一种高压直流输电线路的保护方法技术

本发明专利技术公开了一种高压直流输电线路的保护方法，所述保护方法包括以下步骤：步骤1：确定区内外故障识别的判据；步骤2：确定构造闭锁判据；步骤3：确定故障启动判据；步骤4：确定故障选极判据；步骤5：确定保护方案本。

A Protection Method for HVDC Transmission Lines

The invention discloses a protection method for HVDC transmission lines, which comprises the following steps: step 1: determining the criteria for identifying faults inside and outside the area; step 2: determining the criteria for constructing block; step 3: determining the criteria for starting faults; step 4: determining the criteria for selecting poles for faults; and step 5: determining the cost of the protection scheme.

【技术实现步骤摘要】
一种高压直流输电线路的保护方法
本专利技术涉及电路保护
，特别是涉及高压直流输电线路的保护方法。
技术介绍
高压直流输电(highvoltagedirectcurrent，HVDC)发展迅速，在远距离大容量输电和异步电网互联中得到广泛应用。直流输电线路距离长，跨越区域复杂，故障发生率较大，可靠完善的直流线路保护越显重要。目前，已投运的直流工程中，线路主保护多数采用行波保护和微分欠压保护，后备保护配置低电压保护和电流差动保护。行波保护需识别行波波头，在高阻接地故障时波头检测困难，且存在采样率高、门槛值整定复杂等问题；微分欠压保护利用线路电压微分和幅值构成保护判据，耐过渡电阻能力差；纵联电流差动保护主要用于识别直流线路高阻接地故障，但现有差动保护仅利用两端电流数据简单构造识别判据，未考虑长距离大容量直流输电线路故障暂态过程中电容电流的影响，动作速度慢，甚至长达1.1s。现有高压直流线路保护分为双端量保护和单端量保护。目前，双端量线路保护的研究热点主要基于行波原理和突变量分析。需传递波形数据对通讯信道要求较高。单端量线路保护主要基于直流系统的边界特性。但很多方法忽略了输电线路对高频信号的衰减作用，无法保护线路全长，且配合关系较复杂。因此希望有一种高压直流输电线路的保护方法以解决现有技术中高压直流输电线路纵联电流差动保护快速性差、耐受过渡电阻能力有限的问题。
技术实现思路
本专利技术公开了一种高压直流输电线路的保护方法，其特征在于，所述保护方法包括以下步骤：步骤1：确定区内外故障识别的判据；直流输电线路区内故障时，利用两端的识别因子判断故障，整流侧区外故障时，整流端识别因子X小于识别判据门槛值k直接判为区外故障；逆变侧区外故障时，逆变端识别因子Y小于判据门槛值k直接判为区外故障；步骤2：确定构造闭锁判据；步骤3：确定故障启动判据；步骤4：确定故障选极判据；步骤5：确定保护方案，线路边界两侧持续采集电流、电压数据，并提取特定频带分量，若某端直流线路保护安装处的电压满足保护启动判据，则该端保护启动元件起动，根据闭锁判据判断该侧保护是否闭锁，若保护不闭锁，计算该端边界两侧相应数据窗时间长度的特定频带暂态能量值，得到该端的识别因子；直流线路任意一端的识别因子小于门槛值k时，利用单端故障信息判定为区外故障；如果整流端和逆变端识别因子X、Y均大于门槛值k，则判定为区内故障；若判定为区内故障，则利用电压故障分量计算选极函数W。优选地,所述步骤1利用切比雪夫滤波器提取特定频带的电流、电压故障分量，所述电流、电压故障分量均为故障后至控制系统调节完成的时间段内提取。优选地,所述步骤1定义测量点m、n、a、b各点特定频带的i阶暂态能量值分别为：其中：式中，pm-fil、pn-fil、pa-fil、pb-fil分别为测量点m、n、a、b处2.5～5kHz频带暂态功率的采样值，其数值等于相应电流、电压故障分量im-fil、in-fil、ia-fil、ib-fil、um-fil、un-fil、ua-fil、ub-fil之积；j＝1，2，…，J；J为5ms内的采样点个数；i表示暂态能量值的阶数，当i＝4时E(4)m-fil表示m点2.5～5kHz频带的4阶暂态能量，其值等于数据窗内pm-fil四次方的绝对值之和；定义整流侧、逆变侧两端的识别因子X、Y分别为：构造如下区内、外故障识别判据：即当整流侧、逆变侧两端的识别因子X、Y均大于门槛值k时，判为区内故障；当X、Y中任一方小于k时，判为区外故障；根据公式(15)和(16)，在高频频段内区内故障时，Pm/Pa>>1，Pn/Pb>>1；整流侧区外故障时，Pm/Pa<<1；逆变侧区外故障时，Pn/Pb<<1。优选地，步骤2的构造闭锁判据根据公式(17)所示的波形匹配误差Kp来衡量电流波形的差异：式中，x、y可取m、a或n、b，分别表示im-fil与ia-fil或in-fil、ib-fil的波形匹配误差，构造闭锁判据如式(18)：公式(18)中，Kset为闭锁判据门槛值，取值小于或等于直流滤波器正常运行时区内外故障发生后边界两侧电流波形匹配误差出现的最小值，取Kset＝0.2。优选地,所述步骤3的故障启动判据如公式(19)：式中，vm-fil、vn-fil分别为测量点m、n处2.5～5kHz电压的采样值；j＝1，2，…，J；J为5ms内的采样点个数；vset为启动判据中设定的门槛值，vset＝1kV。优选地,所述步骤4根据公式(20)的构造选极函数确定公式(21)的选极判据：式中，Δvm1、Δvm2分别为正极、负极整流侧线路保护安装处测得的电压故障分量,其值等于故障后暂态电压与正常运行时相应电压之差；Wset1、Wset2为故障选极判据的门槛值,Wset1＝1.5、Wset2＝0.6。本专利技术首先分析线路边界的阻抗频率特性，并结合叠加原理，对直流输电线路区内以及区外故障分量附加网络进行研究发现，区内故障时，线路两端任意一端的边界两侧特定频带能量比为远大于1的数；整流端区外故障时，整流端线路边界两侧特定频带能量比远小于1；逆变端区外故障时，逆变端线路边界两侧特定频带能量比远小于1。由此，提出基于线路边界两侧特定频带能量比值的保护方案。最后，在PSCAD/EMTDC中搭建向上特高压直流输电工程模型，通过仿真验证了所提保护方案的正确性。结果表明该保护原理简单、计算量小，能可靠保护线路全长，具备良好的耐过渡电阻能力且快速性优于常规差动电流保护。附图说明图1是双极HVDC系统基本结构示意图。图2是向上工程直流滤波器和平波电抗器构成的滤波环节示意图。图3是上工程直流滤波器阻抗-频率特性图。图4是区内故障后系统的故障附加网络示意图。图5是区外故障后系统的故障附加网络示意图。图6是向上工程中Zlb/(Zp+Zlb)的阻抗频率特性曲线图。图7是保护方案的流程图。图8是启动电压vm-fil、vn-fil及其绝对值均值曲线图。图9是区内故障时边界两侧特定频带电流曲线图。图10是区内故障时边界两侧特定频带电压曲线图。图11是区内故障时边界两侧特定频带暂态功率曲线图。图12是故障选极电压Δvm1、Δvm2的曲线图。图13是线路首端保护安装处感受到的电压高频分量曲线图。图14是启动电压vm-fil、vn-fil及其绝对值均值曲线图。图15是区外故障边界两侧特定频带电流、电压、暂态功率曲线图。具体实施方式为使本专利技术实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。高压直流输电系统构成：如图1所示双极HVDC系统基本结构主要包括整流站、逆变站和直流输电线路3部分。平波电抗器Lp和直流滤波器构成直流线路边界；a、b、m、n分别是线路两端边界阀侧、线路侧的测点；f1～f5表示故障发生本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高压直流输电线路的保护方法，其特征在于，所述保护方法包括以下步骤：步骤1：确定区内外故障识别的判据；直流输电线路区内故障时，利用两端的识别因子判断故障，整流侧区外故障时，整流端识别因子X小于识别判据门槛值k直接判为区外故障；逆变侧区外故障时，逆变端识别因子Y小于判据门槛值k直接判为区外故障；步骤2：确定构造闭锁判据；步骤3：确定故障启动判据；步骤4：确定故障选极判据；步骤5：确定保护方案，线路边界两侧持续采集电流、电压数据，并提取特定频带分量，若某端直流线路保护安装处的电压满足保护启动判据，则该端保护启动元件起动，根据闭锁判据判断该侧保护是否闭锁，若保护不闭锁，计算该端边界两侧相应数据窗时间长度的特定频带暂态能量值，得到该端的识别因子；直流线路任意一端的识别因子小于门槛值k时，利用单端故障信息判定为区外故障；如果整流端和逆变端识别因子X、Y均大于门槛值k，则判定为区内故障；若判定为区内故障，则利用电压故障分量计算选极函数W。

【技术特征摘要】
1.一种高压直流输电线路的保护方法，其特征在于，所述保护方法包括以下步骤：步骤1：确定区内外故障识别的判据；直流输电线路区内故障时，利用两端的识别因子判断故障，整流侧区外故障时，整流端识别因子X小于识别判据门槛值k直接判为区外故障；逆变侧区外故障时，逆变端识别因子Y小于判据门槛值k直接判为区外故障；步骤2：确定构造闭锁判据；步骤3：确定故障启动判据；步骤4：确定故障选极判据；步骤5：确定保护方案，线路边界两侧持续采集电流、电压数据，并提取特定频带分量，若某端直流线路保护安装处的电压满足保护启动判据，则该端保护启动元件起动，根据闭锁判据判断该侧保护是否闭锁，若保护不闭锁，计算该端边界两侧相应数据窗时间长度的特定频带暂态能量值，得到该端的识别因子；直流线路任意一端的识别因子小于门槛值k时，利用单端故障信息判定为区外故障；如果整流端和逆变端识别因子X、Y均大于门槛值k，则判定为区内故障；若判定为区内故障，则利用电压故障分量计算选极函数W。2.根据权利要求1所述的高压直流输电线路的保护方法，其特征在于：所述步骤1利用切比雪夫滤波器提取特定频带的电流、电压故障分量，所述电流、电压故障分量均为故障后至控制系统调节完成的时间段内提取。3.根据权利要求2所述的高压直流输电线路的保护方法，其特征在于：所述步骤1定义测量点m、n、a、b各点特定频带的i阶暂态能量值分别为：其中：式中，pm-fil、pn-fil、pa-fil、pb-fil分别为测量点m、n、a、b处2.5～5kHz频带暂态功率的采样值，其数值等于相应电流、电压故障分量im-fil、in-fil、ia-fil、ib-fil、um-fil、un-fil、ua-fil、ub-fil之积；j＝1，2，…，J；J为5ms内的采样点个数；i表示暂态能量值的阶数，当i＝4时E(4)m-fil...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴志辉，刘宁宁，张程，
申请(专利权)人：华北电力大学保定，
类型：发明
国别省市：河北,13