基于特定频率电压的高压直流输电线路单端量保护方法技术

本发明专利技术涉及一种基于特定频率电压的高压直流输电线路单端量保护方法，利用高压直流输电线路单端特定频率电压变化量大小实现区内、外故障的判别，步骤如下：高压直流输电系统整流侧保护实时采集本侧电压信号，并利用滑窗的离散傅里叶算法DFT提取特定频率电压，特定频率为直流线路两端直流滤波器的并联谐振频率。计算3ms内的电压平均值

A single end protection method for HVDC transmission lines based on specific frequency voltage

The invention relates to a single terminal protection method for HVDC transmission lines based on specific frequency voltage, using high voltage direct current transmission line single ended specific frequency voltage variation of internal and external fault discrimination. The steps are as follows: HVDC rectifier protection of the voltage signal acquisition, and the use of DFT discrete Fu Liye the sliding window algorithm to extract specific frequency voltage, specific frequency of parallel resonant frequency DC lines at both ends of the DC filter. Calculation of the average voltage in 3MS

【技术实现步骤摘要】
基于特定频率电压的高压直流输电线路单端量保护方法
本专利技术涉及电力系统超/特高压直流输电继电保护领域,尤其涉及一种基于特定频率电压的高压直流输电线路单端量保护方法。
技术介绍
高压直流(highvoltagedirectcurrent，HVDC)输电以其输电容量大、损耗小、控制灵活等优点，在远距离输电、电力系统互联等方面得到了广泛应用。高压直流输电线路常穿越复杂的地形、运行于极端的气候环境下，故障发生概率较高，严重威胁直流输电系统的安全可靠运行。传统的高压直流输电线路保护多以行波保护作为主保护、欠压保护和电流差动保护作为后备保护。行波保护对保护装置的采样频率要求高，其可靠性严重依赖于行波波头的识别，而高阻接地故障时，波头检测存在较大难度，存在灵敏度不足的问题。欠压保护易受过渡电阻影响，可靠性不高。差动保护为躲避故障后线路分布电容暂态充放电电流的影响，动作延时往往长达数百毫秒，不能实现故障的快速切除。因此，有必要进一步研究新的高压直流输电线路继电保护，以提高直流输电线路的运行可靠性。针对传统高压输电线路保护存在的上述不足，《±800kV直流输电线路故障定位的单端电压自然频率方法》和《±800kV特高压直流线路暂态保护》基于暂态电压提出了高压直流输电线路单端保护方法，但存在着对装置的采样频率和处理能力要求极高，判别所用的信号能量低、可靠性不高等问题。《利用单端电流的高压直流输电线路全线速动保护》和《Protectionschemeforhigh-voltagedirectcurrenttransmissionlinesbasedontransientACcurrent》根据平波电抗器和直流滤波器构成的直流滤波环节在直流输电线路区内、外故障时表现的阻抗特性差异，基于暂态电流特性提出了直流输电线路单端量保护方法，保护方法实现区内、外故障判别所用信号在直流线路侧分流器测量电流中含量较小，易受分流器饱和的影响，保护方案存在可靠性和灵敏度不足的问题。《利用滤波器支路电流的高压直流输电线路全线速动保护》提出了利用直流滤波器支路中特定频率电流实现全线速动的保护方法，保护灵敏度较高，但该方法未考虑线路的分布电容电流的影响，且线路较长时存在无法准确区分线路末端故障与逆变侧区外故障的问题。因此，有必要进一步研究高可靠性的高压直流输电线路继电保护，提高直流输电线路的运行可靠性，进而提高输电线路的可用率。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提出一种基于特定频率电压的高压直流输电线路单端量保护方法。本专利技术分析了直流线路的区内、外故障时单端特定频率电压变化量特性，即区内故障时特定频率电压变化量大；而区外故障时其变化量较小。基于此特征，利用特定频率电压变化量实现高压直流输电线路全线保护，不仅克服了传统高压直流输电线路保护的不足，并且耐高阻，不受线路分布电容电流的影响，原理简单，易于实现，灵敏性、可靠性高。本专利技术的技术方案如下：一种基于特定频率电压的高压直流输电线路单端量保护方法，利用高压直流输电线路单端特定频率电压变化量大小实现区内、外故障的判别，步骤如下：(1)高压直流输电系统整流侧保护实时采集本侧电压信号，并利用滑窗的离散傅里叶算法DFT提取特定频率电压，特定频率为直流线路两端直流滤波器的并联谐振频率。(2)根据下列公式整流侧保护提取的特定频率电压计算3ms内的电压平均值并判断其是否满足保护启动判据，若大于保护启动门槛值，则启动保护；式中，；N为3ms内的采样点数；k为整数，取1，2，3，……，N；U(k)为第k个采样点特定频率电压瞬时值；kset为整定系数；Un为直流输电系统额定直流电压；(3)计算Δt＝3ms时间内，特定频率电压变化量系数VC：；(4)设定保护判定门槛值VCset，利用下列公式比较电压变化量系数与保护判定门槛值VCset大小，实现高压直流输电线路区内、外故障识别：VCset＝kr·VCmax式中，kr为保护整定系数；VCmax为区内故障时特定频率电压的最大变化量系数；若电压变化量系数VC大于保护判定门槛值VCset，则判定为直流线路区内故障；若电压变化量系数VC小于保护判定门槛值VCset，则判定为直流线路区外故障。优选地，kset取0.002～0.004。kr取0.35～0.75。本专利技术针对传统高压直流输电线路保护存在的缺陷，提出一种基于特定频率电压的高压直流输电线路单端量保护方法。与现有技术相比具有以下优点：(1)本方法利用单端电压量作为判据的原始信息，基于特定频率电压变化量实现区内、外故障的判别。与利用双端电气量的保护相比，不受双端数据通信通道及通信延时的影响，且可靠性高、动作速度快；(2)本专利技术是基于直流输电线路区内、外故障时特定频率电压变化量差异，提出了高压直流输电线路单端量保护方法，保护理论完善、灵敏度高、选择性好；(3)与现有方法相比，本专利技术方法不受线路分布参数的影响，耐高阻，可靠性高，可实现直流线路的全线保护。附图说明图1双极高压直流输电系统示意图。图2典型的直流滤波器频率阻抗特性。图3直流系统区、内外故障附加电路图4直流线路区内、外故障时故障等效阻抗-频率特性图5直流系统故障附加电路的戴维南等效电路图6直流线路区内、外故障时等效导纳-频率特性图7直流系统故障附加电路的诺顿等效电路图8区内、外故障时等效系数与频率关系图9直流线路正极1000km处金属性接地故障时保护仿真结果图10直流线路正极1000km处带300Ω过渡电阻故障时保护仿真结果图11整流侧fR2处区外故障时保护仿真结果图12逆变侧fI2处区外故障时保护仿真结果图中标号说明：图1中l为直流线路全长；fx表示直流输电线路上距离M端x处的故障点；fR1和fR2为整流侧区外故障；fI1和fI2为逆变侧区外故障。图3中ZM(s)、ZN(s)为MN两侧的换流等值阻抗；Zsr(s)为平波电抗器阻抗；ZF(s)为直流滤波器等值阻抗；UM(s)、IM(s)为M侧分流器处的电压、电流；Uf(s)、Ifi(s)为故障点电压、故障点流向M侧的电流，i可取1、2、3；为直流线路的特征阻抗、传播常数。图4中Zf1(s)x＝l、Zf2(s)和Zf3(s)分别为直流输电线路末端区内、整流侧区外、逆变侧故障时的故障等效阻抗。图5中Lfi(i＝1，2，3)为故障等效阻抗Zf1(850)x＝l、Zf2(850)、Zf3(850)的等值替代电感。图6中YMf1(s)x＝l、YMf2(s)和YMf3(s)分别为直流输电线路末端区内、整流侧区外、逆变侧故障时故障点与直流线路首端之间的等效导纳。图7中Leqi，i＝1、2、3，分别为等效导纳YMf1(850)x＝l、YMf2(850)、YMf3(850)的等值替代电感。图8中ki＝Leqi/Lfi为等效系数，i可取1、2、3。图9中VC为并联谐振频率850Hz电压变化量系数；保护启动结果为0时，保护不启动；保护动作结果为4时，保护启动；保护动作结果为0时，保护不动作；保护动作结果为2时，判定故障为区内故障，保护动作。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术的进行详细的描述。一种基于特定频率电压的高压直流输电线路单端量保护方法，主要利用高压直流输电线路单端特定频率电压变化量大小实现区内、外故障的判别，其具体步骤如下：(1)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于特定频率电压的高压直流输电线路单端量保护方法，利用高压直流输电线路单端特定频率电压变化量大小实现区内、外故障的判别，步骤如下：(1)高压直流输电系统整流侧保护实时采集本侧电压信号，并利用滑窗的离散傅里叶算法DFT提取特定频率电压，特定频率为直流线路两端直流滤波器的并联谐振频率。(2)根据下列公式整流侧保护提取的特定频率电压计算3ms内的电压平均值

【技术特征摘要】
1.一种基于特定频率电压的高压直流输电线路单端量保护方法，利用高压直流输电线路单端特定频率电压变化量大小实现区内、外故障的判别，步骤如下：(1)高压直流输电系统整流侧保护实时采集本侧电压信号，并利用滑窗的离散傅里叶算法DFT提取特定频率电压，特定频率为直流线路两端直流滤波器的并联谐振频率。(2)根据下列公式整流侧保护提取的特定频率电压计算3ms内的电压平均值并判断其是否满足保护启动判据，若大于保护启动门槛值，则启动保护；式中，；N为3ms内的采样点数；k为整数，取1，2，3，……，N；U(k)为第k个采样点特定频率电压瞬时...

【专利技术属性】
技术研发人员：李永丽，张云柯，宋金钊，李博通，陈晓龙，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12