基于特征频率电流的高压直流输电线路后备保护方法技术

本发明专利技术涉及一种基于特征频率电流的高压直流输电线路后备保护方法，利用高压直流输电线路两端直流滤波器支路特征频率电流的突变方向实现区内、外故障的判别，步骤如下：采集直流线路两端直流滤波器支路电流，并利用滑窗的离散傅里叶算法DFT提取特征频率电流；根据直流滤波器支路的特征频率电流计算电流突变量，并判断是否大于保护启动门槛值；若高压直流输电线路整流侧、逆变侧直流滤波器支路的特征频率电流突变量中的任意一个大于保护启动门槛值，则延时td，保护启动；判定直流线路两端特征频率电流的突变方向p1、p2；基于特征频率电流的突变方向p1、p2实现区内、外故障识别。

Backup protection method for HVDC transmission lines based on characteristic frequency current

The invention relates to a backup protection method of high voltage DC transmission line based on characteristic frequency current. The method uses the abrupt direction of the characteristic frequency current of the DC filter branch of the HVDC transmission line to distinguish the internal and external faults. The steps are as follows: collecting the branch current of the DC filter two terminal DC filter, and using it. The discrete Fu Liye algorithm (DFT) of the sliding window extracts the characteristic frequency current, calculates the current sudden variable according to the characteristic frequency current of the branch of the DC filter, and determines whether it is greater than the threshold of the protection start. In order to protect the threshold value, the delay TD is delayed and the start is protected; the mutation direction of the characteristic frequency current at both ends of the DC line is determined by P1 and P2, and the fault identification in the area and outside of the region is realized based on the mutation direction of the characteristic frequency current, P1 and P2.

【技术实现步骤摘要】
基于特征频率电流的高压直流输电线路后备保护方法
本专利技术涉及电力系统超/特高压直流输电继电保护领域,尤其涉及一种基于直流滤波器特征频率电流的高压直流输电线路后备保护方法。
技术介绍
高压直流(highvoltagedirectcurrent，HVDC)输电以其输电容量大、损耗小、控制灵活等优点，在远距离输电、电力系统互联等方面得到了广泛应用。高压直流输电线路常穿越复杂的地形、运行于极端的气候环境下，故障发生概率较高，严重威胁直流输电系统的安全可靠运行。传统的高压直流输电线路保护多以行波保护作为主保护、欠压保护和电流差动保护作为后备保护。行波保护对保护装置的采样频率要求高，其可靠性严重依赖于行波波头的识别，而高阻接地故障时，波头检测存在较大难度，存在灵敏度不足的问题。欠压保护易受过渡电阻影响，可靠性不高。差动保护为躲避故障后线路分布电容暂态充放电电流的影响，动作延时往往长达数百毫秒。因此，有必要进一步研究新的高压直流输电线路继电保护，以提高直流输电线路的运行可靠性。针对目前直流线路保护存在的问题，众多学者对于高压直流输电线路保护的研究以主保护为主。《Faultanalysisandtraveling-waveprotectionschemeforbipolarHVDClines》提出了新的高速行波保护，但易受干扰和高阻影响。《利用滤波器支路电流的高压直流输电线路全线速动保护》通过判断特定频带下单端电流幅值是否超过设定门槛来判别区内、外故，但较长线路的远端故障时，保护的灵敏性可能无法满足要求。《高压直流输电线路电流差动保护新原理》基于贝瑞龙分布参数模型提出了差动保护方法，但需要两端数据严格同步。《AtransientprotectionschemeforHVDCtransmissionline》和《Novelpilotprotectionprincipleforhigh-voltagedirectcurrenttransmissionlinesbasedonfaultcomponentcurrentcharacteristics》分别根据区内、外故障时整流侧、逆变侧两端暂态能量、故障电流差异，提出了新的纵联保护方案。基于突变量的纵联保护原理动作速度快，不受电容电流影响，但耐过渡电阻能力有限。高压直流线路主保护动作区间较短，一旦错过故障暂态时期便失去动作机会，因此，需要研究高可靠性的后备保护，以提高主保护拒动时线路保护的可靠性。《ADirectionalProtectionSchemeforHVDCTransmissionLinesBasedonReactiveEnergy》基于直流输电线路无功能量提出了后备保护新方案，该方法能准确区分区内、外故障，但耐过渡电阻能力低。《ImproveddifferentialcurrentprotectionschemeforCSC-HVDCtransmissionlines》基于新定义的差动电流提出了改进的差动保护，区内故障时保护对数据同步误差具有较高的耐性，但区外故障时，对数据同步要求较高。因此，为保证直流输电线路的可靠性和安全性，研究耐高阻且对数据同步要求低的后备保护具有十分重要的意义。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提出一种基于直流滤波器特征频率电流的高压直流输电线路后备保护方法。本专利技术分析了直流输电线路的区内、外故障时故障稳态时期直流滤波器支路特征频率电流突变方向特征，构造高压直流输电线路后备保护判据以识别高压直流输电线路区内、外故障，不仅克服了传统高压直流输电线路后备保护的不足，并且不需要两端数据同步，耐高过渡电阻，采样频率较低，运算简单，易于实现，灵敏性、可靠性高。本专利技术的技术方案如下：一种基于直流滤波器特征频率电流的高压直流输电线路后备保护方法，利用高压直流输电线路两端直流滤波器支路特征频率电流的突变方向实现区内、外故障的判别，步骤如下：(1)采集直流线路两端直流滤波器支路电流，并利用滑窗的离散傅里叶算法DFT提取特征频率电流。(2)利用下面的公式根据直流滤波器支路的特征频率电流计算5ms内的电流突变量，并判断是否大于保护启动门槛值：式中，N为5ms内的采样点数；k为整数，取1，2，3，……，N；ΔISF1、ΔISF2分别为高压直流输电线路整流侧、逆变侧直流滤波器支路的特征频率电流突变量；kset为整定系数；ISFM为正常运行时直流线路整流侧直流滤波器支路特征频率电流幅值；(3)若高压直流输电线路整流侧、逆变侧直流滤波器支路的特征频率电流突变量中的任意一个大于保护启动门槛值，则延时td，保护启动；(4)利用下面的公式分别判定直流线路两端特征频率电流的突变方向p1、p2：式中，i＝1或2，p1、p2分别为ΔISF1、ΔISF2突变方向的判别逻辑值；Iset为直流滤波器支路特征频率电流突变量方向判定的门槛值，Iset＝krISFM，kr为保护整定系数，取0.4～0.8；(5)基于特征频率电流的突变方向p1、p2实现区内、外故障识别：当p1+p2>0时，识别故障为直流线路区内故障；当p1＝-2或p2＝-2时，判定故障为直流线路区外故障。优选地，整定系数kset取0.2～0.4。保护整定系数kr取0.4～0.8。延时td取2～3个工频周期。本专利技术针对传统高压直流输电线路后备保护存在的缺陷，提出了一种基于直流滤波器特征频率电流的高压直流输电线路后备保护方法。与现有技术相比具有以下优点：(1)本方法利用直流滤波器支路特征频率电流突变方向特征实现区内、外故障的判别，不需要两端数据同步；(2)本专利技术是基于直流输电线路区内、外故障时直流滤波器支路特征频率电流突变方向差异，提出了高压直流输电线路纵联保护方法，保护理论完善、选择性好；(3)与现有方法相比，本专利技术方法不受线路分布参数的影响，且耐高阻；(4)利用与换流器和直流滤波器有关的特征频率电流信号进行故障识别，由于电流信号频率较低且能量大，直流滤波器支路电流为A级，对保护装置的采样频率要求低、易于实现，因此利用直流滤波器支路特征频率电流信号的高压直流输电线路后备保护具有高可靠性、高灵敏性的特点。附图说明图1双极高压直流输电系统示意图。图2高压直流输电系统等效电路。图3稳定的直流等效电路和特征谐波等效电路。图4典型的直流滤波器频率阻抗特性。图5特征频率600Hz电流随控制角和Umax变化规律。图6区内故障时高压直流系统特征谐波等效电路。图7高压直流输电线路中点故障时控制角仿真图。图8区外故障时高压直流系统特征谐波等效电路。图9距离M侧1500km处正极金属性接地故障时仿真图。图10整流侧fR2处区外故障时仿真图。图11整流侧fI2处区外故障时仿真图。图12距离M侧1500km处正极经500欧姆过渡电阻接地故障时仿真图。图13本专利技术的高压直流线路区内、外故障识别原理框图。图中标号说明：图1中l为直流线路全长；fx表示直流输电线路上距离M端x处的故障点；fR1和fR2为整流侧区外故障；fI1和fI2为逆变侧区外故障。图2中UdcR、UdcI分别为整流侧、逆变侧换流器和交流系统的等效直流电压源；USFR、USFI分别为整流侧、逆变侧换流器和交流系统的等效特征谐波电压源；ZSR、ZSI分别为整流侧、逆变侧换流本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于直流滤波器特征频率电流的高压直流输电线路后备保护方法，利用高压直流输电线路两端直流滤波器支路特征频率电流的突变方向实现区内、外故障的判别，步骤如下：(1)采集直流线路两端直流滤波器支路电流，并利用滑窗的离散傅里叶算法DFT提取特征频率电流。(2)利用下面的公式根据直流滤波器支路的特征频率电流计算5ms内的电流突变量，并判断是否大于保护启动门槛值：

【技术特征摘要】
1.一种基于直流滤波器特征频率电流的高压直流输电线路后备保护方法，利用高压直流输电线路两端直流滤波器支路特征频率电流的突变方向实现区内、外故障的判别，步骤如下：(1)采集直流线路两端直流滤波器支路电流，并利用滑窗的离散傅里叶算法DFT提取特征频率电流。(2)利用下面的公式根据直流滤波器支路的特征频率电流计算5ms内的电流突变量，并判断是否大于保护启动门槛值：式中，N为5ms内的采样点数；k为整数，取1，2，3，……，N；ΔISF1、ΔISF2分别为高压直流输电线路整流侧、逆变侧直流滤波器支路的特征频率电流突变量；kset为整定系数；ISFM为正常运行时直流线路整流侧直流滤波器支路特征频率电流幅值；(3)若高压直流输电线路整流侧、逆变侧直流滤波器支路的特征频率电流突变量中的任意一个大于保护...

【专利技术属性】
技术研发人员：李永丽，张云柯，宋金钊，李博通，陈晓龙，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12