基于方向行波的直流配电网故障选线方法、装置和系统制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于方向行波的直流配电网故障选线方法、装置和系统，(1)提取电压行波信号和电流行波信号；(2)获取电压、电流行波线模分量；(3)当电压或者电流行波线模分量的微分量连续多点均大于启动判据整定值时，启动故障保护动作；(4)分解出各条直流配电线路的电压前行波、反行波；(5)处理得到各条直流配电线路的前行波、反行波故障选线判据系数；(6)将某条线路的前行波选线判据系数与其他各线路的前行波选线判据系数两两相乘，若相乘的结果均为负数，即判定该条线路发生故障，切除该线路。本发明专利技术采用方向行波的微分量作为保护判据量，能够实现故障线路的有效识别和准确判断，提高故障线路识别准确率以及故障线路的切除速度。

Fault line selection method, device and system of DC distribution network based on directional traveling wave

【技术实现步骤摘要】
基于方向行波的直流配电网故障选线方法、装置和系统
本专利技术涉及一种电网保护方法和保护装置，尤其涉及一种直流配电网故障选线方法、装置和系统。
技术介绍
随着风电、光伏发电、储能设备等各类分布式电源的广泛使用，交流配电网面临着巨大的挑战。相较于交流配电网，直流配电网具有可以直接接入分布式新能源的优势，并且在输送容量、供电质量、线路损耗等方面具有更好的性能，所以在配用电系统中具有广阔的发展前景。但是，直流配电系统网络拓扑结构复杂，支路繁多，且运行方式多样，在发生故障之后，系统内换流器、分布式电源、电容、储能等都会向短路点提供故障电流，造成故障保护选择性差，定位困难，无法实现故障的快速隔离，使得直流配电网故障自愈能力降低。目前，在实际工程中，直流配网的主保护主要包括：过流保护、纵联差动保护、微分欠压保护等。直流过流保护是依靠线路故障时产生的较大故障电流构成直流配网的保护判据，实现故障的快速切除，但是该过流保护的整定值选取较为困难，过高的整定值无法保证灵敏性，且易导致直流设备承受过高故障电流而损坏，过低的整定值易造成保护误动，影响系统正常供电。并且直流过流保护无法进行准确的故障选线，一般需要配合其他保护进行故障定位。纵联差动保护是依靠线路发生故障时两端产生的电流差值作为直流配网的保护判据，纵联差动保护可以准确的识别故障区段，但是在发生高阻故障时，由于故障电流过小，该保护无法准确识别此类故障。微分欠压保护主要是利用电压的变化率构成直流配网系统的保护判据，但是该保护方法灵敏度较低，易受过渡电阻的影响，在发生高阻接地故障时无法有效判别故障。综上所述，现有的几种直流配网的主保护中，过流保护无法准确实现故障选线，而纵联差动、微分欠压保护灵敏度低，易受过渡电阻影响。随着现代电力电子技术和电力系统电磁暂态计算理论的发展，尤其是数字信号处理技术(DSP)的出现使得保护的单指令计算速度由微秒级别降低至纳秒级别，因此本专利技术专利提出一种利用数字信号处理技术的直流配电网保护方法。
技术实现思路
专利技术目的：针对以上问题，本专利技术提出一种基于方向行波的直流配电网故障选线方法、装置和系统，能够实现直流配电网故障点区间的准确识别，快速切除故障。技术方案：本专利技术所采用的技术方案是一种基于方向行波的直流配电网故障选线方法，包括以下步骤：(1)采集开闭所连接的各条直流配电线路的电压、电流，提取电压行波信号和电流行波信号；(2)对所述电压行波信号和电流行波信号进行相模转换，获取电压、电流行波线模分量；其中相模转换的计算公式如下：其中，U0为电压零模分量，U1为电压线模分量，I0为电流零模分量，I1为电流线模分量，UP为正极电压信号，UN为负极电压信号，IP为正极电流信号，IN为负极电流信号。(3)当电压行波线模分量或者电流行波线模分量的微分量连续多点均大于启动判据整定值时，启动故障保护动作；优选的，当电压行波线模分量或者电流行波线模分量的微分量连续10个点均大于启动判据整定值时，启动故障保护动作，进入步骤(4)；当未达到所述启动条件时，循环执行步骤(1)～步骤(3)。(4)分解出各条直流配电线路的电压前行波、反行波；其中电压前行波、反行波的分解计算式为：式中，ZC为线路波阻抗，Δu1、Δi1为暂态电压线模分量和暂态电流线模分量。(5)对各条直流配电线路的电压前行波和反行波进行微分处理，得到各条直流配电线路的前行波故障选线判据系数和反行波故障选线判据系数；(6)将某一条直流配电线路的前行波选线判据系数与除该线路以外的其他各线路的前行波选线判据系数两两相乘，根据相乘的结果判定该条线路是否发生故障。具体的，若相乘的结果均为负数，即判定该条线路发生故障。采用反行波选线判据系数替代前述的前行波选线判据系数，上述判断故障的方法也成立。即，将某一条直流配电线路的反行波选线判据系数与除该线路以外的其他各线路的反行波选线判据系数两两相乘，根据相乘的结果判定该条线路是否发生故障。具体的，若相乘的结果均为负数，即判定该条线路发生故障。本专利技术同时提供一种基于方向行波的直流配电网故障选线装置，该装置包括处理器和存储器，存储器中存储有计算机可执行程序，处理器执行以上所述的基于方向行波的直流配电网故障选线方法，判断出故障线路后，向下级控制装置发送切除该线路的指令。本专利技术还提供一种直流配电网保护系统，该系统包括换流站、开闭所和与开闭所相连的直流配电线路，还包含有上述直流配电网故障选线装置，在开闭所母线出口处的各条直流配电线路上均设置有保护测控一体化装置，用于采集各条直流配电线路的电压、电流行波信号，发送给所述直流配电网故障选线装置；所述直流配电网故障选线装置设置在开闭所或者电网主站中，用于对直流配电线路的电压、电流行波信号进行分析，判断故障线路并向所述保护测控一体化装置发送切除故障线路的指令，实现故障线路的切断。有益效果：相比于现有技术，本专利技术具有以下优点：(1)本专利技术基于暂态行波特征量的就地保护方法，适用于目前配网中最常见的星形连接拓扑结构，可以有效识别直流双极故障以及单极故障，无需双端通信，所以仅需在开闭所加装采样及保护装置；(2)本专利技术采用电压、电流行波作为保护的启动判据，具有良好的准确性和速动性；(3)本专利技术采用方向行波的微分量作为保护判据量，通过故障区段与非故障区段正、反向行波的不同特性，配合所提出的故障选线判据条件能够实现故障线路的有效识别和准确判断，提高故障线路识别准确率以及切除故障线路的速度，克服了现有过流保护无法准确实现故障选线，纵联差动、微分欠压保护灵敏度低，易受过渡电阻影响的缺点；(4)本方法适用于不同的故障类型，且不受网架拓扑、故障线路、故障距离、过渡电阻的影响，具有很好的鲁棒性。附图说明图1是一种手拉手式直流配网网架结构图；图2是本专利技术所述的保护方法流程图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术的技术方案作进一步的说明。本实施例中以一种手拉手式的直流配网网架结构为例，应用本专利技术所述的基于方向行波的直流配电网故障选线方法，在直流配网发生故障后可以快速识别故障，并判断故障点的所在线路，完成故障的快速清除和隔离。手拉手式的直流配网系统拓扑结构如图1所示，包括：一个AC/DC换流站、一个直流开闭所、直流配电线路L1、L2、L3、L4、L5。其中开关站功能区域配置保护测控一体化装置R1、R2、R3、R4、R5，以及光纤通信接口。测控一体化装置布置在开闭所母线出口处，用于采集各条线路的电压、电流行波信号，以母线指向线路为行波的正方向。本专利技术的保护方法流程图如图2所示，包括如下步骤：(1)对直流配电线路L1、L2、L3、L4、L5的电压、电流进行采样，提取行波信号。(2)对直流配电线路L1、L2、L3、L4、L5所测的电压、电流行波信号进行相模转换。由于线路中的行波暂态过程存在较强的耦合关系，并且线模分量相对稳定，所以对线路采样的行波信号进行相模转换，使用电压、电流的线模分量作为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于方向行波的直流配电网故障选线方法，其特征在于，包括以下步骤：/n(1)采集开闭所连接的各条直流配电线路的电压、电流，提取电压行波信号和电流行波信号；/n(2)对所述电压行波信号和电流行波信号进行相模转换，获取电压、电流行波线模分量；/n(3)当电压行波线模分量或电流行波线模分量的微分量连续多点均大于启动判据整定值时，启动故障保护动作，进入步骤(4)；当未达到所述启动条件时，循环执行步骤(1)～步骤(3)；/n(4)分解出各条直流配电线路的电压前行波、反行波；/n(5)对各条直流配电线路的电压前行波和反行波进行微分处理，得到各条直流配电线路的前行波故障选线判据系数和反行波故障选线判据系数；/n(6)将某一条直流配电线路的前行波选线判据系数与除该线路以外的其他各线路的前行波选线判据系数两两相乘，根据相乘的结果判定该条线路是否发生故障；或者，将某一条直流配电线路的反行波选线判据系数与除该线路以外的其他各线路的反行波选线判据系数两两相乘，根据相乘的结果判定该条线路是否发生故障。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于方向行波的直流配电网故障选线方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)采集开闭所连接的各条直流配电线路的电压、电流，提取电压行波信号和电流行波信号；
(2)对所述电压行波信号和电流行波信号进行相模转换，获取电压、电流行波线模分量；
(3)当电压行波线模分量或电流行波线模分量的微分量连续多点均大于启动判据整定值时，启动故障保护动作，进入步骤(4)；当未达到所述启动条件时，循环执行步骤(1)～步骤(3)；
(4)分解出各条直流配电线路的电压前行波、反行波；
(5)对各条直流配电线路的电压前行波和反行波进行微分处理，得到各条直流配电线路的前行波故障选线判据系数和反行波故障选线判据系数；
(6)将某一条直流配电线路的前行波选线判据系数与除该线路以外的其他各线路的前行波选线判据系数两两相乘，根据相乘的结果判定该条线路是否发生故障；或者，将某一条直流配电线路的反行波选线判据系数与除该线路以外的其他各线路的反行波选线判据系数两两相乘，根据相乘的结果判定该条线路是否发生故障。


2.根据权利要求1所述的基于方向行波的直流配电网故障选线方法，其特征在于：步骤(6)中，若某一条直流配电线路的前行波选线判据系数与除该线路以外的其他各线路的前行波选线判据系数两两相乘的结果均为负数，则判定该条线路发生故障；或者，
若某一条直流配电线路的反行波选线判据系数与除该线路以外的其他各线路的反行波选线判据系数两两相乘的结果均为负数，则判定该条线路发生故障。


3.根据权利要求1所述的基于方向行波的直流配电网故障选线方法，其特征在于：步骤(2)中所述的相模转换，计算公式如下：



其中，U0为电压零模分量，U1为电压线模分量，I0为电流零模分量，I1为电流线模分量，UP为正极电压信号，UN为负极电压信号，IP为正极电流信号，IN为负极电流信号。


4.根据权利要求1所述的基于方向行波的直流配电网故障选线方法，其特征在于：步骤(3)中当电压行波线模分量或电流行波线模分量的微分量连续10个点均大于启动判据整定值时，启动故障保护动作。


5.根据权利要求1所述的基于方向行波的直流配电网故障选线方法，其特征在于：步骤(4)中所述的电压前行波u+、反行波u-的分解计算式为：



式中，ZC为线路波阻抗，Δu1、Δi1为暂态电压线模分量和暂态电流线模分量。


6.一种基于方向行波的直流配电网故障选线装置，其特征在于，包括处理器和存储器，存储器中存储有计算机可执行程序，处理器...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨景刚，苏伟，刘洋，车凯，袁栋，贾勇勇，陈杰，肖小龙，刘瑞煌，杨騉，司鑫尧，王晨清，孙天奎，陶加贵，刘屿，
申请(专利权)人：国网江苏省电力有限公司电力科学研究院，国家电网有限公司，东南大学，国网江苏省电力有限公司，江苏省电力试验研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32