本發(fā)明屬于海上風(fēng)電直流系統(tǒng)，具體地說(shuō)是一種適用于海上風(fēng)電直流系統(tǒng)的故障保護(hù)方法。

背景技術(shù)：

1、海上風(fēng)電全直流接入使電力系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備種類(lèi)、設(shè)備數(shù)量、運(yùn)行方式等較傳統(tǒng)交流接入方式均發(fā)生很大變化，使得多電壓等級(jí)直流電網(wǎng)的控制與保護(hù)更具復(fù)雜性。直流電網(wǎng)的基本控制要求是控制整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的直流電壓維持穩(wěn)定和直流功率保持平衡，以及防止換流閥、架空線(xiàn)和電纜等設(shè)備上的電流越限。而且，直流電網(wǎng)的響應(yīng)時(shí)間常數(shù)非常小，相比交流電網(wǎng)要小上至少2個(gè)數(shù)量級(jí)，對(duì)于直流電網(wǎng)的控制系統(tǒng)而言是個(gè)嚴(yán)酷的挑戰(zhàn)。由于直流電網(wǎng)是一個(gè)“低慣量”系統(tǒng)，若發(fā)生直流故障將瞬間影響到整個(gè)直流電網(wǎng)，其對(duì)于保護(hù)系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間要求很高，傳統(tǒng)的交流系統(tǒng)保護(hù)方式，如過(guò)電流保護(hù)、距離保護(hù)和差動(dòng)保護(hù)等，均不適宜直接應(yīng)用于直流電網(wǎng)；且直流電網(wǎng)的規(guī)模龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、運(yùn)行方式多樣、設(shè)備數(shù)量眾多，不能簡(jiǎn)單地采用兩端直流輸電系統(tǒng)從交流側(cè)切除整個(gè)直流系統(tǒng)的保護(hù)方法。因此，有必要針對(duì)未來(lái)海上風(fēng)電直流接入情況下的多電壓等級(jí)直流電網(wǎng)保護(hù)進(jìn)行深入研究。

2、由于現(xiàn)有故障檢測(cè)方案通常采用互聯(lián)變換器igbt閉鎖后的故障特征來(lái)判定，其故障特征不顯著，故障檢測(cè)準(zhǔn)確性和速動(dòng)性難以保證，嚴(yán)重影響直流系統(tǒng)的故障診斷。為解決現(xiàn)有故障檢測(cè)方案存在的缺陷，提高故障檢測(cè)的速動(dòng)性和靈敏性，考慮到互聯(lián)變換器igbt閉鎖前的故障特征較為顯著，但其為極短時(shí)間內(nèi)非線(xiàn)性非平穩(wěn)的暫態(tài)信號(hào)，現(xiàn)有時(shí)域和頻域故障檢測(cè)方法均難以進(jìn)行信號(hào)提取與處理。

3、因此，亟需提出針對(duì)igbt閉鎖前的故障檢測(cè)方案及后續(xù)的故障保護(hù)策略。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提供一種適用于海上風(fēng)電直流系統(tǒng)的故障保護(hù)方法，其針對(duì)故障期間igbt閉鎖前暫態(tài)過(guò)程中的故障特征進(jìn)行海上風(fēng)電直流系統(tǒng)故障檢測(cè)應(yīng)用的可行性分析，為防止故障時(shí)導(dǎo)致地系統(tǒng)過(guò)電壓、過(guò)電流現(xiàn)象，快速有效地隔離故障，以避免故障范圍的擴(kuò)大與電氣元件的損壞。

2、為此，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案：一種適用于海上風(fēng)電直流系統(tǒng)的故障保護(hù)方法，其通過(guò)流經(jīng)換流器igbt的故障電流判定igbt所處的狀態(tài)，以時(shí)頻域結(jié)合的希爾伯特-黃變換hht提取igbt未閉鎖前的故障電流作為暫態(tài)信號(hào)，基于希爾伯特-黃頻譜三維圖辨識(shí)不同故障類(lèi)型；

3、當(dāng)檢測(cè)到故障特征出現(xiàn)時(shí)，采用海上風(fēng)電直流系統(tǒng)故障啟動(dòng)判據(jù)、故障識(shí)別判據(jù)以及故障選極判據(jù)進(jìn)行判斷；當(dāng)線(xiàn)路兩端的正負(fù)極電流數(shù)據(jù)都滿(mǎn)足故障啟動(dòng)判據(jù)時(shí)，直流斷路器啟動(dòng)，向?qū)Χ税l(fā)送本端正負(fù)極最值信號(hào)，并接收對(duì)端發(fā)來(lái)信號(hào)；利用故障識(shí)別判據(jù)判定區(qū)內(nèi)外故障，只有區(qū)內(nèi)故障時(shí)才允許發(fā)出跳閘信號(hào)，利用故障選極判據(jù)選出線(xiàn)路的故障極；在三個(gè)判據(jù)都滿(mǎn)足的情況下才啟動(dòng)保護(hù)裝置。

4、本發(fā)明利用igbt閉鎖前的暫態(tài)特征來(lái)診斷故障，便于提高故障檢測(cè)速動(dòng)性與準(zhǔn)確性。

5、進(jìn)一步地，igbt閉鎖條件為流經(jīng)igbt故障電流需超過(guò)igbt額定電流2倍以上；igbt故障時(shí)，igbt由其自身保護(hù)進(jìn)行退飽和工作而導(dǎo)致閉鎖。

6、更進(jìn)一步地，igbt由未閉鎖狀態(tài)到閉鎖狀態(tài)的時(shí)間為20ms以?xún)?nèi)。

7、進(jìn)一步地，根據(jù)各交直流系統(tǒng)模塊電流互感器的電流變化情況，其中故障電流變化情況為故障判據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，以電流方向進(jìn)行各斷路器的信號(hào)指令，采用交/直流匯集側(cè)電流變化方向的方向縱聯(lián)保護(hù)；基于交流斷路器與直流斷路器的配合防止互聯(lián)變換器內(nèi)部故障導(dǎo)致?lián)Q流器本身?yè)p壞，實(shí)現(xiàn)故障隔離。

8、進(jìn)一步地，所述的故障類(lèi)型為交流側(cè)單相接地故障、直流側(cè)單極接地故障以及直流側(cè)極間短路故障。

9、進(jìn)一步地，海上風(fēng)電直流系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，以故障電流、直流側(cè)電流和交流側(cè)相電流作為原始信號(hào)i(t)，提取?i(t)的若干個(gè)igbt未閉鎖暫態(tài)數(shù)據(jù)點(diǎn)作為emd輸入信號(hào)x(t)，防止互聯(lián)變換器過(guò)早進(jìn)入igbt閉鎖狀態(tài)時(shí)的故障特性，影響故障診斷的準(zhǔn)確性及速動(dòng)性，輸入信號(hào)x(t)為非線(xiàn)性非平穩(wěn)信號(hào)，不一定滿(mǎn)足imf標(biāo)準(zhǔn)要求，x(t)經(jīng)emd處理后的最優(yōu)imf作為希爾伯特變換ht的時(shí)域信號(hào)x(t)，最優(yōu)imf判斷依據(jù)由相鄰兩個(gè)imf的標(biāo)準(zhǔn)差為基準(zhǔn)，取0.2-0.3之間；最后，由ht獲得各故障測(cè)量點(diǎn)的瞬時(shí)頻率和hht頻譜及能量；不同故障情況發(fā)生時(shí)，各暫態(tài)電流變化情況也不相同，導(dǎo)致最優(yōu)imf以及各ht譜現(xiàn)象均不相同，利用各頻譜以及能量幅值診斷不同故障類(lèi)型。

10、在直流系統(tǒng)快速方向縱聯(lián)保護(hù)策略中，當(dāng)進(jìn)行直流系統(tǒng)故障診斷時(shí)，可通過(guò)對(duì)比設(shè)定的正常工況下頻率能量幅值來(lái)判斷故障是否發(fā)生。通過(guò)實(shí)時(shí)采集直流線(xiàn)路兩端斷路器的正負(fù)極電流進(jìn)行hht處理，診斷故障是否發(fā)生以hht正常工況下的頻譜作為故障啟動(dòng)判據(jù)準(zhǔn)則。由于hht檢測(cè)提取的故障暫態(tài)信號(hào)為igbt未閉鎖前時(shí)間段，可保證故障隔離與保護(hù)的速動(dòng)性以及降低故障對(duì)系統(tǒng)的破壞，從而降低了成本，實(shí)現(xiàn)了直流微電網(wǎng)系統(tǒng)故障保護(hù)的設(shè)計(jì)理念。

11、本發(fā)明利用實(shí)時(shí)采集直流線(xiàn)路兩端的正負(fù)極線(xiàn)路電流數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析，設(shè)定由母線(xiàn)流向線(xiàn)路為正方向。比較直流線(xiàn)路兩端電流的異同，來(lái)判斷區(qū)內(nèi)外故障以及故障類(lèi)型，選擇不同的故障極，再通過(guò)指令使直流斷路器進(jìn)行相應(yīng)動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)直流微電網(wǎng)系統(tǒng)故障的快速保護(hù)。

12、進(jìn)一步地，當(dāng)發(fā)生區(qū)外故障時(shí)，線(xiàn)路兩端保護(hù)裝置均檢測(cè)到的故障極電流都增大，但線(xiàn)路兩端正極電流增大方向相反，負(fù)極電流方向增大也相反；而當(dāng)發(fā)生區(qū)內(nèi)故障時(shí)，線(xiàn)路兩端保護(hù)裝置也檢測(cè)到故障極電流都增大，但兩端電流增大的方向相同，由于未能確定準(zhǔn)確的故障類(lèi)型，線(xiàn)路兩端任意一極電流增大方向相同即可判斷是區(qū)內(nèi)故障。區(qū)內(nèi)故障為正極接地短路故障時(shí)，線(xiàn)路兩端正極電流方向相同，負(fù)極電流方向相反；負(fù)極接地短路故障時(shí)，線(xiàn)路兩端正極電流方向相反，負(fù)極電流方向相通；雙極接地短路故障時(shí)，線(xiàn)路兩端正極電流方向相同，負(fù)極電流方向相同。

13、進(jìn)一步地，方向縱聯(lián)保護(hù)通過(guò)電流變化方向識(shí)別故障，判據(jù)如下：

14、

15、式中，表示m端正極電流；表示n端正極電流；表示m端負(fù)極電流；表示n端負(fù)極電流。

16、進(jìn)一步地，采用的故障隔離方案為：發(fā)生故障后，換流器中igbt迅速閉鎖，同時(shí)所有交流斷路器斷開(kāi)，切除交流系統(tǒng)向直流系統(tǒng)的供電；失去供電的直流系統(tǒng)故障電流逐漸衰減，當(dāng)故障電流衰減到0后，直流電網(wǎng)中故障線(xiàn)路上隔離開(kāi)關(guān)動(dòng)作，切除故障線(xiàn)路。

17、進(jìn)一步地，當(dāng)用于檢測(cè)希爾伯特-黃變換信號(hào)及動(dòng)作的四個(gè)直流斷路器電流 imp inp>0和 imn inn>0時(shí)，則發(fā)生直流側(cè)雙極短路故障，所有的直流斷路器均需動(dòng)作進(jìn)行故障的隔離；當(dāng) imp inp>0和 imn inn<0時(shí)，則發(fā)生直流側(cè)正極短路故障， imp流經(jīng)的直流斷路器和 inp流經(jīng)的直流斷路器需動(dòng)作進(jìn)行故障隔離；當(dāng) imp inp<0和 imn inn>0時(shí)，則發(fā)生直流側(cè)負(fù)極短路故障， imn流經(jīng)的直流斷路器和 inn流經(jīng)的直流斷路器需動(dòng)作進(jìn)行故障隔離。

18、本發(fā)明具有的有益效果如下：本發(fā)明采用多重檢測(cè)策略，實(shí)現(xiàn)對(duì)電力系統(tǒng)的故障進(jìn)行多角度、多維度的全面檢測(cè)和判斷，從而提高保護(hù)的可靠性和準(zhǔn)確性；同時(shí)，利用智能控制器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)狀態(tài)，根據(jù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制，避免系統(tǒng)出現(xiàn)過(guò)電壓、過(guò)電流等現(xiàn)象，提高保護(hù)的精度和穩(wěn)定性。此外，采用反饋控制技術(shù)，及時(shí)調(diào)節(jié)保護(hù)裝置的參數(shù)和動(dòng)作時(shí)間，提高保護(hù)的準(zhǔn)確性和靈活性。