本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)繼電保護(hù)和自動(dòng)化領(lǐng)域，具體涉及一種直流微網(wǎng)接地故障保護(hù)方法。

背景技術(shù)：

近年來(lái)，由于化石能源的枯竭和開采難度增大，以及其造成了嚴(yán)峻的環(huán)境問(wèn)題，新能源得到大規(guī)模推廣，于此同時(shí)，諸如電動(dòng)汽車、變頻設(shè)備、led照明燈、信息設(shè)備等直流負(fù)荷占總負(fù)荷的比例日益增加，而基于脈寬調(diào)制(pulsewidthmodulation，pwm)的直流微網(wǎng)，作為分布式電源與直流負(fù)荷更高效率的接入形式，具有效率高、供電容量大、抗干擾性好、可靠性高、控制相對(duì)簡(jiǎn)單、電能損耗低等優(yōu)點(diǎn)，受到廣泛的關(guān)注。

研究直流微網(wǎng)并對(duì)其進(jìn)行故障分析和保護(hù)，具重要價(jià)值和研究前景。目前學(xué)術(shù)界對(duì)直流微網(wǎng)保護(hù)的研究集中于過(guò)渡電阻較小極間故障，而對(duì)過(guò)渡電阻較大的接地故障研究較少。由于直流微網(wǎng)中使用電纜傳輸電能，當(dāng)發(fā)生接地故障后，可能存在極大的過(guò)渡電阻，導(dǎo)致現(xiàn)有保護(hù)方法失去選擇性。因此，針對(duì)直流微網(wǎng)接地故障，設(shè)計(jì)新型保護(hù)方法，是直流微網(wǎng)發(fā)展與推廣的迫切需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種可以減少一半電流互感器的裝設(shè)，能夠節(jié)約直流微網(wǎng)的建設(shè)成本的直流微網(wǎng)接地故障保護(hù)方法。本發(fā)明針對(duì)兩電平vsc負(fù)極接地的直流微網(wǎng)系統(tǒng)，設(shè)計(jì)一種橫聯(lián)保護(hù)判據(jù)，能夠保證在系統(tǒng)不同位置發(fā)生接地故障時(shí)保護(hù)的正確性，相較于其他保護(hù)方法，該保護(hù)方法在大過(guò)渡電阻情景下仍能可靠動(dòng)作。技術(shù)方案如下：

一種直流微網(wǎng)接地故障保護(hù)方法，適用于負(fù)極接地直流微網(wǎng)系統(tǒng)，執(zhí)行如下步驟：

(1)實(shí)時(shí)測(cè)量接地點(diǎn)處的電流，當(dāng)該電流小于門檻值時(shí)，認(rèn)為無(wú)故障發(fā)生；當(dāng)該電流大于門檻值時(shí)，認(rèn)定可能有故障發(fā)生，將限流器投入并啟動(dòng)保護(hù)；

(2)保護(hù)延時(shí)以躲避故障暫態(tài)過(guò)程，當(dāng)判斷故障進(jìn)入穩(wěn)態(tài)階段后，電流互感器測(cè)量并采集各段線路的電流數(shù)據(jù)；

(3)對(duì)測(cè)量所得的電流數(shù)據(jù)使用最小二乘法處理，以減小互感器的測(cè)量誤差，將處理后的電流數(shù)據(jù)上傳至上層的決策機(jī)構(gòu)；

(4)上層的決策機(jī)構(gòu)對(duì)上傳來(lái)的電流數(shù)據(jù)使用保護(hù)判據(jù)：

其中ig為同段線路兩極電流差的絕對(duì)值，in為近接地點(diǎn)處的線路電流，對(duì)于某段線路，當(dāng)判據(jù)滿足時(shí)，將該段線路的“故障判別標(biāo)志位”置為1，否則，將該段線路的“故障判別標(biāo)志位”置為0；上級(jí)的決策機(jī)構(gòu)綜合這些“故障判別標(biāo)志位”信息，即可判斷故障位置，并命令相應(yīng)斷路器跳閘；若判斷結(jié)果為無(wú)故障發(fā)生，則發(fā)命令將限流器退出，系統(tǒng)恢復(fù)正常運(yùn)行。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：

相較傳統(tǒng)的縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)，系統(tǒng)中所需的電流互感器減少一半，大大節(jié)約了直流微網(wǎng)的建設(shè)成本。保護(hù)選擇性強(qiáng)，由于簡(jiǎn)單電阻限流器的接入，保護(hù)死區(qū)被消除，從而在大過(guò)渡電阻接地故障的情景下仍可以可靠動(dòng)作。

附圖說(shuō)明

圖1裝設(shè)限流器后負(fù)極接地故障等效電路圖。

圖2為負(fù)極經(jīng)小電阻接地方式原理圖。

圖3為單端供電系統(tǒng)接地故障原理圖。

圖4為輻射型網(wǎng)絡(luò)正極接地故障電源s2故障回路。

圖5為輻射型網(wǎng)絡(luò)正極接地故障電源s1故障回路。

圖6為輻射型網(wǎng)絡(luò)負(fù)極接地故障電源s1故障回路。

圖7輻射狀直流微網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。

如圖1所示為裝設(shè)限流器后負(fù)極接地故障等效電路圖。本發(fā)明的保護(hù)判據(jù)利用了電流i2在故障點(diǎn)的分流，即有關(guān)系：

當(dāng)系統(tǒng)接地點(diǎn)出口發(fā)生大過(guò)渡電阻接地故障時(shí)，rline極小，而rf卻很大，從而使id接近于0，導(dǎo)致該判據(jù)存在死區(qū)。因此于系統(tǒng)接地點(diǎn)附近裝設(shè)限流器，原理解釋如下：

在系統(tǒng)接地極處裝設(shè)電流互感器，即測(cè)量i3，正常工作時(shí)，該電流為0；接地故障發(fā)生后，該電流不再為0，此時(shí)，控制g1關(guān)斷，將限流電阻rlim串入電路中，相當(dāng)于增大了線路電阻rline，從而增大了經(jīng)過(guò)大地的分流，使保護(hù)判據(jù)更加靈敏，消除了原有的保護(hù)死區(qū)。

另外，故障保護(hù)原理利用的是穩(wěn)態(tài)量，即保護(hù)不能實(shí)現(xiàn)快速地故障定位并清除。這就導(dǎo)致小過(guò)渡電阻正極接地故障發(fā)生后會(huì)產(chǎn)生較大的故障電流，而保護(hù)又不能瞬時(shí)將故障切除，從而對(duì)系統(tǒng)中諸如二極管等脆弱器件的安全性造成威脅。因此，需在接地點(diǎn)增加一個(gè)接地電阻，如圖2所示，限制正極接地故障的故障電流，保證器件安全，為本發(fā)明所提出的保護(hù)方法提供基礎(chǔ)。另外，由于限制了故障電流，亦可保證vsc內(nèi)部igbt不閉鎖，在短時(shí)間內(nèi)保證供電穩(wěn)定。

以圖3說(shuō)明保護(hù)基本原理：正常工作狀態(tài)下，同一段線路兩極首端的電流互感器所測(cè)電流相同。當(dāng)線路2發(fā)生接地故障(無(wú)論正負(fù)極)，相當(dāng)于在回路a上并聯(lián)了一條經(jīng)大地的回路b，導(dǎo)致1與4處互感器所測(cè)電流不同，2和5處互感器所測(cè)電流不同，而3和6處所測(cè)電流相同。同理，當(dāng)線路3故障時(shí)，1與4處互感器所測(cè)電流不同，2和5處互感器所測(cè)電流不同，3和6處所測(cè)電流亦不相同；而當(dāng)線路1故障時(shí)，僅1與4處互感器所測(cè)電流不同。綜合以上信息，即可判斷故障位置。

對(duì)于典型的輻射型網(wǎng)絡(luò)，首先討論正極接地故障，如圖4，容易看出，線路1故障時(shí)，僅1和4處的電流差值不為0；線路3故障時(shí)，僅1和4、3和6處電流差值不為0。而對(duì)于線路2的故障，需要重點(diǎn)說(shuō)明：

對(duì)電源使用疊加原理，僅電源s1存在時(shí)，接地故障的發(fā)生增加了流經(jīng)大地的故障電流回路，使得1處電流大于4處電流；僅電源s2存在時(shí)，2處電流小于5處電流。

然而，s1會(huì)對(duì)2、5處的電流產(chǎn)生影響，s2亦會(huì)對(duì)1、4處的電流產(chǎn)生影響。s2對(duì)1、4處電流的影響如圖4所示，其中帶箭頭的線表示因?yàn)閟2的存在所增加的電流通路，虛線表示電流由故障點(diǎn)經(jīng)大地流向接地點(diǎn)，由箭頭方向可知，該電流成分會(huì)進(jìn)一步增加1處電流，減小4處電流，從而使1、4電流差更加明顯。s1對(duì)2、5處電流的影響如圖5中所示，其中帶箭頭的線表示因?yàn)閟1的存在所增加的電流通路，由箭頭方向可知，該電流成分會(huì)進(jìn)一步減小2處電流，增大5處電流，從而使2、5電流差更加明顯，從而有利于故障判別。

而對(duì)于負(fù)極接地故障，類似于上文，當(dāng)線路2負(fù)極故障時(shí)，s2對(duì)1、4處電流的影響與圖5中類似，即進(jìn)一步增加1處電流，減小4處電流，從而使1、4處電流差更加明顯。s1對(duì)2、5處影響如圖6中箭頭所示，增大了5處的電流，從而使2、5處電流差更加明顯，有利于故障判別。

使用保護(hù)判據(jù)：

其中ig為同段線路兩極電流差的絕對(duì)值，in為近接地點(diǎn)處的線路電流，即圖6中互感器4處所測(cè)電流。該判據(jù)基于故障穩(wěn)態(tài)量，并通過(guò)最小二乘法處理互感器測(cè)得數(shù)據(jù)。容易看出，當(dāng)同段線路兩極電流不同時(shí)，其差的絕對(duì)值即為大地中的電流；當(dāng)同段線路兩極電流相同時(shí)，id＝0。因此，對(duì)于線路1，ig＝|i4-i1|；對(duì)于線路2，ig＝|i5-i2|；對(duì)于線路3，ig＝|i6-i3|。當(dāng)同段線路正負(fù)兩極所測(cè)電流滿足判據(jù)(2)時(shí)，認(rèn)為兩極電流不同，將該段線路的“故障判別標(biāo)志位”置為“1”，當(dāng)正負(fù)兩極所測(cè)電流不滿足式(2)時(shí)，認(rèn)為兩極電流相同，將該段線路的“故障判別標(biāo)志位”置為“0”。上級(jí)的決策機(jī)構(gòu)綜合這些“故障判別標(biāo)志位”信息，根據(jù)上文橫聯(lián)保護(hù)原理，即可判斷故障位置。