一种基于直流控制系统的高压直流输电线路后备保护方法技术方案

本发明专利技术涉及一种基于直流控制系统的高压直流输电线路后备保护方法，属于电力系统继电保护技术领域。高压直流系统中不同区域发生故障时直流控制侧会产生不同的响应，利用故障期间换流器触发角ɑ、逆变器关断角γ、两端阀侧到直流出线区域的差流ΔIre和ΔIinv的变化特征可以准确区分出区内外故障，换流器触发角ɑ响应可以识别出整流侧交流系统故障和对极线路故障，逆变侧关断角γ可以识别出逆变侧交流系统故障，而引入阀侧到直流出线区域的差流信号ΔIre和ΔIinv来识别阀侧到出线区域内故障。本发明专利技术动作可靠性高，动作速度快，抗过渡电阻能力强，可以满足远端故障。对于实际高压直流输电工程线路后备保护的配置具有重要参考意义。

【技术实现步骤摘要】
一种基于直流控制系统的高压直流输电线路后备保护方法
本专利技术涉及一种基于直流控制系统的高压直流输电线路后备保护方法，属于电力系统继电保护

技术介绍
目前，我国电力系统已经实现了全国联网、远距离、大容量输电。预计到2020年，我国建设的直流输电工程将达50余项，其中特高压直流输电工程约占60％。由于直流输电线路电压等级高，沿线地理环境复杂，因而其发生故障的概率也很高，严重影响到了直流输电系统的安全稳定性。目前，直流输电线路主要保护方案包括行波保护、微分欠压保护、直流差动保护等[5]，但其核心技术则主要掌握在少数国外生产厂家手中，保护构成原理、整定计算依据则仍未公开，导致我国直流输电系统在保护配置及整定、保护装置升级等方面常常处于被动局面，从而对我国交直流混联电力系统安全稳定性水平造成了很大程度的影响。高压直流输电系统一般采用微分欠压保护和纵连差动保护作为后备保护，但微分欠压保护欠压判据的动作特性与过渡电阻和直流控制系统参数等因素密切相关；纵联差动保护受控制系统影响较大并且为了躲避区外故障，其动作延时长达1.1s。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种基于直流控制系统的高压直流输电线路后备保护方法，高压直流系统中不同区域发生故障时直流控制侧会产生不同的响应，利用故障期间换流器触发角、逆变器关断角和两端阀侧到直流出线区域的差流变化特征可以准确区分出区内外故障，从而准确快速的对区内故障进行动作。本专利技术的技术方案是：一种基于直流控制系统的高压直流输电线路后备保护方法，具体步骤为：(1)直流系统中整流侧直流出线到逆变侧直流出线的区域为高压直流输电线路，发生在此区域内的故障为区内故障，保护动作，其余故障均为区外故障，保护不动作；(2)实时监测整流侧和逆变侧的差流信号，整流侧的差流信号为整流阀处电流与整流侧直流出线处电流之差，记为ΔIre；逆变侧的差流信号为逆变阀处电流与逆变侧直流出线处电流之差，记为ΔIinv；用这两个差流信号来检测直流输电系统中因故障而产生的电流自由分量，当ΔIre或ΔIinv大于差流保护动作电流门槛值Iset，则说明直流输电系统中有故障产生，启动后备保护，在保护闭锁结束后启动触发角α判据以进一步判断故障发生的区域；(3)经过闭锁时间ts的闭锁以后，启动α判据，α判据的判别方法为：由直流输电系统的极控测量单位提取到整流侧触发角α的采样值，将采样值与设定的门槛值αset进行比较，若采样值α<αset不成立，判断属于区外故障，保护复位；若成立，则启动γ判据以进一步判断故障发生的区域；(4)γ判据的判别方法为：由极控测量单位提取到逆变侧关断角γ的采样值，将采样值与设定的门槛值γset进行比较，若采样值γ>γset不成立，则判断属区外故障，保护复位；若成立，启动差流判据以进一步判断故障发生的区域；(5)差流判据判别方法为：对差流ΔIre和ΔIinv进行采样，判断差流ΔIre>Iset和ΔIinv>Iset是否成立，任何一式成立，可判断故障为相应区域故障，属区外故障，保护复位；如两式都不成立，则判定为区内故障。步骤(3)所述闭锁时间ts判定具体为：为躲开故障后非线性元件产生的衰减自由分量对各物理量的干扰，同时与系统主保护配合，在保护启动后设置闭锁时间ts，取自由分量衰减为零所用时间和躲过主保护所用时间中数值大的一个作为闭锁时间ts。步骤(3)所述α判据的动作整定值αset的整定方案为：基于直流输电系统的实际参数搭建仿真模型，在仿真系统的整流侧交流线路和对极线路上设置各种极端情况下的故障，仿真得到各种极端故障情况下系统整流侧触发角出现的最大值αmax，整定αset＝k1αmax，k1为可靠系数。步骤(4)所述γ判据的动作整定值γset的整定方案为：在仿真系统的逆变侧交流线路上设置各种极端情况下的故障，仿真得到各种极端故障情况下逆变侧关断角出现的最大值γmax，整定γset＝k2γmax，k2为可靠系数。步骤(5)所述差流判据的设定方案具体为：闭锁时间ts结束后，非线性元件释放的自由分量基本衰减至0，自由分量的干扰作用消失，如果此时差流信号ΔIre或ΔIinv仍然大于整定值，说明故障发生于差流信号保护的区域内，也就是整流阀或逆变阀到直流出线区域，此区域属于保护区外，故保护复位；如果差流信号小于整定值，则判定故障发生于高压直流输电线路内，保护动作。本专利技术的原理是：1、保护范围本专利技术的保护范围是直流输电线路全长，而线路以外区域均为需要识别的区外故障，主要分为：对极线路故障、整流侧交流系统故障、逆变侧交流系统故障、整流侧出线故障、逆变侧出线故障5种。2、保护启动直流系统发生故障，后备保护应该不受故障距离、过渡电阻和故障类型影响快速准确的启动。由于所有故障都会导致系统电气量突变，从而进入电磁暂态过程导致各非线性元件释放自由分量，而ΔIre和ΔIinv差流判据的信号来自于平波电抗器两端电流，电磁暂态期间平波电抗器反复充放电将带来明显的呈衰减震荡的差流信号，并且差流信号对系统各故障不易受故障距离和过渡电阻影响，故本方案采用差流信号作为后备保护的启动型号。判断两侧差流ΔIre>Iset或ΔIinv>Iset是否成立，如成立，则启动本后备保护，在保护闭锁结束后启动触发角α判据；如不成立，则继续检测电气量。式中ΔIre、ΔIinv分别为整流阀侧到送端直流出线和逆变阀侧到受端直流出线的差流信号Iset为差流保护动作电流门槛值，Iset＝k1I0，k1为可靠系数，I0为区内故障闭锁结束后两侧差流信号中较大值。3、保护闭锁电磁暂态过程的自由分量使电气量剧烈震荡，震荡过程持续大概300ms，此震荡对此后备保护的整定带来很大的干扰，故此后备保护方案应设置相关闭锁信号回避自由分量。考虑到直流系统发生换相失败后，应由直流系统进行换相失败诊断并由相关的保护动作，因此后备保护方案应设置相关闭锁信号从而和换相失败保护进行配合。由于需要和换相失败保护相互配合，将导致后备保护延时动作，延时时间由换相失败诊断时间决定，一般为200ms左右。后备保护的闭锁时间应该取两者中较大的一个，故此后备保护方案的闭锁时间取ts＝300ms。4、触发角α判据整流侧交流系统发生对称故障时，整流侧在定电流控制作用下迅速减小α角以抑制直流电流下降，整流侧最终运行于定αmin控制；整流侧交流系统发生对称短路故障时的故障特性为：α＝αmin＝5°。整流侧交流系统发生不对称故障时，整流器出口直流电流将持续波动进而导致直流侧控制方式在定电流控制和定αmin控制间不断切换继而导致α角不断波动，其最小值为α＝αmin＝5°、最大值αmax由故障类型决定，整流侧交流系统发生不对称短路故障时的故障特性为：α角在α＝αmin＝5°至αmax间持续波动。直流线路发生短路故障瞬间，整流侧直流电流增大而逆变侧直流电流减小。整流侧在定电流控制的作用下迅速增加α角以抑制直流电流。不考虑过渡电阻影响时，低压限流环节开始作用，直流电流整定值跟随直流电压而减小，整流侧最终运行于定电流(最小电流限制)控制，直流线路短路故障稳态时的故障特性为：α>αN。对极线路故障，由于线路耦合效应，α角的变化趋势与本极线路故障时类似，但幅度相差甚大。本方法采本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于直流控制系统的高压直流输电线路后备保护方法，其特征在于：所述方法具体步骤为：(1)直流系统中整流侧直流出线到逆变侧直流出线的区域为高压直流输电线路，发生在此区域内的故障为区内故障，保护动作，其余故障均为区外故障，保护不动作；(2)实时监测整流侧和逆变侧的差流信号，整流侧的差流信号为整流阀处电流与整流侧直流出线处电流之差，记为ΔIre；逆变侧的差流信号为逆变阀处电流与逆变侧直流出线处电流之差，记为ΔIinv；用这两个差流信号来检测直流输电系统中因故障而产生的电流自由分量，当ΔIre或ΔIinv大于差流保护动作电流门槛值Iset，则说明直流输电系统中有故障产生，启动后备保护，在保护闭锁结束后启动触发角α判据以进一步判断故障发生的区域；(3)经过闭锁时间ts的闭锁以后，启动α判据，α判据的判别方法为：由直流输电系统的极控测量单位提取到整流侧触发角α的采样值，将采样值与设定的门槛值αset进行比较，若采样值α<αset不成立，判断属于区外故障，保护复位；若成立，则启动γ判据以进一步判断故障发生的区域；(4)γ判据的判别方法为：由极控测量单位提取到逆变侧关断角γ的采样值，将采样值与设定的门槛值γset进行比较，若采样值γ>γset不成立，则判断属区外故障，保护复位；若成立，启动差流判据以进一步判断故障发生的区域；(5)差流判据判别方法为：对差流ΔIre和ΔIinv进行采样，判断差流ΔIre>Iset和ΔIinv>Iset是否成立，任何一式成立，可判断故障为相应区域故障，属区外故障，保护复位；如两式都不成立，则判定为区内故障。...

【技术特征摘要】
1.一种基于直流控制系统的高压直流输电线路后备保护方法，其特征在于：所述方法具体步骤为：(1)直流系统中整流侧直流出线到逆变侧直流出线的区域为高压直流输电线路，发生在此区域内的故障为区内故障，保护动作，其余故障均为区外故障，保护不动作；(2)实时监测整流侧和逆变侧的差流信号，整流侧的差流信号为整流阀处电流与整流侧直流出线处电流之差，记为ΔIre；逆变侧的差流信号为逆变阀处电流与逆变侧直流出线处电流之差，记为ΔIinv；用这两个差流信号来检测直流输电系统中因故障而产生的电流自由分量，当ΔIre或ΔIinv大于差流保护动作电流门槛值Iset，则说明直流输电系统中有故障产生，启动后备保护，在保护闭锁结束后启动触发角α判据以进一步判断故障发生的区域；(3)经过闭锁时间ts的闭锁以后，启动α判据，α判据的判别方法为：由直流输电系统的极控测量单位提取到整流侧触发角α的采样值，将采样值与设定的门槛值αset进行比较，若采样值α<αset不成立，判断属于区外故障，保护复位；若成立，则启动γ判据以进一步判断故障发生的区域；(4)γ判据的判别方法为：由极控测量单位提取到逆变侧关断角γ的采样值，将采样值与设定的门槛值γset进行比较，若采样值γ>γset不成立，则判断属区外故障，保护复位；若成立，启动差流判据以进一步判断故障发生的区域；(5)差流判据判别方法为：对差流ΔIre和ΔIinv进行采样，判断差流ΔIre>Iset和ΔIinv>Iset是否成立，任何一式成立，可判断故障为相应区域故障，属区外故障，保护复位；如两式都不成立，则判定为区内故障。2.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘可真，张凌跃，周帆，张灿，袁宝辉，杜峥，卢佳，杨浩，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：云南,53