一种含新能源接入的柔性直流线路故障检测方法技术

本发明专利技术公开了一种含新能源接入的柔性直流线路故障检测方法，包括以下步骤：步骤S1、线路发生故障后，计算不同区域下的线路故障等值电路模型；步骤S2、分别对所有故障等值电路模型进行求解，得到相应区域的线路端口电流表达式；步骤S3、根据所有区域的线路端口电流表达式分析故障下的电流行波特征；步骤S4、结合故障下的电流行波特征的分析结果，利用电流二阶导数过零点提取电流行波特征，构造保护判据，通过所述保护判据进行线路故障检测。本发明专利技术解决了传统行波保护耐过渡电阻能力低的问题，且对采样频率要求低，实现简单，具有良好的可靠性和工程实践价值。性和工程实践价值。性和工程实践价值。

【技术实现步骤摘要】
一种含新能源接入的柔性直流线路故障检测方法


[0001]本专利技术涉及电力系统继电器
，尤其涉及一种含新能源接入的柔性直流线路故障检测方法。

技术介绍

[0002]随着电力电子技术的发展，基于全控型晶体管器件的柔性直流输电技术克服了传统直流输电存在的换相失败、无功消耗大等问题，适用于远距离大容量输电，成为新能源接入的理想方式。但柔性直流系统中含大量电子装置，呈现出低阻尼特性，故障时短路电流上升快、幅值大，若不及时清除故障将导致换流站闭锁，造成功率丢失。为了保障新能源的稳定接入和交流电网的正常运行，开展快速、可靠的柔性直流线路保护研究具有重要意义。
[0003]目前，柔性直流线路的保护分为两类：单端量保护和纵联保护。出于速动性考虑，多以不受通讯时间影响的单端量保护作为线路主保护，其中以行波保护最为常见。然而，行波保护虽然有着良好的速动性，但灵敏性、可靠性不足，经改进后，部分保护的性能虽有所提高，但仍无法摆脱过渡电阻的影响，或出现保护算法复杂不易实现、对保护装置设备的要求高等新问题，不利于工程实践。
[0004]为此，提供了一种含新能源接入的柔性直流线路故障检测方法，以解决上述问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术所述的一种含新能源接入的柔性直流线路故障检测方法，通过利用电流二阶导数过零点提取故障特征，构造保护判据，解决了传统行波保护耐过渡电阻能力低的问题，且对采样频率要求低，实现简单，解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0007]本专利技术所述的一种含新能源接入的柔性直流线路故障检测方法，包括以下步骤：步骤S1、线路发生故障后，计算不同区域下的线路故障等值电路模型；
[0008]步骤S2、分别对所有故障等值电路模型进行求解，得到相应区域的线路端口电流表达式；
[0009]步骤S3、根据所有区域的线路端口电流表达式分析故障下的电流行波特征；
[0010]步骤S4、结合故障下的电流行波特征的分析结果，利用电流二阶导数过零点提取电流行波特征，构造保护判据，通过所述保护判据进行线路故障检测。
[0011]优选的，分别对所有故障等值电路模型进行求解，得到相应区域的线路端口电流表达式，包括：利用贝瑞隆等值电路求解出区内故障下的线路端口电流表达式一，利用彼得逊等值电路求解出区外故障下的线路端口电流表达式二，将所述电流表达式一和电流表达式二经过反拉普拉斯变换分别得到电流时域表达式一和电流时域表达式二。
[0012]优选的，根据所有区域的线路端口电流表达式分析故障下的电流行波特征，包括：根据所述电流时域表达式一和电流时域表达式二分别得到区内故障和区外故障的时间常数表达式一和时间常数表达式二，并根据所述时间常数表达式一和时间常数表达式二分别
提取区内故障和区外故障下的故障特征一和故障特征二。
[0013]优选的，所述电流行波特征如下式描述：
[0014][0015]式中，s为拉普拉斯算子，K
a1
为线路衰减比例系数；T
a1
为色散时间常数，与波形畸变相关；v1为1模行波波速；l为行波传播距离。
[0016]优选的，当柔性直流线路发生区内故障时，通过贝瑞隆等值电路求解区内端口电流表达式一：
[0017][0018][0019]式中，s为拉普拉斯算子，Z
C1
为线路1模波阻抗；B
f11
为贝瑞隆等值电压源；U
f1
为故障附加电源,近似幅值为u0的阶跃波；I
R1
分别为保护安装处测得的电流；
[0020]当柔性直流线路发生区外故障时，通过彼得逊等值电路求解区外端口电流表达式二：
[0021][0022]式中，s为拉普拉斯算子，L
dc
为限流电感器。
[0023]优选的，所述电流表达式一和电流表达式二经过反拉普拉斯变换后，得到如下电流时域表达式一和电流时域表达式二：
[0024][0025]式中，f
in
为电流时域表达式一，f
e
为电流时域表达式二；由所述电流时域表达式一得到区内故障的时间常数表达式一T
in
＝Z
C1
+T
a1
，由所述电流时域表达式二得到区外故障的时间常数表达式二T
e
＝Z
C1
+L
dc
+T
a1
，根据所述时间常数表达式一和时间常数表达式二可知，故障特征一表示为区内故障下电流波头畸变小于区外故障，故障特征二表示为区内故障波头的上升速度大于区外故障。
[0026]优选的，构造所述保护判据包括以下步骤：
[0027]构造判据表达式：
[0028]Δu1＜Δu
set
，
[0029]式中，Δu1为端口电压1模变化量；Δu
set
为整定值，取Δu
set
＝
‑
10KV；
[0030]判断故障方向：以母线指向线路的方向为正方向，利用电流变化率判断故障方向，电流变化率大于0时为正方向；
[0031]通过提取电流二阶导数过零点区分区内故障和区外故障，如下式：
[0032][0033]式中，i1为线路端口1模故障电流，t
R
为电流二阶导数过零点，t0为保护启动时刻，Δt
R
为保护启动时刻至故障电流二阶导数达到过零点时的时间间隔，Δt
set
为整定值，取Δt
set
＝0.4ms；
[0034]通过正负极电压差确定故障极，如下式：
[0035][0036]式中，u
p
、u
n
分别为正、负极电压，Δ
u+
、Δ
u
‑
为整定值，取Δ
u+
＝5KV、Δ
u
‑
＝
‑
5KV。
[0037]优选的，当构造判据表达式Δu1＜Δu
set
不成立时，则不启动线路保护，当构造判据表达式Δu1＜Δu
set
成立时，启动线路保护；
[0038]当构造判据表达式Δu1＜Δu
set
成立，但di1(t)/dt＞0不成立时，则不启动线路保护，当构造判据表达式Δu1＜Δu
set
成立，且di1(t)/dt＞0成立时，启动线路保护；
[0039]当构造判据表达式Δu1＜Δu
set
与di1(t)/dt＞0同时成立，但t
R
‑
t0＜Δt
set
不成立时，则判断为区外故障，不启动线路保护；
[0040]当构造判据表达式Δu1＜Δu
set
与di1(t)/dt＞0同时成立，且t
R<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种含新能源接入的柔性直流线路故障检测方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1、线路发生故障后，计算不同区域下的线路故障等值电路模型；步骤S2、分别对所有故障等值电路模型进行求解，得到相应区域的线路端口电流表达式；步骤S3、根据所有区域的线路端口电流表达式分析故障下的电流行波特征；步骤S4、结合故障下的电流行波特征的分析结果，利用电流二阶导数过零点提取电流行波特征，构造保护判据，通过所述保护判据进行线路故障检测。2.根据权利要求1所述的一种含新能源接入的柔性直流线路故障检测方法，其特征在于，分别对所有故障等值电路模型进行求解，得到相应区域的线路端口电流表达式，包括：利用贝瑞隆等值电路求解出区内故障下的线路端口电流表达式一，利用彼得逊等值电路求解出区外故障下的线路端口电流表达式二，将所述电流表达式一和电流表达式二经过反拉普拉斯变换分别得到电流时域表达式一和电流时域表达式二。3.根据权利要求2所述的一种含新能源接入的柔性直流线路故障检测方法，其特征在于，根据所有区域的线路端口电流表达式分析故障下的电流行波特征，包括：根据所述电流时域表达式一和电流时域表达式二分别得到区内故障和区外故障的时间常数表达式一和时间常数表达式二，并根据所述时间常数表达式一和时间常数表达式二分别提取区内故障和区外故障下的故障特征一和故障特征二。4.根据权利要求1所述的一种含新能源接入的柔性直流线路故障检测方法，其特征在于，所述电流行波特征如下式描述：式中，s为拉普拉斯算子，K
a1
为线路衰减比例系数；T
a1
为色散时间常数，与波形畸变相关；v1为1模行波波速；l为行波传播距离。5.根据权利要求2所述的一种含新能源接入的柔性直流线路故障检测方法，其特征在于，当柔性直流线路发生区内故障时，通过贝瑞隆等值电路求解区内端口电流表达式一：于，当柔性直流线路发生区内故障时，通过贝瑞隆等值电路求解区内端口电流表达式一：式中，s为拉普拉斯算子，Z
C1
为线路1模波阻抗；B
f11
为贝瑞隆等值电压源；U
f1
为故障附加电源,近似幅值为u0的阶跃波；I
R1
为保护安装处测得的电流；当柔性直流线路发生区外故障时，通过彼得逊等值电路求解区外端口电流表达式二：式中，s为拉普拉斯算子，L
dc
为限流电感器。6.根据权利要求2所述的一种含新能源接入的柔性直流线路故障检测方法，其特征在于，所述电流表达式一和电流表达式二经过反拉普拉斯变换后，得到如下电流时域表达式
一和电流时域表达式二：式中，f
in
为电流时域表达式一，f
e
为电流时域表达式二；由所述电流时域表达式一得到区内故障的时间常数表达式一T
in
＝Z
C1
+T
a...

【专利技术属性】
技术研发人员：韦恒，沈梓正，黄鹏飞，田君杨，蒋连钿，李海勇，杨彦，刘斌，韩冰，黄超，
申请(专利权)人：广西电网有限责任公司，
类型：发明
国别省市：