基于频带测量阻抗的特高压直流线路故障判别方法技术

一种基于频带测量阻抗的特高压直流线路故障判别方法，首先对直流线路两侧的电压和电流进行采样，获取特定频带下的电压与电流，而后计算两侧频带测量阻抗及其突变量，将突变量与设定的故障判别门槛值比较来判别线路故障，本发明专利技术采用频带电压与电流之比，即频带测量阻抗作为故障判据，区内故障时的频带测量阻抗由系统参数和拓扑决定，理论上不受暂态电压、电流幅值的影响，可以克服传统暂态谐波保护易受过渡电阻及线路衰减影响，对线路阻抗参数、线路长度、平波电抗器等参数的改变不敏感。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及的是一种电力系统故障诊断领域的技术，具体是一种基于频带测量阻抗的特高压直流线路故障判别方法。
技术介绍
特高压直流输电线路常作为大区域联网的联络线，直流线路一般较长，跨区域广，在恶劣环境下运行，发生故障的概率较高，其故障判别的可靠性低。目前，高压直流输电线路主保护配置有行波保护与微分欠压保护，其中微分欠压保护兼做行波保护的后备保护。后备保护配置电流差动保护，部分工程也同时配备低电压保护。然而行波保护与微分欠压保护存在抗过渡电阻能力低、灵敏度低等问题。传统的电流差动保护没有考虑分布电容电流的影响，仅简单的采用两端电流之和作为故障判据，为避免因区外故障引起的电流波动而误动，电流差动保护动作延时较长，难以起到直流线路后备保护的作用。基于暂态量的故障判别方法是一类利用故障暂态其间产生的交流分量进行故障识别的方法，然而，长直流线路对于暂态量的衰减作用十分明显，且暂态分量易受过渡电阻的影响。经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN102522733A，公开日为2012年06月27日，公开了一种识别高压直流输电线路区内、外故障的单端电气量全线速动保护方法，其利用单端直流滤波器支路中特定频率分量的幅值实现区内故障、区外故障的判别，主要用于电力系统中直流输电线路的单端量全线速动保护。但该技术的特定频率分量的幅值易受故障过渡电阻和直流线路衰减作用的影响，应用于特高直流系统时，对于高阻故障和线路末端故障的判别，将失去选择性。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术存在的上述不足，提出一种基于频带测量阻抗的特高压直流线路故障判别方法。本专利技术是通过以下技术方案实现的：本专利技术首先对直流线路两侧的电压和电流进行采样，获取特定频带下的电压与电流，而后计算两侧频带测量阻抗及其突变量，将突变量与设定的故障判别门槛值比较来判别线路故障。所述的频带测量阻抗为任一侧的特定频带下的电压与电流之比。所述的频带测量阻抗其中：ZTM和ZTN分别为直流线路两侧频带测量阻抗，M、N分别表示作为直流线路两侧的整流侧与逆变侧，UM(k)、IM(k)、UN(k)、IN(k)分别为特定频带下的电压、电流，NT为时间窗口采样点数NT＝Fs*T，T是时间窗口，Fs是采样频率。所述的特定频带范围为400～2000Hz。所述的整流侧的突变量ΔZTM＝ZTM-ZTM0，逆流侧的突变量ΔZTN＝ZTN-ZTN0，其中：ZTM0为整流侧的正常运行时的频带测量阻抗，ZTN0为逆流侧的正常运行时的频带测量阻抗。所述的突变量ΔZTM＜ZMset且ΔZTN＜ZNset时，判定直流线路内发生故障，ZMset和ZNset分别为整流侧和逆变侧的故障判别门槛值。所述的故障判别门槛值ZMset＝-0.1ZTM0，ZNset＝-0.1ZTN0。技术效果与现有技术相比，本专利技术不易受到信号噪声和功率波动的干扰，计算简单，降低了硬件成本，易于工程实现，能够有效克服过渡电阻以及线路衰减的影响，不受暂态电压和电流幅值影响。附图说明图1为特高压直流输电系统结构示意图；图2为直流滤波器结构示意图：图中：(a)为12/24双调谐滤波器；(b)为12/24/26三调谐滤波器；图3为实施例1的方法流程示意图；图4为根据频带测量阻抗判别直流线路故障的仿真图：图中：(a)为正极线路两侧测量电压图；(b)为正极线路两侧测量电流图；(c)为正极线路两侧频带电压分量图；(d)为正极线路两侧频带电流分量图；(e)为计算的正极线路两侧频带测量阻抗突变量图；图5为根据频带测量阻抗判别区外故障的仿真图：图中：(a)为正极线路两侧测量电压图；(b)为正极线路两侧测量电流图；(c)为正极线路两侧频带电压分量图；(d)为正极线路两侧频带电流分量图；(e)为计算的正极线路两侧频带测量阻抗突变量图；图6为根据频带测量阻抗判别直流线路高阻接地故障的仿真图：图中：(a)为正极线路两侧测量电压图；(b)为正极线路两侧测量电流图；(c)为计算的正极线路两侧频带测量阻抗突变量图；图7为根据频带测量阻抗判别正极线路沿线经不同过渡电阻接地故障的仿真图：图中：(a)为正极线路整流侧频带测量阻抗的突变量图；(b)为正极线路逆变侧频带测量阻抗图。具体实施方式下面对本专利技术的实施例作详细说明，本实施例在以本专利技术技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。实施例1如图1所示，M、N分别为直流线路两端电压及电流的测量点，A、B、C、D分别表示直流线路区外故障点位置，其中A、B位于换流器与平波电抗器的连接线处，C、D位于整流侧与逆变侧的交流换流母线处，F表示直流线路故障点位置。图1中虚线框内为直流滤波器示意图，如图2所示，对于特高压直流输电系统而言，一般配置12/24双调谐滤波器和12/24/36三调谐滤波器。所述的直流输电系统故障时，在故障暂态期间，故障点可视为暂态谐波源。暂态谐波源位于直流线路故障点处，暂态谐波电流由故障点流向线路两侧，直流滤波器对于其调谐点附近的频带电流呈现较低的阻抗特性，则该频带的电压分量与电流分量之比，即频带测量阻抗，数值较低；而当区外故障时，线路一侧的暂态谐波由线路流向线路端口，而另一侧暂态谐波电流则由线路端口流向直流线路。由于直流线路对暂态交流分量呈现较高的阻抗，因此，直流线路一侧计算的频带测量阻抗数值较低，另一侧计算的频带测量阻抗数值也较低。由此可见，直流线路区内外故障，两侧计算的频带测量阻抗的突变量差异明显，据此可形成故障判据。如图3所示，具体的故障判别方法包括以下步骤：1)对直流线路两侧的电压、电流进行采样，对采样后的电压、电流进行数字带通滤波，获取特定频带下的电压与电流，该特定频带为400～2000Hz。2)利用特定频带下的电压、电流，计算整流侧与逆变侧电压与电流之比，即频带测量阻抗。所述的频带测量阻抗其中：ZTM和ZTN分别为直流线路两侧频带测量阻抗，M、N分别表示作为直流线路两侧的整流侧与逆变侧，UM(k)、IM(k)、UN(k)、IN(k)分别为特定频带下的电压、电流，NT为时间窗口采样点数
NT＝Fs*T，T是时间窗口，Fs是采样频率。3)计算直流线路两侧的特定频带测量阻抗的突变量。所述的整流侧的突变量ΔZTM＝ZTM-ZTM0，逆流侧的突变量ΔZTN＝ZTN-ZTN0，其中：ZTM0为整流侧的正常运行时的频带测量阻抗，ZTN0为逆流侧的正常运行时的频带测量阻抗。4)对直流线路两侧计算的频带测量阻抗的突变量进行逻辑判断。所述的ΔZTM＜ZMset且ΔZTN＜ZNset时，则判定为直流线路区内故障；ΔZTM≥ZMset或ΔZTN≥ZNset，则判定为直流线路区外故障或正常运行状态，式中，ZMset和ZNset为设定的故障判别门槛值。所述的故障判别门槛值ZMset＝-0.1ZTM0，ZNset＝-0.1ZTN0。本实施例中，对图1所示的系统不同位置故障的判别进行仿真验证。由于特高压直流输电系统正负极线路具有对称性，对于直流线路故障的判别，仅给出了正极线路的仿真验证结果。同时，由于整流站与逆变站的结构具有对称性，因此仅给出了整流站交流侧区外故障判别的仿真验证结果，具体如图4至图7所示，其中：图4对直流线路正极线路2000km处金属性故本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于频带测量阻抗的特高压直流线路故障判别方法，其特征在于，首先对直流线路两侧的电压和电流进行采样，获取特定频带下的电压与电流，而后计算两侧频带测量阻抗及其突变量，将突变量与设定的故障判别门槛值比较来判别线路故障；所述的频带测量阻抗为任一侧的特定频带下的电压与电流之比。

【技术特征摘要】
1.一种基于频带测量阻抗的特高压直流线路故障判别方法，其特征在于，首先对直流线路两侧的电压和电流进行采样，获取特定频带下的电压与电流，而后计算两侧频带测量阻抗及其突变量，将突变量与设定的故障判别门槛值比较来判别线路故障；所述的频带测量阻抗为任一侧的特定频带下的电压与电流之比。2.根据权利要求1所述的基于频带测量阻抗的特高压直流线路故障判别方法，其特征是，所述的频带测量阻抗其中：ZTM和ZTN分别为直流线路两侧频带测量阻抗，M、N分别表示作为直流线路两侧的整流侧与逆变侧，UM(k)、IM(k)、UN(k)、IN(k)分别为特定频带下的电压、电流，NT为时间窗口采样点数NT＝Fs*T，T是时间窗口，Fs是采样频率。3.根据权利要求2所述的基于频带测量阻抗的特高压直流线路故障判别方法，其特征是，...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘剑，邰能灵，范春菊，杨亚宇，郑晓冬，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31