一种基于反行波曲率的柔性直流输电线路保护方法技术

本发明专利技术公开了一种基于反行波曲率的柔性直流输电线路保护方法，S1.采样电压、电流，计算1模、0模的电压和电流，计算1模电压反行波；S2.计算1模电压梯度，进行启动元件判别，若判据满足，则为故障，继续执行，否则返回S1；S3.计算1模电流梯度，进行方向元件判别，若判据满足，则为正向故障，继续执行，否则返回S1；S4.计算1模电压反行波曲率的对数值，进行选区元件判别，若判据满足，则为区内故障，继续执行，否则返回S1；S5.计算1模电压积分、0模电压积分，进行选极元件判别，若任意判据满足，则判别为对应的极故障类型，保护出口，否则返回S1。本发明专利技术方法可以快速检测出直流线路是否发生故障，并判断故障类型，对故障的快速隔离和保障电力系统的安全稳定运行有着重要的现实意义。系统的安全稳定运行有着重要的现实意义。系统的安全稳定运行有着重要的现实意义。

【技术实现步骤摘要】
一种基于反行波曲率的柔性直流输电线路保护方法


[0001]本专利技术属于电力系统领域，涉及直流输电线路的继电保护
，具体涉及一种基于反行波曲率的柔性直流输电线路保护方法。

技术介绍

[0002]随着化石能源的日渐枯竭和环境问题的日益严重，世界各国均提出了从化石能源向可再生能源转变的发展规划。传统高压直流输电在电力系统中肩负着能源产地与负荷中心间输送电能的重任，在远距离、大容量电能传输及非同步电网互联等应用场合具有明显优势。随着电力电子器件和控制技术的发展，柔性直流输电技术已经实现，突破了换相失败、无功补偿等传统直流输电技术的固有瓶颈，适用于清洁能源并网、海上平台供电、城市异步电网互联、孤岛供电等技术等场景。
[0003]然而，柔性直流输电系统是一个“低惯量”系统，故障后电流上升速度快且幅值大，若不及时切除故障将很快影响到整个系统，因此快速可靠的线路保护是保障其安全稳定运行的关键。
[0004]对于柔性直流电网，故障隔离与清除方案采用“半桥型MMC+直流断路器”，为减小故障的影响范围，直流电网应具备快速识别、定位故障的能力，进而实现故障隔离。然而，高阻故障和雷击干扰场景下，保护原理的识别、定位故障的能力将被弱化，严重影响其可靠性，亟待提出具有强耐受过渡电阻和雷击干扰能力的保护原理。现有研究成果可概括为四类，分别基于线路故障电气量的频域特征，线路故障电气量的时域特征，人工智能算法，线路边界(波阻抗不连续点)特性。然而，现有原理普遍存在耐过渡电阻能力弱，保护阈值的整定依赖仿真数据，对采样频率和计算能力要求高等问题。

技术实现思路

[0005]为解决上述现有技术存在的问题，本专利技术的目的是提供一种基于反行波曲率的柔性直流输电线路保护方法，本专利技术方法耐受过渡电阻能力强，保护阈值的整定不依赖于仿真数据，对采样频率和计算能力要求低。
[0006]为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
[0007]一种基于反行波曲率的柔性直流输电线路保护方法，包括如下步骤：
[0008]步骤一：采样柔性直流输电线路正极、负极的电压和电流，计算1模、0模的电压和电流，计算1模电压反行波；
[0009]根据式(1)计算1模电压u
(1)
、0模电压u
(0)
、1模电流i
(1)
、0模电流i
(0)
，
[0010][0011]式中，Q为变换矩阵，u
p
为正极电压，u
n
为负极电压，i
p
为正极电流，i
n
为负极电流；
[0012]根据式(2)的1模电压u
(1)
和1模电流i
(1)
的定义式推导电压反行波u
b(1)
的表达式，如式(3)所示，
[0013][0014]式中，u
f(1)
为1模电压前行波，u
b(1)
为1模电压反行波，i
f(1)
为1模电流前行波，i
b(1)
为1模电流反行波，Z
C
为波阻抗。
[0015]u
b(1)
＝[u
(1)
‑
i
(1)
·
Z
C
]/2
ꢀꢀꢀ
(3)
[0016]根据式(3)，由1模电压u
(1)
、1模电流i
(1)
计算1模电压反行波u
b(1)
；
[0017]步骤二：计算1模电压梯度，进行启动元件判别，若判据满足，则为故障，继续执行，否则返回步骤一；
[0018]启动元件的判别式如式(4)所示，
[0019][0020]式中，k和j是采样序号，u
(1)
(k
‑
j)为第k
‑
j个采样时刻对应的1模电压，为第k个计算得到的1模电压梯度，ε1是启动元件的阈值，其整定原则如式(5)所示，
[0021][0022]式中，rel1是启动元件阈值整定的可靠系数，是稳态阶段电压波动产生的最大梯度；
[0023]步骤三：计算1模电流梯度，进行方向元件判别，若判据满足，则为正向故障，继续执行，否则返回步骤一；
[0024]方向元件的判别式如式(6)所示，
[0025][0026]式中，i
(1)
(k
‑
j)为第k
‑
j个采样时刻对应的1模电流，为第k个计算得到的1模电流梯度，ε2是方向元件的阈值，其整定原则如式(7)所示，
[0027][0028]式中，rel2是方向元件阈值整定的可靠系数，是稳态阶段电流波动产生的最大梯度；
[0029]步骤四：计算1模电压反行波曲率的对数值，进行选区元件判别，若判据满足，则为区内故障，继续执行，否则返回步骤一；
[0030]1模电压反行波曲率κ
b(1)
的计算公式如式(8)所示，
[0031][0032]式中，u
″
b(1)
为1模电压反行波的二次导数，u
′
b(1)
为1模电压反行波的一次导数，由1
模电压反行波u
b(1)
根据式(9)计算得到；
[0033][0034]式中，u
b(1)
(k)为第k个采样时刻对应的1模电压反行波，u
′
b(1)
(k)为第k个计算得到的1模电压反行波的一次导数，u
″
b(1)
(k)为第k个计算得到的1模电压反行波的二次导数，T
S
为采样间隔；
[0035]选区元件的判别式如式(10)所示，
[0036]max{lgκ
b(1)
(k
‑
i)}＞ε3,i＝0,1,
…
,4
ꢀꢀꢀ
(10)
[0037]式中，lgκ
b(1)
是1模电压反行波曲率的对数值，ε3是选区元件的阈值，其整定原则如式(11)，
[0038]ε3＝rel3·
lgκ
b(1)(max)
ꢀꢀꢀ
(11)
[0039]式中，rel3是选区元件阈值整定的可靠系数，lgκ
b(1)(max)
是区外故障产生的1模电压反行波的最大曲率对数值；
[0040]步骤五：计算1模电压积分、0模电压积分，进行选极元件判别，若任意判据满足，则判别为对应的极故障类型，保护出口，否则返回步骤一；
[0041]选极元件的判别式如式(12)所示，
[0042][0043]式中，intg_u
(1)
(k)和intg_u
(0)
(k)为别是第k个采样时刻对应的1模电压故障分量和0模电压故障分量的积分值本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于反行波曲率的柔性直流输电线路保护方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤一：采样柔性直流输电线路正极、负极的电压和电流，计算1模、0模的电压和电流，计算1模电压反行波；根据式(1)计算1模电压u
(1)
、0模电压u
(0)
、1模电流i
(1)
、0模电流i
(0)
，式中，Q为变换矩阵，u
p
为正极电压，u
n
为负极电压，i
p
为正极电流，i
n
为负极电流；根据式(2)的1模电压u
(1)
和1模电流i
(1)
的定义式推导电压反行波u
b(1)
的表达式，如式(3)所示，式中，u
f(1)
为1模电压前行波，u
b(1)
为1模电压反行波，i
f(1)
为1模电流前行波，i
b(1)
为1模电流反行波，Z
C
为波阻抗。u
b(1)
＝[u
(1)
‑
i
(1)
·
Z
C
]/2
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)根据式(3)，由1模电压u
(1)
、1模电流i
(1)
计算1模电压反行波u
b(1)
；步骤二：计算1模电压梯度，进行启动元件判别，若判据满足，则为故障，继续执行，否则返回步骤一；启动元件的判别式如式(4)所示，式中，k和j是采样序号，u
(1)
(k
‑
j)为第k
‑
j个采样时刻对应的1模电压，为第k个计算得到的1模电压梯度，ε1是启动元件的阈值，其整定原则如式(5)所示，式中，rel1是启动元件阈值整定的可靠系数，是稳态阶段电压波动产生的最大梯度；步骤三：计算1模电流梯度，进行方向元件判别，若判据满足，则为正向故障，继续执行，否则返回步骤一；方向元件的判别式如式(6)所示，式中，i
(1)
(k
‑
j)为第k
‑
j个采样时刻对应的1模电流，为第k个计算得到的1模电流梯度，ε2是方向元件的阈值，其整定原则如式(7)所示，
式中，rel2是方向元件阈值整定的可靠系数，是稳态阶段电流波动产生的最大梯度；步骤四：计算1模电压反行波曲率的对数值，进行选区元件判别，若判据满足，则为区内故障，继续执行，否则...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝治国，谢凡，梁天宇，叶冬萌，王挺，杨松浩，满在领，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：