Page 21 - 电力与能源2024年第二期

王沥泽：考虑瞬时功率的柔性直流配电线路保护方法 161

当前常用的柔性直流配电线路保护方法主要 设定交流侧的等效电阻为 R a，通过计算得到
有以下几种：（1）过电流保护方法，通过监测线路 三相静止坐标系下柔性直流配电线路的动态模型：
中的电流大小来判断是否存在故障，并进行相应 di
v - u = L + R a （1）
的断路保护，该方法的不足之处是易受噪声因素 dt
式中 v——桥臂模电压；u——直流电压；L——
影响，线路保护效果不佳；（2）短路保护方法，基于
等效电感； i——电流；t——时间。
短路故障的电流特征进行保护，通过快速断开故
当柔性直流配电线路发生单极接地故障时，
障部分连接以保护线路，该方法所得故障的直流
不会引起严重的过流，线路仍可以运行，对保护的
电压变化率与实际电压变化率之间差距明显；（3）
速动性要求一般。所以，本研究主要针对故障电
接地保护方法，用于检测和应对配电线路中的接
流上升迅速、产生较大影响的双极故障进行分析。
地故障，但是该方法可能会对正常线路运行造成
当直流线路发生双极短路故障时，直流端电容 y
干扰或错误动作；（4）过温保护方法，通过监测线
会向故障点持续放电，当 y 完成放电后，故障电流
路温度来判断是否存在过热故障，并进行保护动
的结果不为 0，此时需要借助电路中的电感续流，
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作，但是该方法的可靠性不佳 。
经过一段时间后故障电流才能逐渐减小到 0。因
针对上述现有方法存在的不足，本文充分考
此，在放电过程中，如果对故障过程进行解析，就
虑瞬时功率特性，提出一种新的柔性直流配电线
需要根据故障发生的位置，计算故障电流，其表达
路保护方法。
式如下：
1 柔性直流配电线路保护方法设计 i( r )= Av sin ( wt )- Bu sin ( wt - α ) （2）
式中 A——故障电流初始值；B——故障电流最
1.1 配电线路故障暂态特征提取
终值； α——衰减振荡系数； w——故障谐振频率。
由于柔性直流配电线路的快速响应和动态调
在柔性直流配电线路中，任意线路上发生故
节性质，提取故障暂态特征可以有效识别和定位
障后，故障点处的电压会由正常运行电压瞬间跌
发生在柔性直流线路上的故障。通过对故障暂态
落为 0，因为时间较短，所以可以将该过程等效为
信号进行特征提取和分析，可以获取故障特征参
一个理想的阶跃信号。设定故障前正常运行电压
数，如过电流、电压波形畸变、频谱变化等，实现故
的幅值为 g，在 t = 0 时线路发生故障，故障发生后
障类型的区分和位置的精确确定，这对准确触发
的稳态电压表示为 V ( t )，则故障点的电压值可以
保护装置的动作具有重要意义，有利于保证柔性
通过幅值与稳态程度来判定。根据电压阶跃信号
直流配电线路的安全运行。
中的频域信息，将时域中的故障信息进行转换，使
在柔性直流配电线路中，使用模块化多电平
得能够在频域中获得故障的特征信息。运用小波
换流器（MMC）对端口进行换流，直流侧经电阻或
变换的方式对故障特征进行提取，设定离散的采
电容接地。该换流器具有一定数量的桥臂，不同
样信号为 x ( e )，则变换公式如下：
桥臂均由电抗和多个子模块串联而成。MMC 拓 - 2g
扑结构示意如图 1 所示。 x ( e )= ∑ V ( t ) i( r )- x ( n )e N （3）
t = 0
式中 N——变换次数。
运用变换公式对频域中的窗口进行调节，对
暂 态 信 号 进 行 局 部 描 述 ，以 此 获 取 故 障 的 暂 态
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特征 。
1.2 考 虑 瞬 时 功 率 特 性 的 配 电 线 路 故 障 定 位
识别
图 1 MMC 拓扑结构示意 当配电线路发生短路故障时，功率的瞬时特