串联电容补偿线路行波差动保护方法、装置、设备及介质制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种串联电容补偿线路行波差动保护方法、装置、设备及介质。方法包括：启动保护后，采集采样时间窗内线路任一端的电压和电流；根据电压和电流，计算采样时间窗内的电流行波；向另一端发送电流行波，并接收另一端发送的采样时间窗内的电流行波；根据双端的电流行波组合构造保护时间窗内行波差动电流和行波制动电流；计算行波差动电流的暂态高频能量和暂态低频能量、行波制动电流的暂态低频能量；构造判据；根据判据，确定是否启动保护。本发明专利技术对采样率和通信速率的要求不高，不受高压输电线路中普遍采用的电容式电压互感器的有限频带影响，动作速度快，在保证可靠性的前提下，高阻接地故障时足够灵敏。

【技术实现步骤摘要】
串联电容补偿线路行波差动保护方法、装置、设备及介质
本专利技术涉及电力系统继电保护领域，具体而言，涉及一种串联电容补偿线路行波差动保护方法，一种串联电容补偿线路行波差动保护装置，一种计算机设备，一种计算机可读存储介质。
技术介绍
我国能源资源区域分布不平衡，具有能源和负荷逆变分布的特点，西部能源基地与东部负荷中心距离远，为此我国提出“西电东送”计划，发展长距离大容量的超特高压输电线路，实现能源的优化配置。超特高压线路作为电网传输能量的主动脉，需要快速、可靠、灵敏和有选择的继电保护来保证整个系统的安全稳定运行。电流差动保护具有构成简单、绝对选择性、天然的选相能力等特点，作为输电线路的主保护之一，在保护线路安全和提高电网暂态稳定性上发挥了重要作用。由于超特高压输电线路输电距离长，分布电容电流明显，故障后电流互感器饱和严重，需耐受过渡电阻要求高，使得电流差动保护的性能面临严重挑战。行波差动保护是根据线路两端行波电流之差判断线路故障的一种保护方法，其基本原理是分布参数线路模型上的行波传输不变性，完全不受分布电容电流的影响，并且可构成超高速保护。上世纪70年代末，基于无损线的行波传输不变性，日本学者首先提出了行波差动保护的基本原理，不过受限于理论不完备与有限的硬件水平和通信水平，该原理并没有得到实际推广应用。我国由于大力发展超特高压输电线路，在21世纪后对行波差动保护有较多研究，不过目前应用到现场的行波差动保护只用到了电气量的工频分量，需要经过低频滤波，动作速度较慢，受电流互感器饱和影响，并且高阻接地故障时可能拒动；而理论研究中采用高频信息的行波差动保护虽然动作速度快，不受电流互感器饱和影响，但受限于现场的电容式电压互感器和现有的通信水平，并不能实用。此外，串联电容器的配置，使得超特高压输电线路的完整性受到破坏，行波差动保护的原理不能直接应用，需要采取措施消除串联电容器的影响。
技术实现思路
本专利技术旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术的一方面在于提出了一种串联电容补偿线路行波差动保护方法。本专利技术的另一方面在于提出了一种串联电容补偿线路行波差动保护装置。本专利技术的再一方面在于提出了一种计算机设备。本专利技术的又一方面在于提出了一种计算机可读存储介质。有鉴于此，本专利技术提出了一种串联电容补偿线路行波差动保护方法，用于中点配置串联电容器的超特高压输电线路，行波差动保护方法包括：在启动保护后，采集采样时间窗内被保护线路的任一端的三相电压和三相电流；根据三相电压和三相电流，计算得到采样时间窗内的第一正向电流行波和第一反向电流行波；向被保护线路的另一端发送采样时间窗内的第一正向电流行波和第一反向电流行波，并接收另一端发送的采样时间窗内的第二正向电流行波和第二反向电流行波；根据第一正向电流行波、第一反向电流行波，及第二正向电流行波和第二反向电流行波组合构造保护时间窗内行波差动电流和行波制动电流；以及计算保护时间窗内行波差动电流的暂态高频能量和暂态低频能量、行波制动电流的暂态低频能量；根据保护时间窗内最大行波差动电流构造第一判据C1，根据行波差动电流的暂态低频能量和行波制动电流的暂态低频能量构造第二判据C2，根据行波差动电流的暂态高频能量和行波差动电流的暂态低频能量构造第三判据C3；根据第一判据C1，第二判据C2，及第三判据C3，确定是否启动保护。根据本专利技术的串联电容补偿线路行波差动保护方法，适用于中点配置串联电容器的超特高压输电线路，在启动线路保护后，采样所保护电力线路本端的电压和电流，根据电压和电流计算得到本端的正向电流行波(即第一正向电流行波)和反向电流行波(即第一反向电流行波)；同时通过通信设备向对端发送第一正向电流行波和第一反向电流行波，并接收对端发送的第二正向电流行波和第二反向电流行波(本领域技术人员应该理解，第二正向电流行波和第二反向电流行波，是基于对端采样的电压和电流计算得到的)；利用双端的电流正向行波和电流反向行波组合构造行波差动电流和行波制动电流，利用保护时间窗内最大行波差动电流构成基本保护判据(即第一判据C1)，利用行波差动电流和行波制动电流的暂态低频能量构成制动比判据(即第二判据C2)作为主保护判据，利用行波差动电流的暂态高频能量和暂态低频能量构成能量比判据(即第三判据C3)作为针对高阻接地故障的保护判据。根据基本判据、制动比判据和能量比判据，保护串联电容补偿线路。与现有的串联电容补偿线路行波差动保护方法相比，行波差动电流的计算对采样率和通信速率的要求不高，不受高压输电线路中普遍采用的电容式电压互感器的有限频带影响，动作速度快，在保证可靠性的前提下，高阻接地故障时足够灵敏。在上述技术方案中，优选地，被保护线路的判据为：其中，iXk(t)(k＝a,b,c)为行波差动电流，ELXk(k＝a,b,c)为行波差动电流的暂态低频能量，ELZk(k＝a,b,c)为行波制动电流的暂态低频能量，EHXk(k＝a,b,c)为行波差动电流的暂态高频能量；Iset、ηset和λset分别是第一判据C1、第二判据C2和第三判据C3的整定值。在上述任一技术方案中，优选地，根据第一判据C1，第二判据C2，及第三判据C3，确定是否启动保护的步骤，包括：判断第一判据C1，如果三相都不满足第一判据C1，保护不动作；否则判断第二判据C2，如果三相中任一相满足第二判据C2，则发出保护信号，如果三相都不满足第二判据C2，则判断第三判据C3，如果三相中任一相满足第三判据C3，则发出保护信号，否则保护不动作。在该技术方案中，根据判据判断是否保护动作，判断过程如下：首先，判断判据C1，如果三相行波差动电流中每一相在保护时间窗内的最大绝对值都不大于第一判据C1的整定值Iset，保护不动作；否则，判断判据C2，如果三相行波差动电流的暂态低频能量与三相行波制动电流的暂态低频能量之比ηk(k＝a,b,c)三相中任一相大于第二判据C2的整定值ηset，则保护动作；如果三相都不大于第二判据C2的整定值ηset，则判断判据C3，如果三相行波差动电流的暂态高频能量与三相行波差动电流的暂态低频能量之比λk(k＝a,b,c)三相中任一相大于第三判据C3的整定值λset，则保护动作；否则，保护动作。在上述任一技术方案中，优选地根据三相电压和三相电流，计算得到采样时间窗内的第一正向电流行波和第一反向电流行波的步骤，包括：通过相模变换，将三相电压和三相电流变换为三个模量电压uj(t)(j＝α,β,0)和三个模量电流ij(t)(j＝α,β,0)；其中，相模变换的计算公式为：根据三个模量电压uj(t)(j＝α,β,0)和三个模量电流ij(t)(j＝α,β,0)，按照第一预设公式计算第一正向电流行波和第一反向电流行波；其中，当任一端为被保护线路本端时，第一预设公式为：当任一端为被保护线路对端时，第一预设公式为：其中，ibj(t)、ifj(t)分别为第一反向电流行波和第一正向电流行波，Zcj为被保护线路的波阻抗。在该技术方案中，通过相模变换，分别将三相电压和三相电流转换为三个模量电压和三个模量电流，基于此，按照第一预设公式计算被保护线路本端的正向电流行波和反向电流行波。在上述任一技术方案中，优选地，根据本端的第一正向电流行波、第一反向电流行波，及对端的第二本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种串联电容补偿线路行波差动保护方法，其特征在于，用于中点配置串联电容器的超特高压输电线路，所述保护方法包括：在启动保护后，采集采样时间窗内被保护线路的任一端的三相电压和三相电流；根据所述三相电压和所述三相电流，计算得到所述采样时间窗内的第一正向电流行波和第一反向电流行波；向所述被保护线路的另一端发送所述采样时间窗内的第一正向电流行波和第一反向电流行波，并接收所述另一端发送的所述采样时间窗内的第二正向电流行波和第二反向电流行波；根据所述第一正向电流行波、所述第一反向电流行波，及所述第二正向电流行波和所述第二反向电流行波组合构造保护时间窗内行波差动电流和行波制动电流；以及计算所述保护时间窗内行波差动电流的暂态高频能量和暂态低频能量、行波制动电流的暂态低频能量；根据所述保护时间窗内最大行波差动电流构造第一判据C1，根据所述行波差动电流的暂态低频能量和所述行波制动电流的暂态低频能量构造第二判据C2，根据所述行波差动电流的暂态高频能量和所述行波差动电流的暂态低频能量构造第三判据C3；根据所述第一判据C1，所述第二判据C2，及所述第三判据C3，确定是否启动保护。

【技术特征摘要】
1.一种串联电容补偿线路行波差动保护方法，其特征在于，用于中点配置串联电容器的超特高压输电线路，所述保护方法包括：在启动保护后，采集采样时间窗内被保护线路的任一端的三相电压和三相电流；根据所述三相电压和所述三相电流，计算得到所述采样时间窗内的第一正向电流行波和第一反向电流行波；向所述被保护线路的另一端发送所述采样时间窗内的第一正向电流行波和第一反向电流行波，并接收所述另一端发送的所述采样时间窗内的第二正向电流行波和第二反向电流行波；根据所述第一正向电流行波、所述第一反向电流行波，及所述第二正向电流行波和所述第二反向电流行波组合构造保护时间窗内行波差动电流和行波制动电流；以及计算所述保护时间窗内行波差动电流的暂态高频能量和暂态低频能量、行波制动电流的暂态低频能量；根据所述保护时间窗内最大行波差动电流构造第一判据C1，根据所述行波差动电流的暂态低频能量和所述行波制动电流的暂态低频能量构造第二判据C2，根据所述行波差动电流的暂态高频能量和所述行波差动电流的暂态低频能量构造第三判据C3；根据所述第一判据C1，所述第二判据C2，及所述第三判据C3，确定是否启动保护。2.根据权利要求1所述的串联电容补偿线路行波差动保护方法，其特征在于，所述被保护线路任一端的判据为：其中，iXk(t)(k＝a,b,c)为所述行波差动电流，ELXk(k＝a,b,c)为所述行波差动电流的暂态低频能量，ELZk(k＝a,b,c)为所述行波制动电流的暂态低频能量，EHXk(k＝a,b,c)为所述行波差动电流的暂态高频能量；Iset、ηset和λset分别是第一判据C1、第二判据C2和第三判据C3的整定值。3.根据权利要求2所述的串联电容补偿线路行波差动保护方法，其特征在于，所述根据所述第一判据C1，所述第二判据C2，及所述第三判据C3，确定是否启动保护的步骤，包括：判断所述第一判据C1，如果三相都不满足所述第一判据C1，保护不动作；否则判断所述第二判据C2，如果三相中任一相满足所述第二判据C2，则发出保护信号，如果三相都不满足所述第二判据C2，则判断第三判据C3，如果三相中任一相满足所述第三判据C3，则发出保护信号，否则保护不动作。4.根据权利要求1至3中任一项所述的串联电容补偿线路行波差动保护方法，其特征在于，所述根据所述三相电压和所述三相电流，计算得到所述采样时间窗内的第一正向电流行波和第一反向电流行波的步骤，包括：通过相模变换，将所述三相电压和所述三相电流变换为三个模量电压uj(t)(j＝α,β,0)和三个模量电流ij(t)(j＝α,β,0)；其中相模变换的计算公式为：根据所述三个模量电压uj(t)(j＝α,β,0)和所述三个模量电流ij(t)(j＝α,β,0)，按照第一预设公式计算所述第一正向电流行波和第一反向电流行波；其中，当所述任一端为所述被保护线路本端时，所述第一预设公式为：当所述任一端为所述被保护线路对端时，所述第一预设公式为：其中，ibj(t)、ifj(t)分别为所述第一反向电流行波和第一正向电流行波，Zcj为所述被保护线路的波阻抗。5.根据权利要求4所述的串联电容线路行波差动保护方法，其特征在于，所述根据所述第一正向电流行波、所述第一反向电流行波，及所述第二正向电流行波和所述第二反向电流行波组合构造行波差动电流和行波制动电流的步骤，具体包括根据以下公式进行计算：其中，τj(j＝α,β,0)表示所保护线路的传输时延，isbj(t)(j＝α,β,0)为所述第一反向电流行波、isfj(t)(j＝α,β,0)为所述第一正向电流行波；irbj(t)(j＝α,β,0)为所述第二反向电流行波、irfj(t)(j＝α,β,0)为所述第二正向电流行波；iXj(t)(j＝α,β,0)表示所述行波差动电流，iZj(t)(j＝α,β,0)表示所述行波制动电流。6.根据权利要求5所述的串联电容补偿线路行波差动保护方法，其特征在于，所述保护方法，还包括：通过模相变换，将所述行波差动电流iXj(t)(j＝α,β,0)和所述行波制动电流iZj(t)(j＝α,β,0)变换为三个相量行波差动电流iXk(t)(k＝a,b,c)和三个相量行波制动电流iZk(t)(k＝a,b,c)；其中模相变换的计算公式为：7.根据权利要求1至3中任一项所述的串联电容补偿线路行波差动保护方法，其特征在于，所述计算所述保护时间窗内行波差动电流的暂态高频能量和暂态低频能量、行波制动电流的暂态低频能量的步骤，包括：对所述行波差动电流和所述行波制动电流进行二进离散小波变换，分解得到前h个尺度的小波分量Wf(n,2d)和逼近分量Vf(n,2d)，其中d＝1,2,3,…,h；根据所述前h个尺度的小波分量Wf(n,2d)和逼近分量Vf(n,2d)，计算所述暂态高频能量和所述暂态低频能量；其中，计算所述暂态高频能量和所述暂态低频能量的公式为：8.根据权利要求6所述的串联电容补偿线路行波差动保护方法，其特征在于，二进离散小波变换的计算公式为：其中，h(m)和g(m)是滤波器系数，Vf(n,20)即是所述行波差动电流、所述行波制动电流的离散序列。9.一种串联电容补偿线路行波差动保护装置，其特征在于，用于中点配置串联电容器的超特高压输电线路，所述行波差动保护装置包括：获取单元，用于在启动保护后，采集采样时间窗内被保护线路的任一端的三相电压和三相电流；计算单...

【专利技术属性】
技术研发人员：董新洲，雷傲宇，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11