[發明專利]直流電網數字孿生縱聯保護方法

有效

• 申請號: 202110454452.7
• 申請日: 2021-04-26
• 公開（公告）號: CN113131450B
• 公開（公告）日: 2022-05-20
• 發明（設計）人: 李猛;和敬涵;聶銘;王小君;許寅;張大海;羅國敏
• 申請（專利權）人: 北京交通大學
• 主分類號: H02H7/26
• 分類號: H02H7/26;H02J3/36
• 代理公司: 北京市商泰律師事務所 11255
• 代理人: 姜威

本發明提供了一種直流電網數字孿生縱聯保護方法，包括：建立直流輸電線路時域內的數字孿生模型；根據數字孿生模型以及直流輸電線路的測量量與狀態量，建立系統測量方程；根據系統測量方程，采用狀態估計方法，得到最佳估計的狀態量；根據最佳估計的狀態量，判別是否采取保護動作。本方法不受過渡電阻的影響，具有較好的耐受能力；有較好的耐受雷擊干擾與抗噪聲能力；動作速度快，可滿足當前柔性直流系統3ms保護動作的要求。

技術領域

本發明涉及直流電網技術領域，尤其涉及一種直流電網數字孿生縱聯保護方法。

背景技術

柔性直流以其控制靈活、便于組網和無換相失敗等優勢，已被廣泛應用于新能源并網、海島輸電以及異步聯網等多個場景，發展前景良好。然而，柔性直流過流能力較弱與直流故障電流快速上升之間的矛盾，要求直流保護需在極短時間內隔離故障。隨著柔性直流電網建設步伐的加快，如何快速、可靠和有選擇地識別直流線路故障是現有技術中亟待解決的難題，提出兼顧速動性與可靠性的保護原理已成為柔性直流電網的迫切需要。

目前柔性直流輸電系統的保護借鑒傳統高壓直流輸電系統保護，主保護采用行波保護和突變量保護，后備保護采用縱聯差動保護。

行波保護是目前工程應用最廣泛的直流電路主保護方法，其利用故障后暫態過程豐富的行波信息判別故障。其優點在于動作速度極快、原理簡單，主要不足在于：行波保護耐抗過渡電阻和噪聲的能力較差，并且受雷擊干擾影響較為嚴重。

不同于行波保護，縱聯保護作為工程中的后備保護，利用KCL定律，通過比較差動電流和制動電流的關系判別內部故障。但是差動保護最大的問題是受線路分布電容電流的影響，其速動性較弱，并且通過光纖進行數據傳輸時會有一定的通信延時。在現有差動保護中，線路分布電容問題仍是一個在工程中尚未妥善解決的問題，目前是通過增加延時躲過暫態過程。

總體來說，現有的柔性直流電網保護方法的主保護采用行波保護和突變量保護，但是耐受過渡電阻能力、抗噪聲能力與抗雷擊干擾能力有待提升；后備保護采用縱聯差動保護，但是受到線路分布電容的影響，需要長延時以躲過暫態電容電流的影響，其速動性較弱。

目前柔性直流電網短路的保護方法的缺陷在于：1)行波保護耐受過渡電阻能力較差；2)行波保護耐受雷擊干擾和抗噪聲能力較弱；3)現有差動保護受分布電容影響較為嚴重。為此，迫切需要一種可以兼顧速動性與可靠性保護的方法。

發明內容

本發明提供了一種直流電網數字孿生縱聯保護方法，以解決現有柔性直流電網保護的可靠性與速動性難以兼顧的矛盾。

為了實現上述目的，本發明采取了如下技術方案。

一種直流電網數字孿生縱聯保護方法，其特征在于，包括：

建立直流輸電線路時域內的數字孿生模型；

根據所述數字孿生模型以及直流輸電線路的測量量與狀態量，建立系統測量方程；

根據所述系統測量方程，采用狀態估計方法，得到最佳估計的狀態量；

根據所述最佳估計的狀態量，判別是否采取保護動作。

優選地，建立直流輸電線路時域內的數字孿生模型，包括：

在頻域內分析得到校驗線路兩端的前行波、反行波、端電壓和斷電流之間的關系；

根據所述的直流輸電線路兩端的前行波、反行波、端電壓和斷電流之間的關系，得到模域內直流線路依頻模型；

根據所述模域內直流線路依頻模型，利用遞歸卷積定理得到時域內的數字孿生模型。

優選地，在頻域內分析得到校驗線路兩端的前行波、反行波、端電壓和斷電流之間的關系如下式(1)所示：