直流線路保護(hù)

中文名稱 直流線路保護(hù)

英文名稱 DClineprotection

中文名稱：直流線路保護(hù)；英文名稱：DClineprotection；定義1：直流線路故障的保護(hù)。包括直流線路行波保護(hù)、微分欠壓保護(hù)、直流線路縱差保護(hù)等。...2100433B

由于微網(wǎng)線路故障電流的特殊性，使得傳統(tǒng)的保護(hù)方案不再適用。因此不少國(guó)內(nèi)外學(xué)者開始對(duì)微網(wǎng)線路保護(hù)配置進(jìn)行研究，從是否依賴通信技術(shù)以及保護(hù)原理的實(shí)現(xiàn)方法上，將微電網(wǎng)線路保護(hù)方案的研究主要分為以下3類 ：

1）基于本地量的微網(wǎng)保護(hù)：對(duì)傳統(tǒng)保護(hù)原理進(jìn)行修改以適應(yīng)微網(wǎng)新的故障特征，成本低，對(duì)配網(wǎng)自動(dòng)化要求不高。保護(hù)整定值不可實(shí)時(shí)調(diào)整，不能完全適應(yīng)微網(wǎng)的特殊性。

2）基于中央控制的微網(wǎng)保護(hù)：在線對(duì)保護(hù)定值整定和對(duì)故障定位，克服了微網(wǎng)復(fù)雜運(yùn)行狀態(tài)對(duì)保護(hù)的影響。依賴通信，實(shí)時(shí)性要求較高，中央保護(hù)單元需要處理海量的網(wǎng)信息，存在單點(diǎn)失效的風(fēng)險(xiǎn)。

3）基于分區(qū)的微網(wǎng)保護(hù)：實(shí)現(xiàn)微網(wǎng)的有限區(qū)域集成保護(hù)，避免中央保護(hù)單元因?yàn)樘幚硇畔⒘窟^人而導(dǎo)致保護(hù)延遲動(dòng)作。必須協(xié)調(diào)控制每個(gè)保護(hù)單元，增加了微網(wǎng)保護(hù)的復(fù)雜性，不利于最大限度的利用微源。

（1）基于本地量的微網(wǎng)保護(hù)。有文獻(xiàn)提出采用反時(shí)限的保護(hù)方案，通過選擇合理的反時(shí)限形狀系數(shù)和動(dòng)作時(shí)間常數(shù)完成上下級(jí)保護(hù)間的配合。并根據(jù)保護(hù)與故障點(diǎn)的距離不同造成的電壓跌落程度不同，提出采用低電壓加速因子提高傳統(tǒng)反時(shí)限保護(hù)方案的動(dòng)作速度。前者提出基于負(fù)荷阻抗的反時(shí)限低阻抗保護(hù)方案，后者提出低電壓加速反時(shí)限過電流保護(hù)方案。也有文獻(xiàn)在微網(wǎng)拓?fù)鋱D簡(jiǎn)化的基礎(chǔ)上，提出基于邊電壓的微網(wǎng)保護(hù)方案。該方法的局限性在于對(duì)拓?fù)渥兓哂幸欢ǖ囊蕾囆裕瑢?duì)于合閘瞬間以及網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋭倓偢淖兒蟀l(fā)生故障的情況保護(hù)無法正確動(dòng)作。有文獻(xiàn)提出一種基于母線上導(dǎo)納量變化為判據(jù)的保護(hù)方案，通過比較故障前后母線上測(cè)量導(dǎo)納的幅值與相角的變化，有效地區(qū)分微電網(wǎng)的區(qū)內(nèi)外故障，實(shí)現(xiàn)故障的檢測(cè)與定位。該保護(hù)方案比單純運(yùn)用電流或電壓變化為故障判據(jù)，具有更高的靈敏性和可靠性。但對(duì)于含過渡電阻的故障類型可能導(dǎo)致保護(hù)方案的部分失靈，需配備相應(yīng)的后備保護(hù);

（2）基于中央控制的微網(wǎng)保護(hù)。有研究應(yīng)用微網(wǎng)中央保護(hù)單元與微網(wǎng)中的所有繼電器和微源實(shí)時(shí)通信，通過在線監(jiān)測(cè)微網(wǎng)運(yùn)行模式的變化，DG的數(shù)量、類型、狀態(tài)，方向元件信息和電壓、電流故障分量信息來確定故障類型，以便實(shí)時(shí)整定動(dòng)作值，并通過斷路器和負(fù)荷電流信息確定故障位置。不足的是一旦某一元件發(fā)生變化，需要重新計(jì)算整定，此時(shí)若發(fā)生故障微網(wǎng)可能處于無保護(hù)的狀態(tài)，同時(shí)如果傳輸信息錯(cuò)誤或沒有實(shí)時(shí)同步信息保護(hù)可能會(huì)誤動(dòng)或拒動(dòng)。也有文獻(xiàn)提出基于故障電流方向角判別的微電網(wǎng)自適應(yīng)保護(hù)方法，有效地解決了微電網(wǎng)故障潮流多向性引起保護(hù)的誤動(dòng)作問題;將微網(wǎng)實(shí)時(shí)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為樹形節(jié)點(diǎn)路徑圖，采用樹形節(jié)點(diǎn)搜索方法及節(jié)點(diǎn)路徑算法對(duì)微網(wǎng)內(nèi)保護(hù)裝置的動(dòng)作值及動(dòng)作時(shí)限進(jìn)行實(shí)時(shí)整定，有效地解決了對(duì)不同運(yùn)行方式及拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)下微電網(wǎng)保護(hù)裝置動(dòng)作值的自適應(yīng)整定問題。有文獻(xiàn)提出了利用智能繼電器及控制網(wǎng)絡(luò)輔助的保護(hù)方案，用智能數(shù)字測(cè)量單元代替價(jià)格昂貴的繼電器，中央控制器與數(shù)字測(cè)量單元通過控制網(wǎng)絡(luò)連接能夠?qū)崿F(xiàn)同樣的保護(hù)功能。文中將微網(wǎng)閉環(huán)結(jié)構(gòu)配置，有效地解決了微電網(wǎng)運(yùn)行在孤島模式下切除故障線路后，引起的發(fā)電功率與負(fù)載不匹配的問題。而建立的新的高阻抗故障探測(cè)方法，可以在檢測(cè)到的故障電流較小時(shí)，就動(dòng)作跳閘。

（3）基于分區(qū)的微網(wǎng)保護(hù)。有文獻(xiàn)提出了基于Multi Agent的微網(wǎng)分區(qū)保護(hù)實(shí)現(xiàn)方案。將微網(wǎng)劃分為若干保護(hù)區(qū)域，利用阻抗元件和功率變化量方向元件鎖定故障區(qū)域，同時(shí)利用Agent之間的協(xié)作能力提高了微網(wǎng)保護(hù)的整體性能，能夠進(jìn)行在線協(xié)調(diào)整定，更適合于微網(wǎng)靈活多變的運(yùn)行方式及雙向潮流的特點(diǎn)。也有文獻(xiàn)引入正序故障分量原理，提出一種基于有限區(qū)域集成的保護(hù)方案。將微電網(wǎng)以母線為依據(jù)分割為若干個(gè)區(qū)域，在每個(gè)區(qū)域設(shè)置一個(gè)有限區(qū)域保護(hù)單元。利用各區(qū)域主饋線與從饋線的正序故障分量電流相角差實(shí)現(xiàn)故障區(qū)域和故障線路的定位。不足是故障時(shí)微源的電壓會(huì)有所跌落，對(duì)保護(hù)方案的適應(yīng)性產(chǎn)生影響。有文獻(xiàn)提出利用故障前后的電流方向判斷故障區(qū)域，將斷路器間的區(qū)域作為最小研究單元，區(qū)域內(nèi)的DG接入或者退出不影響保護(hù)。前者還在微網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)置一個(gè)中央保護(hù)單元，匯集各MTU提供的故障電流方向信息，通過計(jì)算來鎖定故障區(qū)域。后者將數(shù)據(jù)通信和保護(hù)裝置的故障信息交換分開，保護(hù)信息只是簡(jiǎn)單的布爾信號(hào)，能在相鄰保護(hù)裝置之間高速傳遞。也有文獻(xiàn)提出了微網(wǎng)分割區(qū)域的概念，并將分割區(qū)域看成是圖的節(jié)點(diǎn)，斷路器看成是圖的邊，建立微網(wǎng)的圖模型。將對(duì)綜合電流方向的判斷轉(zhuǎn)移到對(duì)邊電流方向的判斷，進(jìn)而提出了邊方向變化量保護(hù)。缺點(diǎn)是僅適合輻射型網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)電網(wǎng)中出現(xiàn)環(huán)網(wǎng)時(shí)，無法應(yīng)用。且當(dāng)微網(wǎng)新增或減少支路時(shí)，需重新分割區(qū)域。

高壓直流輸電是遠(yuǎn)距離大容量電能輸送的一種重要方式，然而受換流器結(jié)構(gòu)的限制，傳統(tǒng)高壓直流系統(tǒng)存在換相失敗等固有缺陷。整流側(cè)采用電網(wǎng)換相換流器（LCC）、逆變側(cè)采用電壓源型換流器（VSC）的LCC-VSC混合直流輸電系統(tǒng)既能夠避免換相失敗的發(fā)生，同時(shí)相較于純?nèi)嵝灾绷鬏旊娤到y(tǒng)可降低成本，是未來高壓直流輸電的重要發(fā)展方向之一。由于LCC-VSC混合高壓直流輸電系統(tǒng)兩端結(jié)構(gòu)不對(duì)稱，故障后的特征與傳統(tǒng)的直流輸電系統(tǒng)相差較大，傳統(tǒng)的直流輸電線路保護(hù)方案在混合直流輸電系統(tǒng)中不再適用，因而必須研究適用于LCC-VSC混合高壓直流系統(tǒng)的線路保護(hù)方案。本項(xiàng)目針對(duì)LCC-VSC混合高壓直流輸電系統(tǒng)，通過對(duì)線路邊界的頻率特性、線路區(qū)內(nèi)外故障的特征進(jìn)行深入分析，研究了適用于混合直流輸電系統(tǒng)的線路保護(hù)原理并構(gòu)建了完整的保護(hù)方案。具體工作如下：在PSCAD/EMTDC電磁暫態(tài)仿真平臺(tái)建立了詳細(xì)的LCC-VSC混合直流輸電系統(tǒng)電磁暫態(tài)仿真模型，并提出了一種模塊化多電平換流器的快速仿真模型。分析了現(xiàn)有高壓直流輸電系統(tǒng)線路保護(hù)在混合直流輸電系統(tǒng)中的適應(yīng)性，指出傳統(tǒng)直流輸電線路保護(hù)應(yīng)用于LCC-VSC混合直流輸電系統(tǒng)中的最大問題在于：當(dāng)VSC一側(cè)線路限流平波電抗器較小時(shí)，整流側(cè)單端量主保護(hù)難以區(qū)分對(duì)端線路區(qū)外故障和線路區(qū)內(nèi)末端故障及高阻故障情況。通過理論推導(dǎo)和仿真實(shí)驗(yàn)，對(duì)線路兩端邊界的折反射頻率特性、區(qū)內(nèi)外故障特征、線路極間耦合特性進(jìn)行了深入分析。在此基礎(chǔ)上提出了多種利用單極單端信息的故障選極原理和利用雙極單端信息的故障選極原理，提出了基于反行波變化量的單端量主保護(hù)新原理、基于線模首行波電壓回升比的超高速單端量主保護(hù)新原理，并提出了基于電流故障分量極性特征的縱聯(lián)保護(hù)和基于混合方向元件的縱聯(lián)保護(hù)作為線路后備保護(hù)。仿真測(cè)試表明所提的保護(hù)原理在速動(dòng)性、選擇性、耐受過渡電阻等方面具有良好的性能，所提超高速單端量主保護(hù)新原理的故障選區(qū)速度理論上最快僅需數(shù)十微秒、且保護(hù)性能受過渡電阻影響較小，很好的解決了現(xiàn)有保護(hù)存在的問題。 2100433B