2021年第5期2021 No.5
电力系统装备
Electric Power System Equipment 的电能需要通过直流-交流和交流-直流的方式连到交流电网，然而光伏电池发出的直流电若连上了直流网，则能够忽略交流-直流的环节，减少它的换流的损失，反之则需通过直流-交流环节接入交流网；大家使用手机、电脑的频率大大增加，导致用电形式有了极大的变化，这样使得直接由直流电驱动的压力越来越多。而柔性的直流配网供电方式可以极大地缩减直流-交流环节，而且能够将换流的损失极大缩小。1 配网故障与保护配置现状 1.1 直流配网保护分区及主要故障
柔性直流配电网最普遍的故障发生地分别是直流线路区、 换流器区以及换流变压器。继电保护技术同样是国内外学者与专家一直研究的热点。本文结合直流配电的示范项目来研究直流配电网中如何才能保护配置以及线路故障如何定位的方法，并且结合了模块化多电平换流器与网络的故障特点，得出如何保护分区的划分方法以及如何保护分区的配置方案。单极接地故障是简单的直流系统中最常见的故障，造成这样结果的主要原因是由于绝缘老化，树木接触或者雷电引起的。不会造成持续的过电流，因为其传播速度快，影响大，所以是直流配电保护技术发展创新过程中的难点。换变器在直流工程中起着关键作用，是整流、逆变的枢纽作用，并且是最重要的组件之一。阀桥产生的故障形式和机理非常复杂，因为它接线方式很复杂，而且它的换相特性也导致出现这个问题。换流器和主接线回路故障是指的区内故障，而每个接线地方的短路、接线地方对地的短路是指主接线回路短路的故障。区外故障保护不动作以及区内故障、保护动作是换流器的保护原则。换流变压器连接在交流母线和换流器中间，它是直流工程的重要核心部分，换流变压器和其他常规的电力变压器的不同之处在于短路时的谐波非常高而且阻抗大，直流有严重的偏磁，会频繁地发生载调压分接头动作。 1.2 保护配置现状
低压过电流保护和电流差动保护通常配置为线路双极性故障，不平衡保护直流电压是为了保护直流线路接地不发生意外故障。依据目前保护配置的情况，主要是配置阀组短路保护，检查每个阀的短路、接地故障及换流变阀的相间短路故障来防止由于短路引起的阀过应力。交流电网干扰和其他异常换相
条件引起的换相故障能够被换相失败保护功能检测出来。谐波保护组首先通过检测线路中的谐波含量来实现故障检测和保护，可保护阀短路，为防止电流过大，烧毁换流器，现在大部分的工程主要配直流或交流过流保护。在已有的文献中已经指出，一种类型保护可以保护不同类型的故障，并且针对某种类型的故障的保护也可以通过多种保护类型来一起完成。换流器直流侧高压地方的电流值、换流变阀侧电流的差值以及中性端电流的差值都可以说是差动类保护来区分不同类型的故障。在换流器区保护中，根据不同的实际情况，需要选择部分保护配合，来做好基本的后备保障。2 保护方案设计
2.1 保护配置
把做好的保护措施都装在电压直流线路的两侧，（m 是代表号码，指的是被保护的线路，n 为与线路相连的母线号码，是第m 条线路在母线n 侧的保护）。每个保护系统除了由直流断路器和电流互感器构成，还包括电压互感器与通信设备。通信设备将在该侧上电气量和断路器开关状态传递给决策单位，其中1代表断路器的闭合，0代表断路器的断开。每个保护同时测得的电压信号和电流信号，再上传到决策单元，保护计算通过决策单元使用每个母线处的电压量和每个保护
装置处的电流量来实施执行，以判断是否需要发送跳闸信号。
2.2 根据Hausdorff 距离的保护设计
发电机冷却器Hausdorff 距离定义了两点集之间的距离，其中A 点集中
微波烘箱磁悬浮支架图片的每个点a i ，计算这个点与距离这个点最近的B 集合中点b j 之间的欧式距离，将距离进行排序，然后用最大值作为从集合A 到集合B 的Hausdorff 单向距离，它表述2个点集之间相似度的一种量度。表达式中的||.||代表2个电间的欧式距离，见下式：
Hausdorff 单向距离中集合B 到集合A 如下式所示：另外从点集A 到点集B 与点集B 到A 的2点间Hausdorff 单向距离最大值为Hausdorff 距离值，如下式所示：
对于时域波形，可以随时得到Hausdorff 距离值的相似判断两点集的最大不相似程度。对于任意的一条线路i ，它均符合公式所示的区内模型，无论线路中是否发生区域故障，因此，该线路的实测零模式差动电流与通过以下公式计算的线路0模式差动电流i di0in 更为相似，它的H 距离H （i di0，i di0in ）较小；同样，当线路上发生区外故障的时候，它符合区外模型，因此测得的线路零模式差动电流与计算出的线路0模式更为相似差分电流i di0out ，其H 距离H （i di0，i di0out ）较小。因此，区分区内、外故障只要是利用H （i di0，i di0in ）和H （i di0，i di0out ）的比值。当线路发生故障之后，第一步先获取采样值信息，然后再同步采样值数据并修正；然后分别使用校正后的线路测
得的0模电压计算线路的差分电流i di0in 和i di0out ；
然后分别计算测得的差动电流i di0与计算出的差动电流i di0in 和i di0ou t 之间的Hausdorff 距离。最后，使用以下公式来区分区内故障和区外故障：
区内故障：H （i di0，i di0in ）/H （i di0，i di0out ）＜1区外故障；H （i di0，i di0in ）/H （i di0，i di0out ）＞1
2.3 保护算法
考虑1ms 的通讯延误以及50s 固态直流断路器的动作时间，相当于启动后2.1ms 内故障隔离。采样频率是50kHz ，在不同的数据窗长为1ms 的数据窗里面取得保护计算的50个点。假设保护从故障开始直到完全被隔离所用时间t total 。其中，t det 则包括不平衡电压达到定值的时间、通信延时t delay 、数据窗长时间t c 故障确认时间t con ，t total 包含了故障检测时间t det 和故障隔离时间t iso ，其中故障隔离时间t iso 是直流断路器动作时间。如果连续三次判据成立，就判定为有故障，故障确认时间40 μs 。3 结束语
目前，传统保护原则的研究已接近饱和。由于现在配网架构变得更加复杂，对保护和控制功能的高要求使其难以协调保护设置。伴随着配电物联网、移动通信技术以及新一代人工智能新技术越来越成为主流，导致直流配电网络的继电保护技术存在了巨大挑战。本文根据最基本的MMC 的柔性直流配电网，给出直流配电结合电网的一套方案，是关于保护分区与保护配置的。将来，配电网发展将变得越来越复杂且多变，用户的需求也将随之增加，对可靠电源供给和电能质量的需求将继续增加。
参考文献
[1] 韩永霞，冯帅松，高毓，等.柔性直流配电系统过电流及过电压防护研究综述[J].广东电力，2020，33（12）：81-89.
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