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一种基于电压极波的多端柔性直流电网直流线路保护方法技术

技术编号:17998330 阅读:37 留言:0更新日期:2018-05-19 15:12
本发明专利技术公开了一种基于电压极波的多端柔性直流电网直流线路保护方法,该方法分析了直流线路故障时故障线路与非故障线路在线路边界处的电压响应特性,利用小波变换工具提取暂态电压极波特征量,构造了基于电压极波幅值特征的区内外故障识别判据;针对雷击干扰,建立了电压极波高低频能量比值的雷击识别判据;根据两极线路上的电压极波幅值关系,构造了故障极识别判据。与其他保护原理相比,该方法动作速度较快,避免了雷击扰动的影响,且抗过渡电阻能力较强,灵敏度高。

【技术实现步骤摘要】
一种基于电压极波的多端柔性直流电网直流线路保护方法
本专利技术涉及多端柔性直流电网直流线路保护
,尤其涉及一种基于电压极波的多端柔性直流电网直流线路保护方法。
技术介绍
随着分布式发电和直流负荷所占比例逐年上升,以及电力电子器件的广泛应用,基于电压源换流器的柔性直流输配电系统将成为未来全球能源互联网发展的主流趋势之一。其中多端柔性直流电网是直流输电领域的研究应用热点,它实现了多电源供电及多落点受电,节省了多换流站情况下的运行费用,且在供电可靠性等方面具备明显优势。对于多端柔性直流电网,其惯性元件较少,是一种“低惯量、弱阻尼”系统,发生故障时会瞬间响应整个网络,其快速上升的故障电流对直流线路保护的速动性提出了极高的要求。因此,研究多端柔性直流电网超高速的线路保护具有重要工程价值。当前对于多端柔性直流电网的主保护原理的研究主要沿用了高压直流输电领域的保护方案,包括行波保护和微分欠压保护两类原理。但由于柔性直流电网其故障电流上升速度极快,直流线路对保护判别故障时间的要求一般在3ms以内,需要更加有效和高速的保护方案,国内外众多学者已在该领域开展了大量研究。现有技术利用小波变换分析工具,提出了多端柔性直流输电线路的单端量行波保护方案,但对于过渡电阻、故障位置等影响因素的考虑较少。现有技术利用行波保护和边界保护思想提出了针对柔性直流输电的保护方法,动作速度很快,但其灵敏度受到过渡电阻的严重影响。现有技术提出了基于极波变化率的改进行波保护,研究了采样率对保护灵敏性的影响,但是为了保证该保护方案的灵敏性,其对于采样率的要求较高。现有技术通过线路之间电抗器形成的边界差异,利用电压微分特征实现了区内外故障的快速识别,然而柔性直流电网的直流线路易受雷击和噪声等高频干扰信号的影响,该保护方法无法避免由于干扰产的误动。现有技术提出了利用多个单端量进行故障判别的保护方案,包括电流、电压的小波系数以及电压微分,保护可靠性较高,但算法复杂。现有技术提出了基于电压变化率的架空线路超高速保护方案,保护数据窗只有0.25ms,保护速度极快,但没有考虑雷击干扰的影响。现有技术提出了一种基于差动电流的多端柔性直流输电短时能量保护方案,具有绝对的选择性,但由于该保护利用直流线路的双端量进行故障判别,保护的速动性较差。由此可见,现有关于多端柔性直流电网直流线路的保护方法,各有优缺点,但是尚没有动作速度快、不受过渡电阻以及雷电干扰等影响且灵敏度高的方法。
技术实现思路
本专利技术的目的就是解决上述问题,提供了一种基于电压极波的多端柔性直流电网直流线路保护方法,该方法动作速度较快,避免了雷击扰动的影响,且抗过渡电阻能力较强,灵敏度高。为实现上述目的,本专利技术采用下述技术方案,包括:本专利技术公开了一种基于电压极波的多端柔性直流电网直流线路保护方法,包括以下步骤:(1)实时采集直流线路保护元件处的电压、电流数据;(2)根据采集到的电压、电流数据进行电压极波计算;监控电压极波突变时刻,该时刻即故障行波到达保护安装处的时刻;根据相邻两个采样点的极波差值判断是否满足线路保护启动条件;如果是,启动线路保护,进入下一步;否则,返回步骤(1);(3)根据步骤(2)保护启动时刻,提取保护启动后设定时间内的电压极波突变量数据,对其进行小波变换,得到电压极波的多尺度高低频分量;(4)进行基于电压极波高频分量幅值的区内外故障识别:若识别为区内故障,转入步骤(5);否则,返回步骤(1);(5)进行基于电压极波高低频能量比值的雷击干扰识别:若识别结果不为雷击干扰,比较正、负极线路电压极波幅值,进行故障极判别;否则,返回步骤(1);(6)判断出故障极后,保护对故障极线路断路器发出跳闸指令。进一步地,所述步骤(2)中,计算电压极波的方法具体为:p(t)=Z·Δi(t)-Δu(t);其中,Z为线路的波阻抗,Δi(t)和Δu(t)分别是实时电流、电压与正常运行时稳态电流、电压的差值,即电流、电压故障分量。进一步地,所述步骤(2)中,线路保护启动的条件为:相邻两个采样点的电压极波差值的绝对值大于设定的整定值。进一步地,如果连续三个采样点间的电压极波差值均满足线路保护启动的条件,则启动线路保护。进一步地,所述步骤(3)中,对电压极波突变量数据进行小波变换,计算电压极波小波变换第j层低频分量aj(k)和高频分量dj(k),具体为:式中,k为采样点,n为数据窗长度,h和g分别为低通滤波器和高通滤波器。进一步地,所述步骤(4)中,进行基于电压极波高频分量幅值的区内外故障识别,具体为:判定发生区内故障的判据为:Dj>Dset;式中,Dset是固定门槛,按照躲过区外故障时保护可能检测到的最大暂态电压极波幅值整定;Dj是暂态电压极波p(k)的第j层细节系数dj(k)的最大幅值,由下式定义:Dj=|dj(k)|max,k∈(1,n);进一步地,所述步骤(5)中,进行基于电压极波高低频能量比值的雷击干扰识别,具体为:其中,kTh为固定门槛,EH为暂态电压极波对应于第二到第五尺度的高频能量之和,EL为暂态电压极波对应于第六尺度的低频能量。进一步地,所述步骤(5)中,进行故障极判别具体为:定义直流线路同侧保护元件安装处正极和负极线路上Dj的比值为:式中,Djp为正极线路上检测到的Dj值,Djn为负极线路上检测到的Dj值。故障极识别判据如下:式中,η1和η2均为设定的门槛值。本专利技术有益效果:(1)利用暂态电压极波的高频分量识别区内外故障,利用电压极波高低频能量比值识别雷击干扰,利用两极电压极波高频分量幅值识别区内故障的故障极,在20kHz的采样频率下仅需1ms的数据窗即可完成判断,速动性强;(2)在各种故障初始条件下可靠、快速地识别区内故障,过渡电阻、雷击干扰以及故障位置等因素对保护判据几乎没有影响,可靠性和灵敏性高;(3)识别方法原理简单、清楚,识别准确,易于工程实现,具有较高的实用价值。附图说明图1为某简单柔性直流电网直流线路故障时的边界示意图;图2为直流线路区外故障时的等效电路图;图3为区外故障时由故障点到正常线路保护的暂态电压信号的传递函数幅频特性曲线;图4为本专利技术的保护算法流程图;图5为±500kV四端模块化多电平换流器对称双极直流电网模型;图6为雷击识别判据ηa值随距离变化曲线;图7(a)为柔性直流电网直流线路L12中点f1发生正极金属性接地故障时,本线路保护R12测得的电压极波和小波分解第3层细节系数d3。图7(b)为柔性直流电网直流线路L12中点f1发生极间金属性短路故障时,本线路保护R12测得的电压极波和小波分解第3层细节系数d3。图8为柔性直流电网直流线路L12中点f1发生雷击干扰、雷击故障和短路故障时,保护R12测得的电压极波波形。图9(a)为柔性直流电网正向区外故障点f4发生正极金属性接地故障时,保护R12测得的电压极波和小波分解第3层细节系数d3。图9(b)为柔性直流电网正向区外故障点f4发生极间金属性短路故障时,保护R12测得的电压极波和小波分解第3层细节系数d3。具体实施方式:下面结合附图对本专利技术作进一步说明。本专利技术公开了一种基于电压极波的多端柔性直流电网直流线路保护方法,如图4所示,包括以下步骤:(1)柔性直流电网各直流线路保护实时采集保护元件处的电压和电流;(2)直流线路本文档来自技高网
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一种基于电压极波的多端柔性直流电网直流线路保护方法

【技术保护点】
一种基于电压极波的多端柔性直流电网直流线路保护方法,其特征在于,包括以下步骤:(1)实时采集直流线路保护元件处的电压、电流数据;(2)根据采集到的电压、电流数据进行电压极波计算;监控电压极波突变时刻;根据相邻两个采样点的极波差值判断是否满足线路保护启动条件;如果是,启动线路保护,进入下一步;否则,返回步骤(1);(3)根据步骤(2)线路保护启动时刻,提取线路保护启动后设定时间内的电压极波突变量数据,对其进行小波变换,得到电压极波的多尺度高低频分量;(4)进行基于电压极波高频分量幅值的区内外故障识别:若识别为区内故障,转入步骤(5);否则,返回步骤(1);(5)进行基于电压极波高低频能量比值的雷击干扰识别:若识别结果不为雷击干扰,比较正、负极线路电压极波幅值,进行故障极判别;否则,返回步骤(1);(6)判断出故障极后,保护对故障极线路断路器发出跳闸指令。

【技术特征摘要】
1.一种基于电压极波的多端柔性直流电网直流线路保护方法,其特征在于,包括以下步骤:(1)实时采集直流线路保护元件处的电压、电流数据;(2)根据采集到的电压、电流数据进行电压极波计算;监控电压极波突变时刻;根据相邻两个采样点的极波差值判断是否满足线路保护启动条件;如果是,启动线路保护,进入下一步;否则,返回步骤(1);(3)根据步骤(2)线路保护启动时刻,提取线路保护启动后设定时间内的电压极波突变量数据,对其进行小波变换,得到电压极波的多尺度高低频分量;(4)进行基于电压极波高频分量幅值的区内外故障识别:若识别为区内故障,转入步骤(5);否则,返回步骤(1);(5)进行基于电压极波高低频能量比值的雷击干扰识别:若识别结果不为雷击干扰,比较正、负极线路电压极波幅值,进行故障极判别;否则,返回步骤(1);(6)判断出故障极后,保护对故障极线路断路器发出跳闸指令。2.如权利要求1所述的一种基于电压极波的多端柔性直流电网直流线路保护方法,其特征在于,所述步骤(2)中,计算电压极波的方法具体为:p(t)=Z·Δi(t)-Δu(t);其中,Z为线路的波阻抗,Δi(t)和Δu(t)分别是实时电流、电压与正常运行时稳态电流、电压的差值,即故障分量。3.如权利要求1所述的一种基于电压极波的多端柔性直流电网直流线路保护方法,其特征在于,所述步骤(2)中,线路保护启动的条件为:相邻两个采样点的电压极波差值的绝对值大于设定的整定值。4.如权利要求3所述的一种基于电压极波的多端柔性直流电网直流线路保护方法,其特征在于,如果连续三个采样点间的电压极波差...

【专利技术属性】
技术研发人员:邹贵彬谢仲润孙辰军张洁黄强张烁
申请(专利权)人:山东大学国网河北省电力有限公司国家电网公司
类型:发明
国别省市:山东,37

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