基于模量突变的双极高压直流输电线路纵联保护方法技术

本发明专利技术公开了一种基于模量突变的双极高压直流输电线路纵联保护方法。在线路两侧进行数字采样和相模解耦，得到线路两侧1模、0模电流，通过模电流的突变方向判别故障类型。若两侧1模或两侧0模电流最多仅有1侧为正向突变，则为区外故障；若两侧1模和两侧0模电流均为正向突变，则为区内正极接地故障；若两侧1模电流均为正向突变，而两侧0模电流均为负向突变，则为区内负极接地故障；若两侧1模电流均为正向突变，而两侧0模电流均无突变，则为区内极间短路故障。本发明专利技术仅采用模电流突变量，故障特征明显，耐过渡电阻能力强，可靠性高；可以直接识别区内故障的类型，并进行故障选极，适应性强；本发明专利技术所需的采样率低，易于实现。

Longitudinal protection method of bipolar HVDC transmission line based on modulus mutation

The invention discloses a longitudinal protection method for bipolar high-voltage direct current transmission line based on modulus change. The digital sampling and phase mode decoupling are performed on both sides of the line to obtain the 1 mode and 0 mode currents on both sides of the line, and the fault types are identified by the direction of the sudden change of the die current. If the 1 sides or 0 sides of the most current mode mode only 1 side forward mutant for external fault; if both sides of the 1 mode and 0 mode current on both sides are positive for the mutation, area of positive ground fault; if both sides of the 1 mode currents are positive mutation, and both sides of 0 mode current are negative to the mutation, is in negative ground fault; if both sides of the 1 mode currents are positive and both sides of the 0 mode current mutation, no mutation, for short circuit fault pole area. The invention only adopts variable mode current, fault characteristics, resistance and high reliability; can directly identify the internal fault types, and fault, the adaptability is strong; the invention required sampling rate is low, easy to implement.

【技术实现步骤摘要】
基于模量突变的双极高压直流输电线路纵联保护方法
本专利技术涉及电力系统直流输电继电保护领域，尤其涉及超/特高压直流输电线路的电流纵联保护。
技术介绍
高压直流(HVDC)输电具有传输功率大，线路造价低，控制方式灵活等特点，在远距离大容量输电、交流系统异步互联等方面占有优势，是现代电网的重要组成部分。我国能源资源与生产力呈逆向分布，大型电源基地远离负荷中心，为将部分优质电源在受端电力市场进行优化配置，以及加强电网间的互联，直流输电工程在我国具有广阔的应用前景。因此，提高直流输电线路运行的安全与可靠性，已成为迫切需要解决的问题。目前直流线路保护主要有行波保护、低电压保护以及纵联差动保护。目前运行中的直流线路多以行波保护作为主保护，行波保护动作速度快，不受接地电阻、负载、长线分布电容等因素的影响，在直流输电中得到了广泛的应用。然而，目前国内外所投运的行波保护普遍存在可靠性不高的问题，易误动。低电压保护耐过渡电阻能力低，纵联差动保护动式延迟长，可靠性不高，容易失去动作机会。据统计资料分析，目前输电线路故障仍然是导致直流输电系统停运的主要原因。直流输电线路故障概率高，但现有的保护原理不完备，因此有必要提升现有直流线路保护的性能，为现代电网的可靠稳定运行保驾护航。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种动作速度快，可靠性高，耐过渡电阻能力强，不受雷击影响，易于实现，能够区分单极接地故障和极间短路故障，并且可以进行单极接地故障选极的电流突变量纵联保护方法。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：基于模量突变的双极高压直流输电线路纵联保护方法，实现方法包括以下步骤：步骤一：在双极直流输电线路两端对直流电流以预定采样速率进行同步采样，并通过数模转换获取正负极线路两端的暂态直流电流；步骤二：利用解耦矩阵将采样得到的正负极线路两端暂态直流电流解耦为线路两端的线模(1模)和地模(0模)暂态模电流；步骤三：利用步骤二得到的暂态模电流，分别计算故障后时间[T1,T2]内线路两端1模、0模电流的电流突变量，并将线路两端1模和0模的电流突变量与整定门槛Iset对比，判断突变方向。若电流突变量大于Iset，则为正向突变，若电流突变量小于-Iset，则为负向突变，否则为无突变。步骤四：利用判断得到的两端模电流突变量方向，进行故障识别：若线路两端1模或0模电流突变量方向最多仅1侧为正向，则为区外故障；若线路两端1模和0模电流突变量方向均为正向，则为区内正极接地故障；若线路两端1模电流突变量方向均为正向，而线路两端0模电流突变量方向均为负向，则为区内负极接地故障；若线路两端1模电流突变量方向均为正向，而线路两端0模电流突变量均无突变，则为区内极间短路故障。所述步骤一中的暂态直流电流，通过直流线路两端的分流器进行采集。所述步骤一中的预定采样速率不小于1Hz。所述步骤二中的解耦矩阵为如下形式：式中，a为模量幅值系数。所述步骤三中的故障后时间[T1,T2]，以消除雷击影响为目标进行确定，并根据直流输电系统的调节器参数最终确定。所述步骤三中的模电流突变量，为故障暂态模电流与故障前正常运行时模电流的差值。所述步骤三中的整定门槛Iset，根据直流输电系统的稳态运行电流In和解耦矩阵的模量幅值系数a按下式进行确定：Iset＝NTkraksIn式中NT为[T1,T2]时间内的采样点个数；kr为可靠性系数，ks为故障稳态电流突变量系数，两系数均根据直流输电系统的参数进行确定。所述步骤三中的突变方向，通过线路两端保护安装处的方向元件进行判断。所述步骤四中的故障识别，按如下步骤进行：(1)直流线路一侧的方向元件判定完成后，保护开放一定时间Td，等待线路对侧方向元件的判定结果，Td由直流线路通信通道的传递时间和方向元件的判定时间综合确定，选择为10ms～20ms；(2)线路对侧方向元件的判定结果传递到本侧后，将本侧和对侧的方向元件的判定结果传递到本侧保护装置；(3)根据步骤四中的故障识别方法，由保护装置中的逻辑运算进行故障类型的判断。与现有技术相比，本专利技术主要具有以下优点：1)本专利技术仅利用电流突变量，无需利用电压量，耐过渡电阻能力强；2)本专利技术所利用的暂态过程故障特征明显，可靠性高；3)本专利技术无需辅助判据即能够区分区内单极接地故障和极间短路故障，并且能够实现单极接地故障选极，相比现有的直流线路保护和近年来提出的直流线路保护新原理，适应性更强；4)本专利技术仅需要利用通信通道传递方向元件的判定结果，无需两端电气量的采样同步，不受通信通道延时不一致和延时突变的影响；5)本专利技术所需采样率低，易于硬件实现。附图说明图1为直双极流输电系统示意图；图2为实现本专利技术所介绍方法的流程图；图3为区外整流侧直流母线f1处金属性接地故障仿真图，图3(a)为1模突变量，图3(b)为0模突变量；图4为区外逆变侧交流母线f2处单相高阻接地故障仿真图，图4(a)为1模突变量，图4(b)为0模突变量；图5为区内f3处正极高阻接地故障，图5(a)为1模突变量，图5(b)为0模突变量；图6为区内f4处负极高阻接地故障，图6(a)为1模突变量，图6(b)为0模突变量；图7为区内f5处极间短路故障，图7(a)为1模突变量，图7(b)为0模突变量。具体实施方式下面结合附图对本专利技术进行进一步详细说明。首先，根据模量幅值系数确定解耦矩阵。从若解耦后的模电流与极电流的总数值不变，则模量幅值系数取解耦矩阵如式(1)所示：请参阅图1所示，直流输电线路位于整流站和逆变站之间，直流分流器位于平波电抗器外侧。iMp、iMn分别为直流线路M侧采样得到的正、负极电流，iNp、iNn分别为直流线路N侧测量装置采样得到的正、负极电流。采样频率不小于1Hz。请参阅图2所示的流程图，保护启动后，将采样得到的极电流按照解耦矩阵(1)进行相模解耦得到线路两端1模、0模的直流电流：式中，iM1、iM0分别为直流线路M侧的1时模、0模直流电流，iN1、iN0分别为直流线路N侧的1模、0模直流电流。在故障后[T1,T2]时间内，分别计算直流线路M侧、N侧的1模、0模直流电流突变量。T1应按照躲过雷击的影响确定，T2应考虑躲过直流输电系统调节器调节结束之后的故障稳态过程。本实例仅提出一种选取方案，任何根据上述原则的选取方案均在本专利的保护范围之内。对于典型的直流输电工程，调节器作用的时间一般不超过30ms，则[T1,T2]可以取[3ms,30ms]。从减小数据窗，提高动作速度的角度考虑，可以选取[3ms,10ms]。直流线路M侧、N侧的模电流突变量按照式(3)进行计算：式中，k为采样点标号；j为模量标号，取1或0；ijk为故障后第k个采样点下线路一侧的模电流；ijs为直流系统稳态运行下的线路一侧的模电流；Δijk为故障后第k个采样点下直流线路一侧的模电流突变量。按照式(4)确定突变量方向元件的动作门槛Iset，考虑模电流与极电流的总数值不变：式中，j为模量标号，取1或0；kr为可靠性系数，取1.2～1.5；ks为故障稳态电流突变量系数，根据直流输电系统的故障稳态模电流与正常运行时的模电流的差值确定，考虑一定的裕度，一般可以取0.03；In是直流输电系统的稳态运行电流。根据模电流突变量式(3)和方向元件动作门槛式(4)，在直流线路两侧的保护安本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于模量突变的双极高压直流输电线路纵联保护方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：在双极直流输电线路两端对直流电流以预定采样速率进行同步采样，并通过数模转换获取正负极线路两端的暂态直流电流；步骤二：利用解耦矩阵将采样得到的正负极线路两端暂态直流电流解耦为线路两端的线模(1模)和地模(0模)暂态模电流；步骤三：利用步骤二得到的暂态模电流，分别计算故障后时间[T1,T2]内线路两端1模、0模电流的电流突变量，并将线路两端1模和0模的电流突变量与整定门槛I

【技术特征摘要】
1.一种基于模量突变的双极高压直流输电线路纵联保护方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：在双极直流输电线路两端对直流电流以预定采样速率进行同步采样，并通过数模转换获取正负极线路两端的暂态直流电流；步骤二：利用解耦矩阵将采样得到的正负极线路两端暂态直流电流解耦为线路两端的线模(1模)和地模(0模)暂态模电流；步骤三：利用步骤二得到的暂态模电流，分别计算故障后时间[T1,T2]内线路两端1模、0模电流的电流突变量，并将线路两端1模和0模的电流突变量与整定门槛Iset对比，判断突变方向。若电流突变量大于Iset，则为正向突变，若电流突变量小于-Iset，则为负向突变，否则为无突变；步骤四：利用判断得到的两端模电流突变量方向，进行故障识别：若线路两端1模或0模电流突变量方向最多仅1侧为正向，则为区外故障；若线路两端1模和0模电流突变量方向均为正向，则为区内正极接地故障；若线路两端1模电流突变量方向均为正向，而线路两端0模电流突变量方向均为负向，则为区内负极接地故障；若线路两端1模电流突变量方向均为正向，而线路两端0模电流突变量均无突变，则为区内极间短路故障。2.如权利要求1所述的一种基于模量突变的双极高压直流输电线路纵联保护方法，其特征在于：所述步骤一中的暂态直流电流，通过直流线路两端的分流器进行采集。3.如权利要求1所述的一种基于模量突变的双极高压直流输电线路纵联保护方法，其特征在于：所述步骤一中的预定采样速率不小于1Hz。4.如权利要求1所述的一种基于模量突变的双极高压直流输电线路纵联保护方法，其特征在于：所述步骤二中的解耦矩阵为如下形式：

【专利技术属性】
技术研发人员：高淑萍，刘琪，宋国兵，
申请(专利权)人：西安科技大学，西安交通大学，中国能源建设集团陕西省电力设计院有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西,61