电流相关性的柔性高压直流线路保护方法技术

一种利用电流相关性的柔性高压直流线路保护方法，通过对直流侧并联电容支路和直流线路入口处的电流进行采样，分别计算直流系统两侧电容支路电流与直流线路入口处电流的Pearson相关系数，最后比较两侧计算的相关系数，从而实现直流线路故障的判别。该保护方法运算简单，所需采样频率低，且不受数据同步、故障类型、故障位置、噪声干扰以及控制方式等因素的影响，能准确地识别直流线路区内、外故障，实现故障线路的保护。该保护方法对于柔性高压直流输电系统安全运行具有重要意义。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及的是一种电力系统领域的技术，具体是一种电流相关性的柔性高压直流线路保护方法。
技术介绍
基于电压源型换流器的柔性直流输电系统(简称VSC-HVDC)具有独立调节有功和无功功率、可以向无源网络供电等特点，克服了传统高压直流输电(HVDC)的本质缺陷，因此其被广泛应用于大规模可再生能源远距离传输领域。然而，与传统高压直流输电系统相比，柔性直流系统缺乏低压限流功能和成熟的直流开关器件，直流线路的故障判别与故障处理成为限制柔性直流输电系统发展的主要因素之一。目前柔性直流输电系统中针对交流侧故障控制保护策略的研究已经比较成熟。而直流线路的保护仅借鉴了传统高压直流的保护策略，以行波保护和微分欠压保护为主，电流差动保护作为后备保护，此外还配置直流过电压保护和直流电压不平衡保护。行波保护和微分欠压保护动作速度快，不受电流互感器饱和及长线分布电容等因素影响，但是对高阻接地故障灵敏度不足，可靠性不高；电流差动保护对高阻接地有效，但易受分布电容的影响，只能通过长延时来躲过，不适用于柔性直流线路保护快速动作的要求。经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN103199511A公开(公告)日2013.07.10，公开了一种基于模型参数识别的VSC-HVDC输电线路纵联保护方法，该技术将外部故障等效为正的电容模型，识别出的电容值为正，电流和电压导数相关系数为1；内部故障等效为负的电容模型，识别出的电容值为负，电流与电压导数相关系数为-1。通过判别识别出的电容值或相关系数的正负，即可区分区内、区外故障。但该技术需要计算电压导数，电压导数的计算对扰动十分敏感，当系统因功率调节导致电压波动，使得电压导数变化明显，极易引起保护误动作。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术存在的上述不足，提出一种电流相关性的柔性高压直流线路保护方法，对全电流信号进行计算，无需补偿分布电容电流和计算电压、电流微分量，克服了利用单一暂态信息检测故障可靠性不高的缺陷；无需同步，故障判别的可靠性与快速性较高。将该方法应用于多端柔性直流线路的故障判别，具有较好的适应性，对提高多端柔性直流系统的直流线路故障处理能力有重要的参考作用。本专利技术是通过以下技术方案实现的：本专利技术以柔性直流输电系统中直流线路入口处分流器与电容支路电流互感器为故障判别测量点，实时采集整流侧正极/负极线路入口处及并联电容支路的电流以及逆变侧线路入口处和并联电容支路的电流，经采样后分别计算整流侧以及逆变侧电流各自对应的Pearson相关系数，当任一极的整流侧以及逆变侧电流Pearson相关系数均大于零时则为该极直流线路故障，当任一极的整流侧以及逆变侧电流Pearson相关系数均小于等于零时，则为该极直流线路区外故障。所述的采样是指：实时监测柔性直流系统两侧电容支路电流与直流线路入口处电流，对电容支路电流和入口处电流进行采样，获得离散电流信号采样序列其中：iCm_k表示线路入口处电流，iCablem_k表示并联电容支路电流，m＝1,2分别表示正极和负极；k＝r,i分别表示整流侧与逆变侧；n表示信号序列点数。所述的Pearson相关系数是指：计算整流侧与逆变侧所测电流信号序列iCm_k与iCablem_k的Pearson相关系数，即：其中：N为时间窗口内的采样点个数，N＝Fs*T,Fs为采样频率，T为Pearson相关系数计算时间窗；iCm_k表示并电容支路暂态电流，iCablem_k表示直流线路入口处暂态电流，k＝r,i分别表示整流侧与逆变侧，Rmr表示整流侧计算得到的Pearson相关系数，Rmi表示逆变侧计算得到的Pearson相关系数。所述的Pearson相关系数Rmk(iCm_k,iCablem_k)∈[-1,+1]，其中：+1表示两处暂态电流完全正相关，-1表示两处暂态电流完全负相关，0则表示两处暂态电流不相关，Pearson相关系数Rmk(iCm_k,iCablem_k)越大表示电容支路暂态电流与线路入口处暂态电流相关性越强，即差异越小。对于计算的Pearson相关系数Rmr和Rmi进行逻辑判断：当Rmr＞0且Rmi＞0，则保护判定为极m直流线路故障，当Rmr≤0或Rmi≤0，则保护判定为直流线路区外故障。技术效果本专利技术通过Pearson相关系数来描述电容支路和直流线路入口处暂态电流的差异程度。Pearson相关系数算法的时间复杂度与信号长度成正比，运算速度快，可以满足实时性的要求。直流线路区内、外故障时，线路两端暂态电流Pearson相关系数的特征差异明显，利用Pearson相关系数差异特征能准确实现直流线路区内、外故障的判别。本专利技术与传统的基于行波原理的故障判别方法相比，抗过渡电阻能力较高。利用线路双端计算的Pearson相关系数实现故障判别，传递的信息仅为对端相关系数的极性信号，与传统电流差动以及利用电流极性特征的故障判别方法相比，该方法无需同步，故障判别的可靠性与快速性较高。附图说明图1为实施例电网模型示意图；图2为本专利技术流程图。图3为正极线路中点故障时正极线路保护测量和计算的结果示意图；图4为正极线路中点故障时负极线路保护测量和计算的结果示意图；图5为距离整流端190km处极间故障时正极线路保护测量和计算的结果示意图；图6为直流侧M点故障时正极线路保护测量和计算的结果示意图；图7为逆变侧换流母线F三相短路故障时正极线路保护测量和计算的结果示意图；图8为交流侧故障是正极线路保护计算的电流Pearson相关系数示意图；图中a为整流侧不同类型故障时的电流Pearson相关系数，b为逆变侧不同类型故障时的电流Pearson相关系数；其中A-G表示单相接地故障；AB表示相间故障；AB-G表示相间接地故障；ABC表示三相短路故障示意图；图9为正极线路中点故障时不同信噪比下正、负极线路保护计算的电流Pearson相关系数示意图。具体实施方式如图1所示，本实施例以柔性直流输电系统中直流线路入口处分流器与电容支路电流互感器为故障判别测量点，实时采集整流侧极1和极2线路入口处及并联电容支路的电流iCable1_r、iC1_r、iCable2_r、iC2_r以及逆变侧线路入口处和并联电容支路的电流iCable1_i、iC1_i、iCable2_1、iC2_i，其中：电流的正方向设为图1中箭头所示方向，M、N、E、F分别表示直流线路区外故障点位置，M、N位于直流侧并联电容与换流器连接线处，E、F位于整流侧与逆变侧的交流换流母线处。当直流线路故障时，系统两端直流侧并联电容迅速向故障点放电，在电容放电阶段，两端的直流线路入口处分流器与电容支路电流变化方向及趋势一致，呈强相关性；当发生区外故障时，一端直流线路入口处分流器与电容支路电流变化方向及趋势一致，呈强相关性，而另一端直流线路入口处分流器与电容支路电流变化方向及趋势相反，呈负相关。在近距离故障的电容放电阶段，并联电容支路暂态电流与线路入口处故障暂态电流具有很好的吻合性。然而随着故障距离的增加，放电回路阻抗参数也将增加，同时分布电容的影响也将越来越大，电容支路暂态电流与线路入口处故障暂态电流将存在一定的差异。一方面放电电流峰值减少，交流侧馈入的电流影响增大，另一方面IGBT闭锁后，续流二极管导通联通交流侧，相关换流设备杂散电容和二极管本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电流相关性的柔性高压直流线路保护方法，其特征在于，以柔性直流输电系统中直流线路入口处分流器与电容支路电流互感器为故障判别测量点，实时采集整流侧正极和负极线路入口处及并联电容支路的电流以及逆变侧线路入口处和并联电容支路的电流，经采样后分别计算整流侧以及逆变侧电流各自对应的Pearson相关系数，当任一极的整流侧以及逆变侧电流Pearson相关系数均大于零时则为该极直流线路故障，当任一极的整流侧以及逆变侧电流Pearson相关系数均小于等于零时，则为该极直流线路区外故障。

【技术特征摘要】
1.一种电流相关性的柔性高压直流线路保护方法，其特征在于，以柔性直流输电系统中直流线路入口处分流器与电容支路电流互感器为故障判别测量点，实时采集整流侧正极和负极线路入口处及并联电容支路的电流以及逆变侧线路入口处和并联电容支路的电流，经采样后分别计算整流侧以及逆变侧电流各自对应的Pearson相关系数，当任一极的整流侧以及逆变侧电流Pearson相关系数均大于零时则为该极直流线路故障，当任一极的整流侧以及逆变侧电流Pearson相关系数均小于等于零时，则为该极直流线路区外故障。2.根据权利要求1所述的柔性高压直流线路保护方法，其特征是，所述的采样是指：实时监测柔性直流系统两侧电容支路电流与直流线路入口处电流，对电容支路电流和入口处电流进行采样，获得离散电流信号采样序列其中：iCm_k表示线路入口处电流，iCablem_k表示并联电容支路电流，m＝1,2分别表示正极和负极；k＝r,i分别表示整流侧与逆变侧；n表示信号序列点数。3.根据权利要求1或2所述的柔性高压直流线路保护方法，其特征是，所述的Pearson相关系数是指：计算整流侧与...

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