一种基于模域电流分布特性的电网故障检测方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于模域电流分布特性的电网故障检测方法及系统，该方法包括：获取柔性直流电网的基础电流数据，所述基础电流数据包括极线电抗器阀侧电流和换流站支路电流；基于所述基础电流数据，进行电流故障分量提取，得到电流故障分量；基于所述电流故障分量构成启动判据，并启动判据动作；判断是否发生电流短路故障，当满足启动判据，则采用基于双端模域电流分布特性的故障识别判据进行故障检测。本发明专利技术利用双端极线电抗器阀侧电流与母线电流之比构造双端暂态电流方向信息，对故障线路具有绝对的选择性，能为识别故障线路、故障类型和故障极提供后备保护；本发明专利技术方法可靠性高、识别准确度高。识别准确度高。识别准确度高。

【技术实现步骤摘要】
一种基于模域电流分布特性的电网故障检测方法及系统


[0001]本专利技术涉及柔性直流系统中关键设备的保护设计
，具体涉及一种基于模域电流分布特性的电网故障检测方法及系统。

技术介绍

[0002]柔性直流电网常采用架空线路进行长距离输电，受环境、气候和地形因素的影响，雷击发生的概率明显提高。雷击引起线路绝缘闪络，并以一定的建弧率形成稳定工频电弧，线路随即发生短路故障。在被保护线路发生单极接地、双极短路等故障时，直流线路检测启动并快速可靠地检测故障，以达到给直流断路器发送开断指令以便快速隔离的目的。然而，由于柔性直流电网的阻尼低、惯性小，在发生直流线路短路故障时，直流电压迅速跌落，故障电流在几个ms内迅速上升。这就要求保护方案具有ms级别的故障选择性和可靠性。为了能够在几个ms内快速准确地识别故障线路，有必要提出一种可靠且有选择性的保护方案。
[0003]按照特征量的来源不同，柔性直流电网保护方案包括单端保护和纵联保护。其中，单端保护主要利用单端特征量来识别故障线路。柔性直流电网单端保护方案主要借鉴了常规直流输电系统的直流线路单端保护方案，即采用行波保护和微分欠压保护作为快速主保护，无需通信和同步，在速动性方面具有优势，主要用作主保护方案。纵联保护主要利用双端特征量来识别故障线路。柔性直流电网纵联保护主要借鉴了常规直流输电系统的直流线路纵联保护方案，即采用双端电流变化量作为特征量，需两端通信和同步，在选择性和可靠性方面具有优势，主要用作后备保护方案。
[0004]现有柔性直流电网保护方案存在着以下不足：(1)柔性直流电网单端保护方案过度依赖电气量幅值及其变化率，对过渡电阻极其敏感，对高过渡电阻故障工况响应灵敏度低；(2)柔性直流电网纵联保护方案过度依赖电流变化量，极易受到噪声干扰的影响，在干扰较大时易发生保护误动。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题是现有柔性直流电网故障检测方法中，(1)柔性直流电网单端保护方案过度依赖电气量幅值及其变化率，对过渡电阻极其敏感，对高过渡电阻故障工况响应灵敏度低；(2)柔性直流电网纵联保护方案过度依赖电流变化量，极易受到噪声干扰的影响，在干扰较大时易发生保护误动；进而导致现有柔性直流电网故障检测方法存在可靠性不高，且准确度不高的问题。
[0006]本专利技术目的在于提供一种基于模域电流分布特性的电网故障检测方法及系统，利用双端极线电抗器阀侧电流与母线电流之比构造双端暂态电流方向信息，对故障线路具有绝对的选择性，能为识别故障线路、故障类型和故障极提供后备保护，且方法可靠性高、识别准确度高。
[0007]本专利技术通过下述技术方案实现：
[0008]第一方面，本专利技术提供了一种基于模域电流分布特性的电网故障检测方法，该方
法包括：
[0009]获取柔性直流电网的基础电流数据，所述基础电流数据包括极线电抗器阀侧电流和换流站支路电流；
[0010]基于所述基础电流数据，进行电流故障分量提取，得到电流故障分量；
[0011]基于所述电流故障分量构成启动判据，并启动判据动作；判断是否发生电流短路故障，当满足启动判据，则采用基于双端模域电流分布特性的故障识别判据进行故障检测。
[0012]工作原理是：基于现有柔性直流电网故障检测方法中，(1)柔性直流电网单端保护方案过度依赖电气量幅值及其变化率，对过渡电阻极其敏感，对高过渡电阻故障工况响应灵敏度低；(2)柔性直流电网纵联保护方案过度依赖电流变化量，极易受到噪声干扰的影响，在干扰较大时易发生保护误动；进而导致现有柔性直流电网故障检测方法存在可靠性不高，且准确度不高的问题。本专利技术采用基于双端模域电流分布特性的故障识别判据进行故障检测，首先，启动判据，采用直流线路电流变化量作为其特征量，用以检测直流电网中的短路故障，是后续故障识别判据的启动元件；其次，识别判据，采用双端模域电流分布特性作为其特征量，当保护启动判据满足要求后，纵联保护方案将进行故障识别，包括故障线路识别、故障类型识别和故障极识别。
[0013]本专利技术利用双端极线电抗器阀侧电流与母线电流之比构造双端暂态电流方向信息，对故障线路具有绝对的选择性，能为识别故障线路、故障类型和故障极提供后备保护。
[0014]进一步地，所述启动判据包括极线电抗器阀侧故障电流变化量和保护启动阈值电流，启动判据如下：
[0015][0016]式中，||是绝对值算子，i
vp
(t)，i
vm
(t)，i
vn
(t)分别为极线电抗器阀侧正极线、金属回线、负极线时域故障电流分量，它们通过故障后电流减去故障前电流采集得到；此外，I
Thre1
是保护启动阈值电流。
[0017]进一步地，保护启动阈值电流I
Thre1
的选取小于线路末端发生高阻故障时限流电抗器线路侧的最小电流变化量。
[0018]进一步地，所述采用基于双端模域电流分布特性的故障识别判据进行故障检测，包括：
[0019]采用基于双端模域电流分布特性的故障线路识别判据进行故障线路识别；
[0020]采用基于双端模域电流分布特性的故障类型识别判据进行故障类型识别；
[0021]采用基于双端模域电流分布特性的故障极识别判据进行故障极识别。
[0022]进一步地，所述故障线路识别是利用双端极线电抗器阀侧故障电流与母线电流2模分量幅值之比获取双端暂态电流方向信息，实现故障线路准确识别；所述故障线路识别判据为：
[0023]D1＝1&D2＝1
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1.2)
[0024]式中，D1、D2分别为1端、2端的暂态电流方向信息；
[0025]当故障线路识别判据公式(1.2)满足要求时，则判断发生了区内故障；否则，则为
区外故障。
[0026]进一步地，D1由1端的第一暂态电流比K1确定，D2由2端的第二暂态电流比K2确定；具体为：
[0027]当K1>1时，1端暂态电流方向信息D1＝1，反之，D1＝0；
[0028]当K2>1时，2端暂态电流方向信息D2＝1，反之，D2＝0；
[0029]第一暂态电流比K1、第二暂态电流比K2的表达式如下：
[0030][0031]式中，i
f12
(t)是1端极线电抗器阀侧故障电流2模分量，i
MMC12
(t)是1端换流站支路故障电流2模分量，i
f22
(t)是2端极线电抗器阀侧故障电流2模分量，i
MMC22
(t)是2端换流站支路故障电流2模分量，N为预设时间窗口(比如1ms)内的采样点数。
[0032]进一步地，所述故障电流2模分量i
f12
(t)、i
MMC12
(t)、i
MMC12
(t)、i
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于模域电流分布特性的电网故障检测方法，其特征在于，该方法包括：获取柔性直流电网的基础电流数据，所述基础电流数据包括极线电抗器阀侧电流和换流站支路电流；基于所述基础电流数据，进行电流故障分量提取，得到电流故障分量；基于所述电流故障分量构成启动判据，并启动判据动作；判断是否发生电流短路故障，当满足启动判据，则采用基于双端模域电流分布特性的故障识别判据进行故障检测。2.根据权利要求1所述的一种基于模域电流分布特性的电网故障检测方法，其特征在于，所述启动判据包括极线电抗器阀侧故障电流变化量和保护启动阈值电流，启动判据如下：式中，||是绝对值算子，i
vp
(t)，i
vm
(t)，i
vn
(t)分别为极线电抗器阀侧正极线、金属回线、负极线时域故障电流分量，它们通过故障后电流减去故障前电流采集得到；I
Thre1
是保护启动阈值电流。3.根据权利要求2所述的一种基于模域电流分布特性的电网故障检测方法，其特征在于，保护启动阈值电流I
Thre1
的选取小于线路末端发生高阻故障时限流电抗器线路侧的最小电流变化量。4.根据权利要求1所述的一种基于模域电流分布特性的电网故障检测方法，其特征在于，所述采用基于双端模域电流分布特性的故障识别判据进行故障检测，包括：采用基于双端模域电流分布特性的故障线路识别判据进行故障线路识别；采用基于双端模域电流分布特性的故障类型识别判据进行故障类型识别；采用基于双端模域电流分布特性的故障极识别判据进行故障极识别。5.根据权利要求4所述的一种基于模域电流分布特性的电网故障检测方法，其特征在于，所述故障线路识别是利用双端极线电抗器阀侧故障电流与母线电流2模分量幅值之比获取双端暂态电流方向信息，实现故障线路识别；所述故障线路识别判据为：D1＝1&D2＝1式中，D1、D2分别为1端、2端的暂态电流方向信息；当故障线路识别判据满足要求，则判断发生了区内故障；否则，则为区外故障。6.根据权利要求5所述的一种基于模域电流分布特性的电网故障检测方法，其特征在于，D1由1端的第一暂态电流比K1确定，D2由2端的第二暂态电流比K2确定；具体为：当K1>1时，1端暂态电流方向信息D1＝1，反之，D1＝0；当K2>1时，2端暂态电流方向信息D2＝1，反之，D2＝0；第一暂态电流比K1、第二暂态电流比K2的表达式如下：
式中，i
f12
(t)是1端极线电抗器阀侧故障电流2模分量，i
MMC12
(t)是1端换流站支路故障电流2模分量，i
f22
(t)是2端极线电抗器阀侧故障电流2模分量，i
MMC22

【专利技术属性】
技术研发人员：付峥争，崔涛，李巍巍，曾宏，赵福平，
申请(专利权)人：国网四川省电力公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：