[發明專利]一種基于直流電流波形曲率變化差異的故障快速識別方法

有效

• 申請號: 201710724344.0
• 申請日: 2017-08-22
• 公開（公告）號: CN107677931B
• 公開（公告）日: 2020-06-02
• 發明（設計）人: 賈科;王聰博;李猛;李晨曦;宣振文;畢天姝
• 申請（專利權）人: 華北電力大學
• 主分類號: G01R31/08
• 分類號: G01R31/08
• 代理公司: 北京凱特來知識產權代理有限公司 11260
• 代理人: 鄭立明;陳亮

本發明公開了一種基于直流電流波形曲率變化差異的故障快速識別方法，首先針對含電力電子換流器的多端柔性直流配電系統，根據直流雙極短路故障發生后各階段的電氣量特征，獲得直流線路故障后故障電流的數學表達式；再根據所得到的故障電流數學表達式，利用故障后電流波形曲率的變化差異，通過曲率算法識別出故障線路；然后根據直流電流變化率di/dt的變化情況，選擇線路開關動作，實現線路的故障保護。上述方法以故障后線路電流的突變特性為基礎，通過曲率算法表征電流波形曲率的突變，達到識別區外故障的目的，提高了電流突變量保護的選擇性。

技術領域

本發明涉及直流配電網技術領域，尤其涉及一種基于直流電流波形曲率變化差異的故障快速識別方法。

背景技術

隨著分布式發電裝置和電力電子技術的快速發展，智能電網未來的發展方向主要集中在配電網，尤其是直流配電網以有效接納分布式電源、高效穩定電壓變換及控制、系統優化配置、電能質量高、供電可靠性強、經濟性好等特點受到了國內外學者的廣泛關注。而直流配電網中的保護技術作為該系統的關鍵技術之一，其中包含直流故障的快速、可靠的識別技術，正處于理論研究和試驗探索階段。

相比于交流配電網而言，直流配電網保護難以套用交流配電網的保護方法，主要是由于其故障類型、故障發展過程、故障電壓電流特性、故障后果都不相同。其中，給直流配電網保護實現帶來最大難題的是保護的速動性與選擇性。當系統中任意直流線路發生故障時，所有直流線路都會發生過流現象，因電力電子器件的耐受過流能力相對較弱，要在2-5ms內快速識別直流故障以防止設備損壞，所以若利用過流保護實現故障的識別，則要求直流斷路器可以在2-5ms內快速動作，難度較大。而距離保護則對精確測距提出了更高的要求。現有技術中關于柔性直流配電網的研究主要集中于系統控制設計等方面，僅局限于簡單的定性仿真，研究較少，且現有文獻提出的保護原理大多通過直流系統中元件頻段的諧波電流進行區內外故障識別，動作時間是20ms(50Hz)，同時需要兩端電氣量分別計算線路電流并由此構造動作判據，導致保護計算量大，整定復雜，不具有快速性，工程實用性較差。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于直流電流波形曲率變化差異的故障快速識別方法，該方法以故障后線路電流的突變特性為基礎，通過曲率算法表征電流波形曲率的突變，達到識別區外故障的目的，提高了電流突變量保護的選擇性。

一種基于直流電流波形曲率變化差異的故障快速識別方法，所述方法包括：

步驟1、針對含電力電子換流器的多端柔性直流配電系統，根據直流雙極短路故障發生后各階段的電氣量特征，獲得直流線路故障后故障電流的數學表達式；

步驟2、根據所得到的故障電流數學表達式，利用故障后電流波形曲率的變化差異，通過曲率算法識別出故障線路；

步驟3、再根據直流電流變化率di/dt的變化情況，選擇線路開關動作，實現線路的故障保護。

在所述步驟1中，獲得直流線路故障后故障電流的數學表達式的過程為：

設電容電壓初值為V₀，電感電流初值為I₀，電抗器的直流阻抗、電容器的串聯阻抗、放電回路金屬構件的接觸電阻統一用R_Stray表示，則故障后電容電壓通過求解二階微分方程得到：

式中，為放電電流衰減的時間常數；為放電電路固有角頻率；為振蕩放電電流的角頻率；為由初始電流引起的放電電流的初相角；

進一步得到直流線路故障后故障電流的數學表達式為：

式中，U_dc是橋臂投入子模塊的電容電壓之和，C₀為子模塊電容初值，n為子模塊個數，σ為放電電流衰減的時間常數；ω為振蕩放電電流的角頻率；α為由初始電流引起的放電電流的初相角。