基于时间电流特性曲线的船舶电网故障保护参数整定方法与流程

本发明涉及船舶电网，尤其涉及基于时间电流特性曲线的船舶电网故障保护参数整定方法。

背景技术：

1、船舶直流电网因其具有发电机组可变速运行、设备集成度高、便于储能接入等特点，已成为当前的研究的重点。可靠的船舶直流电网选择性保护系统是防止船舶航行过程中因系统过流故障而全船失电的关键。由于直流电网中短路故障发展快、短路电流大并且电网能够承受的短路电流时间短，需采用多种故障保护方案来确保故障电流的快速阻断与故障支路的隔离。多种故障保护方案共存的局面导致船舶直流电网选择性保护分析和保护参数整定困难。

2、船舶直流电网的故障保护方案主要有基于短路特征量与阈值的故障保护方案和反时限过流故障保护方案等。基于短路特征量与阈值的故障保护方案指设定电流阈值触发固态断路器动作的过流保护、差动保护等；反时限过流故障保护方案指熔断器、断路器等。根据短路故障后的特征量、电流等波形，可对以上两类故障保护方案进行选择性分析。然而，波形变化与短路点位置、短路点过渡电阻的阻值相关，仅通过特定的波形难以全面分析故障保护方案的选择性。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供基于时间电流特性曲线的船舶电网故障保护参数整定方法。

2、本发明采用的技术方案是：

3、基于时间电流特性曲线的船舶电网故障保护参数整定方法，其包括以下步骤：

4、步骤1，建立船舶直流电网模型，在故障保护区域中配置短路点并设定电网模型参数和故障保护方案参数初值；

5、步骤2，计算电网保护节点短路电流曲线，并计算电网各个部分故障保护方案的特征量曲线；

6、步骤3，基于各个故障保护方案的短路电流i(n)计算对应的等效电流ieq(n)，进而获取各个故障保护方案的等效时间电流特征曲线；

7、步骤4，校验各故障保护方案特征曲线的相对位置，即在时间电流坐标平面内特征曲线位于上方的故障保护方案的动作时刻晚于特征曲线处于下方的故障保护方案的动作时刻，利用各故障保护方案特征曲线在时间电流坐标平面内位置关系可判断各故障保护方案之间的选择性；

8、步骤5，建立约束条件，并判断当前故障保护方案是否满足选择性保护的约束条件；如果是，则完成选择性保护参数的整定；否则，更新故障保护方案参数并执行步骤3。

9、进一步地，步骤2中记各短路点的过渡电阻为rf(n)，通过电网模型得到各节点的短路电流i(n)和故障保护方案特征量f(n)；则i(n)和f(n)的变化过程与时间t和rf(n)关系表达式如下：

10、

11、其中，f表示i(n)关于t和rf(n)的函数；g表示f(n)关于t和rf(n)的函数；n为过渡电阻取值表中的数据位置且n为正整数。

12、进一步地，步骤3的具体步骤如下：

13、步骤3-1，根据各个故障保护方案的短路电流i(n)计算对应的等效电流ieq(n)，等效电流ieq(n)计算表达式为：

14、

15、步骤3-2，基于故障保护方案的阈值ε获取不同短路故障过渡电阻rf(n)下故障保护方案对应出口时间top(n)，并记录出口时间top(n)此时的等效电流ieq(n)为ieq(n)；

16、步骤3-3，将故障保护方案的特性映射至时间电流坐标平面，映射公式如下所示：

17、(t(n)，f(n))→(top(n)，ε(n))→(ieq(n)，top(n))   (3)；

18、步骤3-4，将点集(ieq(n)，top(n))构成的曲线作为对应短路故障保护方案在阈值ε下的等效时间电流特性曲线。

19、进一步地，步骤4中绘制各个故障保护方案的等效时间电流特性曲线，以对船舶直流电网中故障保护方案的选择性进行可视化分析。

20、进一步地，步骤5中根据电网中各故障保护方案的动作顺序明确等效时间电流特性曲线相对位置并建立约束条件。

21、进一步地，约束条件具体如下：

22、假设各个保护区域发生故障时，仅有发生故障区域对应的故障保护方案执行故障保护动作，其他保护区域的故障保护方案不动作，则第a个保护区域中选择性保护的约束条件可表示为

23、

24、其中，l(a，a，a)(ieq)表示a故障保护方案设定的时间电流特性曲线；l(i，a，a)(ieq)表示a保护区域发生故障且i故障保护方案动作时根据a保护区域的短路电流计算得到的等效时间电流特性曲线；l(j，j，a)(ieq)表示j保护区域发生故障且j故障保护方案动作时根据a保护区域的短路电流计算得到的等效时间电流特性曲线。

25、本发明采用以上技术方案，将各类故障保护方案特性映射至时间电流坐标平面，以刻画短路电流变化的影响。根据各故障保护方案等效时间电流特性曲线在时间电流坐标平面内的相对位置，可通过曲线位置直观的分析各故障保护方案之间的选择性，构建保护参数整定过程的约束条件，形成保护元件选型和保护参数的整定方法。本发明便于船舶直流电网各故障保护方案间的协调配合。

技术特征：

1.基于时间电流特性曲线的船舶电网故障保护参数整定方法，其特征在于：其包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于时间电流特性曲线的船舶电网故障保护参数整定方法，其特征在于：步骤2中记各短路点的过渡电阻为rf(n)，通过电网模型得到各节点的短路电流i(n)和故障保护方案特征量f(n)；则i(n)和f(n)的变化过程与时间t和rf(n)关系表达式如下：

3.根据权利要求1所述的基于时间电流特性曲线的船舶电网故障保护参数整定方法，其特征在于：步骤3的具体步骤如下：

4.根据权利要求1所述的基于时间电流特性曲线的船舶电网故障保护参数整定方法，其特征在于：步骤4中绘制各个故障保护方案的等效时间电流特性曲线，以对船舶直流电网中故障保护方案的选择性进行可视化分析。

5.根据权利要求1所述的基于时间电流特性曲线的船舶电网故障保护参数整定方法，其特征在于：步骤5中根据电网中各故障保护方案的动作顺序明确等效时间电流特性曲线相对位置并建立约束条件。

6.根据权利要求1或5所述的基于时间电流特性曲线的船舶电网故障保护参数整定方法，其特征在于：约束条件具体如下：

技术总结
本发明公开基于时间电流特性曲线的船舶电网故障保护参数整定方法，先根据船舶直流电网和故障保护参数初值分析电网各保护区域发生短路故障时的短路特征量与短路电流变化曲线；再根据不同短路点过渡电阻下的短路电流曲线计算等效电流，获得故障保护方案的等效时间电流特性曲线；最后，依据电网各故障保护方案的选择性要求确定等效时间电流特性曲线相对位置，即约束条件；根据约束条件完成船舶直流电网故障保护方案的参数整定。本发明利用等效时间电流特性曲线将不同故障保护方案的保护特性映射至时间电流坐标平面，实现了各故障保护方案之间选择性保护的统一分析及其参数整定。

技术研发人员：唐海波,焦健,孙洪杰,赵晓冬,冼敏元,邹波
受保护的技术使用者：中海油田服务股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15