基于调谐频率下测量波阻抗的高压直流输电线路纵联保护制造技术

本发明专利技术涉及一种基于调谐频率下测量波阻抗的高压直流输电线路纵联保护方法，步骤是：确定区内外故障识别判据；确定故障启动判据；确定故障选极判据；确定保护方案；线路两侧持续采集电流、电压数据并提取其调谐频率分量，若某端直流线路保护安装处的电流满足故障启动判据，则该端保护启动元件启动，计算该端调谐频率下的测量波阻抗；当整流侧、逆变侧两端调谐频率下测量波阻抗均小于门槛值时，判为区内故障；否则为区外故障；判定为区内故障，则利用电压故障分量，计算选极函数实现故障极选择。本发明专利技术能够快速可靠识别直流线路区内、外故障，可靠保护线路全长，耐过渡电阻能力强，不需要线路两端数据实时同步，且动作速度较传统电流差动保护快。电流差动保护快。电流差动保护快。

【技术实现步骤摘要】
基于调谐频率下测量波阻抗的高压直流输电线路纵联保护


[0001]本专利技术属于电力系统保护与控制
，涉及一种基于调谐频率下测量波阻抗的高压直流输电线路纵联保护。

技术介绍

[0002]高压直流输电(high voltage direct current，HVDC)在异步电网互联以及远距离大容量送电中应用广泛。HVDC输电距离一般超过1 000km，沿途地理/气候条件复杂恶劣，线路故障可能性较高，亟需可靠的直流线路保护。目前直流线路一般采用行波保护为其主保护，微分欠压保护和电流差动保护作为后备保护。行波保护动作速度快，但在高阻接地故障时波头检测困难；微分欠压保护基于线路电压微分和幅值构成判据，耐过渡电阻能力差；电流差动保护主要用于识别高阻接地故障，但现有判据未充分考虑线路分布电容的影响，动作速度较慢，甚至长达1.1s。
[0003]现有高压直流线路保护分为双端量保护和单端量保护。目前，双端量线路保护的研究热点主要基于行波原理和突变量分析。如利用故障后线路两端电压反行波幅值之比构成保护。有文献利用线路一侧前行波和另一侧反行波波形相关系数识别区内、外故障，该方法具有良好的耐过渡电阻能力，然而需传递波形数据，对信道要求较高。有文献提出利用S变换构造相角差判断电压、电流突变量极性异同，进而判别区内外故障，该保护方法耐受过渡电阻能力较强，但计算量大。
[0004]单端量线路保护研究热点主要基于直流系统的边界特性。直流输电线路两端均配置平波电抗器和直流滤波器，形成直流线路边界，起到阻隔高频量的作用。然而此类保护大多忽略直流线路对高频量的衰减作用。而对于特高压直流输电长线路，在线路末端区内故障时，尤其是末端区内高阻接地故障时线路首端保护元件测得的高频量可能小于整流侧近区区外金属性接地故障时保护元件测得的高频量，从而造成单端暂态量保护定值整定困难，甚至引起保护无法保护线路全长。为解决这一问题，有文献提出利用故障电流、直流电抗器压降构成方向判别元件，与边界元件配合实现全线保护，而此类方法保护速动性、可靠性有所下降。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是克服传统高压直流输电线路保护的缺点，基于电压、电流行波提出一种基于调谐频率下测量波阻抗的高压直流输电线路纵联保护。
[0006]为实现本专利技术的目的，本专利技术所采用的技术方案如下：
[0007]基于调谐频率下测量波阻抗的高压直流输电线路纵联保护方法，包括步骤：
[0008]S1.确定区内外故障识别判据：
[0009]S2.确定故障启动判据：
[0010]S3.确定故障选极判据：
[0011]S4.确定保护方案：
[0012]利用相模变换实现直流双极输电系统两极电气量的解耦；
[0013]线路两侧持续采集电流、电压数据，并提取其调谐频率分量，若某端直流线路保护安装处的电流满足故障启动判据，则该端保护启动元件启动，计算该端调谐频率下的测量波阻抗；
[0014]当整流侧、逆变侧两端的调谐频率下测量波阻抗均小于门槛值时，判为区内故障；当其中任意一端的测量波阻抗大于门槛值时，判为区外故障；
[0015]若判定为区内故障，则利用电压故障分量，计算选极函数来实现故障极的选择。
[0016]优选的，区内外故障识别判据构造如下：
[0017][0018]式中，Z
set
为故障识别判据的门槛值，Z
Rmt
、Z
Imt
分别为整流侧、逆变侧两端调谐频率下的测量波阻抗，当Z
Rmt
、Z
Imt
均小于门槛值Z
set
时，判为区内故障；当Z
Rmt
、Z
Im
中任一方大于Z
set
时，判为区外故障。
[0019]优选的，所述线路整流侧、逆变侧两端调谐频率下的测量波阻抗计算方式如下：
[0020][0021]式中，Z
Rmt
、Z
Imt
分别为整流侧、逆变侧两端调谐频率下的测量波阻抗，f
t
表示直流滤波器的调谐频率，j＝1，2，
…
，J；J采样点个数，u
R1
(f
t
)、i
R1
(f
t
)、u
I1
(f
t
)、i
I1
(f
t
)分别为整流侧测点R和逆变侧测点I处的初始电压行波和初始电流行波调谐频率分量的采样值，其值分别等于相应电压行波调谐频率分量u
Rb
(f
t
)、u
Rf
(f
t
)、u
Ib
(f
t
)、u
If
(f
t
)和电流行波调谐频率分量i
Rb
(f
t
)、i
Rf
(f
t
)、i
Ib
(f
t
)、i
If
(f
t
)之和，如下所示：
[0022][0023]优选的，所述线路整流侧、逆变侧两端的故障启动判据如下：
[0024][0025]式中，i
R
(f
t
)、i
I
(f
t
)为直流输电线路整流侧以及逆变侧两端保护安装处调谐频率电流采样值，i
set
为预设电流阈值。
[0026]优选的，所述电压故障分量选极函数如下所示：
[0027][0028]故障选极判据如下：
[0029][0030]式中，W为电压故障分量选极函数，Δu
R1
、Δu
R2
分别为正极、负极整流侧线路保护安装处测得的电压故障分量，其值等于故障后暂态电压与正常运行时相应电压之差，W
set1
、W
set2
为故障选极判据整定值。
[0031]优选的，利用检测到故障后极短时间内线路两侧的电压、电流行波构成识别判据，数据窗时间长度小于2T，T＝l
line
/v,l
line
是直流输电的线路长度，v是故障行波传播速度。
[0032]优选的，正极线路电压故障分量的解耦如下式：
[0033][0034]式中，X可取为R或I，对应于整流侧或逆变侧；Δu
X11
和Δu
X10
分别为正极电压故障分量的线模分量和地模分量；Δu
X1
和Δu
X2
分别为正极、负极电压故障分量。
[0035]本专利技术以直流滤波器阻抗
‑‑
频率特性为基础，发现故障后调谐频率下的电压正向行波、反向行波在线路边界处满足近似全反射的关系，以此为基础，结合区内、外故障时故障行波传输特性发现：直本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于调谐频率下测量波阻抗的高压直流输电线路纵联保护方法，其特征在于，步骤是：S1.确定区内外故障识别判据：S2.确定故障启动判据：S3.确定故障选极判据：S4.确定保护方案：利用相模变换实现直流双极输电系统两极电气量的解耦；线路两侧持续采集电流、电压数据，并提取其调谐频率分量，若某端直流线路保护安装处的电流满足故障启动判据，则该端保护启动元件启动，计算该端调谐频率下的测量波阻抗；当整流侧、逆变侧两端的调谐频率下测量波阻抗均小于门槛值时，判为区内故障；当其中任意一端的测量波阻抗大于门槛值时，判为区外故障；若判定为区内故障，则利用电压故障分量，计算选极函数来实现故障极的选择。2.根据权利要求1所述基于调谐频率下测量波阻抗的高压直流输电线路纵联保护方法，其特征在于，区内外故障识别判据构造如下：式中，Z
set
为故障识别判据的门槛值，Z
Rmt
、Z
Imt
分别为整流侧、逆变侧两端调谐频率下的测量波阻抗，当Z
Rmt
、Z
Imt
均小于门槛值Z
set
时，判为区内故障；当Z
Rmt
、Z
Im
中任一方大于Z
set
时，判为区外故障。3.根据权利要求2所述基于调谐频率下测量波阻抗的高压直流输电线路纵联保护方法，其特征在于，所述线路整流侧、逆变侧两端调谐频率下的测量波阻抗计算方式如下：式中，Z
Rmt
、Z
Imt
分别为整流侧、逆变侧两端调谐频率下的测量波阻抗，f
t
表示直流滤波器的调谐频率，j＝1，2，
…
，J；J采样点个数，u
R1
(f
t
)、i
R1
(f
t
)、u
I1
(f
t
)、i
I1
(f
t
)分别为整流侧测点R和逆变侧测点I处的初始电压行波和初始电流行波调谐频率分量的采样值，其值分别等于相应电压行波调谐频率分量u
Rb
(f
t
)、u
Rf
(f
t
)、u
Ib
(f
t

【专利技术属性】
技术研发人员：李永丽，刘宁宁，陈晓龙，李涛，李松，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：