一种对柔性直流配电线路单端量进行保护的方法及系统

技术领域

本发明涉及电气技术领域，更具体地，涉及一种对柔性直流配电线路单端量进行保护的方法及系统。

背景技术

与传统交流配电系统相比，基于柔性直流技术的直流配电网在输送容量、系统可控性以及供电质量方面具有更加优越的性能，可以节省新能源接入配电网变换环节，提高系统供电效率；可以充分协调分布式电源、多样性负荷与电网之间的矛盾，发挥分布式能源的价值；可以减少谐波源，提高供电质量。随着我国“双碳”目标以及“新型电力系统”目标的相继提出，柔性直流配电网更是成为今后发展的趋势。由于柔性直流配电网复杂的结构和特殊的故障特性，柔性直流配电线路保护面临着巨大挑战。

直流配电网保护主要有纵联电流差动保护、微分保护、过流保护等，多借鉴柔性直流输电系统保护思路。纵联电流差动保护为多端量保护，每段配电线路两端均需要通信传输电流信号，但直流配电网点多面广，大多数配网工程建设时，都较难配套敷设完备的高速通信网络，通信网络故障时保护失效，且多端量保护对数据的同步性也提出了非常严格的要求。微分保护为单端量保护，无需考虑通信通道的问题，但主要存在区内外故障特性差异小、速动性与选择性难以兼顾、对线路末端高阻故障识别能力不足的问题。

因此，为了在不需通信通道的前提下保证保护可靠性与选择性并大幅提升高阻故障灵敏度，需配置基于电压变化量加权求和的柔性直流配电线路单端量保护。

发明内容

本发明技术方案提供一种对柔性直流配电线路单端量进行保护的方法及系统，以解决如何基于电压变化量加权求和对柔性直流配电线路单端量进行保护的问题。

为了解决上述问题，本发明提供了一种对柔性直流配电线路单端量进行保护的方法，所述方法包括：

采集保护启动后第k-1个采样时刻的待保护侧电压u

采集保护启动后第k个采样时刻的待保护侧电压u

基于第k-1个采样时刻的待保护侧电压u

基于计算出的待保护侧电压的差分值、待保护侧电压上升时的差分值，通过单端量保护门槛判据判断是否对待保护侧进行保护动作。

优选地，所述基于第k-1个采样时刻的待保护侧电压u

du

du

当u

当u

为保护启动后第k个采样点极I线路的待保护侧电压上升时的差分值。

优选地，所述单端量保护门槛判据为判断待保护侧电压的差分值加权求和与待保护侧电压上升时的差分值之和是否大于门槛值：

其中，α为指数加权的底数，取大于1的常数；k为从保护启动时刻到当前时刻内的采样点；n为从保护启动时刻到当前时刻的采样点总数，β为从保护启动时刻开始累加

优选地，所述基于计算出的待保护侧电压的差分值、待保护侧电压上升时的差分值，计算待保护侧电压的差分值加权求和与待保护侧电压上升时的差分值之和，通过单端量保护门槛判据判断是否对待保护侧进行保护动作，包括：

当满足

当不满足

基于本发明的另一方面，本发明提供一种对柔性直流配电线路单端量进行保护的系统，所述系统包括：

采集单元，所述采集单元用于采集保护启动后第k-1个采样时刻的待保护侧电压u

计算单元，用于基于第k-1个采样时刻的待保护侧电压u

执行单元，用于基于计算出的待保护侧电压的差分值、待保护侧电压上升时的差分值，通过单端量保护门槛判据判断是否对待保护侧进行保护动作。

优选地，所述计算单元，用于基于第k-1个采样时刻的待保护侧电压u

du

du

当u

当u

为保护启动后第k个采样点极I线路的待保护侧电压上升时的差分值。

优选地，所述单端量保护门槛判据为判断待保护侧电压的差分值加权求和与待保护侧电压上升时的差分值之和是否大于门槛值：

其中，α为指数加权的底数，取大于1的常数；k为从保护启动时刻到当前时刻内的采样点；n为从保护启动时刻到当前时刻的采样点总数，β为从保护启动时刻开始累加

优选地，所述基于计算出的待保护侧电压的差分值、待保护侧电压上升时的差分值，计算待保护侧电压的差分值加权求和与待保护侧电压上升时的差分值之和，通过单端量保护门槛判据判断是否对待保护侧进行保护动作，包括：

当满足

当不满足

本发明技术方案提供的一种对柔性直流配电线路单端量进行保护的方法及系统，其中方法包括：采集保护启动后第k-1个采样时刻的待保护侧电压u

附图说明

通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：

图1为根据本发明优选实施方式的一种对柔性直流配电线路单端量进行保护的方法流程图；

图2为根据本发明优选实施方式的柔性直流配电系统结构示意图；

图3为根据本发明优选实施方式的线路N侧金属性故障单端量保护门槛判据的动作波形示意图；

图4为根据本发明优选实施方式的线路M侧金属性故障单端量保护门槛判据的动作波形示意图；

图5为根据本发明优选实施方式的线路N侧经过渡电阻故障单端量保护门槛判据的动作波形示意图；

图6为根据本发明优选实施方式的线路M侧经过渡电阻故障单端量保护门槛判据的动作波形示意图；

图7为根据本发明优选实施方式的线路区外结构示意图；以及

图8为根据本发明优选实施方式的一种对柔性直流配电线路单端量进行保护的系统结构图。

具体实施方式

现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。

除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。

图1为根据本发明优选实施方式的一种对柔性直流配电线路单端量进行保护的方法流程图。本发明提出一种基于电压变化量加权求和的柔性直流配电线路单端量保护方法，以实现利用单端量保护线路的全长，并大幅提升区内高阻故障时的灵敏性。

如图1所示，本发明提供一种对柔性直流配电线路单端量进行保护的方法，方法包括：

步骤101：采集保护启动后第k-1个采样时刻的待保护侧电压u

步骤102：采集保护启动后第k个采样时刻的待保护侧电压u

步骤103：基于第k-1个采样时刻的待保护侧电压u

优选地，基于第k-1个采样时刻的待保护侧电压u

du

du

当u

当u

为保护启动后第k个采样点极I线路的待保护侧电压上升时的差分值。

步骤104：基于计算出的待保护侧电压的差分值、待保护侧电压上升时的差分值，通过单端量保护门槛判据判断是否对待保护侧进行保护动作。

优选地，单端量保护门槛判据为判断待保护侧电压的差分值加权求和与待保护侧电压上升时的差分值之和是否大于门槛值：

其中，α为指数加权的底数，取大于1的常数；k为从保护启动时刻到当前时刻内的采样点；n为从保护启动时刻到当前时刻的采样点总数，β为从保护启动时刻开始累加

优选地，基于计算出的待保护侧电压的差分值、待保护侧电压上升时的差分值，计算待保护侧电压的差分值加权求和与待保护侧电压上升时的差分值之和，通过单端量保护门槛判据判断是否对待保护侧进行保护动作，包括：

当满足

当不满足

本发明提供的一种基于电压变化量加权求和的柔性直流配电网线路单端量保护方法包括保护判据。

单端量保护门槛判据：

α为指数加权的底数，取大于1的常数；k为从保护启动时刻到当前时刻内的采样点；n为从保护启动时刻到当前时刻的采样点总数。

du

为保护启动后第k个采样点极I线路M侧电压上升时的差分值，当极I线路M侧电压满足u

β为从保护启动时刻开始累加

u

直流线路区内金属性故障时，单端量保护在启动后1ms内可靠动作，如附图3、4所示。

直流线路区内20Ω过渡电阻故障时，单端量保护在启动后1ms内可靠动作，如附图5、6所示。

直流线路区外故障时，单端量保护可靠不动作，如附图7所示。

以下对本发明实施方式进行具体举例说明：

一种基于电压变化量加权求和的柔性直流配电网线路单端量保护方法，具体步骤如下：

如附图2所示，本发明实施方式以极I线路M侧直流保护作为研究对象，极I线路N侧保护以及极II线路保护与之相同，不再赘述。

本发明采集保护启动后第k个采样时刻M侧电压u

计算

否则，保护返回。

图8为根据本发明优选实施方式的一种对柔性直流配电线路单端量进行保护的系统结构图。

如图8所示，本发明提供一种对柔性直流配电线路单端量进行保护的系统，系统包括：

采集单元801，采集单元用于采集保护启动后第k-1个采样时刻的待保护侧电压u

计算单元802，用于基于第k-1个采样时刻的待保护侧电压u

优选地，计算单元802，用于基于第k-1个采样时刻的待保护侧电压u

du

du

当u

当u

为保护启动后第k个采样点极I线路的待保护侧电压上升时的差分值。

执行单元803，用于基于计算出的待保护侧电压的差分值、待保护侧电压上升时的差分值，通过单端量保护门槛判据判断是否对待保护侧进行保护动作。

优选地，单端量保护门槛判据为判断待保护侧电压的差分值加权求和与待保护侧电压上升时的差分值之和是否大于门槛值：

其中，α为指数加权的底数，取大于1的常数；k为从保护启动时刻到当前时刻内的采样点；n为从保护启动时刻到当前时刻的采样点总数，β为从保护启动时刻开始累加

优选地，基于计算出的待保护侧电压的差分值、待保护侧电压上升时的差分值，计算待保护侧电压的差分值加权求和与待保护侧电压上升时的差分值之和，通过单端量保护门槛判据判断是否对待保护侧进行保护动作，包括：

当满足

当不满足

本发明提供一种对柔性直流配电线路单端量进行保护的系统800与本发明提供一种对柔性直流配电线路单端量进行保护的方法100相对应，在此不再进行赘述。

已经通过参考少量实施方式描述了本发明。然而，本领域技术人员所公知的，正如附带的专利权利要求所限定的，除了本发明以上公开的其他的实施例等同地落在本发明的范围内。

通常地，在权利要求中使用的所有术语都根据他们在技术领域的通常含义被解释，除非在其中被另外明确地定义。所有的参考“一个//该[装置、组件等]”都被开放地解释为装置、组件等中的至少一个实例，除非另外明确地说明。这里公开的任何方法的步骤都没必要以公开的准确的顺序运行，除非明确地说明。