一种交直流混联电网交流线路距离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混联电网交流线路距离保护方法及系统，属于高压直流输电技术领域，方法包括：采集逆变侧换流器的运行参数、交流电参数、换流母线电压、距离保护安装处的电流及逆变站平波电抗器的运行参数；根据逆变侧换流器的运行参数，确定逆变侧换流器的导通状态；根据逆变侧换流器的运行参数、逆变站平波电抗器的运行参数和换流母线电压，确定导通状态对应的直流系统馈入交流系统的电流；根据故障类型和交流电参数，确定虚拟故障位置和虚拟过渡电阻；根据虚拟故障位置和虚拟过渡电阻，控制相应的保护装置执行保护动作。本发明专利技术针对换流站非线性时变的故障特性，预测故障位置，从而减少保护装置在换流站呈现非线性时出现拒动或误动的几率。

【技术实现步骤摘要】
一种交直流混联电网交流线路距离保护方法及系统
本专利技术涉及高压直流输电
，尤其涉及一种交直流混联电网交流线路距离保护方法及系统。
技术介绍
近年来，随着高压直流输电技术在远距离大容量输电领域的广泛应用，直流系统换相失败引起交流侧距离保护拒动、误动的事故愈发频繁，严重影响电网运行的安全性与稳定性。因此，快速正确地隔离交流侧故障，对保障交直流混联电网的安全运行具有重要的现实意义。针对交流线路距离保护，已有学者进行了相关研究，方法主要分为3类：行波测距式距离保护、工频量距离保护与时域距离保护。然而，上述距离保护方法仅适用于纯交流系统，随着大规模直流系统接入交流电网，交流侧故障所引发的直流系统换相失败，将导致换流站呈现非线性时变的故障特性，可能造成传统距离保护误动或者拒动。
技术实现思路
鉴于上述的分析，本专利技术旨在提出一种交直流混联电网交流线路距离保护方法及系统，能够在大规模直流系统接入交流电网的情况下，针对换流站呈现非线性时变的故障特性，预测故障位置，从而减少保护装置在换流站呈现非线性时出现拒动或误动的几率。本专利技术的目的主要是通过以下技术方案实现的：第一方面，本专利技术实施例提供了一种交直流混联电网交流线路距离保护方法，包括：采集逆变侧换流器的运行参数、交流电参数、换流母线电压、距离保护安装处的电流及逆变站平波电抗器的运行参数；根据所述逆变侧换流器的运行参数，确定所述逆变侧换流器的导通状态；根据所述逆变侧换流器的运行参数、所述逆变站平波电抗器的运行参数和所述换流母线电压，确定所述导通状态对应的直流系统馈入交流系统的电流；根据故障类型、所述直流系统馈入交流系统的电流和所述交流电参数，确定虚拟故障位置和虚拟过渡电阻；根据所述距离保护安装处的电流、所述虚拟故障位置和所述虚拟过渡电阻，控制相应的保护装置执行保护动作。进一步地，所述逆变侧换流器为12脉波换流器，所述逆变侧换流器的运行参数包括：12脉波换流器中各阀臂的导通状态；根据12脉波换流器中各阀臂的导通状态参数，确定所述逆变侧换流器处于四阀臂导通状态、五阀臂导通状态、六阀臂导通状态、七阀臂导通状态或八阀臂导通状态。进一步地，利用公式1确定所述四阀臂导通状态对应的直流系统馈入交流系统的电流：I＝∫[(KdAd4+KyAy4)U-KdDd4-KyDy4]dt+ficom(U)....公式1利用公式2确定所述五阀臂导通状态对应的直流系统馈入交流系统的电流：利用公式3确定所述六阀臂导通状态对应的直流系统馈入交流系统的电流：I＝∫[-(KdAd6+KyAy6)U]dt+ficom(U)....公式3利用公式4确定所述七阀臂导通状态对应的直流系统馈入交流系统的电流：I＝∫[-(KdAd7+KyAy7)U]dt+ficom(U)....公式4利用公式5确定所述八阀臂导通状态对应的直流系统馈入交流系统的电流：I＝∫[-(KdAd8+KyAy8)U]dt+ficom(U)....公式5其中，Dd4、Dy4、Ad4、Ay4为所述四阀臂导通状态下的参数矩阵；Dd5、Ad5、Ag5、Ai5为所述五阀臂导通状态下的参数矩阵；Ad6、Ay6为所述六阀臂导通状态下的参数矩阵；Ad7、Ay7为所述七阀臂导通状态下的参数矩阵；Ad8、Ay8为所述八阀臂导通状态下的参数矩阵；ficom(U)为流经交流滤波器与无功补偿装置的电流，当交流滤波器及无功补偿装置参数一定时，流经其的电流为关于换流母线电压的函数；U为换流母线电压矩阵、I为直流系统馈入交流系统电流矩阵、Ky为Y桥换流器的变比矩阵、Kd为D桥换流器的变比矩阵；其中，所述12脉波换流器包括：Y桥换流器和D桥换流器。进一步地，根据所述故障类型、所述直流系统馈入交流系统的电流和所述交流电参数，确定虚拟故障位置方程；根据所述虚拟故障位置方程，确定所述虚拟故障位置和所述虚拟过渡电阻。进一步地，所述故障类型为单相接地故障时，利用公式6确定虚拟故障位置方程：p1+p2Rg+p3x+p4x2＝0....公式6其中，Rg为虚拟过渡电阻，x为虚拟故障位置，p1、p2、p3、p4分别为：其中，d＝1，R0、L0分别为交流线路的零序电阻和零序电感，RW0、LW0分别为受端交流系统的零序电阻和零序电感，um0为交流线路靠近直流系统侧的零序电压，im0为交流线路靠近直流系统侧的零序电流，Rl、Ll分别为交流线路的正序电阻和正序电感，kR＝(R0-Rl)/(3Rl)，kL＝(L0-Ll)/(3Ll)，所述交流电参数包括：R0、L0、RW0、LW0、um0、im0、Rl和Ll，uma为出现故障的相对应的换流母线电压分量，ima为出现故障的相对应的直流系统馈入交流系统的电流分量。进一步地，所述故障类型为两相相间故障时，所述虚拟故障位置方程以公式7表示：p5+p6Rg+p7x+p8x2＝0....公式7其中，Rg为虚拟过渡电阻，x为虚拟故障位置，p5、p6、p7、p8分别为：其中，umab、imab分别为交流线路靠近直流系统侧的两相电压差值和电流差值，△umab、△imab分别为交流线路靠近直流系统侧的两相电压差值的故障分量和电流差值的故障分量，Rw、Lw分别为受端交流系统的等效电阻和等效电感，所述交流电参数包括：umab、imab、△umab、Rw、Lw和△imab，所述imab由所述直流系统馈入交流系统的电流的分量计算得到。进一步地，所述故障类型为两相接地故障和三相短路故障时，所述虚拟故障位置方程以公式8表示：p5+2p6Rg+p7x+p8x2＝0....公式8。进一步地，根据所述虚拟故障位置、所述虚拟过渡电阻、所述故障位置方程和所述距离保护安装处的电流，确定故障恰似因子；在所述故障恰似因子不小于预设的动作门槛值时，确定故障发生在交流线路区内，并控制相应的保护装置在交流线路区内执行相应的保护动作；在所述故障恰似因子小于所述动作门槛值时，确定故障发生在交流线路区外，并控制相应的保护装置在交流线路区外执行相应的保护动作。进一步地，所述根据所述故障位置方程和各所述采样点的电流，确定故障恰似因子，具体为：所述故障恰似因子以公式9表示：其中，Shvdc为故障恰似因子，n为10ms内采样点数；pc(i)、prg(i)、px(i)及px2(i)分别为利用第i个采样点的实际故障数据计算得到的虚拟故障位置方程中的常数项、过渡电阻项前的系数，虚拟故障位置项前的系数，虚拟故障位置平方项前的系数。第二方面，本申请实施例提供了一种交直流混联电网交流线路距离保护系统，包括：数据采集模块、电流计算模块、虚拟故障位置计算模块和保护控制模块；所述数据采集模块用于采集逆变侧换流器的运行参数、交流电参数、换流母线电压、距离保护安装处的电流及逆变站平波电抗器的运行参数；所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种交直流混联电网交流线路距离保护方法，其特征在于，包括：/n采集逆变侧换流器的运行参数、交流电参数、换流母线电压、距离保护安装处的电流及逆变站平波电抗器的运行参数；/n根据所述逆变侧换流器的运行参数，确定所述逆变侧换流器的导通状态；/n根据所述逆变侧换流器的运行参数、所述逆变站平波电抗器的运行参数和所述换流母线电压，确定所述导通状态对应的直流系统馈入交流系统的电流；/n根据故障类型、所述直流系统馈入交流系统的电流和所述交流电参数，确定虚拟故障位置和虚拟过渡电阻；/n根据所述距离保护安装处的电流、所述虚拟故障位置和所述虚拟过渡电阻，控制相应的保护装置执行保护动作。/n

【技术特征摘要】
1.一种交直流混联电网交流线路距离保护方法，其特征在于，包括：
采集逆变侧换流器的运行参数、交流电参数、换流母线电压、距离保护安装处的电流及逆变站平波电抗器的运行参数；
根据所述逆变侧换流器的运行参数，确定所述逆变侧换流器的导通状态；
根据所述逆变侧换流器的运行参数、所述逆变站平波电抗器的运行参数和所述换流母线电压，确定所述导通状态对应的直流系统馈入交流系统的电流；
根据故障类型、所述直流系统馈入交流系统的电流和所述交流电参数，确定虚拟故障位置和虚拟过渡电阻；
根据所述距离保护安装处的电流、所述虚拟故障位置和所述虚拟过渡电阻，控制相应的保护装置执行保护动作。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述逆变侧换流器为12脉波换流器，所述逆变侧换流器的运行参数包括12脉波换流器中各阀臂的导通状态参数；
所述根据所述逆变侧换流器的运行参数，确定所述逆变侧换流器的导通状态，包括：
根据12脉波换流器中各阀臂的导通状态参数，确定所述逆变侧换流器处于四阀臂导通状态、五阀臂导通状态、六阀臂导通状态、七阀臂导通状态或八阀臂导通状态。


3.根据权利要求1至2所述的方法，其特征在于，
所述根据所述逆变侧换流器的运行参数、所述逆变站平波电抗器的运行参数和所述换流母线电压，确定所述导通状态对应的直流系统馈入交流系统的电流，具体为：
利用公式1确定所述四阀臂导通状态对应的直流系统馈入交流系统的电流：
I＝∫[(KdAd4+KyAy4)U-KdDd4-KyDy4]dt+ficom(U)....公式1
利用公式2确定所述五阀臂导通状态对应的直流系统馈入交流系统的电流：



利用公式3确定所述六阀臂导通状态对应的直流系统馈入交流系统的电流：
I＝∫[-(KdAd6+KyAy6)U]dt+ficom(U)....公式3
利用公式4确定所述七阀臂导通状态对应的直流系统馈入交流系统的电流：
I＝∫[-(KdAd7+KyAy7)U]dt+ficom(U)....公式4
利用公式5确定所述八阀臂导通状态对应的直流系统馈入交流系统的电流：
I＝∫[-(KdAd8+KyAy8)U]dt+ficom(U)....公式5
其中，Dd4、Dy4、Ad4、Ay4为所述四阀臂导通状态下的参数矩阵；Dd5、Ad5、Ag5、Ai5为所述五阀臂导通状态下的参数矩阵；Ad6、Ay6为所述六阀臂导通状态下的参数矩阵；Ad7、Ay7为所述七阀臂导通状态下的参数矩阵；Ad8、Ay8为所述八阀臂导通状态下的参数矩阵；ficom(U)为流经交流滤波器与无功补偿装置的电流，当交流滤波器及无功补偿装置参数一定时，流经其的电流为关于换流母线电压的函数；U为换流母线电压矩阵、I为直流系统馈入交流系统电流矩阵、Ky为Y桥换流器的变比矩阵、Kd为D桥换流器的变比矩阵；其中，所述12脉波换流器包括所述Y桥换流器和所述D桥换流器。


4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述根据所述故障类型、所述直流系统馈入交流系统的电流和所述交流电参数，确定虚拟故障位置和虚拟过渡电阻，包括：
根据所述故障类型、所述直流系统馈入交流系统的电流和所述交流电参数，确定虚拟故障位置方程；
根据所述虚拟故障位置方程，确定所述虚拟故障位置和所述虚拟过渡电阻。


5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，
所述根据所述故障类型、所述直流系统馈入交流系统的电流和所述交流电参数，确定虚拟故障位置方程，包括：
所述故障类型为单相接地故障时，利用公式6确定虚拟故障位置方程：
p1+p2Rg+p3x+p4x2＝0....公式6
其中，Rg为虚拟过渡电阻，x为虚拟故障位置，p1、p2、p3、p4分别为：



其中，d＝1，R0、L...

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