基于正、负、零序阻抗的纵联突变量方向保护方法技术

本发明专利技术提出了一种基于正、负、零序阻抗的纵联突变量方向保护方法，针对某实际特高压直流分层接入工程，在PSCAD中搭建其电磁暂态模型，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原理，结合背侧直流系统的正、负、零序阻抗特征，提出基于零序阻抗的纵联突变量方向保护方法。对于所述突变量相方向元件和相差方向元件，要求保护安装处背侧系统的正、负序阻抗相等，从而准确测出背侧系统的正序阻抗；对于所述突变量序方向元件，可以准确测出保护安装处背侧系统的正、负、零序阻抗，但是要求所述背侧系统的正、负、零序阻抗的相角与线路序阻抗的相角相等，从而准确判断出故障方向。

Directional protection method of longitudinal sudden change based on positive, negative and zero sequence impedance

【技术实现步骤摘要】
基于正、负、零序阻抗的纵联突变量方向保护方法
本专利技术属于交直流混联特高压直流分层接入方式下交流系统保护领域，特别地涉及一种一种基于正、负、零序阻抗的纵联突变量方向保护方法。
技术介绍
长期以来，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受端电网。针对这一全新的模式，目前的研究还比较少，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。特别值得注意的是，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法，交流系统保护快速动作隔离故障，是保证“强直弱交”电网稳定运行的关键。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种能够应用于交直流混联电网的保护方法，充分考虑直流分层接入的影响，使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正确动作。本专利技术提供了一种基于正、负、零序阻抗的纵联突变量方向保护方法，包括以下步骤：步骤一：针对某实际特高压直流分层接入工程，在PSCAD中搭建其电磁暂态模型，获得换相失败时背侧直流系统的正、负、零序阻抗特征；步骤二：根据突变量方向元件的保护原理，结合步骤一中的背侧直流系统的正、负、零序阻抗特征，提出基于零序阻抗的纵联突变量方向保护方法，所述突变量方向元件根据原理可以分为相突变量方向元件和序方向突变量元件，其中所述相突变量方向元件分为相和相差方向元件，所述突变量方向元件的适用条件如下：(1)对于所述突变量相方向元件和相差方向元件，要求保护安装处背侧系统的正、负序阻抗相等，从而准确测出背侧系统的正序阻抗；(2)对于所述突变量序方向元件，可以准确测出保护安装处背侧系统的正、负、零序阻抗，但是要求所述背侧系统的正、负、零序阻抗的相角与线路序阻抗的相角相等，从而准确判断出故障方向。进一步，所述正、负、零序阻抗特征为：式中：m＝1、2、0分别表示正序、负、零序分量；ΔUm(k)、ΔIm(k)分别为换流器交流侧k次谐波电压、电流故障分量；对保护而言，仅关心工频量，即k＝1。进一步，所述突变量方向元件根据原理可以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，表达式分别为如式(2)和(3)：序方向元件分为正、负、零序方向元件，表达式分别为(4)、(5)和(6)：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；对于工频突变量元件，在MN线路上，对于M侧的保护，当正方向K1点故障时，相当于故障附加状态的等效网络中在K1点接入一个新电源，变化量即有k1点的新电源产生，这时继电器所感受的电压变化即故障分量为：式中：这里的U、I均表示M端母线处电压、电流的故障分量，故障分量的电流可普遍表示为：分别将式(7)和式(8)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(9)可以化简为：对于突变量序方向保护而言，由A、B、C三相电压相量通过相序变化，可以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，如式(12)所示：化简式(11)，可得：本专利技术公开了一种基于正、负、零序阻抗的纵联突变量方向保护方法，该方法综合考虑了特高压直流分层接入方式的影响，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。附图说明图1是本专利技术实施例的某±800kV特高压直流分层工程接入交流系统示意图；图2是本专利技术实施例的特高压直流分层接入方式单极模型示意图；图3是本专利技术实施例的交流线路发生故障时背侧直流系统正负序阻抗；图4是本专利技术实施例的交流线路发生故障时背侧直流系统零序阻抗；图5是本专利技术的工频突变量方向元件原理图；图6是本专利技术实施例的交流输电线路背侧直流系统侧的正负序阻抗；图7是本专利技术实施例的交流输电线路对侧交流系统侧的正负序阻抗；图8是本专利技术实施例的交流输电线路背侧交流系统侧的零序阻抗；图9是本专利技术实施例的交流输电线路对侧交流系统侧的零序阻抗。具体实施方式为使本专利技术实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将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更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。下面结合附图对本专利技术的实施例进行详细说明。根据说明书附图1-9对一种基于正、负、零序阻抗的纵联突变量方向保护方法进行介绍。图1为某实际±800kV特高压直流分层接入工程。在该接入方式下，直流逆变侧双低端换流器(TZ-C1)通过高压换流变接入1000kV交流电网，双高端换流器(TZ-C2)通过低压换流变接入500kV交流电网，并通过多回超/特高压交流线路将大规模电能进行疏散。其中直流线路额定电压为±800kV，额定电流为6.25kA，额定容量为10000MW，整流侧采用定电流控制，逆变侧采用定熄弧角控制。图2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。图中采用2组12脉动换流器串联的形式分别与三绕组变压器相连并接往不同电压等级母线上；Id为直流电流；Ud1与Ud2分别为回路1和2的逆变侧直流电压；Ud为整个逆变侧直流电压，即Ud1与Ud2之和；U1和U2为不同电压等级逆变侧交流母线线电压有效值；T1和T2为变压器变比；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；Iac1与Iac2分别为特高压直流分层接入方式下从1000kV和500kV直流换相母线注入受端电网的交流电流；E1∠ζ1、E2∠ζ2为受端系统恒压源；Bc1、Bc2分别为回路1和回路2的无功补偿设备；Pd1、Pd2分别为输送到回路1、2的直流有功功率；Pac1、Pac2分别为输送到交流受端系统回路1、2的有功功率；P12为换流母线间联络线上功率；Pd为直流输电线路上有功功率。在PSCAD仿真平台中搭建如图2所示的±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，直流系统采用双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，对应的参数为Z1＝10.67+j42.7Ω，Z2＝5.3本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于正、负、零序阻抗的纵联突变量方向保护方法，包括以下步骤：步骤一：针对某实际特高压直流分层接入工程，在PSCAD中搭建其电磁暂态模型，获得换相失败时背侧直流系统的正、负、零序阻抗特征；步骤二：根据突变量方向元件的保护原理，结合步骤一中的背侧直流系统的正、负、零序阻抗特征，提出基于零序阻抗的纵联突变量方向保护方法，所述突变量方向元件根据原理可以分为相突变量方向元件和序方向突变量元件，其中所述相突变量方向元件分为相和相差方向元件，所述突变量方向元件的适用条件如下：(1)对于所述突变量相方向元件和相差方向元件，要求保护安装处背侧系统的正、负序阻抗相等，从而准确测出背侧系统的正序阻抗；(2)对于所述突变量序方向元件，可以准确测出保护安装处背侧系统的正、负、零序阻抗，但是要求所述背侧系统的正、负、零序阻抗的相角与线路序阻抗的相角相等，从而准确判断出故障方向。

【技术特征摘要】
1.一种基于正、负、零序阻抗的纵联突变量方向保护方法，包括以下步骤：步骤一：针对某实际特高压直流分层接入工程，在PSCAD中搭建其电磁暂态模型，获得换相失败时背侧直流系统的正、负、零序阻抗特征；步骤二：根据突变量方向元件的保护原理，结合步骤一中的背侧直流系统的正、负、零序阻抗特征，提出基于零序阻抗的纵联突变量方向保护方法，所述突变量方向元件根据原理可以分为相突变量方向元件和序方向突变量元件，其中所述相突变量方向元件分为相和相差方向元件，所述突变量方向元件的适用条件如下：(1)对于所述突变量相方向元件和相差方向元件，要求保护安装处背侧系统的正、负序阻抗相等，从而准确测出背侧系统的正序阻抗；(2)对于所述突变量序方向元件，可以准确测出保护安装处背侧系统的正、负、零序阻抗，但是要求所述背侧系统的正、负、零序阻抗的相角与线路序阻抗的相角相等，从而准确判断出故障方向。2.根据权利要求1所述的一种基于正、负、零序阻抗的纵联突变量方向保护方法，其特征在于，所述正、负、零序阻抗特征为：式中：m＝1、2、0分别表示正序、负、零序分量；ΔUm(k)、ΔIm(k)分别为换流器交流侧k次谐波电压、电流故障分量...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾科，杨哲，戴明，董雄鹰，方煜，朱正轩，毕天姝，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：北京,11