一种用于直流输电线路故障电流的暂态能量保护方法技术

本发明专利技术公开了一种用于直流输电线路故障电流的暂态能量保护方法，属于直流配电网继电保护技术领域。在充分考虑了直流线路故障电流特性后，利用正、负极电流瞬时值和最大负荷电流比较，先判断故障发生与否和故障类型，再利用不同故障类型下的线路电流特性差异判断故障类型，最后用线路上的故障电流暂态能量差异和延时动作判断故障发生位置，能够快速、精确的判断故障区段，且不需要线路通讯就能够可靠动作，灵敏度高，适合直流配电系统线路保护使用，有助于完善直流配电工程线路保护。

【技术实现步骤摘要】
一种用于直流输电线路故障电流的暂态能量保护方法
本专利技术属于直流配电网继电保护
，涉及一种用于直流输电线路故障电流的暂态能量保护方法。
技术介绍
近年来，直流输电技术得到了广泛的应用，直流输电具有功率传输稳定、输电容量大、传输效率高、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。直流输电线路工作环境恶劣，跨越地区的环境复杂，发生故障的概率大，当线路发生故障时，换流站阀侧并联滤波电容对故障点放电，并瞬间产生巨大电流，使故障点电流迅速上升，危害线路安全。线路保护能否快速可靠地检测故障对直流输电系统的安全运行意义重大。在直流配电系统中，当线路发生故障时，有学者利用“握手”法则，通过交流断路器和快速隔离开关将直流网络划分为多个区域，发生故障时仅隔离故障所在区域，该方法可以保证故障后系统不停运，但不能确定具体故障位置，且容易导致大范围停电；还有专家基于IEC61850的快速通信系统，通过直流断路器配合继电器快速检测并隔离故障，使用电力换流器和电力电子模块设备提高保护系统性能，提高系统可靠性、效率，但对通信依赖过重。此外，采用分段故障检测及隔离的方法，通过比较线路两端电流差作为动作判据的方案同样也需要通信，在电网中，通信装置过多会对电网造成电磁兼容和电压波动等影响。故研究一种快速、精确的确定故障区段，且不需要通信的直流配电系统线路保护方案十分重要。
技术实现思路
本专利技术提供了一种用于直流输电线路故障电流的暂态能量保护方法，解决了现有直流输电线路不能快速精确的判断故障区段，且依赖线路通讯造成灵敏度低的问题。本专利技术所采用的技术方案是，一种用于直流输电线路故障电流的暂态能量保护方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、实时采集与各级直流输电线路正、负极相连的保护装置处的电流瞬时值ipi，ini；步骤2、将采集的电流瞬时值ipi，ini和对应的每一级线路末端最大负荷电流imaxi进行比较，当ipi或ini>K×imaxi，则判断配电系统线路上发生故障；K为可靠系数，K一般选取1.2～1.3，imaxi是线路的最大负荷电流，×表示乘以。步骤3、启动保护流程，根据不同故障线路下ipi、ini电流特性差异，判断故障类型；步骤4、根据故障类型将保护装置处的故障电流的电气量利用小波变换得到故障电流暂态能量；步骤5、比较各级线路的故障电流暂态能量差异，判断故障发生的线路位置；步骤6、启动故障线路的保护装置动作，切断和排除故障。本方案的特点还在于：进一步地，所述步骤3在判断故障类型时，当ipi+ini＝0，则发生极间故障；当|ipi|>|ini|，则发生正极单极接地故障；当|ini|>|ipi|，则发生负极单极接地故障。进一步地，所述步骤4中小波变换采用dbN小波作为基函数，得到固定频段的故障电流暂态能量。进一步地，所述dbN小波选取阶数N为5，进行5层小波分解法去提取故障信号特征量。进一步地，所述步骤4故障电流暂态能量的表达式为：公式中，f为采样频率200kHz，i为第i段线路i，n为发生故障后采样点个数，T为时间窗代表的时间长度，Ak为小波变换2k尺度(故障电流经过dbN小波分解N次后，得到21、22、23...2N-1、2N尺度下的各数据)下的低频系数，K取5；其中，公式中，Ak为小波变换下的低频系数，c为尺度因子，d为平移因子，ψ(t)为小波函数，t为时间，S为故障电流信号。进一步地，所述步骤1中直流输电线路包括线路L1、线路L2和线路L3且分别相连有与之对应的线路保护装置，保护装置分别为保护1、保护2和保护3；所述步骤5中判断故障发生的线路位置的方法为当保护1处计算的暂态能量大于保护2和保护3处的暂态能量M倍，则线路L1处的保护1动作，判断故障发生在线路L1；当保护1和保护2处计算的暂态能量较为接近，都大于保护3处计算的暂态能量M倍，根据靠近电源侧的保护时间比相邻线路保护延迟一个动作阶梯Δt，则线路L2处的保护2动作，故判断故障发生在线路L2；保护1、保护2和保护3计算的暂态能量都较为接近，根据靠近电源侧的保护时间比相邻线路保护延迟一个动作阶梯Δt，则线路L3处的保护3动作，判断故障发生在线路L3，其中，M＝5～10。进一步地，所述步骤1中直流输电线路包括线路L1、线路L2和线路L3且分别对应相连有保护1、保护2和保护3；步骤6中保护装置动作的条件包括：保护1的动作条件：保护2的动作条件：保护3的动作条件：其中，Eset.1＝0.5E1.endEset.2＝0.5E2.endEset.3＝0.5E3.endE1、E2、E3是保护1、保护2、保护3处的故障电流暂态能量值；Eset.1、Eset.2、Eset.3是保护1、保护2、保护3的动作整定值，Δt是保护装置的时间动作阶梯；T1是直流断路器固有动作时间；E1.end、E2.end、E3.end是线路L1末端、线路L2末端、线路L3末端发生故障时利用db5小波变换计算出的25尺度下的故障电流暂态能量值，其中，取系数0.5是为了满足保护的选择性。本专利技术的有益效果是，通过电流瞬时值和dbN小波变换得到故障电流暂态能量，能够快速、精确的判断故障区段，且不需要线路通讯就能够可靠动作，灵敏度高，非常适合直流配电系统线路保护使用，有助于完善直流配电工程线路保护。附图说明图1是本专利技术一种用于直流输电线路故障电流的暂态能量保护方法流程示意图；图2是本专利技术一种用于直流输电线路故障电流的暂态能量保护方法中五层小波多尺度分析图；图3是本专利技术一种用于直流输电线路故障电流的暂态能量保护方法中直流配电系统结构图；图4是本专利技术一种用于直流输电线路故障电流的暂态能量保护方法中直流配电线路保护示意图；图5a是采用本专利技术一种用于直流输电线路故障电流的暂态能量保护方法在正极接地故障的仿真结果的各段线路正极电流；图5b是采用本专利技术一种用于直流输电线路故障电流的暂态能量保护方法在正极接地故障的仿真结果的保护动作信号；图5c是采用本专利技术一种用于直流输电线路故障电流的暂态能量保护方法在正极接地故障的仿真结果的故障类型判断结果；图6a是本专利技术一种用于直流输电线路故障电流的暂态能量保护方法在负极接地故障的仿真结果的各段线路负极电流；图6b是本专利技术一种用于直流输电线路故障电流的暂态能量保护方法在负极接地故障的仿真结果的保护动作信号；图6c是本专利技术一种用于直流输电线路故障电流的暂态能量保护方法在负极接地故障的仿真结果的故障类型判断结果；图7a是本专利技术一种用于直流输电线路故障电流的暂态能量保护方法在极间故障的仿真结果的各段线路极间电流；图7b是本专利技术一种用于直流输电线路故障电流的暂态能量保护方法在极间故障的仿真结果的保护动作信号；图7c是本专利技术一种用于直流输电线路故障电流的暂态能量保护方法在极间故障的仿真结果的故障类型判断结果。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明，但本专利技术并不限于这些方式。一种用于直流输电线路故障电流的暂态能量保护方法，如图1所示，包括以下步骤：步骤1、实时采集与各级直流输电线路正、负极相连的保护装置处的电流瞬时值ipi，ini；步骤2、将采集的电流瞬时值ipi，ini和对应的每一级线路末端最大负荷电流imax本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于直流输电线路故障电流的暂态能量保护方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、实时采集与各级直流输电线路正、负极相连的保护装置处的电流瞬时值ipi，ini；步骤2、将采集的电流瞬时值ipi，ini和对应的每一级线路末端最大负荷电流imaxi进行比较，当ipi或ini>K×imaxi，则判断配电系统线路上发生故障；K取1.2～1.3，imaxi是线路的最大负荷电流；步骤3、启动保护流程，根据不同故障线路下ipi、ini电流特性差异，判断故障类型；步骤4、根据故障类型将保护装置处的故障电流的电气量利用小波变换得到故障电流暂态能量；步骤5、比较各级线路的故障电流暂态能量差异，判断故障发生的线路位置；步骤6、启动故障线路的保护装置动作，切断和排除故障。

【技术特征摘要】
1.一种用于直流输电线路故障电流的暂态能量保护方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、实时采集与各级直流输电线路正、负极相连的保护装置处的电流瞬时值ipi，ini；步骤2、将采集的电流瞬时值ipi，ini和对应的每一级线路末端最大负荷电流imaxi进行比较，当ipi或ini>K×imaxi，则判断配电系统线路上发生故障；K取1.2～1.3，imaxi是线路的最大负荷电流；步骤3、启动保护流程，根据不同故障线路下ipi、ini电流特性差异，判断故障类型；步骤4、根据故障类型将保护装置处的故障电流的电气量利用小波变换得到故障电流暂态能量；步骤5、比较各级线路的故障电流暂态能量差异，判断故障发生的线路位置；步骤6、启动故障线路的保护装置动作，切断和排除故障。2.根据权利要求1所述的一种用于直流输电线路故障电流的暂态能量保护方法，其特征在于，所述步骤3在判断故障类型时，当ipi+ini＝0，则发生极间故障；当|ipi|>|ini|，则发生正极单极接地故障；当|ini|>|ipi|，则发生负极单极接地故障。3.根据权利要求1所述的一种用于直流输电线路故障电流的暂态能量保护方法，其特征在于，所述步骤4中小波变换采用dbN小波作为基函数，得到固定频段的故障电流暂态能量。4.根据权利要求3所述的一种用于直流输电线路故障电流的暂态能量保护方法，其特征在于，所述dbN小波选取阶数N为5，进行5层小波分解法提取故障信号特征量。5.根据权利要求1所述的一种用于直流输电线路故障电流的暂态能量保护方法，其特征在于，所述步骤4故障电流暂态能量的表达式为：公式中，f为采样频率200kHz，i为第i个线路i，n为发生故障的采样点，T为时间窗代表的时间长度，Ak为小波变换2k尺度下的低频系数，K取5；其中，公式中，Ak为小波变换下的低频系...

【专利技术属性】
技术研发人员：段建东，李再男，杨青，魏朝阳，汪鑫鑫，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61