基于分类相似分析的单端MMC直流配电网单极接地保护方法与流程

基于分类相似分析的单端mmc直流配电网单极接地保护方法
技术领域
1.本发明属于电力系统继电保护领域，具体涉及到一种基于分类相似分析的单端mmc直流配电网单极接地保护方法。


背景技术：

2.直流配电网直流侧采样经箝位电阻接地方式时，具有发生单极接地故障时故障电流小、极间电压基本维持不变特点，因此，在直流配电网中应用较为广泛；直流配电网尤其是交流测不接地配电网，当发生单极接地故障时，故障特征不明显，且故障点电阻变化范围较大，使得单极接地故障保护一直是继电保护的一个难点。由于直流配电网发生单极接地故障时故障特征比较复杂，故障类型多，其故障分量相对而言又非常小，因此严重影响了单极接地故障保护的准确性。
3.但目前直流配电网保护仍处于理论研究阶段，直流保护设备的不完善等因素都对直流配电网保护造成了巨大的制约与挑战；所以研究满足准确性的直流配电网单极接地保护方法是构建直流配电网亟需解决的技术难题。


技术实现要素：

4.为了解决上述背景技术提出的技术问题，本发明提供了一种基于分类相似分析的单端mmc直流配电网单极接地保护方法，能够根据直流配电网发生单极接地故障时各区间电容电流相似性的故障特征准确实现单极接地故障的保护，并根据要求进行报警或跳闸。
5.为了实现上述技术目的，本发明的技术方案为：
6.一种基于分类相似性分析的单端mmc直流配电网单极接地保护方法，包括如下步骤：
7.s1.对单端直流配电网的各馈线进行编号；
8.s2.根据母线与线路流向规定电流方向；
9.s3.通过监测直流配电网正常运行时，各线路电流的方向，判断互感器的安装是否正确；
10.s4.确定各电流互感器的变比n；
11.s5.同步采样正、负极对地电压、极间电压和各馈线的正、负极电流；
12.s6.通过正、负极对地电压变化量的大小确定是否发生单极接地故障；
13.s7.当发生单极接地故障时，通过正、负极对地电压的大小判断出故障极；
14.s8.通过故障极电压的变化特性，确定电流判据的数据长度n；
15.s9.利用各馈线正、负极电流采样值，分别计算各馈线正、负极电流的相似性系数pi；当所有只有一个pi为负时，该馈线即为故障馈线，故障选线结束，执行相关保护功能；否则继续进行步骤(10)；
16.s10.利用各馈线故障极电流采样值，计算各馈线基于故障极电流与其它所有馈线故障极电流的互相似性系数之和p
∑i
；当只有一个p
∑i
为负时，则该馈线即为故障馈线，故障
选线结束，执行相关保护功能；否则进行步骤(11)；
17.s11.利用各馈线正、负极电流采样值，计算各馈线基于正、负极电流采样值和与其它所有馈线正、负极电流采样值和的互相似性系数之和p
′
∑i
；从所有中找出最小值p
′
∑i
·
min
，则p
′
∑i
·
min
所对应的馈线即为故障馈线，故障选线结束，执行相关保护功能。
18.优选的，规定电流由母线流向线路为正，由线路流向母线为负。
19.优选的，步骤s9中，利用各馈线正、负极电流采样值，根据式(3)分别计算各馈线正、负极电流的相似性系数pi；当所有只有一个pi为负时，该馈线即为故障馈线，故障选线结束，执行相关保护功能；否则继续进行步骤(10)；
[0020][0021]
其中：i
i+
(k)、i
i-(k)分别为第i条馈线正、负极电流的第k个采样值。
[0022]
优选的，步骤s10中，利用各馈线故障极电流采样值，根据式(4)计算各馈线基于故障极电流与其它所有馈线故障极电流的互相似性系数之和p
∑i
；当只有一个p
∑i
为负时，则该馈线即为故障馈线，故障选线结束，执行相关保护功能；否则进行步骤(11)；
[0023][0024]
其中：pi·s为第i与第s条馈线的故障极电流的互相关性系数；ii·g(k)为第i馈线的故障极电流的第k个采样值；ni、ns分别为第i条馈线和第s条馈线的电流互感器的变比。
[0025]
优选的，步骤s11中：利用各馈线正、负极电流采样值，根据式(5)计算各馈线基于正、负极电流采样值和与其它所有馈线正、负极电流采样值和的互相似性系数之和p
′
∑i
；从所有中找出最小值p
′
∑i
·
min
，则p
′
∑i
·
min
所对应的馈线即为故障馈线，故障选线结束，执行相关保护功能；
[0026][0027]
其中：其中：p
′i·s为第i与第s条馈线的正负极电流和的互相关性系数；ii·
p
(k)为第i馈线的正极电流的第k个采样值，ii·n(k)为第i馈线的负极电流的第k个采样值。
[0028]
本发明的有益效果：本发明是一种利用单端mmc直流配电网直流侧发生单极接地故障时馈线正、负极电流的相似性，各馈线间故障极电流相似性，各馈线间正负极电流之和相似性特性而实现的单极接地故障保护新方法。本发明可有效解决单端mmc直流配电网单
极接地故障保护的问题。并且本发明具有计算简单、抗干扰能力强、准确性高、易实现的特点。本发明适用广泛，经验证改变故障点的位置、电网参数等不会影响到本发明保护的准确性。本发明能够准确实现单极接地保护，有效减少停电范围，提高直流配电网运行的安全性和可靠性。
附图说明
[0029]
图1是本发明的流程图；
[0030]
图2是单端mmc直流配电网结构示意图；
[0031]
图3是馈线l2上发生正极接地故障示意图；
[0032]
图4是馈线l2发生正极接地故障时正、负极电压波形图；
[0033]
图5是馈线l2发生正极接地故障时l1线路正、负极电流波形图；
[0034]
图6是馈线l2发生正极接地故障时l2线路正、负极电流波形图；
[0035]
图7是馈线l2发生正极接地故障时l3线路正、负极电流波形图；
[0036]
图8是馈线l2发生正极接地故障时l4线路正、负极电流波形。
具体实施方式
[0037]
为了进一步的说明本发明的技术细节及其优点，下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
[0038]
如图1到8所示，一种基于分类相似性分析的单端mmc直流配电网单极接地保护方法，包括以下步骤：
[0039]
s1对单端直流配电网的各馈线进行编号；
[0040]
s2规定电流方向由母线流向线路为正，由线路流向母线为负。
[0041]
s3通过监测直流配电网正常运行时，各线路电流的方向，判断互感器的安装是否正确；
[0042]
s4确定各电流互感器的变比n；
[0043]
s5同步采样正、负极对地电压、极间电压和各馈线的正、负极电流；
[0044]
s6通过正、负极对地电压变化量的大小确定是否发生单极接地故障；
[0045]
当正极或负极对地电压中任意值小于其额定对地电压的80％，且极间电压大于额定极间电压80％时，即判断为发生了单极接地故障；如式(1)所示：
[0046][0047]
其中：u
p
、un、u
pn
、u
pn
·e分别为正极对地电压、负极对地电压、极间电压、极间电压额定值；
[0048]
s7当发生单极接地故障时，通过正、负极对地电压的大小判断出故障极；当满足当u
p
≥|un|时判断为负极发生单极接地故障；否则判断为正极发生单极接地故障。
[0049]
s8通过故障极电压的变化特性，确定电流判据的数据长度n；
[0050]
从t＝1开始按照式(2)进行计算,当满足(2)时停止计算，此时t的值即为数据窗的长度n。
[0051][0052]
其中：t为5ms采样点的数量。
[0053]
ug(t)为故障极对地电压的第t个采样点的值；
[0054]
s9利用各馈线正、负极电流采样值，根据式(3)分别计算各馈线正、负极电流的相似性系数pi；当所有只有一个pi为负时，该馈线即为故障馈线，故障选线结束，执行相关保护功能；否则继续进行步骤(10)；
[0055][0056]
其中：i
i+
(k)、i
i-(k)分别为第i条馈线正、负极电流的第k个采样值；
[0057]
s10利用各馈线故障极电流采样值，根据式(4)计算各馈线基于故障极电流与其它所有馈线故障极电流的互相似性系数之和p
∑i
；当只有一个p
∑i
为负时，则该馈线即为故障馈线，故障选线结束，执行相关保护功能；否则进行步骤(11)；
[0058][0059]
其中：pi·s为第i与第s条馈线的故障极电流的互相关性系数；ii·g(k)为第i馈线的故障极电流的第k个采样值；ni、ns分别为第i条馈线和第s条馈线的电流互感器的变比，m为该配电网所有馈线的总数；
[0060]
s11利用各馈线正、负极电流采样值，根据式(5)计算各馈线基于正、负极电流采样值和与其它所有馈线正、负极电流采样值和的互相似性系数之和p
′
∑i
；从所有中找出最小值p
′
∑i
·
min
，则p
′
∑i
·
min
所对应的馈线即为故障馈线，故障选线结束，执行相关保护功能。
[0061][0062]
其中：其中：p
′i·s为第i与第s条馈线的正负极电流和的互相关性系数；ii·
p
(k)为第i馈线的正极电流的第k个采样值，ii·n(k)为第i馈线的负极电流的第k个采样值；
[0063]
如图2所示的单端mmc直流配电网结构图中，交流侧采用中性点不接地方式，直流侧额定电压为
±
10kv；采样频率为24khz；该电网共有4条馈线l1～l4，长度分别为8km、5km、
3km，6km其电流互感器变比分别为200/5、200/5、150/5、100/5。正极或负极对地电压下降超过额定对地电压的20％时，认为发生了单极接地故障。
[0064]
如图3所示，当在馈线l2的正极发生单极接地故障时，各馈线正负极电波形如图4到8所示；其相关性系数如表1所示。由于只有p2为负值，因此可以通过步骤(9)准确的选择出故障线路。
[0065]
表1分类相似性系数计算结论
[0066]
名称p1p2p3p4p
∑1
p
∑2
p
∑3
p
∑4
p
′
∑1
p
′
∑2
p
′
∑3
p
′
∑4
判据0.87-0.950.870.920.96-2.741.020.940.88-2.980.971.06
[0067]
当分别对各馈线正负极电流采样信号附加50％的幅值和相位的随机干扰信号后，其各计算值分别如表2所示。由于p1、p2都为负，因此无法按照步骤(9)来判断故障线路。p
∑1
、p
∑2
也全部为负，因此无法按照步骤s10判断出故障线路，p
′
∑
中只有p
′
∑2
为负，因此步骤s10判断出l2为故障线路，同时改变干扰信号仍然可以准确判断出故障线路。
[0068]
表2附加干扰后分类相似性系数计算结论
[0069]
名称p1p2p3p4p
∑1
p
∑2
p
∑3
p
∑4
p
′
∑1
p
′
∑2
p
′
∑3
p
′
∑4
判据-0.11-0.570.640.58-0.71-1.890.930.780.69-2.061.171.10