适用于混合双极直流输电线路的单端电气量保护方法技术

本发明专利技术公开了一种适用于混合双极直流输电线路的单端电气量保护方法，利用混合双极直流输电系统特有的边界结构，构造了一种基于信号暂态高低频能量比的直流线路故障判别方法。通过PSCAD/EMTDC仿真平台搭建混合双极高压直流输电系统，模拟不同工况下的故障情形，提取电压特征信号，进行小波包变换，得到各节点的暂态能量，利用特定低频能量与部分高频能量和的比值构造保护判据，从而识别区内外故障以及进行故障选极。该方法耐过渡电阻能力强，保护的可靠性、选择性、速动性和灵敏性都得到了满足，具有较高的精度，可以准确识别故障。本发明专利技术可以与小波包相关的计算采用高性能的CPU实现或者采用诸如FPGA或CPLD的硬件电路来实现，提高故障识别的速度、精度及可靠性。精度及可靠性。精度及可靠性。

【技术实现步骤摘要】
适用于混合双极直流输电线路的单端电气量保护方法


[0001]本专利技术属于电力系统继电保护
，具体来说，利用混合双极直流输电系统特有的边界结构，涉及一种基于信号暂态高低频能量比的直流线路故障判别方法。

技术介绍

[0002]直流输电在远距离输电中占据重要位置，因此在海内外掀起了研究高压直流输电的热潮，直流输电成为电网发展的必然之举。我国地大物博，能源分布不均，成为世界上直流输电发展前景最好的国家之一。我国建立大量的直流输电工程，进行远距离、大容量输电，以此来满足全国的用电需求。因此发展高压直流输电对缓解我国能源、经济、环境共同发展具有重要的意义。
[0003]相对于交流输电而言，高压直流输电具有输电损耗小，传输容量大的优点，但受端存在换相失败的问题。而模块化多电平换流器高压直流输电(MMC
‑
HVDC)系统，可以独立控制有功与无功，不存在换相失败问题，且能对故障电网提供无功支撑。结合二者的优点，混合高压直流输电系统，是目前的研究热点。
[0004]直流输电系统由于输电线路较长，受沿线架设环境的影响，故障率高。故障发生后，需要在数毫秒内准确判别故障的存在，使得保护可靠动作。因此，研究直流线路快速保护非常有意义。
[0005]目前无论是单纯LCC型直流，还是单纯VSC型直流的研究都相对充分，关于混合直流输电线路保护的研究甚少。单端量保护不需要进行信息交互，可以快速识别故障。暂态能量比值的线路保护方法利用线路特征信号的高低频能量比值，具有较明显的特征。因此，本专利技术将重点研究暂态能量之比的单端电气量保护方法对混合双极直流输电系统的适应性。

技术实现思路

[0006]本专利技术目的在于提供一种具有快速响应、可靠动作、灵敏度高、选择性好的基于边界元件暂态分量之比的单端电气量保护方法，分析了它对混合双极直流输电系统的适应性。
[0007]为达以上目的，本专利技术提供一种适用于混合双极直流输电线路的单端电气量保护方法，通过模拟不同工况下的故障情形，提取电压特征信号，进行小波包变换，得到各节点的暂态能量，利用特定低频能量比部分高频能量和的比值构造保护判据，从而识别区内外故障以及进行故障选极。步骤如下：
[0008]步骤一，利用混合双极直流输电系统线路两侧的平波电抗器作为保护边界，在保护安装处提取电压特征信号；
[0009]步骤二，通过步骤一分析区内、外故障时电压特征信号的暂态高频能量，正负极采用的输电方式、控制策略影响直流线路的故障特征。由于单极故障特征存在差异，导致了非故障的感应也与传统单一直流输电方式存在差异。因此，有必要研究暂态能量之比的方法是否仍然适用于混合双极直流输电系统。
[0010]步骤三，对步骤一得到的电压特征信号进行小波包变换，根据奈奎斯特采样定律，分8个节点，得到各频带暂态能量；
[0011]步骤四，由于电感通低频阻高频的特性，利用步骤三得到的低频能量和部分高频能量和的比值构造保护判据，从而识别区内外故障以及进行故障选极。同时考虑故障位置、过渡电阻等对保护的影响；
[0012]步骤五，通过构建的模型模拟不同故障类型，并利用MATLAB结合保护判据进行保护算法的仿真验证，从而识别区内、外故障以及进行故障选极。
[0013]通过观察正极故障和负极故障的电压波形不同，且极间故障的特征也有别于单一输电方式的双极故障特征。可见，正负极采用的输电方式、控制策略影响了直流线路的故障特征。由于单极故障特征存在差异，导致了非故障极所感应的电气量也与传统单一直流输电方式存在差异。因此，应研究暂态能量之比的方法是否仍然适用于混合双极直流输电系统。
[0014]在区内故障时，故障信息中包含丰富的高频和低频信息，行波先流经保护安装处a，c之后流经边界元件平波电抗器，由于平波电抗器对高频的抑制阻碍作用，可知经过后的故障电流包含的低频信息居多，高频能量衰减。而测量点a得到的信息是原始的高低频信息。由此可见，区内故障时保护测量处得到的高频分量多。当发生区外故障时，行波先流经p处，之后经过平波电抗器，其后到达保护安装处。由此可见，在保护安装处测量得到的高频信息较少。
[0015]所述步骤三中的电气量信号为电压电气量信号。
[0016]通过对故障电压信号进行小波包变换，得到各频带暂态能量，利用低频能量与部分高频能量和的比值构造保护判据，给出了整定原则、分析过渡电阻的影响。
[0017]本专利技术具有以下有益效果：
[0018]1、在不同的工况下，甚至在区内故障短路接地电阻为1000Ω时，该方案仍可以准确识别故障，满足保护的可靠性；
[0019]2、数据窗只有3ms，满足继电保护的速动性；
[0020]3、该方案保护的是直流线路全长，满足保护的灵敏性；
[0021]4、该方案可以快速识别故障，以及自行进行故障选极，满足保护的选择性。
[0022]5、考虑到本方法的计算量，可能成为低性能cpu的计算负担，可以将小波包相关计算由诸如FPGA或者CPLD之类的硬件来实现，以提高故障识别的速度、精度及可靠性。
[0023]综上可见该方法耐过渡电阻能力强，保护的可靠性、选择性、速动性和灵敏性都得到了满足，具有较高的精度，可以准确识别故障。
附图说明
[0024]图1为混合双极直流输电系统结构及故障图
[0025]图2为混合双极直流线路各故障波形图
[0026]图2(a)为正常运行电压波形图
[0027]图2(b)为正极故障时电压波形图
[0028]图2(c)为负极故障时电压波形图
[0029]图2(d)为双极故障时电压波形图
[0030]图3为区内故障行波图
[0031]图4为整流侧直流出口处区外故障行波图
[0032]图5为保护流程图
[0033]图6为区内双极故障不同距离过渡电阻的k值图
[0034]图7为区内正极故障不同距离过渡电阻的k值图
[0035]图8为区内负极故障不同距离过渡电阻的k值图
[0036]图9为区外故障时不同故障类型时K值图
[0037]附表说明
[0038]表1为小波包分解第3层各节点对应的频率段分布表
[0039]表2为在正极发生区内故障时K
a
/K
b
数据表
[0040]表3为在负极发生区内故障时K
a
/K
b
数据表
[0041]表4为在双极发生区内故障时K
a
/K
b
数据表
[0042]表5为区外故障时K
a
/K
b
数据表
[0043]表6为保护识别结果表
具体实施方式
[0044]实施例1：
[0045]通过分析保护安装处的电压特征信号发现，由于直流线路两侧平波电抗器的存在，线路区内外故障时的电压特征信号的暂态高频分量存在明显差异，区内故障高频分量本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于混合双极直流输电线路的单端电气量保护方法，基于信号暂态高低频能量比的直流线路故障判别，其特征在于：通过模拟不同工况下的故障情形，提取电压特征信号，进行小波包变换，得到各节点的暂态能量，利用特定低频能量比部分高频能量和的比值构造保护判据，从而识别区内外故障以及进行故障选极，步骤如下：步骤一，利用混合双极直流输电系统线路两侧的平波电抗器作为保护边界，在保护安装处提取电压特征信号；步骤二，通过步骤一分析区内、外故障时电压特征信号的暂态高频能量，存在明显的差异；步骤三，对步骤一得到的电压特征信号进行小波包变换，得到各频带暂态能量；步骤四，利用步骤三得到的低频能量和部分高频能量和的比值构造保护判据，同时考虑故障位置、过渡电阻等对保护的影响；步骤五，通过构建的模型模拟不同故障类型，并利用MATLAB结合保护判据进行保护算法的仿真验证，从而识别区内、外故障以及进行故障选极。2.根据权利要求1所述的基于信号暂态高低频能量比的直流线路故障判别方法，其特征在于：通过观察正极故障和负极故障的电压波形不同，且极间故障的特征也有别于单一输电方式的双极故障特征。可见，正负极采用的输电方式、控制策略影响了直流线路...

【专利技术属性】
技术研发人员：高淑萍，宋晓辰，王斐，徐振曦，邵明星，李磊，叶换飞，
申请(专利权)人：西安科技大学，
类型：发明
国别省市：