DC电网电流差动保护方法及其系统技术方案
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本申请涉及DC电网电流差动保护方法及其系统。
技术介绍
在现有HVDC系统中，通常基于本地测量值的行波前的保护被用作主保护，经典电流差动保护用作备用保护。然而他们的缺点在于：主保护对高电阻故障的灵敏度差，并且可能在LCCDC电网中误动；而备用保护具有非常慢的动作速度。在现有的两终端HVDC系统中，用于输电线的主保护主要基于方向行波前的变化速率和振幅。这类保护具有明显的优点，就是它只使用本地测量值并且对金属故障具有非常快的动作速度。但是这类保护的一个缺点是它对高电阻故障的灵敏度非常低(差)。通常>200Ohm的故障电阻可能会导致动作失败，因为波前的振幅很大程度上依赖于故障电阻。因此，高电阻故障不得不由其动作速度非常慢(例如>0.5s)的备用电流差动保护清除。这明显是不合理的。此外，该保护基于HVDC系统中的平波电抗器的物理特征，平波电抗器能够减慢电流变化。在一些类型的DC电网系统(例如，一些类型的串联MTDC系统)中，外部故障引起的行波将不会流经平波电抗器，上述的基于行波的HVDC保护将不会动作或误动。在最坏的情况下，如果外部DC故障发生在具有较高电压水平的线路上，那么它的行波前甚至会大于由内部故障引起的行波前。这会给现有的基于行波的HVDC保护带来大麻烦。图1是示出LCCDC电网中的内部和外部DC故障的行波前的图表。如图1所示，来自内部故障和外部故障的波前的变化速率在开...
【技术保护点】
一种DC电网电流差动保护方法，包括以下步骤：采样值获得步骤：获得DC线路的本地终端和远程终端中的极电压采样值和极电流采样值；故障分量提取步骤：分别根据本地终端和远程终端的所述极电压采样值计算故障分量极电压值；以及分别根据本地终端和远程终端的所述极电流采样值计算故障分量极电流值；贝杰龙模型计算步骤：通过基于贝杰龙模型计算所述故障分量提取步骤中计算的本地终端和远程终端的故障分量极电压值和故障分量极电流值，获得本地终端和远程终端之间的DC线路上的选定点处的故障分量极电流值；电流差动保护判定步骤：如果所述贝杰龙模型计算步骤中获得的在本地终端和远程终端的选定点处的故障分量极电流值满足预设电流差动保护判据，则判定内部故障。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种DC电网电流差动保护方法，包括以下步骤：
采样值获得步骤：获得DC线路的本地终端和远程终端中的极电压
采样值和极电流采样值；
故障分量提取步骤：分别根据本地终端和远程终端的所述极电压采
样值计算故障分量极电压值；以及分别根据本地终端和远程终端的所述
极电流采样值计算故障分量极电流值；
贝杰龙模型计算步骤：通过基于贝杰龙模型计算所述故障分量提取
步骤中计算的本地终端和远程终端的故障分量极电压值和故障分量极电
流值，获得本地终端和远程终端之间的DC线路上的选定点处的故障分
量极电流值；
电流差动保护判定步骤：如果所述贝杰龙模型计算步骤中获得的在
本地终端和远程终端的选定点处的故障分量极电流值满足预设电流差动
保护判据，则判定内部故障。
2.根据权利要求1所述的方法，其中DC电网是双极的，并且所述
DC线路包括正极DC线路和负极DC线路，所述本地终端包括正极本地
终端和正极远程终端，所述远程终端包括负极本地终端和负极远程终端，
所述正极DC线路电连接所述正极本地终端和所述正极远程终端，并且
所述负极DC线路电连接所述负极本地终端和所述负极远程终端，从所
述选定点到所述正极本地终端的距离和从所述选定点到所述负极本地终
端的距离相同，并且从所述选定点到所述正极远程终端的距离和从所述
选定点到所述负极远程终端的距离相同，还包括：
极模变换步骤：通过对所述正极本地终端、所述正极远程终端、所
述负极本地终端和所述负极远程终端中的每个的所述故障分量极电压值
进行极模变换，获得本地终端和远程终端中的每一模量的故障分量模电
压值；以及通过对所述正极本地终端、所述正极远程终端、所述负极本
地终端和所述负极远程终端中的每个的所述故障分量极电流值进行极模
变换，获得本地终端和远程终端中的每一模量的故障分量模电流值；
所述贝杰龙模型计算步骤还包括：
通过基于贝杰龙模型计算本地终端和远程终端的每一模量的故障分
量模电压值和故障分量模电流值，分别获得本地终端和远程终端的每一
模量的故障分量模行波电压值；
分别将本地终端和远程终端的所述故障分量模行波电压值转换成本
地终端和远程终端的故障分量模行波电流值；
分别根据本地终端和远程终端的所述故障分量模行波电流值，确定
所述DC线路上的选定点处的本地终端和远程终端的故障分量模电流值；
通过对选定点处的本地终端的每一模量的所述故障分量模电流值进
行模极变换，获得所述DC线路上的选定点处的正极本地终端和负极本
地终端中的每个的故障分量极电流值，以及通过对选定点处的远程终端
的每一模量的所述故障分量模电流值进行模极变换，获得选定点处的正
极远程终端和负极远程终端的故障分量极电流值。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述极电压采样值包括：uLP(t)，
即正极本地终端的电压采样值；uLN(t)，即负极本地终端的电压采样值；
uRP(t)，即正极远程终端的电压采样值；uRN(t)，即负极远程终端的电压采
样值；其中t指的是时间；
所述极电流采样值包括：iLP(t)，即正极本地终端的电流采样值；iLN(t)，
即负极本地终端的电流采样值；iRP(t)，即正极远程终端的电流采样值；
iRN(t)，即负极远程终端的电流采样值；
所述故障分量极电压值包括：ΔuLP(t)，即和uLP(t)相对应的正极本地
终端的故障分量电压值；ΔuLN(t)，即和uLN(t)相对应的负极本地终端的故
障分量电压值；ΔuRP(t)，即和uRP(t)相对应的正极远程终端的故障分量电
压值；ΔuRN(t)，即和uRN(t)相对应的负极远程终端的故障分量电压值；
所述故障分量极电流值包括：ΔiLP(t)，即和iLP(t)相对应的正极本地终
端的故障分量电流值；ΔiLN(t)，即和iLN(t)相对应的负极本地终端的故障分
量电流值；ΔiRP(t)，即和iRP(t)相对应的正极远程终端的故障分量电流值；
ΔiRN(t)，即和iRN(t)相对应的负极远程终端的故障分量电流值；
所述故障分量模电压值包括：ΔuL0(t)，即本地终端的故障分量共模电
\t压值；ΔuL1(t)，即本地终端的故障分量差模电压值；ΔuR0(t)，即远程终端
的故障分量共模电压值；ΔuR1(t)，即远程终端的故障分量差模电压值；
所述故障分量模电流值包括：ΔiL0(t)，即本地终端的故障分量共模电
流值；ΔiL1(t)，即本地终端的故障分量差模电流值；ΔiR0(t)，即远程终端的
故障分量共模电流值；ΔiR1(t)，即远程终端的故障分量差模电流值；
所述故障分量行波电压值包括：ΔuL0+(t)，即本地终端的故障分量共
模正向行波电压值；ΔuL0-(t)，即本地终端的故障分量共模反向行波电压
值；ΔuL1+(t)，即本地终端的故障分量差模正向行波电压值；ΔuL0-(t)，即
本地终端的故障分量差模反向行波电压值；ΔuR0+(t)，即远程终端的故障
分量共模正向行波电压值；ΔuR0-(t)，即远程终端的故障分量共模反向行
波电压值；ΔuR1+(t)，即远程终端的故障分量差模正向行波电压值；ΔuR1-(t)，
即远程终端的故障分量差模反向行波电压值；
所述故障分量行波电流值包括：ΔiL0+(t)，即本地终端的故障分量共模
正向行波电流值；ΔiL0-(t)，即本地终端的故障分量共模反向行波电流值；
ΔiL1+(t)，即远程终端的故障分量差模正向行波电流值；ΔiL1-(t)，即本地终
端的故障分量差模反向行波电流值；ΔiR0+(t)，即远程终端的故障分量共模
正向行波电流值；ΔiR0-(t)，即远程终端的故障分量共模反向行波电流值；
ΔiR1+(t)，即远程终端的故障分量差模正向行波电流值；ΔiR1-(t)，即远程终
端的故障分量差模反向行波电流值；
所述在选定点的故障分量模电流值包括：ΔiL0(x,t)，即本地终端的选
定点处的故障分量共模电流值；ΔiL1(x,t)，即本地终端的选定点处的故障
分量差模电流值；ΔiR0(x,t)，即远程终端的选定点处的故障分量共模电流
值；ΔiR1(x,t)，即远程终端的选定点处的故障分量差模电流值，其中x是
选定点；
所述选定点处的故障分量极电流值包括：ΔiLP(x,t)，即在正极本地终
端的选定点处的故障分量极电流值；ΔiLN(x,t)，即在负极本地终端的选定
点处的故障分量极电流值；ΔiRP(x,t)，即在正极远程终端的选定点处的故
障分量极电流值；ΔiRN(x,t)，即在负极远程终端的选定点处的故障分量极
电流值。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，在所述故障分量提取步骤中，
采用以下方式计算所述故障分量极电压值和所述故障分量极电压值：
ΔiLP(t)=iLP(t)-iLP(t-T)ΔiLN(t)=iLN(t)-iLN(t-T)ΔuLP(t)=uLP(t)-uLP(t-T)ΔuLN(t)=uLN(t)-uLN(t-T)ΔiRP(t)=iRP(t)-iRP(t-T)ΔiRN(t)=iRN(t)-iRN(t-T)ΔuRP(t)=uRP(t)-uRP(t-T)ΔuRN(t)=uRN(t)-uRN(t-T),]]>其中，T是预设时间延迟；
在所述极模变换步骤中，采用以下方式计算所述故障分量模电压值
和所述故障分量模电流值：
ΔuL0(t)ΔuL1(t)=111-1ΔuLP(t)ΔuLN(t)ΔiL0(t)ΔiL1(t)=111-1ΔiLP(t)ΔiLN(t)ΔuR0(t)ΔuR1(t)=111-1ΔuRP(t)ΔuRN(t)ΔiR0(t)ΔiR1(t)=111-1ΔiRP(t)ΔiRN(t),]]>在所述贝杰龙模型计算步骤中包括：
采用以下方式计算所述故障分量模行波电压值：
ΔuL0+(t)=ΔuL0(t)+ΔiL0(t)×ZC0ΔuL0-(t)=ΔuL0(t)-ΔiL0(t)×ZC0ΔuL1+(t)=ΔuL1(t)+ΔiL1(t)×ZC1ΔuL1-(t)=ΔuL1(t)-ΔiL1(t)×ZC1ΔuR0+(t)=ΔuR0(t)+ΔiR0(t)×ZC0ΔuR0-(t)=ΔuR0(t)-ΔiR0(t)×ZC0ΔuR1+(t)=ΔuR1(t)+ΔiR1(t)×ZC1ΔuR1-(t)=ΔuR1(t)-ΔiR1(t)×ZC1,]]>其中，ZC0是共模波阻抗；ZC1是差模波阻抗；
采用以下方式计算所述故障分量模行波电流值：
ΔiL0+(t)=ΔuL0+(t)/ZC0ΔiL0-(t)=-ΔuL0-(t)/ZC0ΔiL1+(t)=ΔuL1+(t)/ZC1ΔiL1-(t)=-ΔuL1-(t)/ZC1ΔiR0+(t)=ΔuR0+(t)/ZC0ΔiR0-(t)=-ΔuR0-(t)/ZC0ΔiR1+(t)=ΔuR1+(t)/ZC1ΔiR1-(t)=-ΔuR1-(t)/ZC1;]]>采用以下方式计算在选定点处的故障分量模电流值：
ΔiL1(x,t)=ΔiL1+(t-xv1)-ΔiL1-(t+xv1)ΔiL0(x,t)=ΔiL0+(t-xv0)-ΔiL0-(t+xv0)ΔiR1(x,t)=ΔiR1+(t-xv1)-ΔiR1-(t+xv1)ΔiR0(x,t)=ΔiR0+(t-xv0)-ΔiR0-(t+xv0),]]>其中，v0是故障分量共模行波的行进速度，v1是故障分量差模行波的
行进速度；
采用以下方式计算选定点处的故障分量极电流值：
ΔiLP(x,t)ΔiLN(x,t)=12111-1ΔiL0(x,t)ΔiL1(x,t)ΔiRP(x,t)ΔiRN(x,t)=12111-1ΔiR0(x,t)ΔiR1(x,t).]]>5.根据权利要求3所述的方法，其中，所述电流差动保护判定步骤
包括：
如果满足|ΔiLP(x,t)+ΔiRP(x,t)|＞Ires，则判定状态为正极内部故障；如果满
足|ΔiLN(x,t)+ΔiRN(x,t)|＞Ires，则判定状态为负极内部故障，其中，Ires表示预
设阈值；
否则，将不激活差动保护。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述DC电网是单极的：
所述贝杰龙模型计算步骤还包括：
通过基于贝杰龙模型，计算本地终端和远程终端的所述故障分量极
电压值和所述故障分量模电流值，分别获得本地终端和远程终端的故障
分量极行波电压值；
分别将本地终端和远程终端的所述故障分量极行波电压值转换成本
地终端和远程终端的故障分量模行波电流值；
根据本地终端和远程终端的所述故障分量极行波电流值，确定所述
DC线路上的选定点处的本地终端和远程终端的故障分量极电流值。
7.根据权利要求6所述的方法，其中在所述故障分量提取步骤中，
采用以下方式计算所述故障分量极电压值和故障分量极电压值：
ΔiL(t)=iL(t)-iL(t-T)ΔuL(t)=uL(t)-uL(t-T)ΔiR(t)=iR(t)-iR(t-T)ΔuR(t)=uR(t)-uR(t-T)]]>其中T表示预设时间延迟，ΔiL(t)是本地终端的故障分量极电流值，
ΔiR(t)是远程终端的故障分量极电流值，ΔuL(t)是本地终端的故障分量极电
压值，ΔuR(t)是远程终端的故障分量极电压值，iL(t)是本地终端的电流采
样值，iR(t)是远程终端的电流采样值，uL(t)是本地终端的电压采样值，uR(t)
是远程终端的电压采样值，并且t指的是时间；
在所述贝杰龙模型计算步骤中包括：
采用以下方式计算故障分量极行波电压值：
ΔuL+(t)=ΔuL(t)+ΔiL(t)×ZCΔuL-(t)=ΔuL(t)-ΔiL(t)×ZCΔuR+(t)=ΔuR(t)+ΔiR(t)×ZCΔuR-(t)=ΔuR(t)-ΔiR(t)×ZC]]>其中，ZC是波阻抗，ΔuL+(t)是本地终端的故障分量极正向行波电压值；
ΔuL-(t)是本地终端的故障分量极反向行波电压值；ΔuR+(t)是远程终端的故
障分量极正向行波电压值；ΔuR-(t)是远程终端的故障分量极反向行波电压
值；
采用以下方式计算所述故障分量极行波电流值：
ΔiL+(t)=ΔuL+(t)/ZCΔiL-(t)=-ΔuL-(t)/ZCΔiR+(t)=ΔuR+(t)/ZCΔiR-(t)=-ΔuR-(t)/ZC]]>其中，ΔiL+(t)是本地终端的故障分量极正向行波电流值；ΔiL-(t)是本
地终端的故障分量极反向行波电流值；ΔiR+(t)是远程终端的故障分量极正
向行波电流值；ΔiR-(t)是远程终端的故障分量极反向行波电流值；
采用以下方式计算选定位置处的所述故障分量极电流值：
ΔiL(x,t)=ΔiL+(t-xv)-ΔiL-(t+xv)ΔiR(x,t)=ΔiR+(t-xv)-ΔiR-(t+xv),]]>其中ΔiL(x,t)是本地终端的选定点处的故障分量极电流值；ΔiR(x,t)是
远程终端的选定点处的故障分量极电流值，v是故障分量行波的行进速度。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，在所述电流差动保护判定步
骤中包括：
如果满足|ΔiL(x,t)+ΔiR(x,t)|＞Ires，则判定状态为内部故障，其中Ires是预
设阈值。
9.根据权利要求1-8中的任意一项所述的方法，其中所述电流差动
保护判定步骤还包括：
如果状态被判定成内部故障，则发送故障保护命令以激活差动保护，
否则将不激活差动保护。
10.一种包括适于当在计算机上运行时执行以上中任意一个步骤的
计算机程序代码的计算机程序。
11.一种根据权利要求...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘凯，李幼仪，王建平，
申请(专利权)人：ABB技术有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH
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