基于测量波阻抗相位特性的多端混合直流线路保护方法技术

本发明专利技术涉及基于测量波阻抗相位特性的多端混合直流线路保护方法，通过测量各测量点的极线电压和极线电流，进行相模变换以及S变换提取线路两端测量波阻抗相频特性，在高频范围内，线路两端的测量波阻抗相位在区内和区外故障条件下差异显著，根据相应关系构建电压行波幅值判据，实现故障识别。本发明专利技术在通过PSCAD仿真验证，本发明专利技术所提保护能够区分T区母线故障，在满足快速性的同时具备良好的抗过渡电阻和噪声能力，满足多端混合直流系统线路主保护要求。求。求。

【技术实现步骤摘要】
基于测量波阻抗相位特性的多端混合直流线路保护方法


[0001]本专利技术属于电网线路保护
，尤其是基于测量波阻抗相位特性的多端混合直流线路保护方法。

技术介绍

[0002]近年来，高压直流输电系统以损耗小、容量大、适合远距离输电等突出优势，得到了广泛应用。以晶闸管为核心的电网换相换流器型高压直流输电(line commutated converter HVDC,LCC
‑
HVDC)发展较为成熟，具有成本低、损耗小和容量大等诸多优点，但是其换流器依赖交流系统，需要大量无功功率支撑，还具有换相失败风险。以IGBT为核心的模块化多电平电压源换流器柔性直流输电(modular multilevel converter HVDC,MMC
‑
HVDC)技术因其控制灵活、无换相失败风险得到迅速发展，然而其存在建设成本高昂、容量小和损耗大等问题。针对上述挑战，将两种换流器优势互补的LCC
‑
MMC混合直流输电系统是远距离、大容量输电的理想方案。
[0003]直流线路的保护是混合多端直流系统安全运行的关键问题之一。在目前的研究中，高压直流输电保护主要可分为时域类保护和频域类保护两种。时域类保护方案主要利用信号的幅值、积分或微分作为判据。如基于时域突变量的行波保护常被作为直流系统的主保护，但此类保护耐受过渡电阻能力较差；电流差动保护具备较高的耐受过渡电阻能力，但其受分布电容影响，动作延时较长，往往只能用于后备保护；有现有技术利用不同采样周期下时域暂态电压的比值，构建区内、外保护判据，保护速度较快并具有较强的耐受过渡电阻能力。频域类保护方案主要利用故障信号的频率特性构建保护判据。现有技术发现直流线路与线路边界对高低频分量有着不同的衰减和放大作用，利用多频带能量差异区分区内外故障；现有技术通过研究直流滤波器阻抗
‑
频率特性，提出一种基于线路边界两侧的特定频带能量比值的保护方案；现有技术根据柔性直流电网的限流电感对高频能量的衰减，构造故障电压行波能谱矩阵，放大区内外故障行波的时频差异。以上基于边界元的频域保护方案，具有良好的可靠性和速度性，但是对于多端混合直流系统，不同换流器的不同边界元件为故障信息增加了复杂度，且T区直流母线与相邻线路之间没有边界，现有保护方案难以直接用于多端混合直流系统。
[0004]目前国内外学者对于混合直流系统的线路保护研究尚未成熟，现有技术通过暂态电压信息和主动注入电流判断流向构建保护判据，不依靠T区母线边界，但存在速动性问题；现有技术通过混合直流系统两端线路故障电流相似性，提出基于相关系数的保护方法，但其为双端量保护，速动性不足；现有技术分析了三端混合直流系统的波阻抗幅频特性，提出基于测量波阻抗幅值的单端量保护，但该方法在LCC站直流滤波器因故障退出运行时，所测得区外故障的波阻抗幅值会大大减小，可能导致保护误动。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提出基于测量波阻抗相位特性的多端混
合直流线路保护方法，能够区分T区母线故障，在满足快速性的同时具备良好的抗过渡电阻和噪声能力，满足多端混合直流系统线路主保护要求。
[0006]本专利技术解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
[0007]基于测量波阻抗相位特性的多端混合直流线路保护方法，包括以下步骤：
[0008]步骤1、测量LCC站与MMCⅠ站线路出口的极线电压和极线电流；
[0009]步骤2、将步骤1中测量的极线电压和极限电流进行相模变换，得到线模电压变化量；
[0010]步骤3、构建启动判据并判断线模电压变化量是否满足启动判据，若满足则进行步骤4，否则返回步骤1；
[0011]步骤4、满足启动判据后，提取初始线模电压行波和初始线模电流行波进行S变换，得到电压行波和电流行波的幅值曲线和相位曲线；
[0012]步骤5、根据幅值曲线和相位曲线计算初始行波幅值和波阻抗相位；
[0013]步骤6、构建故障判据和选极判据，判断区内故障还是区外故障，若判断为区内故障则对应极保护动作并根据选极判据进行故障选极，否则判断为区外故障并返回步骤1。
[0014]而且，所述步骤3中启动判据为：
[0015][0016]其中，ΔU1(x)为线模电压变化量，U1(x)为第x个采样点线模电压信号，i为正整数序号，n为采样次数，U
N
是额定线电压，k
u1
为线模电压变化系数。
[0017]而且，所述步骤5中波阻抗相位的计算方法为：
[0018][0019]其中，为波阻抗相位，为t1对应的相角，同时也为初始电压行波相位，为t1对应的相角，同时也为初始电流行波相位。
[0020]而且，所述步骤6中故障判据为：根据测量点属于LCC站还是MMCⅠ站构建故障判据。
[0021]而且，所述测量点属于LCC站的故障判据为：
[0022][0023]其中，为测量点M1的测量波阻抗相位，其中测量点M1位于线路l
AB
首端，保护范围覆盖线路l
AB
和l
BC
全长，A
u
‑
max
为初始电压行波幅值最大值，A
u
‑
set
为初始电压行波门槛值。
[0024]而且，所述测量点属于MMCⅠ站的故障判据为：
[0025][0026]其中，为测量点M2的测量波阻抗相位，为测量点M2的测量波阻抗相位，其中测量点M2和M3分别位于线路l
AB
末端与l
BC
首端，保护范围包括l
AB
全长和l
BC
全长以及T区汇
流母线。
[0027]而且，所述步骤6中选极判据为：
[0028][0029][0030]其中，ΔU0为地模电压差，k
u0
为地模电压变化系数，U
N
是额定线电压，n为采样次数，U0(x)为第x个采样点地模电压信号。
[0031]本专利技术的优点和积极效果是：
[0032]本专利技术通过测量各测量点的极线电压和极线电流，进行相模变换以及S变换提取线路两端测量波阻抗相频特性，在高频范围内，线路两端的测量波阻抗相位在区内和区外故障条件下差异显著，根据相应关系构建电压行波幅值判据，实现故障识别。本专利技术在通过PSCAD仿真验证，本专利技术所提保护能够区分T区母线故障，在满足快速性的同时具备良好的抗过渡电阻和噪声能力，满足多端混合直流系统线路主保护要求。
附图说明
[0033]图1为本专利技术的流程图；
[0034]图2为本专利技术实施例构建的PSCAD仿真模型结构图；
[0035]图3为本专利技术实施例线路l
AB
正极故障时M1测点仿真结果图；
[0036]图4为本专利技术实施例线路l
AB
正极故障时M2测点仿真结果图；
[0037本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于测量波阻抗相位特性的多端混合直流线路保护方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1、测量LCC站与MMCⅠ站线路出口的极线电压和极线电流；步骤2、将步骤1中测量的极线电压和极限电流进行相模变换，得到线模电压变化量；步骤3、构建启动判据并判断线模电压变化量是否满足启动判据，若满足则进行步骤4，否则返回步骤1；步骤4、满足启动判据后，提取初始线模电压行波和初始线模电流行波进行S变换，得到电压行波和电流行波的幅值曲线和相位曲线；步骤5、根据幅值曲线和相位曲线计算初始行波幅值和波阻抗相位；步骤6、构建故障判据和选极判据，判断区内故障还是区外故障，若判断为区内故障则对应极保护动作并根据选极判据进行故障选极，否则判断为区外故障并返回步骤1。2.根据权利要求1所述的基于测量波阻抗相位特性的多端混合直流线路保护方法，其特征在于：所述步骤3中启动判据为：其中，ΔU1(x)为线模电压变化量，U1(x)为第x个采样点线模电压信号，i为正整数序号，n为采样次数，U
N
是额定线电压，k
u1
为线模电压变化系数。3.根据权利要求1所述的基于测量波阻抗相位特性的多端混合直流线路保护方法，其特征在于：所述步骤5中波阻抗相位的计算方法为：其中，为波阻抗相位，为t1对应的相角，同时也为初始电压行波相位，为t1对应的相角，同时也为初始电流行波相位。4.根据权利要求1所述的基于测量波阻抗相位特性的多端混合直流线路保护方法，其特征在于：所述步骤6中故障判据为：根据测...

【专利技术属性】
技术研发人员：周泽昕，王兴国，郭雅蓉，邱宏逸，戴志辉，秦昊宇，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：