一种交直流系统的单相交流线路保护方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种交直流系统的单相交流线路保护方法及系统，属于继电保护技术领域，解决了现有保护方法对于谐波和非周期分量丰富的交直流系统保护存在误动或拒动可能造成判断准确度较低的问题。包括：采集逆变侧交流母线的三相电压、三相电流及逆变器流向交流母线的三相电流；基于交直流互联电网零模等效电路，采用KCL定理及KVL定理得到逆变侧某故障相关于交流母线的电压电流方程；基于交流母线的三相电压、三相电流、逆变器流向交流母线的三相电流及电压电流方程，得到故障距离；判断故障类型并根据产生断路器控制信号控制逆变侧断路器执行相应动作，实现对单相交流线路的保护，提高了适用性和准确性。

【技术实现步骤摘要】
一种交直流系统的单相交流线路保护方法及系统
本专利技术涉及继电保护
，尤其涉及一种交直流系统的单相交流线路保护方法及系统。
技术介绍
当逆变侧交流线路发生故障时，逆变站极易受到影响并发生换相失败，加之直流系统的灵活快速控制作用，直流系统呈现强烈的非线性特性。此外，在发生换相失败时，相当于在交直流系统中叠加发生了故障，直流系统作为附加故障源对交流保护动作的可靠性带来巨大的挑战。当交流线路故障引发逆变侧发生换相失败时，直流侧可等效为受控电流源，逆变器向交流系统注入大量高次谐波以及非周期分量，非周期分量呈指数衰减特性且时间常数较大。直流系统的故障特性将对交流保护产生影响，傅里叶算法虽然可以滤除一些高次谐波，但将受到非周期分量的影响，产生较大误差，影响保护动作的准确性。且由于直流系统控制反应非常快，发生故障后直流系统注入电流将呈非线性特性，难以用表达式量化表示注入系统电流。传统的保护方法大多为工频量保护，随着交流线路在系统中占比日渐提高，传统的保护方法对于谐波和非周期分量丰富的交直流系统保护存在误动或拒动的可能，造成了判断准确度较低的问题。
技术实现思路
鉴于上述的分析，本专利技术实施例旨在提供一种交直流系统的单相交流线路保护方法及系统，用以解决现有保护方法对于谐波和非周期分量丰富的交直流系统保护存在误动或拒动可能以造成的判断准确度较低的问题。一方面，本专利技术实施例提供了一种交直流系统的单相交流线路保护方法，包括如下步骤：采集逆变侧交流母线的三相电压uma,umb,umc、三相电流ima,imb,imc及逆变器流向交流母线的三相电流idca,idcb,idcc；基于交直流互联电网零模等效电路，采用KCL定理及KVL定理得到逆变侧某故障相关于交流母线的电压电流方程；基于所述交流母线的三相电压uma,umb,umc、交流母线的三相电流ima,imb,imc、逆变器流向交流母线的三相电流idca,idcb,idcc及电压电流方程，得到故障距离；基于所述故障距离，判断故障类型；根据所述故障类型产生断路器控制信号，控制逆变侧断路器执行相应动作，实现对单相交流线路的保护。进一步，所述逆变侧某故障相关于交流母线的电压电流方程为：其中，式中，z相表示a,b,c三相中的任一故障相，umz为逆变侧交流母线的z相电压，imz为逆变侧交流母线的z相电流，xj为电压电流方程的系数，j＝1,2,...,7，R1、L1分别为逆变侧交流线路的1模电阻及电感，kR为电阻的零模补偿系数，kR＝(R0-R1)/3R1，R0为逆变侧交流线路的零模电阻，kL为电感的零模补偿系数，kL＝(L0-L1)/3L1，L0为逆变侧交流线路的零模电感，im0为逆变侧交流母线保护装置处的零模电流，idc0为逆变侧的零模电流分量。进一步，基于所述交流母线的三相电压uma,umb,umc、交流母线的三相电流ima,imb,imc、逆变器流向交流母线的三相电流idca,idcb,idcc及电压电流方程，得到故障距离，包括：将一段时间窗口内采集的逆变侧交流母线的三相电压uma,umb,umc、交流母线的三相电流ima,imb,imc及逆变器流向交流母线的三相电流idca,idcb,idcc输入所述电压电流方程得到超定方程；基于Matlab的最小二乘优化函数得到所述超定方程的系数，其中，所述超定方程的系数与电压电流方程的系数相同；根据所述超定方程的系数得到故障距离。进一步，根据所述超定方程的系数得到故障距离的计算公式为：ρ＝x1式中，ρ为故障距离。进一步，基于所述故障距离，判断故障类型，保护装置根据所述故障类型发送相应信号至逆变侧断路器，断路器基于所述信号执行相应动作,包括：若所述故障距离小于单相交流线路的全长，则为区内故障，保护装置向逆变侧断路器发送跳闸信号，断路器跳闸；若所述故障距离大于单相交流线路的全长，则为区外故障，保护装置向逆变侧断路器发送闭锁信号，实现对单相故障线路的闭锁。另一方面，本专利技术实施例提供了一种交直流系统的单相交流线路保护系统，包括：数据采集模块，用于采集逆变侧交流母线的三相电压uma,umb,umc、三相电流ima,imb,imc及逆变器流向交流母线的三相电流idca,idcb,idcc；保护计算模块，用于根据交直流互联电网零模等效电路，采用KCL定理及KVL定理得到逆变侧某故障相关于交流母线的电压电流方程；故障距离获得模块，用于根据所述交流母线的三相电压uma,umb,umc、交流母线的三相电流ima,imb,imc、逆变器流向交流母线的三相电流idca,idcb,idcc及电压电流方程，得到故障距离；保护动作模块，用于根据所述故障距离，判断故障类型，并根据所述故障类型产生断路器控制信号，控制逆变侧断路器执行相应动作，实现对单相交流线路的保护。进一步，所述保护计算模块得到逆变侧某故障相关于交流母线的电压电流方程为：其中，式中，z相表示a,b,c三相中的任一故障相，umz为逆变侧交流母线的z相电压，imz为逆变侧交流母线的z相电流，xj为电压电流方程的系数，j＝1,2,...,7，R1、L1分别为逆变侧交流线路的1模电阻及电感，kR为电阻的零模补偿系数，kR＝(R0-R1)/3R1，R0为逆变侧交流线路的零模电阻，kL为电感的零模补偿系数，kL＝(L0-L1)/3L1，L0为逆变侧交流线路的零模电感，im0为逆变侧交流母线保护装置处的零模电流，idc0为逆变侧的零模电流分量。进一步，所述故障距离获得模块执行下述流程：将一段时间窗口内采集的逆变侧交流母线的三相电压uma,umb,umc、交流母线的三相电流ima,imb,imc及逆变器流向交流母线的三相电流idca,idcb,idcc输入所述电压电流方程得到超定方程；基于Matlab的最小二乘优化函数得到所述超定方程的系数，其中，所述超定方程的系数与电压电流方程的系数相同；根据所述超定方程的系数得到故障距离。进一步，根据所述超定方程的系数得到故障距离的计算公式为：ρ＝x1式中，ρ为故障距离。进一步，所述保护动作模块执行下述流程：若所述故障距离小于单相交流线路的全长，则为区内故障，保护装置向逆变侧断路器发送跳闸信号，断路器跳闸；若所述故障距离大于单相交流线路的全长，则为区外故障，保护装置向逆变侧断路器发送闭锁信号，实现对单相故障线路的闭锁。与现有技术相比，本专利技术至少可实现如下有益效果之一：1、一种交直流系统的单相交流线路保护方法，通过采集逆变侧交流母线的三相电压及电流信息，为后期构造某故障相关于交流母线的电压电流方程提供了支撑及依据，同时，采用KCL及KVL定理得到某故障相关于交流母线的电压电流方程，最终得到故障距离，进而通过该故障距离判断故障的类型，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种交直流系统的单相交流线路保护方法，其特征在于，包括如下步骤：/n采集逆变侧交流母线的三相电压u

【技术特征摘要】
1.一种交直流系统的单相交流线路保护方法，其特征在于，包括如下步骤：
采集逆变侧交流母线的三相电压uma,umb,umc、三相电流ima,imb,imc及逆变器流向交流母线的三相电流idca,idcb,idcc；
基于交直流互联电网零模等效电路，采用KCL定理及KVL定理得到逆变侧某故障相关于交流母线的电压电流方程；
基于所述交流母线的三相电压uma,umb,umc、交流母线的三相电流ima,imb,imc、逆变器流向交流母线的三相电流idca,idcb,idcc及电压电流方程，得到故障距离；
基于所述故障距离，判断故障类型；
根据所述故障类型产生断路器控制信号，控制逆变侧断路器执行相应动作，实现对单相交流线路的保护。


2.根据权利要求1所述的单相交流线路保护方法，其特征在于，所述逆变侧某故障相关于交流母线的电压电流方程为：



其中，






式中，z相表示a,b,c三相中的任一故障相，umz为逆变侧交流母线的z相电压，imz为逆变侧交流母线的z相电流，xj为电压电流方程的系数，j＝1,2,...,7，R1、L1分别为逆变侧交流线路的1模电阻及电感，kR为电阻的零模补偿系数，kR＝(R0-R1)/3R1，R0为逆变侧交流线路的零模电阻，kL为电感的零模补偿系数，kL＝(L0-L1)/3L1，L0为逆变侧交流线路的零模电感，im0为逆变侧交流母线保护装置处的零模电流，idc0为逆变侧的零模电流分量。


3.根据权利要求1所述的单相交流线路保护方法，其特征在于，基于所述交流母线的三相电压uma,umb,umc、交流母线的三相电流ima,imb,imc、逆变器流向交流母线的三相电流idca,idcb,idcc及电压电流方程，得到故障距离，包括：
将一段时间窗口内采集的逆变侧交流母线的三相电压uma,umb,umc、交流母线的三相电流ima,imb,imc及逆变器流向交流母线的三相电流idca,idcb,idcc输入所述电压电流方程得到超定方程；
基于Matlab的最小二乘优化函数得到所述超定方程的系数，其中，所述超定方程的系数与电压电流方程的系数相同；
根据所述超定方程的系数得到故障距离。


4.根据权利要求3所述的单相交流线路保护方法，其特征在于，根据所述超定方程的系数得到故障距离的计算公式为：
ρ＝x1
式中，ρ为故障距离。


5.根据权利要求1-4任一所述的单相交流线路保护方法，其特征在于，基于所述故障距离，判断故障类型，保护装置根据所述故障类型发送相应信号至逆变侧断路器，断路器基于所述信号执行相应动作,包括：
若所述故障距离小于单相交流线路的全长，则为区内故障，保护装置向逆变侧断路器发送跳闸信号，断路器跳闸；
若所述故障距离大于单相交流线路的全长，则为区...

【专利技术属性】
技术研发人员：马静，刘晨，周晓东，周易，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：北京;11