基于故障直流分量的高压直流线路纵联保护方法技术

一种基于故障直流分量的高压直流线路纵联保护实现方法，通过高压直流输电线路两端的分压/分流器对电压和电流的实时同步采样得到实时电压和实时电流，分别计算电压突变量和电流突变量并通过直流滤波器提取对应的直流分量，计算整流侧保护安装处的故障直流分量的暂态功率，对暂态功率进行判定，根据判定结果计算故障直流阻抗，并对故障直流阻抗进行判定，从而确定故障类型；本发明专利技术对采样率要求低、整定简单明确且不受分布电容电流的影响，可快速灵敏地识别各种故障。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及的是一种高压直流输电系统领域的技术，具体是一种基于故障直流分量的高压直流线路纵联保护方法。
技术介绍
近年来，为应对能源环境和可持续发展的挑战，世界范围内正推动新一轮的能源结构变革。高压直流输电(highvoltagedirectcurrent,HVDC)在电力大规模、远距离输送、可再生能源接纳、高效新型输配电网构建和能源互联网建设等方面，都有着显著的技术优势，目前正获得越来越多的关注。我国幅员辽阔，能源中心与负荷中心呈逆向分布，给高压直流输电技术提供了广阔的应用前景。目前，我国已投运的直流输电工程占世界直流输电量的20％以上，已经成为直流输电工程大国，但在直流输电相关技术研究方面相对薄弱。直流输电线路是直流系统故障率最高的元件，运行数据也显示国内直流输电可靠性指标偏低。实际运行数据显示，线路故障约占直流输电系统故障的一半，而线路保护正确动作切除故障的只占一半，大量直流线路故障是由直流控制系统响应动作，造成直流闭锁，引起不必要的直流停运，给整个电网运行带来负面影响。目前，实际运行的高压直流输电线路继电保护设备主要由国外厂家ABB或SIEMENS生产，国内厂家南瑞继保提供。主保护配置行波保护、微分欠压保护，后备保护配置电流差动保护。直流线路行波保护存在理论不严密、灵敏度不高、保护整定困难、抗干扰能力差的问题；微分欠压保护既是高压直流输电线路的主保护，也兼做直流线路行波保护的后备保护。微分欠压保护比起直流线路行波保护动作速度略慢，保护灵敏度和可靠性都比直流线路行波保护高，但是灵敏度低且耐故障电阻能力差；电流差动保护利用直流线路两端电气量，理论上能够保证保护的选择性，但由于传统的直流线路差动保护没有考虑长距离大容量直流线路分布电容的影响，为躲避交流故障及各种干扰，延时较长，无法起到后备保护的作用。因此，提高我国直流输电线路继电保护技术的可靠性和稳定性，对解决工程建设和运行中的重大技术难题具有重要的支撑作用。经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN102623968B，公告日2014.7.2，公开了一种基于特征谐波的高压直流输电线路保护方法及其系统，通过对直流线路两侧的直流电流进行同步采样得到实时电流数据并进行离散傅里叶变换，得到线路两端电流特征谐波；然后对特征电流谐波进行计数Nn.M，并计算加权指数IH.M，最后将加权指数IH.M和特征电流谐波数Nn.M与整定值IH.set和Nn.set进行逻辑判断，得到故障类型。但该技术并没有充分考虑到分布电容电流对保护方法的影响。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术存在的上述不足，提出一种基于故障直流分量的高压直流线路纵联保护方法，采用对高压直流输电线路两侧的故障直流分量进行故障判别，采样率低，易于硬件实现，且不受分布电容电流的影响。本专利技术是通过以下技术方案实现的：本专利技术涉及一种基于故障直流分量的高压直流线路纵联保护方法，通过高压直流输电线路两端的电压和电流的实时同步采样得到实时电压和实时电流，分别计算电压突变量和电流突变量并通过滤波提取对应的直流分量，计算整流侧保护安装处的故障直流分量的暂态功率，对暂态功率进行判定，根据判定结果计算故障直流阻抗，并对故障直流阻抗进行判定，从而确定故障类型。所述的电压突变量为实时电压与高压直流线路正常运行时的稳态电压之差。所述的电流突变量为实时电流与高压直流线路正常运行时的稳态电流之差。所述的对暂态功率进行判定是指：当暂态功率大于阈值时，进行故障直流阻抗的计算。所述的对故障直流阻抗进行判定是指：当故障直流阻抗小于整定值时，判定为区内故障；否则为区外故障。所述的故障直流分量的暂态功率Pmg(dc)的计算公式为：其中：Umg(dc)和Img(dc)分别为整流侧电压突变量的直流分量和整流侧电压突变量的直流分量。所述的故障直流阻抗Zj的计算公式为：其中：Uj和Ij分别为高压直流输电线路两端的电压突变量的直流分量之和和电流突变量的直流分量之和。技术效果与现有技术相比，本专利技术采用故障直流分量对高压直流输电线路进行故障判别，对采样率要求低，易于硬件实现，且不受分布电容电流的影响，可准确识别故障类型。附图说明图1为本专利技术示意图；图2为±500kV直流线路纵联保护实现系统示意图；图3为区内故障时的故障附加网络示意图；图4为直流输电线路中点经300Ω过渡电阻接地短路时的仿真结果示意图；图中：1为换流变压器、2为换流器，3为直流滤波器组，4为接地极引线及接地极，5为直流输电线路，6为平波电抗器。具体实施方式下面对本专利技术的实施例作详细说明，本实施例在以本专利技术技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。实施例1如图1所示，本实施例包括以下步骤：步骤1、同步采集高压直流线路两端的实时电压和实时电流。步骤2、实时计算线路两侧的电压突变量和电流突变量。所述的电压突变量为实时电压与高压直流线路正常运行时的稳态电压之差。所述的电流突变量为实时电流与高压直流线路正常运行时的稳态电流之差。步骤3、利用滤波器提取电压突变量的直流分量和电流突变量的直流分量。所述的滤波器为切比雪夫滤波器。步骤4、计算整流侧保护安装处故障直流分量的暂态功率Pmg(dc)，并通过阈值对Pmg(dc)进行判定：当Pmg(dc)大于阈值时，启动保护，执行步骤5；否则回到步骤1。所述的故障直流分量的暂态功率Pmg(dc)的计算公式为：其中：Umg(dc)和Img(dc)分别为整流侧电压突变量的直流分量和整流侧电压突变量的直流分量。所述的阈值为故障直流分量的暂态功率的门槛值Pset。步骤5、分别计算线路两端电压突变量的直流分量之和Uj和电流突变量的直流分量之和Ij。步骤6、根据Uj和Ij计算故障直流阻抗Zj，并通过整定值Zset对Zj进行判定：当Zj＜Zset时，判定为区内故障；否则为区外故障。所述的故障直流阻抗Zj的计算公式为：所述的整定值Zset的计算公式为：其中：k(k＞1)为可靠系数，RF为线路接地短路的最大过渡电阻，r为每千米架空线路的电阻值，l为线路的长度。如图2所示，本实施例涉及的±500kV直流线路纵联保护装置包括：整流站、逆变站和直流输电线路5，其中：整流站和逆变站分别设置于直流输电线路5的两端。所述的整流站包括：依次相连的换流变压器1、换流器2、平波电抗器6、直流滤波器组3和分压/流器。所述的逆变站包括：依次相连的换流变压器1、换流器2、平波电抗器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于故障直流分量的高压直流线路纵联保护方法，其特征在于，通过高压直流输电线路两端的电压和电流的实时同步采样得到实时电压和实时电流，分别计算电压突变量和电流突变量并通过滤波提取对应的直流分量，计算整流侧保护安装处的故障直流分量的暂态功率，对暂态功率进行判定，根据判定结果计算故障直流阻抗，并对故障直流阻抗进行判定，从而确定故障类型；所述的对暂态功率进行判定是指：当暂态功率大于阈值时，进行故障直流阻抗的计算；所述的对故障直流阻抗进行判定是指：当故障直流阻抗小于整定值时，判定为区内故障；否则为区外故障。

【技术特征摘要】
1.一种基于故障直流分量的高压直流线路纵联保护方法，其特征在于，通过高压直流输电
线路两端的电压和电流的实时同步采样得到实时电压和实时电流，分别计算电压突变量和电流
突变量并通过滤波提取对应的直流分量，计算整流侧保护安装处的故障直流分量的暂态功率，
对暂态功率进行判定，根据判定结果计算故障直流阻抗，并对故障直流阻抗进行判定，从而确
定故障类型；
所述的对暂态功率进行判定是指：当暂态功率大于阈值时，进行故障直流阻抗的计算；
所述的对故障直流阻抗进行判定是指：当故障直流阻抗小于整定值时，判定为区内故障；
否则为区外故障。
2.根据权利要求1所述的高压直流线路纵联保护方法，其特征是，所述的故障直流分量
的暂态功率为：其中：Umg(dc)和Img(dc)分别为整流侧电压突变量的直流分
量和整流侧电压突...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨亚宇，邰能灵，郑晓冬，范春菊，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31