CN111740391B - 环型直流船舶配电网暂态高频功率保护方法及装置 - Google Patents

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Abstract

一种环型直流船舶配电网暂态高频功率保护方法及装置，通过计算电缆两侧的高频功率，并在某电缆两侧的高频功率幅值都大于启动阈值时保护启动并进入故障识别与选极阶段；分别计算正负极电缆两侧高频功率相关系数并完成故障电缆的识别和故障极的选取；当判据成立后，判别出的故障极电缆两侧的直流断路器动作于跳闸。本发明利用故障时产生的各端功率高频量波形相关系数构成保护判据，具有高可靠性、选择性和灵敏性等良好性能，可在极短时间内检测故障发生并判别故障电缆和故障极，对于不同故障情形都有良好的抗过渡电阻能力，对双端数据的同步性要求低，不受船舶配电网系统运行方式影响和网络拓扑的限制。

Description

环型直流船舶配电网暂态高频功率保护方法及装置
技术领域
本发明涉及的是一种智能电网领域的技术，具体是一种环型直流船舶配电网暂态高频功率保护方法及装置。
背景技术
船舶配电系统装置是用来接收和分配船舶电能，并对发电机和电网进行保护、测量和调整等工作的设备，由多种开关、保护电器、测量仪表、调节和信号装置等电器设备按一定要求组合而成的。为确保船舶配电系统的安全稳定运行，具有高可靠性的保护技术尤为重要。现有用于船舶配电网的保护方法包括过电流保护、阻抗保护和电流差动保护等。
电流保护是指目前广泛采用三段式电流保护，利用电流原则和时间原则来达到选择性保护的要求。但是，将三段式电流保护直接应用到船舶配电系统将带来诸多问题，包括：1)船舶配电系统电缆长度较短，电缆阻抗很小，因此不同故障点的短路电流的区分度非常低，这使得保护无法区分区内、区外故障，大大降低保护选择性；2)由于故障时靠港船舶电动机负载会向故障点注入较大短路电流，因此可能会导致非故障电缆因检测到较大馈送电流而误动，降低保护可靠性；3)不同故障点相近的短路电流导致相邻两级保护开关的动作电流值难以整定，保护难以配合；4)区内末端故障和区外近端故障之间的故障特性差异很小，电流保护难以准确识别故障电缆，选择性较难满足，且易受过渡电阻和运行方式的影响；由此可见，传统的电流三段式保护难以保证船舶配电系统的安全运行。
距离保护是指船舶配电系统电缆长度短、阻抗低，因此当不同位置发生故障时，距离保护计算的测量阻抗差别很小，保护的选择性很差。同时，由于测量阻抗计算值本身不大，测量误差及计算误差相比测量阻抗值本身不可忽略，因此当测量出现干扰或者计算出现偏差时距离保护就会误动，保护的可靠性较低。且距离保护难以实现短数据窗内快速且精确的阻抗测量，保护速动性难以满足。由此可见，传统的距离保护应用于船舶配电系统也具有明显的弊端。
电流差动保护是指电流差动保护需要严格的数据同步，船舶配电系统的电缆故障电流变化率大，区外故障时微小的时间差也会产生较大差动电流使得保护误动。由此可见，传统的电流三段式保护、距离保护、电流差动保护难以直接应用于环型直流船舶配电系统，选择性和可靠性不足。
针对环型直流船舶配电网的直流电缆，为应对传统保护在阈值整定、保护配合的难点和在选择性和速动性的不足，本发明设计出保护阈值易整定且无需配合、选择性和速动性良好的保护方法，解决了直流船舶配电网如何快速准确地识别故障区段的技术难题，为传统保护的不适用性提供了解决方案。本发明设计的保护方案可实现直流船舶配电网系统故障区段的快速识别和隔离以及故障类型的准确识别，且保护方案不受船舶电力系统运行方式影响和结构拓扑的限制，提高了环型直流船舶配电网的安全稳定性和运行可靠性。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种环型直流船舶配电网暂态高频功率保护方法及装置，利用故障时产生的各端功率高频量波形相关系数构成保护判据，具有高可靠性、选择性和灵敏性等良好性能，可在极短时间内检测故障发生并判别故障电缆和故障极。本发明的保护方法具有良好的抗过渡电阻能力和抗噪声干扰能力，对双端数据的同步性要求低，不受船舶配电网系统运行方式影响和网络拓扑的限制。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明涉及一种环型直流船舶配电网暂态高频功率保护方法，通过计算电缆两侧的高频功率，并在某电缆两侧的高频功率幅值都大于启动阈值时保护启动并进入故障识别与选极阶段；分别计算正负极电缆两侧高频功率相关系数并完成故障电缆的识别和故障极的选取；当判据成立后，判别出的故障极电缆两侧的直流断路器动作于跳闸。
本发明涉及一种多端环型直流船舶配电网的高频功率保护装置，包括：用于实时测取电缆两端的直流母线电压的电压互感器单元、用于实时测取直流母线流向电缆的电流的电流互感器单元、分别与电压互感器单元和电流互感器单元相连的高频电压与高频电流测取单元，该高频电压与高频电流测取单元用于实时提取电缆两侧的高频电压幅值和相角以及高频电流幅值和相角；互相连接构成环路的用于实时计算电缆两侧的高频功率计算单元、用于计算电缆两侧高频功率在故障后2ms时间窗内的相关系数的相关系数计算单元、用于故障发生后保护算法的快速启动的故障启动逻辑单元以及用于故障电缆的快速准确识别和故障极的可靠判别的故障识别与选极逻辑单元；依次连接的直流断路器单元、继电器单元和直流灭弧单元，继电器单元根据故障判别结果，向相应的直流断路器发跳闸信号；直流断路器单元采用固态开关(Solid-state Circuit Breaker,SSCB)，用于快速断开故障电缆的短路电流，实现故障区段的及时隔离；直流灭弧单元用于直流断路器动作瞬间的快速灭弧。
技术效果
本发明整体解决了环型直流船舶配电网的直流电缆为应对传统保护，在阈值整定、保护配合的难点和在选择性和速动性的不足以及直流船舶配电网如何快速准确地识别故障区段的技术难题。
与现有技术相比，本方法以相关系数作为故障识别和选极的依据，因故障电缆的相关系数为1，非故障电缆的相关系数为-1，因此故障识别区分度较好，所有的直流电缆的相关系数阈值都可取为恒定值0.5，并不需要复杂的设定阈值计算以及相邻电缆保护阈值的比较和配合。且当船舶系统的拓扑结构变化或运行方式变化时，相关系数阈值无需改动，可应用于环型、辐射型、两/多端供电等多种网络结构。且现有技术的保护方案都需新设立一个故障选极判据并动作于故障识别判据之后，本发明提出相关系数判据不仅可以实现故障电缆的识别，也可同时实现故障选极，无需额外的选极判据。
附图说明
图1为环型直流船舶配电网系统拓扑结构示意图；
图中：Cable1～Cable4为组成环型拓扑结构的四条直流电缆；F1～F4为不同的故障位置；1～8为直流电缆配置的保护装置，包括测量装置、继电器和直流断路器等设备；
图2为区内故障的故障频域附加网络示意图；
图3为区外故障的故障频域附加网络示意图；
图4为单极故障时非故障极的故障频域附加网络示意图；
图5为保护方案流程图示意图；
图6为高频功率保护装置示意图。
具体实施方式
如图1所示，为上述方法实施的±4kV多端环型直流船舶配电网拓扑结构，包括：测量装置、继电器和直流断路器等设备以及串联这些设备并组成环型拓扑结构的四条直流电缆、分别与各端直流母线相连的AC/DC换流站以及与AC/DC换流站相连的船舶交流系统G1和G2、推进电机M、交流负载L。
交流系统、推进电机、负载通过换流器和直流电缆形成环型拓扑结构，运行方式灵活，可开环运行，也可合环运行。各换流器可通过主从控制或下垂控制稳定直流母线电压和维持功率平衡。当环型直流电缆Cable1～4上的F1～F4中任何一点出现故障，故障电缆两侧直流断路器快速动作以隔离故障，其余部分都可以正常工作，系统开环运行，不存在失电源和失负荷状态，减少功率损失。
仿真验证中具体的实施参数为：高频电气量频率选取为2000Hz，数据采样频率为10kHz。故障发生于t＝0.4s时刻。四条直流电缆采用PI模型，长度均为4km。直流系统的额定电压为±4kV；船舶交流系统G1和G2的额定线电压为6.6kV；电动机M的额定线电压为3.8kV，额定功率为1.6MW；交流负载L的额定功率为1MW。
如图2所示，为区内故障的故障频域附加网络，m和n表示被保护电缆两侧的母线；f为故障点；Uf为故障点处的高频电压源；Rg为过渡电阻；Zm和Zn分别表示母线m和n距故障点的电缆高频阻抗；Zsm和Zsn分别表示母线m和n背侧的等效高频阻抗；Um和Un分别表示母线m和n的高频电压；Im和In分别表示母线m和n流向电缆的高频电流；箭头方向表示高频电压、电流的参考正方向。
由图2，m和n侧的高频电压与高频电流的关系为：
Figure BDA0002587134650000041
m和n侧的高频电流比值与高频电压比值分别为：
Figure BDA0002587134650000042
m和n侧的高频电压电流相位差
Figure BDA00025871346500000412
和
Figure BDA0002587134650000043
满足：
Figure BDA0002587134650000044
电缆两侧高频功率的比值关系为：
Figure BDA0002587134650000045
因此电缆两侧高频功率的比值可用一个正比例系数k1表示，即Pm＝k1×Pn，说明区内故障时，电缆两侧的高频功率呈正比例的线性关系。
所述的区外故障是指：以n侧区外故障为例，故障频域附加网络如图3所示，m侧区外故障可同理分析。Zmn表示被保护电缆的高频阻抗；Znf表示故障点到母线n的等效高频阻抗；Zsf表示故障点背侧的等效高频阻抗。
由图3，m和n侧的高频电压与高频电流的关系为：
Figure BDA0002587134650000046
m和n侧的高频电流比值与高频电压比值分别为：
Figure BDA0002587134650000047
m和n侧的高频电压电流相位差
Figure BDA0002587134650000048
和
Figure BDA0002587134650000049
满足：
Figure BDA00025871346500000410
电缆两侧高频功率的比值关系为：
Figure BDA00025871346500000411
因此电缆两侧高频功率的比值可用一个负比例系数k2表示，即Pm＝k2×Pn，说明区外故障时，电缆两侧的高频功率呈负比例的线性关系。
单极故障时，正负极直流电缆之间存在耦合，因此非故障极电缆中会感应出高频电气量。在故障频域附加网络中，仅故障极电缆含故障高频电压源，非故障极电缆不含故障高频电压源，对于单极故障的非故障极，其故障频域附加网络如图4所示。图中Um、Un、Im、In都是由故障极耦合产生的高频电气量。Im和In反相位，Um和Un近似同相位，
Figure BDA0002587134650000059
和
Figure BDA00025871346500000510
相差约180°，因此非故障极电缆两侧高频功率呈负比例的线性关系。
所述的不同故障类型包括：区外故障、区内负极接地故障、区内正极接地故障和区内双极短路故障，不同故障类型的电缆两侧高频功率线性关系如表1所示。
表1不同故障类型的电缆两侧高频功率线性关系
Figure BDA0002587134650000051
用傅里叶变换算法的滑动数据窗功能实时计算电缆两侧高频电压、电流幅值和相角，并计算高频功率
Figure BDA0002587134650000052
其中：k为采样点序号；|Um(k)|和|Im(k)|分别表示m侧的高频电压和电流的幅值；
Figure BDA0002587134650000055
和
Figure BDA0002587134650000056
分别表示m侧的高频电压和电流的相角；|Un(k)|和|In(k)|分别表示n侧的高频电压和电流的幅值；
Figure BDA0002587134650000057
和
Figure BDA0002587134650000058
分别表示n侧的高频电压和电流的相角；Pm(k)和Pn(k)分别表示m和n侧在采样点时刻的高频功率。
所述的正负极电缆两侧高频功率相关系数
Figure BDA0002587134650000053
其中：s为2ms时间窗内采样点总数；k为时间窗内采样点序号(k＝1,2,3,…,s)，从故障启动后开始计数，满时间窗后计算相关系数作为输出；ρmn表示电缆两侧高频功率的相关系数。
相关系数的特性为，当Pm(k)和Pn(k)同号时，0＜ρmn≤1，相关系数为正值；当它们异号时，-1≤ρmn＜0，相关系数为负值；当它们满足正比例线性关系时，有ρmn＝1成立；当它们满足负比例线性关系时，有ρmn＝-1成立。用相关系数可更精确、可观地描述表2中线性关系。表2为对应表1的相关系数结果。
表2不同故障类型的电缆两侧高频功率相关系数
Figure BDA0002587134650000054
Figure BDA0002587134650000061
所述的判据，包括故障启动判据、故障识别与选极判据。
所述的故障启动判据是指：在满足一定的选频条件下，正常运行时，保护安装处的高频功率几乎为0；仅故障发生后，保护处会检测到幅值很大的高频功率。利用这一特性构成故障启动判据：
Figure BDA0002587134650000062
其中：|Pm(k)|和|Pn(k)|表示电缆m和n侧的高频功率的幅值；|Pset|为设定的启动阈值，按躲过正常运行时保护安装处检测的高频功率的最大幅值整定，并考虑一定裕度，取为0.01kW。
当电缆两侧高频功率的幅值均大于设定阈值时，保护启动，并进入故障识别与选极阶段。
所述的故障识别与选极判据是指：分别计算正极电缆两侧高频功率的相关系数
Figure BDA0002587134650000065
和负极电缆两侧高频功率的相关系数
Figure BDA0002587134650000063
根据表1，故障识别与选极判据为：
Figure BDA0002587134650000064
其中：ρset为设定的相关系数阈值，为一正数，可取为0.5，以区分不同故障类型。
区内故障时，故障极电缆的相关系数接近于1，远远大于阈值0.5；对于非故障极电缆和区外故障情况，相关系数接近于-1，远远小于阈值0.5。因此该判据有良好的故障类型区分度。
如图5所示，为本实施例涉及的一种环型直流船舶配电网暂态高频功率保护方法，通过计算电缆两侧的高频功率，并在某电缆两侧的高频功率幅值都大于启动阈值时保护启动并进入故障识别与选极阶段；分别计算正负极电缆两侧高频功率相关系数并完成故障电缆的识别和故障极的选取；当判据成立后，判别出的故障极电缆两侧的直流断路器动作于跳闸。
如图6所示，为本实施例涉及的一种多端环型直流船舶配电网的高频功率保护装置，包括：
用于实时测取电缆两端的直流母线电压的电压互感器单元、用于实时测取直流母线流向电缆的电流的电流互感器单元、分别与电压互感器单元和电流互感器单元相连的高频电压与高频电流测取单元，该高频电压与高频电流测取单元参照离散傅里叶算法设计，用于实时提取电缆两侧的高频电压幅值和相角以及高频电流幅值和相角；
互相连接构成环路的用于实时计算电缆两侧的高频功率计算单元、用于计算电缆两侧高频功率在故障后2ms时间窗内的相关系数的相关系数计算单元、用于故障发生后保护算法的快速启动的故障启动逻辑单元以及用于故障电缆的快速准确识别和故障极的可靠判别的故障识别与选极逻辑单元；
依次连接的直流断路器单元、继电器单元和直流灭弧单元，继电器单元根据故障判别结果，向相应的直流断路器发跳闸信号；直流断路器单元采用固态开关(Solid-stateCircuit Breaker,SSCB)，用于快速断开故障电缆的短路电流，实现故障区段的及时隔离；直流灭弧单元用于直流断路器动作瞬间的快速灭弧。
高频电气量频率选取为2000Hz，数据采样频率为10kHz。故障发生于t＝0.4s时刻。启动阈值取为0.01kW以检测故障发生，相关系数阈值取为0.5以区分故障类型。做出以下的仿真实验。
本实施例以Cable1作为分析对象，得出不同故障类型的区内、外故障时的仿真结果如表3、4所示。表中
Figure BDA0002587134650000071
表示电缆i的正极电缆两侧高频功率的相关系数；
Figure BDA0002587134650000072
表示电缆i的负极电缆两侧高频功率的相关系数。
表3各种区内故障的故障判别结果
Figure BDA0002587134650000073
表4各种区外故障的故障判别结果
Figure BDA0002587134650000074
Figure BDA0002587134650000081
由表3、4可得，区内单极故障时仅Cable1故障极电缆的相关系数接近为1，Cable1非故障极电缆以及其余电缆(Cable2～Cable4)的相关系数都接近为-1；区内双极故障时Cable1正、负极电缆的相关系数都接近为1，其余非故障电缆(Cable2～Cable4)的相关系数都接近为-1；区外故障时，Cable1正、负极电缆的相关系数都接近于-1，Cable1的保护判别为区外故障严格不动作，其他电缆根据其相关系数可正确判别故障电缆和故障极，如F2正极故障时仅Cable2正极电缆的两侧高频功率相关系数
Figure BDA0002587134650000083
接近于1，其余电缆对应的相关系数都接近于-1，保护判据判别为Cable2正极故障。结合表3和表4，对于不同故障位置和故障类型的电缆故障，故障电缆的相关系数远远大于阈值0.5，非故障电缆的相关系数远远小于阈值0.5，保护方案都可准确判别故障电缆和故障极，耐受过渡电阻能力良好。
本实施例进一步对过渡电阻对保护性能的影响分析：如图2和图3的故障频域附加网络已考虑过渡电阻，但过渡电阻不改变高频电压、电流之间的关系表达式，不影响电缆两侧高频功率的正负比例线性关系，相关系数可准确描述线性关系，保护方法具有良好的抗过渡电阻能力。由表3和表4可知，过渡电阻对各电缆的相关系数几乎无影响，依据各电缆的相关系数可准确判别故障区段和故障极，抗过渡电阻能力良好。
本实施例进一步对数据不同步对保护性能的影响分析：数据不同步仅会使电缆一侧高频功率的变化时刻落后于另一侧，但其变化趋势和正负性是不变的，即数据不同步不影响电缆两侧高频功率变化的正负方向和正负比例线性关系，因此利用相关系数可大大降低数据不同步对保护性能的影响。设Cable1两侧的数据不同步，时间差分别为1～1000μs，各电缆的相关系数和故障判别结果如表5所示。较大的时间差虽然会使故障电缆的相关系数结果有微小的降低，但仍远远高于阈值0.5，保护仍能准确选出故障电缆。
表5数据不同步的故障判别结果
Figure BDA0002587134650000082
Figure BDA0002587134650000091
船舶系统的运行方式和拓扑结构对保护性能的影响分析：针对图1的环型直流船舶系统，有更灵活运行方式和对应的多种拓扑结构，当其开环运行时(如Cable3的5、6处断路器断开)，相当于两/多端供电结构；当其合环运行时(1～8处的所有断路器均闭合)，相当于环网结构。表3和表4为环网的合环运行方式下的仿真结果，因此有必要分析环网在开环运行方式下，电缆发生故障时保护是否有效动作，同时验证保护在环网、两/多端供电的不同拓扑结构的适用性。系统运行方式为开环(5、6处的断路器断开，Line3退出)，当Line1、Line2和Line4发生不同类型的故障时，其相关系数和故障判别结果如表6所示。结合开环的表6以及合环仿真结果表3和表4，可知环网无论是何种运行方式，故障电缆和故障极均能准确判别，保护方案不受系统运行方式影响。另外，因合环运行相当于环网结构，开环运行相当于两/多端供电结构，所以保护方案适用于多种网络拓扑结构。
表6开环运行方式下的故障判别结果
Figure BDA0002587134650000092
噪声干扰对保护性能的影响分析：本发明的保护方法是利用高频有功功率进行故障电缆的识别，其来源是高频电压和高频电流的幅值和相角。高频电压和电流易受噪声干扰，因此有必要分析信号噪声对故障识别判据的影响。噪声干扰会一定程度地增加或减少高频有功功率的幅值，但只要数据窗内的采样点足够多，仍可准确反映电缆双侧高频有功功率的正负性变化趋势。相关系数保护方法因利用2ms数据窗里的多个采样点数据，保护的可靠性更高。因此本发明的保护方法具有良好的抗噪声干扰能力。不同强度的信号噪声可由信噪比不同的高斯噪声代替，在各保护装置的电压、电流采样序列加入不同强度的信号噪声，相关系数结果和故障电缆识别结果如表7所示。信噪比越小，噪声强度越大，即使在信噪比为20dB的大噪声干扰情形下，各电缆的相关系数仍保持良好的特性。不同强度的信号噪声对各电缆相关系数结果几乎没影响，故障电缆均可被准确识别。因此保护方法有很强的耐受噪声干扰影响。
表7不同信号噪声的故障判别结果
Figure BDA0002587134650000101
综上，与现有技术相比，本实施例技术效果包括：1)利用高频电气量独特的故障特征，有效避免常规保护所需的复杂的稳态潮流计算和故障电气量计算，解决常规保护应用于环型直流船舶配电网面临的阈值难整定、选择性不足等问题；2)利用相关系数构成故障识别和选极判据可实现故障位置和类型的准确识别，各条电缆的阈值容易整定且无需相邻电缆保护阈值的比较和配合；3)相关系数原理可同时应用于故障电缆识别和故障选极，无需额外的选极判据，保护方案可在3ms内快速可靠地判别故障电缆和故障极，保护的速动性、选择性良好；4)保护方案有较强的耐受过渡电阻能力，对数据同步要求低，故障识别区分度好，保护可靠性、灵敏性良好；5)保护方法不仅适应于环型直流船舶配电网，也适应于两端供电、辐射型、网状型等多种拓扑结构；6)保护设定的阈值无需根据船舶系统的网络结构或运行方式变化而改动，保护方法可应用于多种拓扑结构，且不受运行方式影响，具有良好的推广前景。
上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。

Claims (6)

1.一种环型直流船舶配电网暂态高频功率保护方法，其特征在于，通过计算电缆两侧的高频功率，并在某电缆两侧的高频功率幅值都大于启动阈值时保护启动并进入故障识别与选极阶段；分别计算正负极电缆两侧高频功率相关系数并完成故障电缆的识别和故障极的选取；当判据成立后，判别出的故障极电缆两侧的直流断路器动作于跳闸；
所述的正负极电缆两侧高频功率相关系数
Figure FDA0002931230020000011
其中：s为2ms时间窗内采样点总数；k为时间窗内采样点序号(k＝1,2,3,…,s)，从故障启动后开始计数，满时间窗后计算相关系数作为输出；ρmn表示电缆两侧高频功率的相关系数；当Pm(k)和Pn(k)同号时，0＜ρmn≤1，相关系数为正值；当它们异号时，-1≤ρmn＜0，相关系数为负值；当它们满足正比例线性关系时，有ρmn＝1成立；当它们满足负比例线性关系时，有ρmn＝-1成立。
2.根据权利要求1所述的环型直流船舶配电网暂态高频功率保护方法，其特征是，所述的故障电缆的识别和故障极的选取包括：区外故障、区内负极接地故障、区内双极短路故障和区内正极接地故障。
3.根据权利要求1所述的环型直流船舶配电网暂态高频功率保护方法，其特征是，所述的判据，包括故障启动判据、故障识别与选极判据。
4.根据权利要求3所述的环型直流船舶配电网暂态高频功率保护方法，其特征是，所述的故障启动判据是指：正常运行时保护安装处的高频功率几乎为0；仅故障发生后，故障启动判据：
Figure FDA0002931230020000012
其中：|Pm(k)|和|Pn(k)|表示电缆m和n侧的高频功率的幅值；|Pset|为设定的启动阈值，当电缆两侧高频功率的幅值均大于设定阈值时，保护启动，并进入故障识别与选极阶段。
5.根据权利要求3所述的环型直流船舶配电网暂态高频功率保护方法，其特征是，所述的故障识别与选极判据是指：分别计算正极电缆两侧高频功率的相关系数
Figure FDA0002931230020000013
和负极电缆两侧高频功率的相关系数
Figure FDA0002931230020000021
故障识别与选极判据为：
Figure FDA0002931230020000022
其中：ρset为设定的相关系数阈值。
6.一种实现权利要求1～5中任一所述方法的环型直流船舶配电网暂态高频功率保护系统，其特征在于，包括：
用于实时测取电缆两端的直流母线电压的电压互感器单元、用于实时测取直流母线流向电缆的电流的电流互感器单元、分别与电压互感器单元和电流互感器单元相连的高频电压与高频电流测取单元，该高频电压与高频电流测取单元用于实时提取电缆两侧的高频电压幅值和相角以及高频电流幅值和相角；
互相连接构成环路的用于实时计算电缆两侧的高频功率计算单元、用于计算电缆两侧高频功率在故障后2ms时间窗内的相关系数的相关系数计算单元、用于故障发生后保护算法的快速启动的故障启动逻辑单元以及用于故障电缆的快速准确识别和故障极的可靠判别的故障识别与选极逻辑单元；
依次连接的直流断路器单元、继电器单元和直流灭弧单元，继电器单元根据故障判别结果，向相应的直流断路器发跳闸信号；直流断路器单元采用固态开关，用于快速断开故障电缆的短路电流，实现故障区段的及时隔离；直流灭弧单元用于直流断路器动作瞬间的快速灭弧。
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