基于偏度与积分能量的柔性直流配网接地故障保护方法

本发明属于电力系统配电网继电保护，具体地说是基于偏度与积分能量的柔性直流配网接地故障保护方法。

背景技术：

1、基于模块化多电平换流器构成的多端柔性直流配电网，在大规模分布式新能源并网、区域电网互联等方面具有诸多优势。然而，当线路发生故障若未及时切除，将会损害电力电子器件并可能烧毁换流站；同时目前多端柔性直流配网发生故障时难以准确区分区内外，可能导致大规模停电和人身触电的风险，后果极其严重。

2、为此，本领域技术人员提出了基于偏度与积分能量的柔性直流配网接地故障保护方法来解决背景技术提出的问题。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明提供基于偏度与积分能量的柔性直流配网接地故障保护方法，以解决现有技术中保护方法发生故障时难以准确区分区内外，高阻接地后容易发生误判、可靠性低，抗干扰能力有限，导致故障识别困难的问题。

2、基于偏度与积分能量的柔性直流配网接地故障保护方法，包括：

3、步骤1、故障检测：当极间电压幅值| upn|低于设定的门槛值 uset时，系统将启动故障检测；

4、步骤2、故障选极：比较零模电压 u0与阈值 δ的大小关系，当 u0<- δ时，系统发生正极接地故障，当- δ< u0< δ时，系统发生双极接地故障，当 u0> δ时，系统发生负极接地故障；

5、步骤3、故障识别：为识别故障是发生在区内还是区外，在步骤2的基础上，利用零模电流偏度符号来表征方向特征，并结合线路两端积分能量差来表征幅值特征，通过这两种特征的综合分析，可靠识别区内、区外故障。

6、优选的，所述步骤1中的使用极间电压幅值| upn|启动故障检测，具体如下式所示：

7、

8、式中， upn为系统的极间电压； uset为设定的门槛值； u n为直流额定电压。

9、其次，步骤1中门槛值 uset设置原则为：为了确保在正常运行状态下不会误触发，同时在发生故障时能够可靠启动，设定门槛值为 uset=0.9 u n。

10、优选的，所述步骤2中的使用零模电压 u0进行故障选极，具体如下式所示：

11、

12、式中， u0为零模电压； δ为设定的阈值；

13、其次，步骤2中阈值 δ的选取过程为：当发生正极接地故障时，零模电压从0偏移至- u n；当发生负极接地故障时，零模电压从0偏移至 u n，为保证可靠性， δ取0.2 u n。

14、优选的，所述步骤3包括以下具体步骤：

15、步骤3.1：计算线路两端零模电流偏度 sm、 sn；若步骤2中判定系统发生负极接地故障，则计算线路两端零模电流负偏度，否则，计算线路两端零模电流正偏度，具体如下式所示：

16、

17、式中，m、n表示同一线路两端的检测点； sm、 sn表示线路检测点m和n处零模电流偏度； x j、 y j分别表示检测点m和n处零模电流；n为样本数量；和为零模电流均值；

18、步骤3.2：利用线路两端零模电流偏度符号进行故障识别；在故障识别中，若sgn( sm)>0且sgn( sn)>0，则判定该线路发生区内故障；若所有线路两端零模电流偏度符号均为正负相异，即，则无法进行故障识别；否则，均判定为区外故障；

19、步骤3.3：在步骤3.2中，利用线路两端零模电流偏度符号无法进行故障识别时，利用符号函数表征的零模电流积分能量差来判断故障区域；具体如下式所示：

20、

21、式中， am和 an分别表示线路检测点m和n处零模电流积分能量； im( t j)表示检测点m在时刻 t j的零模电流值； in( t j)表示检测点n在时刻 t j的零模电流值；( t j+1- t j)为相邻采样点间的时间间隔，其中 j=1,2,…, p-1； p为采样点数；表示线路两端积分能量差的符号；

22、若某条线路的积分能量差符号与其他线路相反，则判定该线路发生区内故障；否则，判定为区外故障。

23、基于偏度与积分能量的柔性直流配网接地故障保护系统，使用上述基于偏度与积分能量的柔性直流配网接地故障保护方法，包括：

24、故障检测模块，当检测到系统的极间电压幅值| upn|低于设定的门槛值 uset时，启动故障检测流程；

25、故障选极模块，通过比较零模电压 u0与预设阈值 δ的大小，确定故障类型；

26、故障识别模块，在故障选极模块的基础上，利用零模电流偏度符号表征方向特征，并结合线路两端积分能量差表征幅值特征，通过综合分析这两种特征，识别故障是发生在区内还是区外。

27、一种处理器，被配置成执行根据上述的基于偏度与积分能量的柔性直流配网接地故障保护方法。

28、一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述的基于偏度与积分能量的柔性直流配网接地故障保护方法。

29、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

30、1、本发明通过利用偏度和积分能量构造保护判据，充分提取了零模电流的方向和幅值变化特征，有利于区内外故障的识别，避免了阈值整定困难、保护适应性差、区内外差异小等问题。

31、2、本发明在噪声影响、数据缺失、通信延迟等工况下具有一定的适应性，当接地电阻为500ω且伴随5db的高斯白噪声时，能够有效识别区内外故障，不会出现误动的情况。

32、3、本发明不仅在多端柔直配网的输电线路分配较为均衡的系统下能够正确区分区内外故障，而且当系统出现某一线路非常长的极端情况下，同样具有较高的适用性。