一种直流输电线路保护方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种直流输电线路保护方法及系统，属于电力系统继电保护技术领域。采集线路单端的行波信号以获取行波信号的变化量，利用其构造启动信号；计算启动信号在设定的短窗内的短窗能量；判断短窗能量是否大于满足设定的启动阈值，若否，则返回继续计算短窗能量，若是，则计算短窗能量的幂变换后在设定的短窗内的变化率最大值，构造故障区段识别信号；判断故障区段识别信号是否大于设定的区段阈值，若否，则为非本线路故障，若是，则为本线路故障，发保护动作指令。本发明专利技术仅利用单端量，不需要同步对时，可实现故障的快速、可靠检测、识别，兼顾保护的选择性、速动性、灵敏性、可靠性。可靠性。可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种直流输电线路保护方法及系统


[0001]本专利技术涉及一种直流输电线路保护方法及系统，属于电力系统继电保护


技术介绍

[0002]我国能源和负荷东西分布不均匀，能源分布在中西部地区较多，负荷分布在东部地区较多。西北的风电、光伏发电和西南的水电等清洁能源大部分输送到东部负荷中心。高压直流输电具有输送容量大，输送距离远；输电杆塔结构简单，输电走廊窄，输电线路少，输电损耗小，等独特优势，特别是在清洁能源输电中直流输电可实现异步联网等优势被广泛应用。在高压直流输电过程中，若输电线路发生故障后能快速、可靠检测与识别，不但可提高电力系统的稳定性，而且可以减小甚至避免因大面积停电造成的巨大损失。其次还可以减少巡线人员的劳动强度。因此快速可靠的检测与识别故障对直流输电具有重要意义。
[0003]直流输电系统具有故障阻尼小，故障电流大，故障蔓延速度快，电流到达峰值时间短，而直流系统的电力电子器件较多，且耐受过电压能力差，因此快速、可靠检测、识别故障对系统稳定运行至关重要。目前已有的保护：行波暂态量保护为直流输电的主保护，但其耐过渡电阻能力差，灵敏度、抗干扰性和可靠性不高，且难以识别高阻故障；微分欠压保护在速动性和可靠性略比性行波保护的高，但其也需要20ms以上的延时，且对高阻接地故障灵敏性不高、灵活应用拓扑性能差；低电压保护主要用于高阻接地故障保护，但其速动性较差，部分直流工程未配备该保护；纵联差动保护，判据需要的延时较长，其速动性较差，对于区外故障和启动过程还会导致误动作。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的技术问题是提供一种直流输电线路保护方法及系统，解决现有直流输电线路高阻故障时区分故障发生在区内还是区外不可靠、判断故障时间过长和单端保护不能保护线路全长的问题。可以实现故障快速、可靠检测、识别，兼顾保护的选择性、速动性、灵敏性、可靠性。
[0005]本专利技术的技术方案是：一种直流输电线路保护方法，具体步骤为：
[0006]Step1：采集线路单端的行波信号获得行波信号的变化量，利用其构造启动信号。
[0007]Step2：启动信号在设定的短窗内连续累积得到短窗能量。
[0008]Step3：判断短窗能量的绝对值是否大于设定的启动阈值，若否，则返回继续计算连续累积，若是，则计算短窗能量的幂变换后在设定的短窗内的变化率最大值，构造故障区段识别信号。
[0009]Step4：判断故障区段识别信号是否大于设定的区段阈值，若否，则为非本线路故障；若是，则为本线路故障，发出保护动作指令。
[0010]所述Step1具体步骤为：
[0011]Step1.1：采集线路单端的行波信号，行波信号为采集到的电压行波或电流行波；
单端可为逆变侧端和整流侧端，采集单端信号，不需要同步对时，可实现快速获取故障信号。
[0012]Step1.2：采集到的行波信号进行模数变换，将模拟量信号的瞬时值变换成数字量信号的数字值。
[0013]Step1.3：对变换后的数字量进行差分计算，得到行波信号的变化量，来构造启动信号。其差分计算公式为：
[0014]y
d
(i)＝x(i+1)
‑
x(i)
[0015]其中，y
d
(i)表示第i个采样点的差分值，x(i+1)表示第i+1个采样值，x(i)表示第i个采样值。
[0016]所述Step2具体步骤为：
[0017]Step2.1：以第一个数据为起点顺序向后累加kk
‑
1个点的数据，记为第一个数据的短窗能量；其中kk为短窗内1的采样点数，一般取3
‑
10个点，具体点数以实际线路需求酌情确定。
[0018]Step2.2：以第二个数据为起点计算第二个数据的短窗能量，依次向后计算短窗能量。
[0019]第i个点的短窗能量计算公式为：
[0020][0021]其中，表示第i个启动信号的短窗能量；kk表示短窗1内的采样点数；y
d
(i)表示启动信号进行差分计算后的计算值。
[0022]所述Step3具体步骤为：
[0023]Step3.1：对Step2计算得到的短窗能量取绝对值。
[0024]Step3.2：判断短窗能量的绝对值是否大于设定的启动阈值，若否，则返回继续执行Step2。若是，则判断短窗能量的绝对值是否大于1，若小于等于1，则执行Step3.3，若大于1，则执行Step3.4.
[0025]Step3.3：对短窗能量绝对值乘与一个系数使其值大于1，再执行Step3.4，
[0026]Step3.4：进行短窗能量的幂变换；进行幂运算时若累加量是负数则幂指数选取偶数，若累加量是正数幂指数选取偶数或者奇数都可。
[0027]Step3:5：在短窗Ⅱ内对幂变换后的值进行差分变换。
[0028]Step3.6：计算出短窗Ⅱ内幂变换后差分变换的最大值，以构造故障区段识别信号。
[0029]所述Step4具体步骤为：
[0030]Step4.1：判断故障区段识别信号是否大于设定的区段阈值，若否，则为非本线路故障；若是，则为本线路故障。区段阈值为区分区内和区外故障的门槛值，根据实际线路酌情选取。
[0031]Step4.2：发保护动作指令。
[0032]一种直流输电线路保护系统，包括：
[0033]数值计算模块，用于获取行波信号的变化量，构造启动信号。计算启动信号在设定
的短窗Ⅰ内的短窗能量。计算短窗能量绝对值。计算短窗能量绝对值的幂变换。计算在设定的短窗Ⅱ内短窗能量绝对值变化率的最大值，构造故障区段识别信号。
[0034]逻辑判断模块，用于判断短窗能量的绝对值是否大于设定的启动阈值，若否，则继续执行短窗能量，若是，则判断短窗能量的绝对值是否大于1，若否则对短窗能量绝对值乘以一个系数，使其值大于1，若是，则对短窗能量的绝对值进行幂变换。判断故障区段识别信号是否大于设定的区段阈值，若否，则为非本线路故障，若是，则为本线路故障。
[0035]保护发送模块，用于发送保护动作指令。
[0036]所述数据采集模块包括：
[0037]数据采集单元，用于从传感器和其它测量设备等被测单元中实时采集电压信号和电流信号。
[0038]模数变换单元，用于将采集到的模拟量信号的瞬时值变换成数字量信号的数字值。
[0039]所述数值计算模块包括：
[0040]信号变化量计算单元，用于对采集到的数据进行差分处理，用其构造启动信号。
[0041]短窗能量计算单元，用于计算启动信号在设定的短窗内的短窗能量。
[0042]绝对值计算单元，用于计算短窗能量的绝对值。
[0043]幂运算计算单元，用于短窗能量的绝对值与一个系数相乘后进行幂运算。
[0044]幂运算的最大值计算单元，用于计算短窗内幂运算的最大值。
[0045]所述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种直流输电线路保护方法，其特征在于：Step1：采集线路单端的行波信号获得行波信号的变化量，利用其构造启动信号；Step2：启动信号在设定的短窗Ⅰ内连续累积得到短窗能量；Step3：对短窗能量取绝对值，判断其是否大于设定的启动阈值，若否，则返回继续计算连续累积，若是，则计算其幂变换后在设定的短窗Ⅱ内的变化率最大值，构造故障区段识别信号；Step4：判断故障区段识别信号是否大于设定的区段阈值，若否，则为非本线路故障；若是，则为本线路故障，发出保护动作指令。2.根据权利要求1所述的直流输电线路保护方法，其特征在于所述Step1具体为：Step1.1：采集线路单端的行波信号，行波信号为采集到的电压行波或电流行波；单端为第一端或者第二端，即直流输电线路两端中逆变端和整流端的任意一端；Step1.2：对采集到的行波信号进行差分变换，得到行波信号的变化量，来构造启动信号。3.根据权利要求1所述的直流输电线路保护方法，其特征在于所述Step2具体为：Step2.1：以当前采样点对应时刻为短窗Ⅰ的起始时刻，短窗Ⅰ为kk个采样数据点的时间窗；Step2.2：以当前采样点为起点顺序向后累加kk
‑
1个点的采样值，记为当前采样点的短窗能量。4.根据权利要求1所述的直流输电线路保护方法，其特征在于所述Step3具体为：Step3.1：对Step2计算得到的短窗能量取绝对值；Step3.2：判断短窗能量的绝对值是否大于设定的启动阈值，若否，则返回继续执行Step2，若是，则判断短窗能量的绝对值是否大于1，若否，则执行Step3.3，若是，则执行Step3.4；Step3.3：对短窗能量绝对值乘与一个系数使其值大于1，再执行Step3.4；Step3.4：进行短窗能量的幂变换；Step3.5：在短窗Ⅱ内对幂变换后的值进行差分变换；Step3.6：计算出短窗Ⅱ内幂变换后差分变换的最大值，以构造故障区段识别信号。5.根据权利要求1所述的直流输电线路保护方法，其特征在于所述Step4具体为：Step4.1：判断故障区段识别信号是否大于设定的区段阈值，若否，则为非本线路故障；若是，则...

【专利技术属性】
技术研发人员：束洪春，李文龙，杨竞及，唐玉涛，王锐，薄志谦，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：