一种基于U-I特性的特高压直流输电线路保护方法技术

一种基于U‑I特性的特高压直流输电线路保护方法。该方法通过建立直流电压和直流电流的U‑I平面，利用直流输电线路区外故障与区内故障状态下，U‑I动态轨迹历经不同区域的特征，分别在整流侧和逆变侧两端构建保护判据，并基于两侧判断信息的交互判断形成保护新原理。当线路发生区外故障时，整流侧和逆变侧U‑I动态轨迹具有一致性特征，而当线路发生区内故障时，两侧U‑I动态轨迹不一致性，整流侧历经IV‑III区域，逆变侧仅历经III区域。基于上述差异性，分别构建不同侧的保护判据。该保护方法原理简洁，易于整定，灵敏性高，能够快速识别区内和区外故障；同时该方法仅通信状态量，应用在工程上容易实现。

【技术实现步骤摘要】
一种基于U-I特性的特高压直流输电线路保护方法
本专利技术涉及一种针对特高压直流输电线路的继电保护方法，具体是一种基于U-I特性的特高压直流输电线路保护方法。
技术介绍
直流输电具有线路造价低、线路走廊窄、输送容量大、线路有功损耗小、功率调节容易、电网互联方便等诸多优点得到快速的发展和工程应用，然而运行数据显示，目前特高压直流输电工程继电保护的动作正确率偏低，特别是故障率最高的直流线路的保护表现得更为明显(宋国兵,高淑萍,蔡新雷,张健康,饶菁,索南加乐.高压直流输电线路继电保护技术综述[J].电力系统自动化,2012,36(22):123-129.)。当前工程中，特高压直流输电线路主要配备行波保护和微分欠压保护作为主保护，动作速度快，选择性好。但作为具有较高灵敏度的后备保护——纵联差动保护，其正确动作率和工程实现难度均是当前研究的热点。特高压直流线路的纵联差动保护由于受到线路分布电容的影响，需要等暂态过程结束后保护判据才成立，动作时间稍长，且灵敏度不高。为解决上述问题，出现了一些创新性的成果(郭亮,熊华强,王冠南,桂小智,潘本仁.一种长距离特高压直流输电线路的差动保护方法:中国专利技术专利,201510255701.4[P].2018-01-09.)，取得了一定的效果，但对于基于电流差动保护判据的改进，避免不了需要两侧高同步的保护信息量。提高特高压直流输电线路继电保护的可靠性、速动性以及耐过渡电阻能力，降低对于严格同步性的要求，对特高压直流输电系统的稳定可靠运行有着重要的意义。因此，针对特高压直流输电线路亟待提出新的保护方法。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术提出一种基于U-I特性的特高压直流输电线路保护方法，通过对故障时线路两端的电压和电流在U-I平面的移动轨迹进行分析发现，系统区外故障与区内故障状态下，U-I动态轨迹历经不同区域，由此分别在整流侧和逆变侧两端构建保护判据。保护量选取电压和电流的测量值中频段为[0，100]Hz的分量，避免了直流侧的特征谐波和雷击干扰的影响。本专利技术采取的技术方案为：一种基于U-I特性的特高压直流输电线路保护方法，包括以下步骤：步骤1：通过特高压直流线路两端的电压互感器和电流互感器测量线路的电压、电流。步骤2：通过滤波器选取保护量。为了排除雷击等干扰的影响，提高保护的灵敏度，需要利用滤波器提取固定频段的电流信号。考虑到特高压直流系统的直流侧的谐波主要是12k(k为自然数)次谐波、同杆并架的双极直流输电线路之间在频率为[100，10000]Hz的范围内耦合较大等因素，而故障分量主要集中在低频段，故选取电压和电流测量值中频段为[0，100]Hz的分量作为保护量。为了提取[0，100]Hz频段的信号，需要采用低通滤波器。有限冲激响应数字滤波器性能稳定，在电力系统继电保护中应用广泛(姜建山.FIR数字滤波器的MATLAB设计与DSP实现[J].电测与仪表,2006,12:33-36.)。利用窗函数设计FIR滤波器原理简单，容易实现。Chebyshev窗相较于其他常用窗函数，在给定旁瓣高度下，主瓣宽度最小，具有等波动性，还可以通过控制参数调节旁瓣的峰值低于主瓣的分贝数，滤波效果较其他窗函数要好(孙仲民,黄俊,杨健维,等.基于切比雪夫窗的电力系统谐波/间谐波高精度分析方法[J].电力系统自动化,2015,39(07):117-123.)。因此，通过Chebyshev窗函数滤波器选取电压和电流测量值中频段为[0，100]Hz的分量作为保护量。步骤3：建立基于直流电压和电流的U-I平面，根据不同位置故障后U-I动态轨迹历经不同的区域，由此分别针对整流侧和逆变侧构建单侧保护判据。单侧保护判据建立的机理在于当线路发生区外故障时，整流侧和逆变侧U-I动态轨迹具有一致性特征，而当线路发生区内故障时，两侧U-I动态轨迹不一致性，整流侧历经IV-III区域，逆变侧仅历经III区域。步骤4：单侧保护动作时，转换保护动作信息为“01”信息，通过信道发送至对侧；同时，等待接收对侧转换动作信息；步骤5：线路故障综合判据在两侧动作信息均为“01”，判断输电线路发生区内故障，并将判断结果“11”信息送至对侧。步骤6：一旦判断为区内故障或者接收到“11”信息，均直接跳直流断路器或者由直流控制系统关断故障电流。步骤3中，单侧保护判据建立的机理在于当线路发生区外故障时，整流侧和逆变侧U-I动态轨迹具有一致性特征，而当线路发生区内故障时，两侧U-I动态轨迹不一致性，整流侧历经IV-III区域，逆变侧仅历经III区域。设lmarg为考虑双极系统的某极线路故障、紧急停运或者重启时对健全极正常运行的影响而设置的波动范围裕度，考虑短时闭锁健全极低压限流功能的控制措施，一般可以取0.1～0.2pu。imarg为考虑正常运行时电流波动而设置的电流波动裕度，一般可以取0.08～0.1pu，umarg为电压波动裕度，一般可以取0.08～0.1pu。整流侧构建如下保护判据：逆变侧侧构建如下保护判据：本专利技术一种基于U-I特性的特高压直流输电线路保护方法，有益效果如下：(1)、只需要利用特高压直流工程现有的硬件设备，不需要增加新的装置，工程实用性强；(2)、根据本端的电压和电流信息来判断本端的保护判据是否成立，从而得到本端的故障保护动作状态信息，无需两端电压和电流严格同步的信息综合比较来判断，同步性要求低，通信量小；(3)、该保护方案的选择性好，抗雷电干扰能力强，稳定可靠。(4)、该保护方法原理简洁，易于整定，灵敏性高，能够快速识别区内和区外故障；同时该方法仅通信状态量，应用在工程上容易实现。附图说明图1(a)为系统故障附加网络图(区内故障)。图1(b)为系统故障附加网络图(区外故障)。图2为特高压直流输电系统控制特性图。图3为直流线路U-I特性分区图。图4(a)为系统故障后的U-I特性图(整流侧故障)。图4(b)为系统故障后的U-I特性图(逆变侧故障)。图4(c)为系统故障后的U-I特性图(区内故障)。图5(a)为单侧保护判据动作特性图(整流侧)。图5(b)为单侧保护判据动作特性图(逆变侧)。图6为保护状态比较综合判据逻辑图。图7(a)为系统故障后U-I特性仿真图(整流侧故障)。图7(b)为系统故障后U-I特性仿真图(逆变侧故障)。图7(c)为系统故障后U-I特性仿真图(区内故障)。具体实施方式一种基于U-I特性的特高压直流输电线路保护方法，通过建立直流电压和直流电流的U-I平面，利用直流输电线路区外故障与区内故障状态下，U-I动态轨迹历经不同区域的特征，分别在整流侧和逆变侧两端构建保护判据，并基于两侧判断信息的交互判断形成保护新原理。所述保护方法包括信号处理、单侧保护判据、线路故障综合判据。一种基于U-I特性的特高压直流输电线路保护方法，具体包括以下步骤：步骤1：通过电压互感器和电流互感器测量特高压直流线路整流侧的电压u10、电流i10，逆变侧的电压u20、电流i20。步骤2：通过滤波器选取保护量。为了排除雷击等干扰的影响，提高保护的灵敏度，需要利用滤波器提取固定频段的电流信号。考虑到特高压直流系统的直流侧的谐波主要是12k(k为自然数)次谐波、同杆并架的双极直流输电线路之间在频率为[100，10000]Hz的范围内耦合较本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于U‑I特性的特高压直流输电线路保护方法，其特征在于：通过建立直流电压和直流电流的U‑I平面，利用直流输电线路区外故障与区内故障状态下，U‑I动态轨迹历经不同区域的特征，分别在整流侧和逆变侧两端构建保护判据，并基于两侧判断信息的交互判断形成保护新原理。

【技术特征摘要】
1.一种基于U-I特性的特高压直流输电线路保护方法，其特征在于：通过建立直流电压和直流电流的U-I平面，利用直流输电线路区外故障与区内故障状态下，U-I动态轨迹历经不同区域的特征，分别在整流侧和逆变侧两端构建保护判据，并基于两侧判断信息的交互判断形成保护新原理。2.根据权利要求1所述一种基于U-I特性的特高压直流输电线路保护方法，其特征在于：所述保护方法包括信号处理、单侧保护判据、线路故障综合判据。3.根据权利要求1所述一种基于U-I特性的特高压直流输电线路保护方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1：特高压直流线路两侧保护装置分别测量整流侧电压u10、电流i10，逆变侧电压u20、电流i20；步骤2：利用Chebyshev窗函数滤波器选取电压和电流信号中频段为[0，100]Hz的分量作为保护量，进而得到滤波后整流侧电压u1、电流i1，逆变侧电压u2、电流i2；步骤3：建立基于直流电压和电流的U-I平面，根据不同位置故障后U-I动态轨迹历经不同的区域，由此分别针对整流侧和逆变侧构建单侧保护判据；步骤4：单侧保护动作时，转换保护动作信息为“01”信息，通过信道发送至对侧；同时，等待接收对侧转换动作信息；步骤5：线路故障综合判据在两侧动作信息均为“01”，判断输电线路发生区内故障，并将判断结果“11”信息送至对侧；步骤6：一旦判断为区内故障或...

【专利技术属性】
技术研发人员：李振兴，谭洪，王露，翁汉琍，徐艳春，李振华，黄景光，李丹，
申请(专利权)人：三峡大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42