CN110323725B - 一种直流线路采样电流修正方法、差动保护方法及系统 - Google Patents

一种直流线路采样电流修正方法、差动保护方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种直流线路采样电流修正方法、差动保护方法及系统，属于电力系统继电保护技术领域，保护方法包括：获取直流线路两侧电流的瞬时采样值和两侧瞬时采样时刻偏差，根据两侧瞬时采样时刻偏差和各侧电流的变化率对两侧电流的瞬时采样值进行修正，根据修正后的两侧电流的瞬时采样值确定差动电流和制动电流，并根据得到差动电流和制动电流进行差动保护。本发明将直流线路两侧电流的变化率考虑到差动电流和制动电流的计算中，保证了直流系统故障时电流变化过程中差动电流和制动电流计算的准确性。在直流线路发生短路故障后，故障电流迅速增大过程中能够保证差动保护的动作可靠性。

Description

一种直流线路采样电流修正方法、差动保护方法及系统
技术领域
本发明属于电力系统继电保护技术领域，具体涉及一种直流线路采样电流修正方法、差动保护方法及系统。
背景技术
直流配电系统适用于分布式电源多点接入，是配电领域新的发展方向,直流配电系统的发展也给继电保护技术带来了新的挑战。直流配电网故障初期，故障电流主要由电容放电供给，直流电流快速上升同时直流电压快速下降。MMC(Modular MultilevelConverter,模块化多电平换流器)型直流系统发生故障后换流器的快速闭锁，需要继电保护装置在故障后1～2ms，甚至几百微秒内实现快速故障检测，然后进行故障定位和隔离，为系统非故障区域的快速恢复提供条件。
目前直流配电网主要采用网络化保护方案实现故障的定位与隔离：就地保护装置实现故障检测，相邻间隔装置间共享过流信息和故障方向；根据多间隔保护故障检测结果，集中或就地实现故障定位和故障隔离。由于网络化保护方案需要铺设专用的通信网络，同时各相邻保护装置的通信信息需要根据工程进行配置，因此保护可靠性不高。
差动保护具有天然的选择性，是目前公认的最为先进的继电保护原理。在高压直流电网中由于输电线路较长，光纤通道需加中继放大器，多级的中继放大器大大增加了通道延时；进而差动保护的速动性大大降低，限制了差动保护在高压直流线路保护中的应用。
中低压直流配电网中输电线路较短，光纤通道无需中继放大器，差动保护不失为一个理性的保护方案。但直流电网故障初期故障电流快速增大且故障特征持续时间短，在此故障工况下如何保证保护动作的可靠性是电流差动保护用于直流配电线路急需解决的问题。
传统电流差动保护一般采用“乒乓”原理实现线路两侧电流的“同步”，并不是严格的同步，仅是将两侧采样值同步误差(采样时刻偏差)Ts控制在一定范围内，如100μs。在交流系统中，当两侧同步误差小于100μs时，两侧电气量将产生不大于1.8°的相角差，当负荷电流为额定电流Ie时差流不大于0.0315Ie，不会影响差动保护的动作行为。而直流配电网故障初期电流会在很短时间内快速上升到最大值,此过程中的电流变化率D非常大，若两侧采样值同步误差为Ts，此时产生的差流为D*Ts，会远远大于差动保护定值，导致保护误动。
发明内容
本发明的目的是提供一种直流线路采样电流修正方法，以解决目前由于直流线路两侧采样电流存在同步误差，且电流变化率过大导致差动保护误动的问题；还提供一种直流线路差动保护方法，用于解决现有技术的直流线路差动保护方法容易产生误动的问题；同时，还提供一种直流线路差动保护系统，用于解决现有技术的直流线路差动保护系统容易产生误动，从而导致系统工作可靠性低的问题。
基于上述目的，本发明的一种直流线路采样电流修正方法，包括以下步骤：
1)获取直流线路两侧电流的瞬时采样值和两侧瞬时采样时刻偏差；
2)根据两侧瞬时采样时刻偏差和各侧电流的变化率对两侧电流的瞬时采样值进行修正。
本发明的直流线路采样电流修正方法，根据两侧瞬时采样时刻偏差和各侧电流的变化率，修正直流线路两侧电流的瞬时采样值，且修正后的瞬时采样值考虑了直流线路两侧采样电流存在同步误差和电流变化率的影响，线路两侧电流的瞬时采样值修正后理论上是同一时刻的，可满足差动保护原理对线路两侧电流同步性的要求。
基于上述目的，本发明的一种直流线路差动保护方法，在上述直流线路采样电流修正方法中步骤1)、步骤2)的基础上，还包括以下步骤：
根据修正后的两侧电流的瞬时采样值确定差动电流和制动电流，并根据得到差动电流和制动电流进行差动保护。
本发明的直流线路差动保护方法，通过对直流线路两侧电流的瞬时采样值进行修正，且修正后的瞬时采样值考虑了直流线路两侧采样电流存在同步误差和电流变化率的影响，相当于在现有差动保护动作方程的差动电流和制动电流中计及了同步误差和电流变化率的影响，不会导致差动保护误动，提高了差动保护的工作可靠性。
基于上述目的，本发明的一种直流线路差动保护系统，包括处理器，用于执行计算机程序时实现上述直流线路差动保护方法中的步骤。同样，该直流线路差动保护系统在现有差动保护动作方程的差动电流和制动电流中计及了同步误差和电流变化率的影响，保证了直流线路差动保护系统不产生误动，提高了系统的工作可靠性。
对于上述直流线路采样电流修正方法、差动保护方法及系统，给出一种用于步骤2)中采用的修正公式，如下：
Figure BDA0002107013290000031
Figure BDA0002107013290000032
其中，IN'(i)表示IN(i)的修正值，IN(i)表示直流线路一侧(N侧)电流的瞬时采样值，IM'(i)表示IM(i)的修正值，IM(i)表示直流线路另一侧(M侧)电流的瞬时采样值，a、b表示修正系数，且a+b＝1，即N侧修正a倍的Ts，M侧修正b倍的Ts，两侧共同补偿Ts消除采样时刻误差，Ts表示两侧瞬时采样时刻偏差，
Figure BDA0002107013290000041
表示直流线路一侧电流的变化率，
Figure BDA0002107013290000042
表示直流线路另一侧电流的变化率。
对于上述直流线路差动保护方法及系统，计及直流线路两侧采样电流存在的同步误差和电流变化率的影响，差动电流和制动电流的计算公式如下：
Iop(i)＝|IN'(i)+IM'(i)|
Ibrk(i)＝|IN'(i)-IM'(i)|
其中，Iop(i)表示差动电流，Ibrk(i)表示制动电流，IN'(i)表示直流线路一侧电流的瞬时采样值的修正值，IM'(i)表示直流线路另一侧电流的瞬时采样值的修正值。
得到差动电流和制动电流的计算公式之后，进行差动保护采用的判别方程为：
Figure BDA0002107013290000043
其中，ISET表示电流设定值，K表示比率制动系数。
附图说明
图1是本发明的区外故障时直流线路两侧电流的采样值示意图；
图2是本发明的区内故障时直流线路两侧电流的采样值示意图；
图3是本发明的一种直流线路差动保护方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。
保护方法实施例：
本发明的一种直流线路差动保护方法，包括以下步骤：
设直流线路两侧电流分别为IN和IM，直流线路两侧电流的瞬时采样值为IN(i)和IM(i)，其中i为采样序号，保护的电流模拟量采样时间间隔为T，对侧电流的瞬时采样值超前于本侧电流的瞬时采样值的时间为Ts，区外故障时直流线路两侧电流的采样值如图1所示，区内故障时直流线路两侧电流的采样值如图2所示。以N侧为例说明差动保护方法的实施步骤，如图3所示：
获取直流线路两侧电流的瞬时采样值IN(i)、IM(i)，获取两侧瞬时采样时刻偏差Ts，根据两侧瞬时采样时刻偏差Ts和各侧电流的变化率对两侧电流的瞬时采样值进行修正，修正本侧(N侧)电流的瞬时采样值IN(i)的计算式如下：
Figure BDA0002107013290000051
其中，IN'(i)表示IN(i)的修正值，
Figure BDA0002107013290000052
表示本侧(即N侧)电流的变化率，a表示修正系数，0<a<1，可人为设定大小。
修正对侧(M侧)电流的瞬时采样值IM(i)：
Figure BDA0002107013290000053
其中，IM'(i)表示IM(i)的修正值，
Figure BDA0002107013290000054
表示对侧(即M侧)电流的变化率，b表示修正系数，0<b<1，同样可人为设定大小；且要求a+b＝1，即N侧修正a倍的Ts，即M侧修正b倍的Ts，两侧共同补偿Ts，消除采样时刻误差。优选的，a取0.5、b取0.5，即两侧各补偿50％的采样时间偏差来实现理论上的采样值同步。
根据修正后的两侧电流的瞬时采样值IN'(i)、IM'(i)计算差动电流Iop(i)和制动电流Ibrk(i)：
Iop(i)＝|IN'(i)+IM'(i)|
Ibrk(i)＝|IN'(i)-IM'(i)|
然后，根据得到的差动电流Iop(i)和制动电流Ibrk(i)进行差动保护，将差动电流Iop(i)和制动电流Ibrk(i)代入差动保护的动作方程。差动保护的动作方程仍然采用如下传统比率制动方程：
Figure BDA0002107013290000061
其中，K为比率制动系数，取值范围为0.5～0.9，ISET表示电流设定值。
本发明提出的直流线路差动保护方法根据直流系统的故障特征，将直流线路两侧电流的变化率计及到差动电流和制动电流的计算中，保证了直流系统故障时电流变化过程中差动电流和制动电流计算的准确性。在直流线路发生短路故障后，故障电流迅速增大过程中能够保证差动保护的动作可靠性。并且，本发明的直流线路差动保护方法可以提升中低压直流配电网继电保护的可靠性。
保护系统实施例：
本发明的一种直流线路差动保护系统，包括处理器，用于执行计算机程序时实现上述保护方法实施例中直流线路差动保护方法中的步骤。由于对上述方法的介绍已经足够清楚完整，故不再详细进行描述。
另外，本实施例中的处理器既可以是计算机，也可以是微处理器，如ARM等，还可以是可编程芯片，如FPGA、DSP等。
修正方法实施例：
本发明的一种直流线路采样电流修正方法，包括以下步骤：
获取直流线路两侧电流的瞬时采样值和两侧瞬时采样时刻偏差；根据两侧瞬时采样时刻偏差和各侧电流的变化率对两侧电流的瞬时采样值进行修正。
具体的修正步骤已经在保护方法实施例中介绍的足够清楚完整，故不再赘述。
本发明根据两侧瞬时采样时刻偏差和各侧电流的变化率，修正直流线路两侧电流的瞬时采样值，且修正后的瞬时采样值考虑了直流线路两侧采样电流存在同步误差和电流变化率的影响，不会导致差动保护误动。

Claims (5)

1.一种直流线路采样电流修正方法，其特征在于，该修正方法包括以下步骤：
1)获取直流线路两侧电流的瞬时采样值和两侧瞬时采样时刻偏差；
2)根据两侧瞬时采样时刻偏差和各侧电流的变化率对两侧电流的瞬时采样值进行修正；
步骤2)采用的修正公式如下：
Figure FDA0002872534260000011
Figure FDA0002872534260000012
其中，IN'(i)表示IN(i)的修正值，IN(i)表示直流线路一侧电流的瞬时采样值，IM'(i)表示IM(i)的修正值，IM(i)表示直流线路另一侧电流的瞬时采样值，a、b表示修正系数，且a+b＝1，Ts表示两侧瞬时采样时刻偏差，
Figure FDA0002872534260000013
表示直流线路一侧电流的变化率，
Figure FDA0002872534260000014
表示直流线路另一侧电流的变化率，i为采样序号，T为电流模拟量采样时间间隔。
2.一种直流线路差动保护方法，其特征在于，该差动保护方法包括以下步骤：
1)获取直流线路两侧电流的瞬时采样值和两侧瞬时采样时刻偏差；
2)根据两侧瞬时采样时刻偏差和各侧电流的变化率对两侧电流的瞬时采样值进行修正；
3)根据修正后的两侧电流的瞬时采样值确定差动电流和制动电流，并根据得到差动电流和制动电流进行差动保护；
步骤2)采用的修正公式如下：
Figure FDA0002872534260000021
Figure FDA0002872534260000022
其中，IN'(i)表示IN(i)的修正值，IN(i)表示直流线路一侧电流的瞬时采样值，IM'(i)表示IM(i)的修正值，IM(i)表示直流线路另一侧电流的瞬时采样值，a、b表示修正系数，且a+b＝1，Ts表示两侧瞬时采样时刻偏差，
Figure FDA0002872534260000023
表示直流线路一侧电流的变化率，
Figure FDA0002872534260000024
表示直流线路另一侧电流的变化率，i为采样序号，T为电流模拟量采样时间间隔。
3.根据权利要求2所述的直流线路差动保护方法，其特征在于，步骤3)中差动电流和制动电流的计算公式如下：
Iop(i)＝|IN'(i)+IM'(i)|
Ibrk(i)＝|IN'(i)-IM'(i)|
其中，Iop(i)表示差动电流，Ibrk(i)表示制动电流，IN'(i)表示直流线路一侧电流的瞬时采样值的修正值，IM'(i)表示直流线路另一侧电流的瞬时采样值的修正值。
4.根据权利要求3所述的直流线路差动保护方法，其特征在于，步骤3)中进行差动保护采用的判别方程为：
Figure FDA0002872534260000025
其中，ISET表示电流设定值，K表示比率制动系数。
5.一种直流线路差动保护系统，包括处理器，其特征在于，所述处理器用于执行计算机程序时实现如权利要求2-4任一项所述的直流线路差动保护方法。
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