一种基于零序阻抗的突变量方向保护方法技术

本发明专利技术公开了一种基于零序阻抗的突变量方向保护方法，首先针对指定的特高压直流分层接入系统，在PSCAD仿真平台中搭建该系统的电磁暂态模型；根据所搭建的电磁暂态模型，分析获得换相失败时背侧直流系统的正负零序阻抗特征；根据突变量方向元件的保护特征，并结合所获得的背侧直流系统的正负零序阻抗特征，获得交流系统输电线路突变量方向保护的特征；针对交流系统输电线路突变量方向保护的特征，并结合零序阻抗特征，设计基于零序阻抗的突变量方向保护手段。上述方法充分考虑直流分层接入的影响，能够在直流系统发生换相失败时，准确地定位出交流系统接地故障位置。

A sudden change direction protection method based on zero sequence impedance

The invention discloses a sudden change direction protection method based on zero sequence impedance. Firstly, the electromagnetic transient model of the system is built in the PSCAD simulation platform for the designated UHVDC hierarchical access system; according to the electromagnetic transient model, the positive and negative zero sequence impedance characteristics of the back DC system when commutation fails are analyzed and obtained; and according to the protection characteristics of the sudden change direction element, the electromagnetic transient model of the system is built. According to the characteristics of positive and negative sequence impedance of back DC system, the characteristics of sudden change directional protection of AC transmission line are obtained. Aiming at the characteristics of sudden change directional protection of AC transmission line, and combining with the characteristics of zero sequence impedance, the method of sudden change directional protection based on zero sequence impedance is designed. The above method fully considers the influence of DC layered access, and can accurately locate the grounding fault location of AC system when commutation failure occurs in DC system.

【技术实现步骤摘要】
一种基于零序阻抗的突变量方向保护方法
本专利技术涉及交直流电网系统
，尤其涉及一种基于零序阻抗的突变量方向保护方法。
技术介绍
目前，我国能源消费与资源禀赋之间存在严重的空间异质性，大规模、远距离的输电要求促进了超\特高压直流工程的不断建设和发展，目前华东和华南已经形成了多馈入直流系统，受端电网的支撑能力面临严峻考验，为了从电网结构上解决这一问题，国内学者率先提出一种特高压直流分层接入交流电网的方式，即直流逆变站高、低端换流器通过换流变压器分别接入500kV/1000kV的受端电网。针对这一全新模式的研究还比较少，主要集中在分层接入系统的方式介绍，多馈入分层短路比的适用性，直流控制系统的整体设计以及功率的协调控制等方面，与多馈入直流相比，受端分层混联系统的拓扑结构更为复杂，交直流系统间的耦合更加严重，受端混联系统间的交互影响可能导致连锁故障的发生，这也是目前我国部分电网“强直弱交”现状的症结所在。因此，研究直流系统提供暂态电流的故障特征及现有突变量方向保护的适应性情况，提出更适合直流分层接入的保护方案成为亟待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于零序阻抗的突变量方向保护方法，该方法充分考虑直流分层接入的影响，能够在直流系统发生换相失败时，准确地定位出交流系统接地故障位置，保护正确动作，不受直流系统控制方式的影响。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种基于零序阻抗的突变量方向保护方法，所述方法包括：步骤1、针对指定的特高压直流分层接入系统，在PSCAD仿真平台中搭建该系统的电磁暂态模型；步骤2、根据所搭建的电磁暂态模型，分析获得换相失败时背侧直流系统的正负零序阻抗特征；步骤3、根据突变量方向元件的保护特征，并结合步骤2所获得的背侧直流系统的正负零序阻抗特征，获得交流系统输电线路突变量方向保护的特征；步骤4、针对交流系统输电线路突变量方向保护的特征，并结合零序阻抗特征，设计基于零序阻抗的突变量方向保护手段。在步骤1中，在PSCAD仿真平台中搭建该系统的电磁暂态模型的过程具体为：在PSCAD仿真平台中搭建±800kV特高压直流分层接入500/1000kV交流系统的单极等值混联系统模型，其中：直流分层采用双12脉动400kV+400kV换流器，额定直流功率为5000MW，额定直流电流为6.25kA，换流器熄弧角均为22°；受端两层系统的稳态运行电压分别为520kV、1050kV；受端交流系统等值阻抗采用戴维南等效模型设计，对应的参数为Z1＝10.67+j42.7Ω，Z2＝5.335+j21.35Ω，Z12＝50+j973.9Ω；其中，Z1和Z2为交流系统等值阻抗；Z12为换流母线1和2之间的等值联系阻抗。在步骤2中，所获得的换相失败时背侧直流系统的正负零序阻抗特征具体为：换相失败时逆变侧交流线路发生故障时，故障层背侧直流系统正负序阻抗幅值和相角不相等，非故障层的正负序阻抗也不相等；对于零序电流，直流系统不会影响交流系统的零序阻抗。在步骤3中，获得交流系统输电线路突变量方向保护的特征的过程具体为：突变量方向元件根据原理分为相突变量方向元件和序方向突变量元件，其中相突变量方向元件分为相和相差方向元件，表达式分别为下式(1)和(2)：序方向突变量元件分为正、负、零序方向元件，表达式分别为下式(3)、(4)和(5)：上式中，下标g表示突变量，下标1，2，0分别表示正序、负序、零序分量，θ表示阻抗相角；在MN线路上，对于M侧的保护，当正方向K1点故障时，故障分量表示为：上式中，U、I均表示M端母线处电压、电流的故障分量，故障分量的电流表示为：分别将式(6)和式(7)减去对应的零序电压和零序电流，以A相为例，则有：当背后电源系统有Z1S＝Z2S时，则式(8)化简为：对于序方向突变量元件保护而言，由A、B、C三相电压相量，通过相序变化求得正负零序电压相量如下：式中，F为凯伦贝尔相序逆变换矩阵，具体如下式所示：进一步化简式(10)得到：在步骤4中，设计基于零序阻抗的突变量方向保护手段具体包括：针对突变量相方向元件和相差方向元件，设定保护安装处背侧系统的正、负序阻抗相等，由此测出背侧系统的正序阻抗；针对突变量序方向元件，设定背侧系统的正、负、零序阻抗的相角与线路序阻抗的相角相等，并由此判断出故障方向。由上述本专利技术提供的技术方案可以看出，上述方法充分考虑直流分层接入的影响，能够在直流系统发生换相失败时，准确地定位出交流系统接地故障位置，保护正确动作，不受直流系统控制方式的影响，从而解决交流系统输电线路在直流系统换相失败时突变量方向保护误动的问题。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。图1为本专利技术实施例提供的基于零序阻抗的突变量方向保护方法流程示意图；图2为本专利技术所举实例中某实际±800kV特高压直流分层接入工程的示意图；图3为本专利技术所举实例中为该特高压直流分层接入方式下受端混联电网的单极模型示意图；图4为本专利技术所举实例中500kV交流线路发生故障时背侧500kV层和1000kV层直流系统正负序阻抗示意图；图5为本专利技术所举实例中500kV交流线路发生故障时背侧500kV层和1000kV层直流系统零序阻抗示意图；图6本专利技术所举实例中工频突变量方向元件原理示意图；图7为本专利技术实施例所述500kV和1000kV线路背侧直流系统侧的正序、负序阻抗示意图；图8为本专利技术实施例所述500kV和1000kV线路对侧交流系统侧的正序、负序阻抗示意图；图9为本专利技术实施例所述500kV和1000kV线路背侧直流系统侧的零序阻抗示意图；图10为本专利技术实施例所述500kV和1000kV线路对侧交流系统侧的零序阻抗示意图。具体实施方式下面结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术的保护范围。下面将结合附图对本专利技术实施例作进一步地详细描述，如图1所示为本专利技术实施例提供的基于零序阻抗的突变量方向保护方法流程示意图，所述方法包括：步骤1、针对指定的特高压直流分层接入系统，在PSCAD仿真平台中搭建该系统的电磁暂态模型；在该步骤中，在PSCAD仿真平台中搭建该系统的电磁暂态模型的过程具体为：在PSCAD仿真平台中搭建±800kV特高压直流分层接入500/1000kV交流系统的单极等值混联系统模型，其中：直流分层采用双12脉动400kV+400kV换流器，额定直流功率为5000MW，额定直流电流为6.25kA，换流器熄弧角均为22°；受端两层系统的稳态运行电压分别为520kV、1050kV；受端交流系统等值阻抗采用戴维南等效模型设计，对应的参数为Z1＝10.67+j42.7Ω，Z2＝5.335+j21.35Ω，Z12＝50+j973.9Ω；其中，Z1和Z2为交流系统等值阻抗；Z12为换流母线1和2之间的等值联系阻抗。举例来说，如图2所示为本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于零序阻抗的突变量方向保护方法，其特征在于，所述方法包括：步骤1、针对指定的特高压直流分层接入系统，在PSCAD仿真平台中搭建该系统的电磁暂态模型；步骤2、根据所搭建的电磁暂态模型，分析获得换相失败时背侧直流系统的正负零序阻抗特征；步骤3、根据突变量方向元件的保护特征，并结合步骤2所获得的背侧直流系统的正负零序阻抗特征，获得交流系统输电线路突变量方向保护的特征；步骤4、针对交流系统输电线路突变量方向保护的特征，并结合零序阻抗特征，设计基于零序阻抗的突变量方向保护手段。

【技术特征摘要】
1.一种基于零序阻抗的突变量方向保护方法，其特征在于，所述方法包括：步骤1、针对指定的特高压直流分层接入系统，在PSCAD仿真平台中搭建该系统的电磁暂态模型；步骤2、根据所搭建的电磁暂态模型，分析获得换相失败时背侧直流系统的正负零序阻抗特征；步骤3、根据突变量方向元件的保护特征，并结合步骤2所获得的背侧直流系统的正负零序阻抗特征，获得交流系统输电线路突变量方向保护的特征；步骤4、针对交流系统输电线路突变量方向保护的特征，并结合零序阻抗特征，设计基于零序阻抗的突变量方向保护手段。2.根据权利要求1所述基于零序阻抗的突变量方向保护方法，其特征在于，在步骤1中，在PSCAD仿真平台中搭建该系统的电磁暂态模型的过程具体为：在PSCAD仿真平台中搭建±800kV特高压直流分层接入500/1000kV交流系统的单极等值混联系统模型，其中：直流分层采用双12脉动400kV+400kV换流器，额定直流功率为5000MW，额定直流电流为6.25kA，换流器熄弧角均为22°；受端两层系统的稳态运行电压分别为520kV、1050kV；受端交流系统等值阻抗采用戴维南等效模型设计，对应的参数为Z1＝10.67+j42.7Ω，Z2＝5.335+j21.35Ω，Z12＝50+j973.9Ω；其中，Z1和Z2为交流系统等值阻抗；Z12为换流母线1和2之间的等值联系阻抗。3.根据权利要求1所述基于零序阻抗的突变量方向保护方法，其特征在于，在步骤2中，所获得的换相失败时背侧直流系统的正负零序阻抗特征具体为：换相失败时逆变侧交流线路发生故障时，故障...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾科，王童辉，毕天姝，冯涛，赵冠琨，董雄鹰，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：北京,11