一种基于S变换的高压直流输电线路雷击干扰识别方法技术

本发明专利技术涉及一种基于S变换的高压直流输电线路雷击识别方法，其技术特点在于：包括以下步骤：步骤1、在系统整流侧保护安装处实时采集与直流输电线路各极相连的保护元件处的电压；步骤2、将步骤1所采集的保护元件处的电压滤波后，提取故障后5ms的电压故障分量，并计算得到线模电压；步骤3、在系统保护安装处对线模电压分量进行S变换，得到其复时频S矩阵，求得100Hz以下频段的S变换暂态能量和GL以及200Hz以上频段的S变换暂态能量和GH，并计算两者的比值k，将k值与雷击干扰识别判据作比较，准确识别该区内扰动为雷击干扰或者为区内故障。本发明专利技术准确识别雷击干扰，可靠性强，动作速度快，识别准确且易于工程实现。

【技术实现步骤摘要】
一种基于S变换的高压直流输电线路雷击干扰识别方法
本专利技术属于高压直流输电线路维护
，涉高压直流输电线路雷击干扰识别方法，尤其是一种基于S变换的高压直流输电线路雷击干扰识别方法。
技术介绍
特高压直流输电技术起源于20世纪60年代，由于换流设备的发展，高压直流输电技术在世界范围内得到了广泛应用，其具有功率传输稳定、输电容量大、传输效率高、线路自防护能力强、可实现远距离输电等优点，已成为大能源基地电力外送、异步电网互联的重要方式，也是国家发展清洁能源、治理雾霾的重要手段。由于直流输电系统的继电保护水平对电力系统运行的稳定性以及安全性影响最大，因此对于直流输电系统机电保护技术的研究至关重要。目前运行中的直流输电线路继电保护技术主要由ABB或SIEMENS提供。双极直流输电线路两极电压的极性相反，而雷电多为负极性，因此直流输电线路发生雷击时通常以雷击正极线路为主。直流输电线路主保护配置行波保护，后备保护配置电流纵联差动保护，针对目前保护装置存在无法准确识别雷击干扰的问题，众多学者进行了大量研究，提出了许多有益的方法。《±800kV特高压直流输电线路单端电气量暂态保护》提出了利用相关度理论识别雷击干扰的方法，利用相关度理论实现雷击识别，保护原理完整且具有绝对的选择性，但易受故障条件的影响，且小波变换尺度固定，时间窗长达10ms，对保护装置的快速动作不利。《利用电流突变特性的高压直流输电线路纵联保护新原理》提出了一种基于电流突变特性的纵联保护原理，对于直流线路区内外故障时线路两端电流突变方向的差异，构造电流突变的识别判据，从而有效识别区内外故障和雷电干扰。虽然不需要两端数据同步，但高阻故障影响到门槛值的整定。由此可见，现有关于高压直流输电线路雷击识别的研究，并没有抗干扰性强且灵敏度较高的方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种设计合理、抗干扰性强且灵敏度较高的基于S变换的高压直流输电线路雷击干扰识别方法。本专利技术解决其现实问题是采取以下技术方案实现的：一种基于S变换的高压直流输电线路雷击识别方法，包括以下步骤：步骤1、在系统整流侧保护安装处实时采集与直流输电线路各极相连的保护元件处的电压；步骤2、将步骤1所采集的保护元件处的电压滤波后，提取故障后5ms的电压故障分量，并计算得到线模电压；步骤3、在系统保护安装处对线模电压分量进行S变换，得到其复时频S矩阵，求得100Hz以下频段的S变换暂态能量和GL以及200Hz以上频段的S变换暂态能量和GH，并计算两者的比值k，将k值与雷击干扰识别判据作比较，准确识别该区内扰动为雷击干扰或者为区内故障。而且，所述步骤3的求线模电压分量100Hz以下频段的S变换暂态能量和GL的计算公式为：所述步骤3的求线模电压分量200Hz以上频段的S变换暂态能量和GH的计算公式为：式中，E(m,n)＝abs(Sa[m,n])，Sa[m,n]为信号经S变换得到的复时频S矩阵，E(m,n)表示复时频S矩阵中的每个元素经过求模值得到的模矩阵，其中n为列向量，表示信号在某一时刻的幅频特性；m为行向量，表示信号在某一频率下的时域特性。而且，所述步骤3的求GH和GL的比值k的计算公式为：k＝GH/GL所述步骤3的识别雷击干扰的保护判据门槛值为20，当系统判定为内部扰动后，若k值大于20，则该区内扰动为为雷击干扰，保护不动作；若k值小于20，该区内扰动为区内故障，进而保护动作。本专利技术的优点和有益效果：1、本专利技术通过对比雷击干扰、雷击故障以及普通短路故障的不同频段(高频段与低频段的)下S变换暂态能量和含量比值，构造雷击干扰识别判据，准确识别雷击干扰，可靠性强，动作速度快，识别准确且易于工程实现。2、本专利技术能够在各种故障初始条件下可靠、快速地识别故障方向，保护在雷击干扰时准确识别，保护不误动；过渡电阻以及故障位置等因素对保护判据几乎没有影响，可靠性、灵敏性高；3、本专利技术所提方法为单端量保护，仅需要在整流侧完成计算与判断，原理简单、清楚，抗干扰性强且易于工程实现，具有较高的实用价值。附图说明图1(a)是本专利技术的雷击干扰下线模电压的S变换暂态能量和分布图；图1(b)是本专利技术的短路故障下线模电压的S变换暂态能量和分布图；图1(c)是本专利技术的雷击故障下线模电压的S变换暂态能量和分布图；图2是本专利技术的S变换暂态能量和比值随故障距离变换的拟合曲线图；图3是本专利技术的溪洛渡—浙西±800kV特高压直流输电线路模型图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术实施例作进一步详述：本专利技术公开了一种基于S变换的高压直流输电线路雷击识别方法，包括以下步骤：步骤1、在系统整流侧保护安装处实时采集与直流输电线路各极相连的保护元件处的电压；步骤2、将步骤1所采集的保护元件处的电压滤波后，提取故障后5ms的电压故障分量，并计算得到线模电压；步骤3、在系统保护安装处对线模电压分量进行S变换，得到其复时频S矩阵，求得100Hz以下频段的S变换暂态能量GL以及200Hz以上频段的S变换暂态能量GH，并计算两者的比值k，将k值与雷击干扰识别判据作比较，准确识别该区内扰动为雷击干扰或者为区内故障。所述步骤3的求线模电压分量100Hz以下频段的S变换暂态能量和GL的计算公式为：所述步骤3的求线模电压分量200Hz以上频段的S变换暂态能量和GH的计算公式为：式中，E(m,n)＝abs(Sa[m,n])，Sa[m,n]为信号经S变换得到的复时频S矩阵，E(m,n)表示复时频S矩阵中的每个元素经过求模值得到的模矩阵，其中n为列向量，表示信号在某一时刻的幅频特性；m为行向量，表示信号在某一频率下的时域特性。在本实施例中，通过对故障后提取的暂态电压进行S变换，考虑到雷击干扰以及雷电波的衰减时间，时间窗选取为5ms，采样频率为100kHz。信号经S变换后分解为501×500的复时频矩阵，矩阵每行的频率间隔为100Hz，最高频率为50kHz；所述步骤3的求GH和GL的比值k的计算公式为：k＝GH/GL(3)在本实施例中，所述步骤3中，识别雷击干扰的保护判据门槛值为20，当系统判定为内部扰动后，若k值大于20，则该区内扰动为为雷击干扰，保护不动作；若k值小于20，该区内扰动为区内故障，进而保护动作。在本实施例中，所述步骤3的直流输电线路雷击干扰识别原理为：双极直流输电线路两极电压的极性相反，而雷电多为负极性，因此直流输电线路发生雷击时通常以雷击正极线路为主。由于雷电波本身为高频单极性脉冲波，其高频分量丰富，而低频分量弱；但是线路发生短路故障时，故障行波中含有大量的低频分量。由此,可根据雷击与短路故障时的这种特性差异，对线模电压进行S变换，利用S矩阵分解出不同频段的暂态能量和，得到雷击干扰、短路故障以及故障性雷击的S变换暂态能量差异，构造雷击识别判据，从而准确识别雷击干扰。以距整流站300km时发生雷击干扰、短路故障以及故障性雷击为例，提取三种情形下的线模电压在不同频段的S变换暂态能量和如图3所示，雷电流的幅值为15kA，短路故障的过渡电阻为100Ω，故障性雷击的过渡电阻为50Ω。图中除第一个频段的宽度为100Hz外，其余频段的宽度均为2kHz。如图1(a)所示，线路发生雷击干扰时，由于输电线路波阻抗连续，雷电波并没有发生折射或截断，因此输电线路中100Hz以下本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于S变换的高压直流输电线路雷击识别方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1、在系统整流侧保护安装处实时采集与直流输电线路各极相连的保护元件处的电压；步骤2、将步骤1所采集的保护元件处的电压滤波后，提取故障后5ms的电压故障分量，并计算得到线模电压；步骤3、在系统保护安装处对线模电压分量进行S变换，得到其复时频S矩阵，求得100Hz以下频段的S变换暂态能量和GL以及200Hz以上频段的S变换暂态能量和GH，并计算两者的比值k，将k值与雷击干扰识别判据作比较，准确识别该区内扰动为雷击干扰或者为区内故障。

【技术特征摘要】
1.一种基于S变换的高压直流输电线路雷击识别方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1、在系统整流侧保护安装处实时采集与直流输电线路各极相连的保护元件处的电压；步骤2、将步骤1所采集的保护元件处的电压滤波后，提取故障后5ms的电压故障分量，并计算得到线模电压；步骤3、在系统保护安装处对线模电压分量进行S变换，得到其复时频S矩阵，求得100Hz以下频段的S变换暂态能量和GL以及200Hz以上频段的S变换暂态能量和GH，并计算两者的比值k，将k值与雷击干扰识别判据作比较，准确识别该区内扰动为雷击干扰或者为区内故障。2.根据权利要求1所述的一种基于S变换的高压直流输电线路雷击识别方法，其特征在于：所述步骤3的求线模电压分量100Hz以下频段的S变换暂态能量和GL...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏赟豪，李钊，
申请(专利权)人：国网天津市电力公司，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：天津,12