一种线路故障区域识别方法技术

本发明专利技术公开了一种线路故障区域识别方法，包括如下步骤：计算出T区等值阻抗Zeq；计算出线路上故障时，T区非故障侧与故障侧的电流T区传递函数，进而得出其幅频特性曲线，从而确定被削减频带所对应的小波变换的层数J；赋初值给故障区域判别启动整定值Δset1，T区故障标准能量差的最大值ΔEJset；测量并计算出线模电流IL和IR；故障区域判别保护是否需动作；测量并计算出T区标准能量差ΔEJ；判断标准能量差ΔEJ与最大值ΔEJset的关系，进而判别故障区域。本发明专利技术根据T区对故障暂态电流中低频分量的削减作用，通过小波变换提取T区两侧故障暂态电流能量差异，可实现故障方位的快速、可靠识别，进而综合各T区的故障方向信息实现故障区域判定。

【技术实现步骤摘要】
一种线路故障区域识别方法
本专利技术涉及电学
，特别涉及一种并联型多端混合高压直流输电线路故障区域识别方法。
技术介绍
目前，多回直流的集中馈入容易引发多回直流系统换相失败的发生，从而对交直流混合电网的安全稳定性造成严重影响，而多端混合直流输电技术则是解决上述问题的有效技术手段之一。如南方电网计划于2020年投运的特高压多端混合直流输电系统——乌东德送电广东广西直流输电工程。直流架空线路是直流系统中故障概率最高的组成部分，因而直流线路保护显得尤为重要。实际上直流线路保护的配置与系统拓扑以及所采用的换流原理有关。对于传统的基于LCC的两端直流输电线路，其线路保护已较为成熟。当线路保护检测出线路发生故障时，可通过整流侧的紧急移相，实现线路弧道去游离和重启；若为永久性故障，则闭锁换流站从而实现故障隔离。对于基于MMC的直流电网，其故障电流不可控，出于可靠性的要求，在直流线路两端应当都配有直流断路器，线路故障时要求保护装置能够有选择性地控制直流断路器快速动作切除故障线路以保证系统剩余部分继续正常运行。而对于并联型多端混合直流系统而言，直流线路故障时，由于不管故障发生在哪一段线路，其故障处理的方式都是相同的，即均是通过整流侧LCC的紧急移相，同时闭锁MMC换流器，从而实现线路能量的释放和去游离，若为瞬时性故障则线路重启即可恢复。在这种情况下，线路保护只需要检测出线路故障，而不需要定位故障线路，因此现有的行波保护即可满足要求。但若为永久性故障，则保护装置还必须可靠识别出具体的故障线路，从而通过开关操作最小限度地隔离故障区域。由于并联型多端混合直流系统的不同线路之间是直接相连的，并没有如直流电网中直流线路两端的限流电抗器边界，因此基于MMC的直流电网保护原理并不能被直接应用。而采用基于纵联直流差动的原理，需要交换站间的同步电流信息，且当线路较长时，为了避免区外故障的误判，需要设定的延时也较长。若线路配置快速行波保护，则保护动作后，直流线路故障特征减弱，基于直流差动原理的判别方法将难以可靠定位故障线路。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种线路故障区域识别方法，此方法基于T区两侧暂态电流能量差值的直流线路故障方向判别原理，可实现故障方位的快速、可靠识别，进而综合各T区的故障方向信息实现故障区域判定，具有动作速度快、抗过渡电阻能力强等的优点。本专利技术的目的通过以下的技术方案实现：一种线路故障区域识别方法，包括如下步骤：S1、计算出T区等值阻抗Zeq；S2、计算出线路上故障时，T区非故障侧与故障侧的电流T区传递函数，同时对其进行幅频特性分析，进而得出其幅频特性曲线，根据该曲线得到T区对某频带的幅值削减大于50％时的频带f1-f2，从而确定被削减频带所对应的小波变换的层数J；S3、赋初值给故障区域判别启动整定值Δset1以适应不同的运行方式，T区故障标准能量差的最大值ΔEJset；S4、测量并计算出安装T区左侧电流互感器的线模电流IL和安装T区右侧电流互感器的线模电流值IR；S5、判断是否满足如果满足，则继续进行步骤S6；如果不满足，则故障区域判别保护无需动作；其中，ΔIm(n)表示在线模电流IL和IR线模突变量的第n个采样点，m取L或R表示左侧或右侧；S6、测量并计算出T区标准能量差ΔEJ，用于故障方向的判别；S7、判断ΔEJ与ΔEJset的大小关系；如果满足|ΔEJ|＞ΔEJset,ΔEJ＞0，则故障方向元件输出-1；如果满足|ΔEJ|＞ΔEJset,ΔEJ＜0，则故障故障方向元件输出1；如果满足|ΔEJ|＜ΔEJset，则故障方向元件输出0；S8、若有则故障发生在第h个T区内；若有则故障发生在第h和第h+1个换流站之间的线路上。优选的，所述步骤S1中，T区等值阻抗计算公式为：其中，Zconv为换流器等值阻抗，Ld为平波电抗器，j为虚数单位，ω表示角频率；T区换流器等值电感Leq＝2L0/3，换流器等值电容Ceq＝6C0/N，换流器等值电阻Req＝2Rarm/3，其中L0为桥臂等值电感，C0为桥臂等值电容，Req为桥臂等值电阻。优选的，所述步骤S2中，线路故障时传递函数为：其中，ΔI1(s)为故障侧暂态电流，ΔI2(s)非故障侧暂态电流，Z2(s)为非故障侧线路阻抗，Z3(s)是T区的等值阻抗，Z3(s)＝Lds+Zconv(s)，Zconv(s)为换流器等值频域阻抗，s表示复变量，代入数据可以得到其幅频特性图。优选的，所述故障区域判别启动整定值初值Δset1按躲过正常直流线路电流的波动来整定。优选的，所述步骤S6中，标准能量差ΔEJ的计算步骤为：先根据T区传递函数幅频特性确定中低频带所对应的小波变换的层数J；再在给定的数据窗内，对T区左右两侧的暂态电流进行小波变换，以反映信号突变处的特性，并计算其第J层小波能量ELJ与ERJ，具体计算公式为：EJ＝∑[dJ(n)]2其中，dJ为线模电流变化量小波变换后第J层的细节系数；在此基础上，定义标准能量差为：其中，max(ELJ,ERJ)为取T区左右两侧能量的最大值，作比来消除过渡电阻的影响；ΔEJset的选取要大于T区故障时标准能量差的最大值，而小于T区左右两侧线路故障时标准能量差的最小值。优选的，令分别对应第1个换流站和最后一个换流站的虚拟方向元件输出；纵联各个换流站的故障信息，得到故障区段判别结果；若有则故障发生在第h个T区内；若有则故障发生在第h和第h+1个换流站之间的线路上；其中，表示第h个换流站的虚拟方向元件输出，表示第h+1个换流站的虚拟方向元件输出。本专利技术与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：1、本专利技术根据T区对故障暂态电流中低频分量的削减作用，通过小波变换提取T区两侧故障暂态电流能量差异，可实现故障方位的快速、可靠识别，进而综合各T区的故障方向信息实现故障区域判定。2、本专利技术动作速度快，能与行波保护相配合实现故障线路的快速隔离。3、本专利技术能适用于直流系统不同的运行方式，且具有较强的抗过渡电阻能力。4、本专利技术应用于三端系统时无需站间通信；而对于四端及以上的系统，则只需传递T接换流站的故障方向信息，对通信要求低，且不需要站间的同步。5、本专利技术所需采样频率较低，可基于现有高压/特高压直流工程的控制保护平台实现。附图说明图1是本专利技术T区故障等值模型图。图2是本专利技术直流线路故障的等值电路图。图3是本专利技术实施例T区1测量故障暂态能量图。图4是本专利技术实施例T区2测量故障暂态能量。图5是本专利技术四端混合直流输电系统结构拓扑图。图6是本专利技术T区结构示意图。图7是本专利技术故障区域识别计算流程图。图8是T区等值电容对传递函数幅频特性的影响曲面图。图9是T区等值电感对传递函数幅频特性的影响曲面图。图10是T区等值电阻对传递函数幅频特性的影响曲面图。具体实施方式为了更好的理解本专利技术的技术方案，下面结合附图详细描述本专利技术提供的实施例，但本专利技术的实施方式不限于此。实施例1如图1-10所示，由于T区的传递函数受多个参数影响，包括换流器等值电阻Req、等值电感Leq、等值电容Ceq和平波电抗器Ld。下面逐一对各影响因素进行分析。换流器等值电感Leq＝2L0/3大小取决于换流器桥臂电感L0，所以T区的等值电感由平波电抗器Ld和桥臂电感共同决定；T区等值电容Ce本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种线路故障区域识别方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、计算出T区等值阻抗Zeq；S2、计算出线路上故障时，T区非故障侧与故障侧的电流T区传递函数，同时对其进行幅频特性分析，进而得出其幅频特性曲线，根据该曲线得到T区对某频带的幅值削减大于50％时的频带f1‑f2，从而确定被削减频带所对应的小波变换的层数J；S3、赋初值给故障区域判别启动整定值Δset1，T区故障标准能量差的最大值ΔEJset；S4、测量并计算出安装T区左侧电流互感器的线模电流IL和安装T区右侧电流互感器的线模电流值IR；S5、判断是否满足

【技术特征摘要】
1.一种线路故障区域识别方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、计算出T区等值阻抗Zeq；S2、计算出线路上故障时，T区非故障侧与故障侧的电流T区传递函数，同时对其进行幅频特性分析，进而得出其幅频特性曲线，根据该曲线得到T区对某频带的幅值削减大于50％时的频带f1-f2，从而确定被削减频带所对应的小波变换的层数J；S3、赋初值给故障区域判别启动整定值Δset1，T区故障标准能量差的最大值ΔEJset；S4、测量并计算出安装T区左侧电流互感器的线模电流IL和安装T区右侧电流互感器的线模电流值IR；S5、判断是否满足如果满足，则继续进行步骤S6；如果不满足，则故障区域判别保护无需动作；其中，ΔIm(n)表示在线模电流IL和IR线模突变量的第n个采样点，m取L或R表示左侧或右侧；S6、测量并计算出T区标准能量差ΔEJ；S7、判断ΔEJ与ΔEJset的大小关系；如果满足|ΔEJ|＞ΔEJset，ΔEJ＞0，则故障方向元件输出-1；如果满足|ΔEJ|＞ΔEJset，ΔEJ＜0，则故障故障方向元件输出1；如果满足|ΔEJ|＜ΔEJset，则故障方向元件输出0；S8、若有则故障发生在第h个T区内；若有则故障发生在第h和第h+1个换流站之间的线路上。2.根据权利要求1所述的线路故障区域识别方法，其特征在于，所述步骤S1中，T区等值阻抗计算公式为：其中，Zconv为换流器等值阻抗，Ld为平波电抗器，j为虚数单位，ω表示角频率；T区换流器等值电感Leq＝2L0/3，换流器等值电容Ceq＝6C0/N，换流器等值电阻Req＝2Rarm/3，其中L0为桥臂等值电感，C0为桥臂等值...

【专利技术属性】
技术研发人员：李明，郭铸，黄伟煌，曹润彬，刘涛，李岩，许树楷，张坤，李海锋，梁远升，王钢，
申请(专利权)人：南方电网科学研究院有限责任公司，
类型：发明
国别省市：广东,44