一种面向VSC-MTDC的行波差动保护方法和系统技术方案

本发明专利技术涉及一种面向VSC‑MTDC的行波差动保护方法和系统。该方法包括如下步骤：获取多端柔性直流输电网中标定线路的本地线模电压和本地线模电流，并确定本地线模电压变化率和本地线模电流变化率；根据所述本地线模电压变化率和所述本地线模电流变化率确定行波能量，并根据所述行波能量确定所述多端柔性直流输电网中是否发生故障；当确定所述多端柔性直流输电网中发生故障时，根据所述行波能量对故障类型进行基于布尔量的识别，并根据识别确定的所述故障类型对所述标定线路进行相应保护。本发明专利技术的技术方案可使线路两侧的保护设备无需同步对时，且二者交换信息量少，具有较强的工程可实施性。

A Traveling Wave Differential Protection Method and System for VSC-MTDC

【技术实现步骤摘要】
一种面向VSC-MTDC的行波差动保护方法和系统
本专利技术涉及电力系统
，具体涉及一种面向VSC-MTDC的行波差动保护方法和系统。
技术介绍
VSC-MTDC(Multi-terminalHVDCBasedonVoltageSourceConverter，基于电压源换流器的多端柔性直流输电网)是指由3个或3个以上的换流站及其直流输电线路组成的高压直流输电系统，在新能源并网、大容量远距离电能输送以及新增城市直流配电网等领域有着广泛的应用前景。但是与常规直流输电系统相比，VSC-MTDC的故障发展过程极快，在几个毫秒之内就能危及整个电网，传统的高压直流保护方案无法满足其极快的动作时间要求，很难进行实际工程应用。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供一种面向VSC-MTDC的行波差动保护方法和系统。一方面，本专利技术提供了一种面向VSC-MTDC的行波差动保护方法，该方法包括如下步骤：获取多端柔性直流输电网中标定线路的本地线模电压和本地线模电流，并确定本地线模电压变化率和本地线模电流变化率。根据所述本地线模电压变化率和所述本地线模电流变化率确定行波能量，并根据所述行波能量确定所述多端柔性直流输电网中是否发生故障。当确定所述多端柔性直流输电网中发生故障时，根据所述行波能量对故障类型进行基于布尔量的识别，并根据识别确定的所述故障类型对所述标定线路进行相应保护。另一方面，本专利技术提供了一种面向VSC-MTDC的行波差动保护系统，该系统包括：获取模块，用于获取多端柔性直流输电网中标定线路的本地线模电压和本地线模电流，并确定本地线模电压变化率和本地线模电流变化率。行波处理模块，用于根据所述本地线模电压变化率和所述本地线模电流变化率确定行波能量，并根据所述行波能量确定所述多端柔性直流输电网中是否发生故障。故障处理模块，用于当确定所述多端柔性直流输电网中发生故障时，根据所述行波能量对故障类型进行基于布尔量的识别，并根据识别确定的所述故障类型对所述标定线路进行相应保护。本专利技术提供的面向VSC-MTDC的行波差动保护方法和系统的有益效果是，在基于电压源换流器的多端柔性直流输电网中特定线路的首、末端分别进行本地线模电压和电流的测量，进而计算得到前行波、反行波能量，通过简单的阈值比较判断便可确定电网中是否发生故障，进一步通过前行波、反行波能量的比值，基于首、末端保护设备之间布尔量的信息传输结构，可快速确定故障为该特定线路的区内故障还是区外故障，进而采取相应保护策略。在此过程中，线路两侧的保护设备无需同步对时，且二者交换信息量少，具有较强的工程可实施性。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例的面向VSC-MTDC的行波差动保护方法的流程示意图；图2为本专利技术实施例的多端柔性直流输电网的示意图；图3-1为本专利技术实施例的P1-1处的线模电压示意图；图3-2为本专利技术实施例的P1-1处的线模电流示意图；图3-3为本专利技术实施例的P1-2处的线模电压示意图；图3-4为本专利技术实施例的P1-2处的线模电流示意图；图4-1为本专利技术实施例的P1-1处的线模前行波示意图；图4-2为本专利技术实施例的P1-1处的线模反行波示意图；图4-3为本专利技术实施例的P1-2处的线模前行波示意图；图4-4为本专利技术实施例的P1-2处的线模反行波示意图；图5-1为本专利技术实施例的P1-1处的行波能量示意图；图5-2为本专利技术实施例的P1-2处的行波能量示意图；图6为本专利技术实施例单一线路的保护方法示意图；图7为本专利技术实施例的面向VSC-MTDC的行波差动保护系统的结构框图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本专利技术，并非用于限定本专利技术的范围。如图1所示，本专利技术实施例的一种面向VSC-MTDC的行波差动保护方法包括如下步骤：获取多端柔性直流输电网中标定线路的本地线模电压和本地线模电流，并确定本地线模电压变化率和本地线模电流变化率。根据所述本地线模电压变化率和所述本地线模电流变化率确定行波能量，并根据所述行波能量确定所述多端柔性直流输电网中是否发生故障。当确定所述多端柔性直流输电网中发生故障时，根据所述行波能量对故障类型进行基于布尔量的识别，并根据识别确定的所述故障类型对所述标定线路进行相应保护。在本实施例中，在基于电压源换流器的多端柔性直流输电网中特定线路的首、末端分别进行本地线模电压和电流的测量，进而计算得到前行波、反行波能量，通过简单的阈值比较判断便可确定电网中是否发生故障，进一步通过前行波、反行波能量的比值，基于首、末端保护设备之间布尔量的信息传输结构，可快速确定故障为该特定线路的区内故障还是区外故障，进而采取相应保护策略。在此过程中，线路两侧的保护设备无需同步对时，且二者交换信息量少，具有较强的工程可实施性。优选地，所述获取多端柔性直流输电网中标定线路的本地线模电压和本地线模电流，并确定本地线模电压变化率和本地线模电流变化率具体包括：通过所述标定线路的首端及末端的测量设备获得正极电压u+、正极电流i+、负极电压u-和负极电流i-。根据第一公式确定所述本地线模电压和所述本地线模电流，所述第一公式为：其中，U1为所述本地线模电压，I1为所述本地线模电流。根据第二公式确定所述本地线模电压变化率和所述本地线模电流变化率，所述第二公式为：其中，ΔU1(t)为所述本地线模电压变化率，ΔI1(t)为所述本地线模电流变化率。其相当于进行微分计算。优选地，所述根据所述本地线模电压变化率和所述本地线模电流变化率确定行波能量具体包括：根据第三公式确定线模前行波与线模反行波，所述第三公式为：其中，U1q为所述线模前行波，U1f为所述线模反行波，Z1为线路的波阻抗。根据第四公式确定线模前行波能量与线模反行波能量，所述第四公式为：其中，E1q为所述线模前行波能量，E1f为所述线模反行波能量，t为当前时刻，tpro为预设时间窗。优选地，所述根据所述行波能量确定所述多端柔性直流输电网中是否发生故障具体包括：当所述线模前行波能量和所述线模反行波能量中的任意一者大于预设阈值时，则判定所述多端柔性直流输电网中发生故障，其中，此时令t为故障发生时刻。具体地，预设阈值可为100，即，当线模前行波能量和线模反行波能量中的任意一者大于100时，则确定电网中有故障发生。如果二者均小于等于100，则确定没有故障发生，保证在正常情况下保护方案不误动。另外，在预设时间窗中，测量与计算是实时进行的，当计算确定发生故障时，则当前时刻可被确定为故障发生时刻。优选地，所述根据所述行波能量对故障类型进行基于布尔量的识别具体包括：当所述线模反行波能量与所述线模前行波能量的比值小于或等于第一阈值时，由所述标定线路的首端保护设备向末端保护设备发送假值布尔量，且确定故障类型为所述标定线路的区外故障。当所述线模反行波能量与所述线模前行波能量的比值大于第一阈值时，由所述标定线路的首端保护设备向末端保护设备发送真值布尔量，若在预设时间内接收到来自所述末端保护设备本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种面向VSC‑MTDC的行波差动保护方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：获取多端柔性直流输电网中标定线路的本地线模电压和本地线模电流，并确定本地线模电压变化率和本地线模电流变化率；根据所述本地线模电压变化率和所述本地线模电流变化率确定行波能量，并根据所述行波能量确定所述多端柔性直流输电网中是否发生故障；当确定所述多端柔性直流输电网中发生故障时，根据所述行波能量对故障类型进行基于布尔量的识别，并根据识别确定的所述故障类型对所述标定线路进行相应保护。

【技术特征摘要】
1.一种面向VSC-MTDC的行波差动保护方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：获取多端柔性直流输电网中标定线路的本地线模电压和本地线模电流，并确定本地线模电压变化率和本地线模电流变化率；根据所述本地线模电压变化率和所述本地线模电流变化率确定行波能量，并根据所述行波能量确定所述多端柔性直流输电网中是否发生故障；当确定所述多端柔性直流输电网中发生故障时，根据所述行波能量对故障类型进行基于布尔量的识别，并根据识别确定的所述故障类型对所述标定线路进行相应保护。2.根据权利要求1所述的面向VSC-MTDC的行波差动保护方法，其特征在于，所述获取多端柔性直流输电网中标定线路的本地线模电压和本地线模电流，并确定本地线模电压变化率和本地线模电流变化率具体包括：通过所述标定线路的首端及末端的测量设备获得正极电压u+、正极电流i+、负极电压u-和负极电流i-；根据第一公式确定所述本地线模电压和所述本地线模电流，所述第一公式为：其中，U1为所述本地线模电压，I1为所述本地线模电流；根据第二公式确定所述本地线模电压变化率和所述本地线模电流变化率，所述第二公式为：其中，ΔU1(t)为所述本地线模电压变化率，ΔI1(t)为所述本地线模电流变化率。3.根据权利要求2所述的面向VSC-MTDC的行波差动保护方法，其特征在于，所述根据所述本地线模电压变化率和所述本地线模电流变化率确定行波能量具体包括：根据第三公式确定线模前行波与线模反行波，所述第三公式为：其中，U1q为所述线模前行波，U1f为所述线模反行波，Z1为线路的波阻抗；根据第四公式确定线模前行波能量与线模反行波能量，所述第四公式为：其中，E1q为所述线模前行波能量，E1f为所述线模反行波能量，t为当前时刻，tpro为预设时间窗。4.根据权利要求3所述的面向VSC-MTDC的行波差动保护方法，其特征在于，所述根据所述行波能量确定所述多端柔性直流输电网中是否发生故障具体包括：当所述线模前行波能量和所述线模反行波能量中的任意一者大于预设阈值时，则判定所述多端柔性直流输电网中发生故障，其中，此时令t为故障发生时刻。5.根据权利要求3所述的面向VSC-MTDC的行波差动保护方法，其特征在于，所述根据所述行波能量对故障类型进行基于布尔量的识别具体包括：当所述线模反行波能量与所述线模前行波能量的比值小于或等于第一阈值时，由所述标定线路的首端保护设备向末端保护设备发送假值布尔量，且确定故障类型为所述标定线路的区外故障；当所述线模反行波能量与所述线模前行波能量的比值大于第一阈值时，由所述标定线路的首端保护设备向末端保护设备发送真值布尔量，若在预设时间内接收到来自所述末端保护设备的假值布尔量或未接收到任何布尔量，则确定故障类型为所述标定线路的区外故障，若在预设时间内接收到来自所述末端保护设备的真值布尔量，则确定故障类型为所述标定线路的区内故障；或者，当所述线模前行波能量与所述线模反行波能量的比值大于第二阈值时，由所述标定线路的首端保护设备向末端保护设备发送假值布尔量，且确定故障类型为所述标定线路的区外故障；当所述线模前行波能量与所述线模反行波能量的比值小于或等于第二阈值时，由所述标定线路的首端保护设备向末端保护设备发送真值布尔量，若在预设时间内接收到来自所述末端保护设备的假值布尔量或未接收到任何布尔量，则确定故障类型为所述标定线路的区外故障，若在预设时间内接收到来自所述末端保护...

【专利技术属性】
技术研发人员：林湘宁，童宁，魏霖，李正天，郑宇超，随权，金能，
申请(专利权)人：华中科技大学，国网湖北省电力有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42