一種柔性直流配電網(wǎng)絡(luò)線路差動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)及差動(dòng)保護(hù)實(shí)現(xiàn)方法
【專利摘要】一種柔性直流配電網(wǎng)絡(luò)的線路電流差動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)及差動(dòng)保護(hù)實(shí)現(xiàn)方法，由基于FPGA的保護(hù)裝置向數(shù)據(jù)采集器發(fā)送采樣脈沖，為實(shí)現(xiàn)同步采樣和數(shù)據(jù)窗同步，線路雙端保護(hù)裝置分別設(shè)置為參考端和跟隨端，跟隨端首先發(fā)送包括采樣編號(hào)及該采樣相對(duì)應(yīng)時(shí)間的同步請(qǐng)求命令，參考端在收到跟隨端發(fā)來的命令后返回包括參考端的采樣編號(hào)及該采樣相對(duì)應(yīng)的時(shí)間等信息。跟隨端收到參考端的相應(yīng)數(shù)據(jù)報(bào)文后，計(jì)算出通信傳輸延時(shí)和兩側(cè)采樣時(shí)刻偏差，通過補(bǔ)償通信傳輸延時(shí)和二次插值采樣同步方法，實(shí)現(xiàn)跟隨端與參考端的同步采樣。通過計(jì)算直流線路雙端的差動(dòng)電流，判斷是否滿足差動(dòng)電流保護(hù)判據(jù)，實(shí)現(xiàn)直流線路的差動(dòng)保護(hù)，可靠保證區(qū)內(nèi)故障正確動(dòng)作，區(qū)外故障正確不動(dòng)作。
【專利說明】
-種柔性直流配電網(wǎng)絡(luò)線路差動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)及差動(dòng)保護(hù)實(shí)現(xiàn) 方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)繼電保護(hù)和安全控制技術(shù)領(lǐng)域，特別設(shè)及柔性直流配電網(wǎng)絡(luò) 的線路電流差動(dòng)保護(hù)方法的實(shí)現(xiàn)，尤其在柔性直流線路通過兩側(cè)數(shù)據(jù)高速通訊及同步處理 后進(jìn)行電流差動(dòng)保護(hù)中的應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，柔性直流輸電技術(shù)得到了非?？焖俚陌l(fā)展。柔性直流輸電能夠?qū)崿F(xiàn)多電 源供電、多落點(diǎn)受電，無需考慮各個(gè)電源之間的頻率和相位同步問題;并能有效地隔離交流 系統(tǒng)中的各類電壓擾動(dòng)，提高用戶側(cè)的電能質(zhì)量；同時(shí)電壓源換流器本身就是一個(gè)優(yōu)秀的 無功、暫態(tài)電壓跌落和諧波的補(bǔ)償設(shè)備;可W輕松實(shí)現(xiàn)潮流翻轉(zhuǎn)，向電網(wǎng)反送電能等。
[0003] 與此同時(shí)，隨著城市的發(fā)展和用電負(fù)荷的快速增加，對(duì)配電網(wǎng)絡(luò)輸送容量的要求 也日益增加，需要在有限的配電網(wǎng)走廊上輸送更大的容量。在用電密集的城市電網(wǎng)中采用 柔性直流技術(shù)，將可W占用更少的輸電走廊，并可利用它的快速可控性等特點(diǎn)，解決城市供 電中存在的供電困難、成本高W及潮流難W控制等問題，維持城市電網(wǎng)的安全可靠經(jīng)濟(jì)運(yùn) 行。
[0004] 現(xiàn)代配電網(wǎng)中的負(fù)荷情況也在發(fā)生改變，消費(fèi)類電子（如計(jì)算機(jī)、手機(jī)、平板電 腦）、LED、數(shù)據(jù)中屯、和電動(dòng)汽車等所占比例越來越多，越來越多的負(fù)荷需要使用直流供電方 式。
[0005] 此外，與傳統(tǒng)配電網(wǎng)主要成分為用電負(fù)荷運(yùn)一特點(diǎn)不同，隨著可再生能源技術(shù)和 儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展，在現(xiàn)代配電網(wǎng)中將包含越來越多的分布式電源和儲(chǔ)能，同樣需要使用直 流電網(wǎng)方式連接。
[0006] 因此對(duì)柔性直流配電網(wǎng)的應(yīng)用研究顯得尤為重要。其中直流配電網(wǎng)的保護(hù)是直流 配電網(wǎng)安全運(yùn)行的關(guān)鍵問題。直流網(wǎng)絡(luò)主要包括直流線路和直流匯流母線，除了直流雙極 短路故障之外，直流網(wǎng)絡(luò)故障的電氣特性與系統(tǒng)接地方式和拓?fù)溆忻芮嘘P(guān)系，當(dāng)直流系統(tǒng) 中（聯(lián)接變直流側(cè)到直流網(wǎng)絡(luò))采用經(jīng)高阻接地時(shí)，直流網(wǎng)絡(luò)發(fā)生單點(diǎn)接地(最常見的故障） 時(shí)，直流系統(tǒng)的電氣量不會(huì)出現(xiàn)劇烈的變化，甚至變化相當(dāng)微小。而當(dāng)采用金屬性接地方式 發(fā)生接地故障、或是直流系統(tǒng)不接地而發(fā)生某些兩點(diǎn)接地故障時(shí)，電氣量的變化可能相當(dāng) 劇烈。
[0007] 在柔性直流配電網(wǎng)中，通過合理配置直流斷路器，利用其快速切斷故障電流的能 力，直流保護(hù)系統(tǒng)在判明故障后可W快速隔離故障設(shè)備，配合控制系統(tǒng)的控制策略，在一次 設(shè)備的耐受能力范圍之內(nèi)，保證配電網(wǎng)的可用率。
[000引目前在高壓直流線路保護(hù)中，主要應(yīng)用的是過流保護(hù)和行波保護(hù)，運(yùn)對(duì)于直流線 路尚未構(gòu)成直流網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行情況基本能夠滿足要求。而當(dāng)形成直流網(wǎng)絡(luò)時(shí)為了保證保護(hù)動(dòng) 作的選擇性時(shí)，差動(dòng)保護(hù)提供了一個(gè)新的選擇。
[0009]電流差動(dòng)保護(hù)要求參與差動(dòng)電流計(jì)算的各端電流必須是同一時(shí)刻采樣的。線路差 動(dòng)保護(hù)參與計(jì)算的兩側(cè)電流是由線路兩端的電流互感器采集的，由于雙端電流的二次采樣 不是在一個(gè)裝置內(nèi)完成的，因此需要將采樣值進(jìn)行同步處理。
[0010] 相對(duì)常規(guī)直流采用晶閩管器件而言，柔性直流采用了更高頻的電力電子開關(guān)，因 此需要更高頻的采樣速率，目前通常采用50kHz。因此，對(duì)于柔性直流配電網(wǎng)的線路差動(dòng)保 護(hù)而言，數(shù)據(jù)通信和數(shù)據(jù)同步都是迫切需要解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 針對(duì)柔性直流配電網(wǎng)對(duì)線路差動(dòng)保護(hù)功能的需求，W及線路差動(dòng)保護(hù)實(shí)現(xiàn)過程中 高速數(shù)據(jù)通信和數(shù)據(jù)同步實(shí)現(xiàn)所面臨的難題，本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N用于直流配電網(wǎng)的直流線 路電流差動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)及差動(dòng)保護(hù)實(shí)現(xiàn)方法，本申請(qǐng)具有線路兩側(cè)高速采樣同步功能，快速、 準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)柔性直流配電網(wǎng)絡(luò)線路的保護(hù)。
[0012]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本申請(qǐng)采用如下技術(shù)方案：
[0013] -種柔性直流配電網(wǎng)絡(luò)線路差動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)采集裝置和保護(hù)裝置，其特 征在于：
[0014] 所述數(shù)據(jù)采集裝置W及保護(hù)裝置均為兩套且結(jié)構(gòu)相同，分別配置在直流線路的兩 側(cè)；
[0015] 直流線路兩側(cè)的保護(hù)裝置間采用FT3光纖數(shù)據(jù)通信方式，直流線路兩側(cè)數(shù)據(jù)采集 裝置實(shí)現(xiàn)線路兩端電流信號(hào)的同步采集；
[0016] 直流線路兩端的保護(hù)裝置根據(jù)同步采集的電流數(shù)據(jù)，判斷是否滿足差動(dòng)電流保護(hù) 判據(jù)，若滿足判據(jù)條件則將保護(hù)出口命令傳遞給本端的直流斷路器，實(shí)現(xiàn)直流線路的差動(dòng) 保護(hù)。
[0017] 本發(fā)明（即柔性直流配電網(wǎng)絡(luò)線路差動(dòng)保護(hù)系統(tǒng))還進(jìn)一步包括W下優(yōu)選方案：
[0018] 所述數(shù)據(jù)采集裝置包括DC傳感器模塊、數(shù)據(jù)采集模塊，DC傳感器模塊將感測(cè)的直 流線路本端直流電流經(jīng)數(shù)據(jù)采集模塊上傳至本端的保護(hù)裝置;數(shù)據(jù)采集模塊是將DC傳感器 采集的直流電流轉(zhuǎn)換FPGA(現(xiàn)場(chǎng)可編程口陣列)可接收的光信號(hào)。
[0019] 所述保護(hù)裝置包括延時(shí)及偏差計(jì)算模塊、同步插值模塊、差動(dòng)保護(hù)模塊和通信接 收模塊：
[0020] 延時(shí)及偏差計(jì)算模塊接收本端數(shù)據(jù)采集裝置上傳的本端直流電流采樣數(shù)據(jù)W及 通過光纖通信傳輸?shù)膶?duì)端直流采樣數(shù)據(jù)，并根據(jù)兩端保護(hù)裝置之間的通信傳輸延時(shí)對(duì)兩端 采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行延時(shí)補(bǔ)償后傳遞給同步插值模塊；
[0021] 所述同步插值模塊則根據(jù)兩端數(shù)據(jù)采集裝置的采樣時(shí)刻偏差，對(duì)采樣電流數(shù)據(jù)進(jìn) 行采樣插值，并經(jīng)過多次迭代達(dá)到預(yù)定的兩端采樣時(shí)刻允許偏差范圍后，將插值后的兩端 直流電流采樣數(shù)據(jù)上傳至本端的差動(dòng)保護(hù)模塊；
[0022] 所述差動(dòng)保護(hù)模塊則根據(jù)同步插值模塊上傳的兩端直流采樣數(shù)據(jù)，判斷是否滿足 差動(dòng)電流保護(hù)判據(jù)，若滿足判據(jù)條件則跳開本端的直流斷路器，實(shí)現(xiàn)直流線路的差動(dòng)保護(hù)。
[0023] 所述通信接收模塊則是接收線路本端和對(duì)端傳來的光信號(hào)并將其轉(zhuǎn)換為保護(hù)計(jì) 算用的二次電流信號(hào)，W實(shí)現(xiàn)直流線路差動(dòng)保護(hù)的相關(guān)計(jì)算。
[0024] 所述保護(hù)裝置采用現(xiàn)場(chǎng)可編程口陣列FPGA實(shí)現(xiàn)。
[0025] 本申請(qǐng)還同時(shí)公開了一種柔性直流配電網(wǎng)絡(luò)線路差動(dòng)保護(hù)實(shí)現(xiàn)方法，其特征在 于，所述實(shí)現(xiàn)方法包括W下步驟：
[0026] 步驟1:直流線路兩側(cè)分別配備數(shù)據(jù)采集裝置和保護(hù)裝置，直流線路兩側(cè)所配備的 數(shù)據(jù)采集裝置W及保護(hù)裝置結(jié)構(gòu)相同，數(shù)據(jù)采集裝置用于采集直流線路本側(cè)數(shù)據(jù)并上傳給 保護(hù)裝置，直流線路兩側(cè)保護(hù)裝置間采用FT3光纖數(shù)據(jù)通信方式傳輸兩側(cè)數(shù)據(jù);步驟2:實(shí)現(xiàn) 直流線路兩側(cè)數(shù)據(jù)的同步采集；
[0027] 步驟3:直流線路兩端保護(hù)裝置根據(jù)直流線路兩端的同步采集數(shù)據(jù)進(jìn)行差動(dòng)保護(hù) 的邏輯判別，當(dāng)滿足差動(dòng)電流保護(hù)判據(jù)條件時(shí)，則通過光纖將保護(hù)的出口命令傳遞給本端 的直流斷路器，實(shí)現(xiàn)直流線路的差動(dòng)保護(hù)。
[0028] 本發(fā)明（即一種柔性直流配電網(wǎng)絡(luò)線路差動(dòng)保護(hù)實(shí)現(xiàn)方法)優(yōu)選包括W下方案：
[0029] 在步驟2中具體包括W下步驟：
[0030] 步驟2.1，若柔直配電網(wǎng)為雙端系統(tǒng)，預(yù)先將直流線路兩側(cè)保護(hù)裝置中的一側(cè)設(shè)置 成參考端，另一側(cè)設(shè)置為跟隨端;若柔直配電網(wǎng)直流母線內(nèi)包括多條直流線路，可設(shè)定該直 流母線端為參考端，待差動(dòng)保護(hù)的直流線路的另一端為跟隨端;若直流線路處于兩直流母 線之間，則預(yù)先設(shè)定將一側(cè)直流母線設(shè)置成參考端，另一側(cè)直流母線設(shè)置為跟隨端；
[0031] 步驟2.2,跟隨端保護(hù)裝置首先向參考端保護(hù)裝置發(fā)一帖同步請(qǐng)求命令，其中包括 跟隨端采樣數(shù)據(jù)的編號(hào)及該端數(shù)據(jù)采樣所對(duì)應(yīng)的時(shí)刻;參考端保護(hù)裝置在收到跟隨端保護(hù) 裝置發(fā)來的同步請(qǐng)求命令后返回一帖數(shù)據(jù)，其中包參考端的采樣數(shù)據(jù)編號(hào)及該端數(shù)據(jù)采樣 所對(duì)應(yīng)的時(shí)刻；
[0032] 步驟2.3,跟隨端保護(hù)裝置自發(fā)出同步請(qǐng)求命令時(shí)刻起至收到返回?cái)?shù)據(jù)為止，所用 的時(shí)間減去參考端的固有處理時(shí)間Tp,即為直流線路兩端通信傳輸延時(shí)的兩倍即2Td;跟隨 端保護(hù)裝置收到參考端保護(hù)裝置返回的數(shù)據(jù)報(bào)文后，對(duì)比同一采樣數(shù)據(jù)編號(hào)下參考端和跟 隨端的采樣時(shí)刻是否一致，若不一致則該時(shí)間偏差即為直流線路兩側(cè)采樣時(shí)刻偏差A(yù) Ts;
[0033] 步驟2.4,跟隨端保護(hù)裝置首先通過當(dāng)前采樣時(shí)刻減去通信傳輸延時(shí)Td的方法補(bǔ) 償通信的傳輸延時(shí);然后針對(duì)兩端采樣時(shí)刻偏差A(yù) Ts,通過二次插值的方法對(duì)采樣數(shù)據(jù)進(jìn) 行插值，插值取跟隨端與參考端采樣時(shí)刻的中間值，經(jīng)過多次迭代后當(dāng)偏差值達(dá)到事先確 定的允許范圍內(nèi)時(shí)，即認(rèn)為已實(shí)現(xiàn)跟隨端與參考端的采樣同步。
[0034] 在步驟1中，數(shù)據(jù)采集裝置將采樣數(shù)據(jù)通過IEC60044-8標(biāo)準(zhǔn)中定義的FT3鏈路層數(shù) 據(jù)傳輸格式上傳至本側(cè)保護(hù)裝置，并由本側(cè)保護(hù)裝置傳輸給對(duì)側(cè)保護(hù)裝置，數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐?用帖的標(biāo)準(zhǔn)傳輸速度為lOMbit/s，采集裝置和保護(hù)裝置之間的通信格式為FT3格式，采樣數(shù) 據(jù)間隔為20ys，雙端保護(hù)裝置之間的數(shù)據(jù)通信報(bào)文發(fā)送間隔為20ys。
[0035] 本申請(qǐng)具有W下有益的技術(shù)效果：
[0036] 本申請(qǐng)公開的直流線路差動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)及差動(dòng)保護(hù)實(shí)現(xiàn)方法，具有較高的采樣頻 率、直流線路兩端數(shù)據(jù)時(shí)間同步性高，可準(zhǔn)確捕捉線路故障時(shí)的暫態(tài)分量，能夠保證直流線 路區(qū)內(nèi)故障快速可靠動(dòng)作，區(qū)外故障可靠不動(dòng)作。
【附圖說明】
[0037] 圖1為本申請(qǐng)的直流線路差動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0038] 圖2為本直流線路差動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)采樣同步原理示意圖；
[0039] 圖3為采樣時(shí)鐘差異示意圖；
[0040]圖4為本申請(qǐng)的采樣數(shù)據(jù)二次插值同步法示意圖；
[0041 ]圖5為本申請(qǐng)技術(shù)方案應(yīng)用于某IOkV柔性直流配網(wǎng)拓?fù)鋱D；
[0042] 圖6為柔性直流配網(wǎng)中線路故障時(shí)線路兩端的故障電流波形；
[0043] 圖7為本柔性直流配網(wǎng)中線路故障時(shí)差動(dòng)電流波形。
【具體實(shí)施方式】
[0044] 下面根據(jù)說明書附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)說明。圖1所示本發(fā)明的 直流線路差動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，直流線路差動(dòng)系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集裝置和保護(hù)裝置。數(shù)據(jù)采 集裝置W及保護(hù)裝置均為兩套且結(jié)構(gòu)相同，分別配置在直流線路的兩側(cè);直流線路兩側(cè)的 保護(hù)裝置間采用光纖進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，直流線路兩側(cè)數(shù)據(jù)采集裝置實(shí)現(xiàn)線路兩端電流信號(hào)的 同步采集。直流線路兩端的保護(hù)裝置根據(jù)同步采集的電流數(shù)據(jù)，判斷是否滿足差動(dòng)電流保 護(hù)判據(jù)，若滿足判據(jù)條件則將保護(hù)出口命令傳遞給本端的直流斷路器，實(shí)現(xiàn)直流線路的差 動(dòng)保護(hù)。
[0045] 所述數(shù)據(jù)采集裝置包括DC傳感器模塊、數(shù)據(jù)采集模塊，DC傳感器模塊將感測(cè)的直 流線路本端直流電流傳送給數(shù)據(jù)采集模塊，數(shù)據(jù)采集模塊將直流電流轉(zhuǎn)換成光信號(hào)傳輸給 保護(hù)裝置。
[0046] 所述保護(hù)裝置采用現(xiàn)場(chǎng)可編程口陣列FPGA實(shí)現(xiàn)，包括延時(shí)及偏差計(jì)算模塊、同步 插值模塊、差動(dòng)保護(hù)模塊和通信模塊。所述通信模塊接收線路本端和對(duì)端傳來的光信號(hào)并 將其轉(zhuǎn)換為保護(hù)計(jì)算用的直流電流信號(hào)。延時(shí)及偏差計(jì)算模塊接收本端數(shù)據(jù)采集裝置上傳 的本端直流電流采樣數(shù)據(jù)W及通過光纖通信傳輸?shù)膶?duì)端直流采樣數(shù)據(jù)，并根據(jù)兩端保護(hù)裝 置之間的通信傳輸延時(shí)對(duì)兩端采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行延時(shí)補(bǔ)償后傳遞給同步插值模塊。所述同步插 值模塊則根據(jù)兩端數(shù)據(jù)采集裝置的采樣時(shí)刻偏差，對(duì)采樣電流數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣插值，并經(jīng)過 多次迭代達(dá)到預(yù)定的兩端采樣時(shí)刻允許偏差范圍后，將插值后的兩端直流電流采樣數(shù)據(jù)上 傳至本端的差動(dòng)保護(hù)模塊。所述差動(dòng)保護(hù)模塊則根據(jù)同步插值模塊上傳的兩端直流電流采 樣數(shù)據(jù)，判斷是否滿足差動(dòng)電流保護(hù)判據(jù)，若滿足判據(jù)條件則跳開本端的直流斷路器，實(shí)現(xiàn) 直流線路的差動(dòng)保護(hù)。
[0047] 圖2所示為本發(fā)明的數(shù)據(jù)采樣同步原理示意圖，設(shè)定M端為跟隨端、N端為參考端， tml時(shí)刻M端發(fā)送同步指令時(shí)刻N(yùn)端接受到該指令并經(jīng)Tp的處理時(shí)間后，在tn3時(shí)刻返回一 同步指令，M端在4*時(shí)刻受到N端的返回指令。如圖所示Td為直流線路傳輸通信延時(shí)，有：
[004引圖3所示為本發(fā)明采樣時(shí)鐘差異示意圖，Td為直流線路傳輸通信延時(shí)，A Ts為參考 端和跟隨端的采樣時(shí)間偏差，當(dāng)該偏差趨于零時(shí)認(rèn)為直流線路兩端的直流電流采樣信號(hào)同 步。
[0049]圖4所示為本發(fā)明的采樣數(shù)據(jù)二次插值同步法示意圖，通過二次插值的方法進(jìn)行 采樣插值迭代，具體公式為：
[(K)加 ]
(1)
[0051]其中，T為采樣間隔；ti為第i時(shí)刻對(duì)應(yīng)的電流值;利用二次差值法經(jīng)多次迭代后可 使時(shí)間偏差趨于零，即認(rèn)為直流線路兩端的采樣時(shí)間同步。
[0052] 圖5所示為某南方電網(wǎng)IOkv柔性直流配電網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖，下面進(jìn)一步W直流線 路2為例詳細(xì)說明本發(fā)明的技術(shù)方案。
[0053] 步驟一、本實(shí)施例中，在直流線路2的兩端母線處，即#2母線和#3母線處分別分別 配備數(shù)據(jù)采集裝置和保護(hù)裝置。由于柔性直流采用了高頻的電力電子開關(guān)，因此需要更高 頻的采樣速率，目前通常采用50kHz，此時(shí)采樣間隔為20ys。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)直流線路的快速保 護(hù)功能，需要對(duì)該采樣數(shù)據(jù)在直流線路雙端之間進(jìn)行高速通信，報(bào)文發(fā)送間隔同樣采用20y S?；贔PGA的差動(dòng)保護(hù)裝置可實(shí)現(xiàn)雙端數(shù)據(jù)通信的高速接口和快速的保護(hù)相關(guān)計(jì)算。
[0054] 步驟二、實(shí)現(xiàn)直流線路兩端采樣數(shù)據(jù)的同步。為實(shí)現(xiàn)同步采樣和數(shù)據(jù)窗同步，在線 路兩端分別設(shè)置參考端和跟隨端，由差動(dòng)保護(hù)控制位設(shè)置："跟隨端"和"跟參考端"。且必須 一側(cè)設(shè)置為參考端，另一側(cè)設(shè)為跟隨端。
[0055] 步驟2.1，差動(dòng)功能啟動(dòng)前可根據(jù)需要預(yù)先分別設(shè)置成參考方式(參考端)或跟隨 方式(跟隨端）。
[0056] 本實(shí)施例中，對(duì)于直流線路2可將#3母線端差動(dòng)保護(hù)設(shè)備設(shè)置為參考端，#2母線端 差動(dòng)保護(hù)設(shè)備設(shè)置為跟隨端。
[0057] 步驟2.2,為保證兩側(cè)數(shù)據(jù)采樣同步，跟隨端首先發(fā)一帖同步請(qǐng)求命令，其中包括 采樣標(biāo)號(hào)及該采樣相對(duì)應(yīng)的時(shí)間，參考端在收到跟隨端發(fā)來的命令后返回一帖數(shù)據(jù)，其中 包括參考端的采樣標(biāo)號(hào)及該采樣相對(duì)應(yīng)的時(shí)間等信息。
[0058] 本實(shí)施例中，柔性直流配網(wǎng)的兩個(gè)直流換流站啟動(dòng)后#2母線端向#3母線端開始發(fā) 送帶采樣標(biāo)號(hào)和時(shí)間的同步請(qǐng)求，#3母線端收到請(qǐng)求后返回一帖帶采樣標(biāo)號(hào)和時(shí)間的數(shù) 據(jù)。
[0059] 步驟2.3，#2母線端收到#3母線端的相應(yīng)數(shù)據(jù)報(bào)文后，利用圖2、圖3所示的方法計(jì) 算出通信傳輸延時(shí)Td和兩側(cè)采樣時(shí)刻偏差A(yù) Ts。
[0060] 步驟2.4，#2母線端首先通過當(dāng)前采樣時(shí)刻減去通信傳輸延時(shí)Td的方法補(bǔ)償通信 傳輸延時(shí)的影響，然后通過圖4所示的二次插值的方法進(jìn)行采樣插值，其中線路雙端均采用 相同的采樣間隔20ys，通過迭代使兩端采樣時(shí)刻偏差A(yù) Ts小于事先確定的允許范圍內(nèi)時(shí)， 即認(rèn)為已實(shí)現(xiàn)跟隨端與參考端的采樣同步。在本申請(qǐng)實(shí)施例中，事先確定的允許偏差范圍 為 f5]is。
[0061] 步驟=、通過計(jì)算直流線路2雙端的差動(dòng)電流Im、In，判斷是否滿足差動(dòng)電流保護(hù)判 據(jù)，實(shí)現(xiàn)直流線路的差動(dòng)保護(hù)。
[0062] 通過直流線路兩側(cè)的電流互感器采樣線路電流，取母線流向線路的電流為正，采 用如下判據(jù)：
[006；3] |lm_i+In_i|>maX(Ir_set，Kres*Ires) (2)
[0064] 其中1。_1、1。_功1時(shí)刻直流線路兩端正極或負(fù)極的電流;Ir_set為動(dòng)作電流;Kres為制 動(dòng)系數(shù);審喊電流取Ires=max( Im_i，In_i)。
[0065] 本實(shí)施例中，當(dāng)完成步驟二的采樣同步后，開啟差動(dòng)保護(hù)功能，啟動(dòng)差動(dòng)保護(hù)算 法，計(jì)算線路兩側(cè)電流插值。在線路2上設(shè)置接地故障時(shí)，故障開始時(shí)刻1.3s，持續(xù)時(shí)間 1 OOms，直流輸送功率1OMVA;
[0066] 圖6和圖7中是直流線路2故障時(shí)，兩側(cè)電流及差電流波形。其中Im與In是線路2兩端 2#母線流向線路和3#母線流向線路的端電流。從圖中可W看出，直流線路故障期間，線路端 電流波動(dòng)增大，差動(dòng)電流迅速增大到原電流值的3倍W上，差動(dòng)保護(hù)能夠快速、可靠動(dòng)作。當(dāng) 發(fā)生區(qū)外故障時(shí)，通過差動(dòng)電流計(jì)算結(jié)果可靠判斷不動(dòng)作。
[0067] 綜上，通過直流線路差動(dòng)保護(hù)算法，保證區(qū)內(nèi)故障時(shí)可靠動(dòng)作，區(qū)外故障時(shí)可靠不 動(dòng)作。
[0068]
【申請(qǐng)人】結(jié)合說明書附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例做了詳細(xì)的說明與描述，但是本領(lǐng)域技 術(shù)人員應(yīng)該理解，W上實(shí)施例僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案，詳盡的說明只是為了幫助讀者 更好地理解本發(fā)明精神，而并非對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，相反，任何基于本發(fā)明的發(fā)明精 神所作的任何改進(jìn)或修飾都應(yīng)當(dāng)落在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種柔性直流配電網(wǎng)絡(luò)線路差動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)采集裝置和保護(hù)裝置，其特征 在于： 所述數(shù)據(jù)采集裝置以及保護(hù)裝置均為兩套且結(jié)構(gòu)相同，分別配置在直流線路的兩側(cè)； 直流線路兩側(cè)的保護(hù)裝置間采用光纖進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，直流線路兩側(cè)數(shù)據(jù)采集裝置實(shí)現(xiàn) 線路兩端電流信號(hào)的同步采集； 直流線路兩端的保護(hù)裝置根據(jù)同步采集的電流數(shù)據(jù)，判斷是否滿足差動(dòng)電流保護(hù)判 據(jù)，若滿足判據(jù)條件則將保護(hù)出口命令傳遞給本端的直流斷路器，實(shí)現(xiàn)直流線路的差動(dòng)保 護(hù)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性直流配電網(wǎng)絡(luò)線路差動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)，其特征在于： 所述數(shù)據(jù)采集裝置包括DC傳感器模塊、數(shù)據(jù)采集模塊，D C傳感器模塊將感測(cè)的直流線 路本端直流電流傳送給數(shù)據(jù)采集模塊，數(shù)據(jù)采集模塊將直流電流轉(zhuǎn)換成光信號(hào)傳輸給保護(hù) 裝置。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的柔性直流配電網(wǎng)絡(luò)線路差動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)，其特征在于： 所述保護(hù)裝置包括延時(shí)及偏差計(jì)算模塊、同步插值模塊、差動(dòng)保護(hù)模塊和通信模塊； 所述通信模塊接收線路本端和對(duì)端傳來的光信號(hào)并將其轉(zhuǎn)換為保護(hù)計(jì)算用的直流電 流ig號(hào)； 延時(shí)及偏差計(jì)算模塊接收本端數(shù)據(jù)采集裝置上傳的本端直流電流采樣數(shù)據(jù)以及通過 光纖通信傳輸?shù)膶?duì)端直流采樣數(shù)據(jù)，并根據(jù)兩端保護(hù)裝置之間的通信傳輸延時(shí)對(duì)兩端采樣 數(shù)據(jù)進(jìn)行延時(shí)補(bǔ)償后傳遞給同步插值模塊； 所述同步插值模塊則根據(jù)兩端數(shù)據(jù)采集裝置的采樣時(shí)刻偏差，對(duì)采樣電流數(shù)據(jù)進(jìn)行采 樣插值，并經(jīng)過多次迭代達(dá)到預(yù)定的兩端采樣時(shí)刻允許偏差范圍后，將插值后的兩端直流 電流采樣數(shù)據(jù)上傳至本端的差動(dòng)保護(hù)模塊； 所述差動(dòng)保護(hù)模塊則根據(jù)同步插值模塊上傳的兩端直流電流采樣數(shù)據(jù)，判斷是否滿足 差動(dòng)電流保護(hù)判據(jù)，若滿足判據(jù)條件則跳開本端的直流斷路器，實(shí)現(xiàn)直流線路的差動(dòng)保護(hù)。4. 根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的柔性直流配電網(wǎng)絡(luò)線路差動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)，其特征在于： 所述保護(hù)裝置采用現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列FPGA實(shí)現(xiàn)。5. -種柔性直流配電網(wǎng)絡(luò)線路差動(dòng)保護(hù)實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，所述實(shí)現(xiàn)方法包括以 下步驟： 步驟1:直流線路兩側(cè)分別配備數(shù)據(jù)采集裝置和保護(hù)裝置，直流線路兩側(cè)所配備的數(shù)據(jù) 采集裝置以及保護(hù)裝置結(jié)構(gòu)相同，數(shù)據(jù)采集裝置用于采集直流線路本側(cè)數(shù)據(jù)并上傳給保護(hù) 裝置，直流線路兩側(cè)保護(hù)裝置間采用FT3光纖數(shù)據(jù)通信方式傳輸兩側(cè)數(shù)據(jù);步驟2:實(shí)現(xiàn)直流 線路兩側(cè)數(shù)據(jù)的同步采集； 步驟3:直流線路兩端保護(hù)裝置根據(jù)直流線路兩端的同步采集數(shù)據(jù)進(jìn)行差動(dòng)保護(hù)的邏 輯判別，當(dāng)滿足差動(dòng)電流保護(hù)判據(jù)條件時(shí)，則通過光纖將保護(hù)的出口命令傳遞給本端的直 流斷路器，實(shí)現(xiàn)直流線路的差動(dòng)保護(hù)。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的柔性直流配電網(wǎng)絡(luò)線路差動(dòng)保護(hù)實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于:在步 驟2中，具體包括以下內(nèi)容： 步驟2.1，若柔性直流配電網(wǎng)為雙端系統(tǒng)，預(yù)先將直流線路兩側(cè)保護(hù)裝置中的一側(cè)設(shè)置 成參考端，另一側(cè)設(shè)置為跟隨端;若柔性直流配電網(wǎng)直流母線內(nèi)包括多條直流線路，設(shè)定該 直流母線端為參考端，待差動(dòng)保護(hù)的直流線路的另一端為跟隨端;若直流線路處于兩直流 母線之間，則預(yù)先設(shè)定將一側(cè)直流母線設(shè)置成參考端，另一側(cè)直流母線設(shè)置為跟隨端； 步驟2.2,跟隨端保護(hù)裝置首先向參考端保護(hù)裝置發(fā)一幀同步請(qǐng)求命令，其中包括跟隨 端采樣數(shù)據(jù)的編號(hào)及該端數(shù)據(jù)采樣所對(duì)應(yīng)的時(shí)刻;參考端保護(hù)裝置在收到跟隨端保護(hù)裝置 發(fā)來的同步請(qǐng)求命令后返回一幀數(shù)據(jù)，其中包參考端的采樣數(shù)據(jù)編號(hào)及該端數(shù)據(jù)采樣所對(duì) 應(yīng)的時(shí)刻； 步驟2.3,跟隨端保護(hù)裝置自發(fā)出同步請(qǐng)求命令時(shí)刻起至收到返回?cái)?shù)據(jù)為止，所用的時(shí) 間減去參考端的固有處理時(shí)間TP，即為直流線路兩端通信傳輸延時(shí)的兩倍即2Td;跟隨端保 護(hù)裝置收到參考端保護(hù)裝置返回的數(shù)據(jù)報(bào)文后，對(duì)比同一采樣數(shù)據(jù)編號(hào)下參考端和跟隨端 的采樣時(shí)刻是否一致，若不一致則該時(shí)間偏差即為直流線路兩側(cè)采樣時(shí)刻偏差A(yù) Ts; 步驟2.4，跟隨端保護(hù)裝置首先通過當(dāng)前采樣時(shí)刻減去通信傳輸延時(shí)Td的方法補(bǔ)償通信 的傳輸延時(shí);然后針對(duì)兩端采樣時(shí)刻偏差A(yù) Ts，通過二次插值的方法對(duì)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行插值， 插值取跟隨端與參考端采樣時(shí)刻的中間值，經(jīng)過多次迭代后當(dāng)偏差值達(dá)到事先確定的允許 范圍內(nèi)時(shí)，即認(rèn)為已實(shí)現(xiàn)跟隨端與參考端的采樣同步。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的柔性直流配網(wǎng)直流線路差動(dòng)保護(hù)實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于： 數(shù)據(jù)采集裝置將采樣數(shù)據(jù)通過IEC60044-8標(biāo)準(zhǔn)中定義的FT3鏈路層數(shù)據(jù)傳輸格式上傳 至本側(cè)保護(hù)裝置，并由本側(cè)保護(hù)裝置傳輸給對(duì)側(cè)保護(hù)裝置，數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄓ脦臉?biāo)準(zhǔn)傳輸 速度為lOMbit/s，采集裝置和保護(hù)裝置之間的通信格式為FT3格式，采樣數(shù)據(jù)間隔為20ys， 雙端保護(hù)裝置之間的數(shù)據(jù)通信報(bào)文發(fā)送間隔為20ys。
【文檔編號(hào)】H02H7/26GK106099879SQ201610645886
【公開日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年8月9日 公開號(hào)201610645886.4, CN 106099879 A, CN 106099879A, CN 201610645886, CN-A-106099879, CN106099879 A, CN106099879A, CN201610645886, CN201610645886.4
【發(fā)明人】時(shí)伯年, 趙宇明, 孫剛, 司喆, 胡子珩, 劉國(guó)偉, 李樹峰, 李漢明
【申請(qǐng)人】深圳供電局有限公司, 北京四方繼保自動(dòng)化股份有限公司