渡电阻的干扰。现有技术也通过在时域下计算故障点到线路的电感值来判断故障位置，该方法受高阻影响小，然而该方法仅适用于辐射状拓扑，且容易受分支线负荷的影响。

综上所述，发明人发现，柔性直流配电网的保护方法可能会受高过渡电阻和换流器等因素影响，或对通信和数据同步要求较高。

发明内容