CN103730883B - 用于辐射型直流配电***直流线路短路故障的保护方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于辐射型直流配电***直流线路短路故障的保护方法，所述方法包括以下步骤：设置故障监测点；启动元件动作；确定直流线路短路故障，并断开直流断路器。本发明提供的用于辐射型直流配电***直流线路短路故障的保护方法，该保护方法原理简单，本线路故障时快速性好，同时保证下级直流配电线路或交流配电线路故障最严重的情况下，保护不误动，为直流配电***的安全可靠运行提供技术支撑。

Description

用于辐射型直流配电***直流线路短路故障的保护方法
技术领域
本发明涉及一种保护方法，具体讲涉及一种用于辐射型直流配电***直流线路短路故障的保护方法。
背景技术
基于脉宽调制的直流配电技术作为一种新型的配电技术，具有电能质量高、传输容量大、可靠性高、拓扑结构简单、经济性好和电能损耗低等优点，尤其适应分布式电源多点接入，能大力促进直流家电和“直流生态住宅”的发展，符合智能电网发展的内在要求。因此，国内外众多学者将目光投向直流配电***的研究。目前，对直流配电***的研究尚处在理论分析、建模仿真和试验研究阶段。
为保证电力***中直流配电***的安全可靠运行，完备的继电保护***不可或缺。然而目前的研究很少涉及直流配电***的保护原理及配置，已有的保护研究也是主要侧重于宏观上探索基于直流断路器和不基于直流断路器保护的性能差异、多区域保护间配合以及直流配电***保护要求标准等，直流配电***中设备保护原理的研究较少，尤其是在直流配电线路保护原理方面的探索。目前可参考的直流线路保护主要集中在直流牵引、舰船直流配电以及高压直流输电等方面；不过由于电力***的直流配电与上述直流***差异很大，借鉴意义不明显。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种用于辐射型直流配电***直流线路短路故障的保护方法，该保护方法原理简单，本线路故障时快速性好，同时保证下级直流配电线路或交流配电线路故障最严重的情况下，保护不误动，为直流配电***的安全可靠运行提供技术支撑。
为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：
本发明提供用于辐射型直流配电***直流线路短路故障的保护方法，所述方法包括以下步骤：
步骤1：设置故障监测点；
步骤2：启动元件动作；
步骤3：确定直流线路短路故障，并断开直流断路器。
所述步骤1中，在直流输配电***中，直流线路故障监测点设置在配电换流站直流侧出口处，实时采集出口处的直流电压u和直流电流i。
所述步骤2中，根据采集的配电换流站直流侧出口处故障监测点直流电压u，实时计算出瞬时直流电压下降率du/dt，如果计算出的du/dt连续三次超过保护启动的直流电压下降率整定值du/dt_set，则启动故障判别程序，并记录此时直流电流采样值I0，进入步骤3；否则保护故障判别程序不启动。
所述步骤3包括以下步骤：
步骤3-1：设k为直流线路过载倍数，若启动元件动作瞬间直流电流采样值I0大于k倍的直流线路最大负荷电流Imax时，即满足I0＞kImax，则判定为直流线路短路故障，立即发出跳闸指令，断开直流断路器；否则执行步骤3-2；
步骤3-2：将直流电流采样值I0作为基准值，实时计算电流增量ΔI，在保护启动后电流增量保护判别时间整定值ΔT_set时间内，若ΔI=i-I0＞ΔI_set，其中ΔI_set为电流增量保护动作的电流增量整定值，则判定为直流线路短路故障，断开直流断路器；
步骤3-3：如果I0＞kImax和在保护启动ΔT_set时间内ΔI＞ΔI_set均不成立，则表明直流线路上不存在短路故障，返回步骤2启动元件自检。
所述辐射型直流配电***通过配电换流站将高压交流电整流成中压直流电，经过直流电缆配电至用户区；在用户区的用户变电站中将中压直流电逆变成低压交流电、降压成低压直流电，分别对交流负载和直流负载供电，连接直流电缆的中压直流母线也可直接对直流负荷进行供电。同时，可将分布式电源和储能装置直接接至直流母线上；所述配电换流站包括降压变压器和电压源型整流器。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1.直流线路故障时能够快速可靠动作发出跳闸指令，而交流***发生故障和下游交流侧、直流侧故障能够可靠闭锁，保证了保护动作的可靠性、速动性、选择性和灵敏性；
2.直流线路出口处故障时，保护能以无延时动作跳闸，直流线路末端发生短路故障，也能在10ms内启动保护跳闸，因此具有优良的速动性；
3.该保护方法原理简单，本线路故障时快速性好，同时保证下级直流配电线路或交流配电线路故障最严重的情况下，保护不误动，为直流配电***的安全可靠运行提供技术支撑。
附图说明
图1是辐射型直流配电***测试模型拓扑结构图；
图2是配电换流站中电压源型整流器拓扑结构图；
图3是配电换流站中电压源型整流器控制策略简图；
图4是不考虑继电保护动作情况下，直流线路短路故障暂态直流电压、直流电流仿真波形图；
图5是不考虑继电保护动作情况下，直流线路短路故障暂态直流电压、直流电流波形示意图；
图6是用于辐射型直流配电***直流线路短路故障的保护方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
实施例将本发明提供的用于辐射型直流配电***直流线路短路故障的保护方法应用在如图2所示直流配电***仿真模型上，进行实例验证。
在实例模型中，稳态运行时，直流线路电压为20kV，直流电流为0.5kA。针对该模型，设置保护动作判据中各参数整定值如下。
du/dt_set=600V/ms，Imax=1kA，k=2，ΔI_set=0.5kA，ΔT_set=2ms
在PSCAD模型中设置暂态故障，将故障前后直流电压、直流电流的数据输入到Matlab编程实现的故障判据中，得出以下结论：
（1）中压直流线路尾端直接短路故障，保护判据能在10ms内发出直流断路器跳闸命令，而接地故障不能使保护动作；
（2）低压交流线路首端在发生单相直接接地、两相短路、三相直接接地故障时，保护均不动作；
（3）低压直流线路首端发生直接短路故障时，保护会在700ms后动作，因而完全可通过中压直流线路和低压直流线路保护配合来消除保护误动现象；
（4）中压直流线路发生高阻短路故障时，保护会出现拒动现象。
通过PSCAD和Matlab仿真验证，证实了直流线路保护方法的可行性。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (1)

1.用于辐射型直流配电***直流线路短路故障的保护方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
步骤1：设置故障监测点；
步骤2：启动元件动作；
步骤3：确定直流线路短路故障，并断开直流断路器；
所述步骤1中，在直流输配电***中，直流线路故障监测点设置在配电换流站直流侧出口处，实时采集出口处的直流电压u和直流电流i；
所述步骤2中，根据采集的配电换流站直流侧出口处故障监测点直流电压u，实时计算出瞬时直流电压下降率du/dt，如果计算出的du/dt连续三次超过保护启动的直流电压下降率整定值du/dt_set，则启动故障判别程序，并记录此时直流电流采样值I0，进入步骤3；否则保护故障判别程序不启动；
所述步骤3包括以下步骤：
步骤3-1：设k为直流线路过载倍数，若启动元件动作瞬间直流电流采样值I0大于k倍的直流线路最大负荷电流Imax时，即满足I0＞kImax，则判定为直流线路短路故障，立即发出跳闸指令，断开直流断路器；否则执行步骤3-2；
步骤3-2：将直流电流采样值I0作为基准值，实时计算电流增量ΔI，在保护启动后电流增量保护判别时间整定值ΔT_set时间内，若ΔI＝i-I0＞ΔI_set，其中ΔI_set为电流增量保护动作的电流增量整定值，则判定为直流线路短路故障，断开直流断路器；
步骤3-3：如果I0＞kImax和在保护启动ΔT_set时间内ΔI＞ΔI_set均不成立，则表明直流线路上不存在短路故障，返回步骤2启动元件自检；
所述辐射型直流配电***通过配电换流站将高压交流电整流成中压直流电，经过直流电缆配电至用户区；在用户区的用户变电站中将中压直流电逆变成低压交流电、降压成低压直流电，分别对交流负载和直流负载供电，连接直流电缆的中压直流母线也可直接对直流负荷进行供电；同时，可将分布式电源和储能装置直接接至直流母线上；所述配电换流站包括降压变压器和电压源型整流器。
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