Page 22 - 电力与能源2024年第二期

162 王沥泽：考虑瞬时功率的柔性直流配电线路保护方法

性将表现出波动的特点，其波动频率也不规律，这 因此，根据方向不同构造判据，其关系表达式
样就能够根据不规律区域来对故障进行定位与识 如下：
别。在柔性直流电网线路端口处安装保护装置， ∑ Δi k ( t )> NI （5）
t = 0
根据端点的瞬时功率变化来判断直流输电线路中
式中 I——线路的额定电流。
故障发生的位置。设置安装保护装置的柔性直流
在发生故障瞬间，启动电流保护后，保护装置
输电线路端口为 G，则在端口 G 处的瞬时功率计
首先通过电流突变量进行方向性判断。在此基础
算公式如下： 上，对保护数据窗内的电流值进行采样，并根据采
]
ΔP = x ( e ) [ Δr ( t ) Δi( t ) （4）
样结果提取其本征模态函数（IMF），再通过 IMF
式中 Δr ( t )——端口处的瞬时电压；Δi( t )——端
获得电流中的信息数据 ［11］ 。当 IMF 分量值大于
口处的瞬时电流。
电流保护 A 段的计算值时，保护装置会迅速动作，
根据计算出的端口瞬时功率，对不同端口之
这样线路两侧的断路设备会断开，切除故障线路。
间的瞬时功率差进行计算。通常在正常运行状态
如果故障发生的位置较远，且 IMF 分量小于保护
下，端口之间的瞬时功率差为 0，如果计算的结果
A 段的计算值，满足保护 B 段的计算值时，B 段的
超过 0，则表示为故障状态 ［7-8］ 。将瞬时功率作为
保护动作启动，使得线路两侧的断路装置断开，切
判断故障的依据，当故障发生在外区时，线路两端
除故障线路。同时，考虑其他因素可能会影响到
的电压呈迅速下降的状态，此时会有故障叠加电
保护执行时间，结合上述数据，计算在 B 段保护过
流流过安装的保护装置端口，使得端口处的电流 程 中 ，切 除 故 障 线 路 所 用 的 时 间 ，其 计 算 公 式

发生改变。电流改变后电压会继续下降，这样就
如下：
能 够 通 过 计 算 得 到 电 压 u i 与 u o 之 间 的 变 化 结
T = t m + t n （6）
［9］
果 。当端口的瞬时电压计算结果小于 0 且 |u i| < 式中 t m——故障特征数据窗长度； t n——动作信
|u o | 时，表示配电线路中的故障发生在区外；当端 号停留时间。
口瞬时电流 Δi( t )> 0，且 Δi k ( t )> Δi u ( t )时，配电 通过增加时延，可以为下级保护动作提供充

线路的故障发生在区外，此时的瞬时功率大于 0。 分的时间裕度。当相邻线路发生故障后，如果满
当故障发生在内区时，可以将故障点看成一个叠 足保护段计算值，需要经过延时后进行二次判断。
加 的 电 压 源 ，当 端 口 处 的 电 压 小 于 0，且 如果第二次判断值不符合标准，则说明在此过程
Δi k ( t )> 0， Δi u ( t )< 0 时，说明故障在内区，此时 中存在断路装置拒动。在这种情况下，会马上要
直流配电线路的瞬时功率小于 0。在完成对于柔 求断路装置断开，阻止故障范围继续增加 ［12］ 。利
性直流配电线路的故障发生区域的判断后，再通 用故障电压的趋势特征，设计相关的故障选极判

过最大值法对故障进行定位。当故障电流在电容 据，实现柔性直流配电线路的保护。
完全放电后达到最大值时，测量得到端口的非同
2 试验测试与分析
步最大电流值和电压值，按照该数值进行故障定
位识别。 2.1 搭建试验环境
1.3 柔性直流配电线路保护实现 为了验证本文所提出的柔性直流配电线路保
根据配电线路故障定位识别结果，运用小波 护方法的有效性，设置对比试验来测试其性能。
变换方法提取电流能量，通过进行个体定位从而 运用 PSCAD 搭建试验所用环境，建立一个环状

实现柔性直流配电线路的保护整定 ［10］ 。在柔性直 柔性直流配电网，其中包括直流电缆线路 3 条。
流配电线路中，如果保护装置正方向发生短路故 试 验 使 用 的 电 缆 参 考 FG-41D4-200mm 双 层 阻
2
障，故障电流突变量结果大于 0；如果保护装置负 燃铜芯电力绝缘保护套电缆，具体电缆线路参数
方向发生短路故障，则电流突变量小于 0。 如表 1 所示。