CN101232177B - 高压直流输电线路距离保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高压直流输电线路距离保护方法。该方法建立在时域分布参数模型基础上，首先根据保护安装处的电压、电流量，用输电线路分布参数模型计算保护范围末端的电压、电流量；利用保护范围末端的电压电流量用输电线路集中参数的RL模型来计算故障距离，根据故障距离符号判断故障在保护区内或区外。该保护方法计算在时域中进行，所需数据窗短，大量的计算为RL模型下的计算，计算简单，所需采样率低，可以快速监测出故障。

Description

高压直流输电线路距离保护方法

技术领域

本发明涉及一种电力系统线路保护方法，具体来说是一种高压直流输电线路距离保护方法。

背景技术

鉴于高压直流输电在远距离大容量输电以及系统互联上的优越性，近年来高压直流输电在世界各地得到了迅速的发展，到目前为之总容量达50GW左右。目前，在南方电网已经有天广直流、贵广直流和三和直流等直流系统坐落在广东，而几个待建的大型水电站也将采用直流输电技术，在国家电网的“十一五”规划中，直流特高压将与交流特高压共同发展，成为网络骨架的重要组成部分，因此，提高直流输电线路运行的安全与可靠性已成为迫切需要解决的问题。

目前直流线路保护主要有行波保护、低电压保护以及纵联差动保护。目前运行中的直流线路多以行波保护作为主保护，行波保护动作速度快，不受接地电阻、负载、长线分布电容等因素的影响，在直流输电中得到了广泛的应用。然而，目前国内外所投运的行波保护普遍存在可靠性不高的问题，易误动，据统计资料分析，目前输电线路故障仍然是导致直流输电系统停运的主要原因，直流线路保护的可靠性有待提高。

发明内容

与电流保护相比，距离保护具有保护范围稳定，不受运行方式影响的优点，但现有的直流输电线路不配备距离保护，本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种动作速度快、可靠性高的直流输电线路距离保护方法。

为了实现上述任务，本发明采取如下的技术解决方案：

一种高压直流输电线路距离保护方法，其特征在于，该方法建立在时域分布参数模型基础上，具体包括下列步骤：

步骤一，根据保护安装处的电压、电流量，用输电线路分布参数模型计算保护范围末端的电压、电流量；

步骤二，利用保护范围末端的电压、电流量，建立集中参数RL模型下的测距方程，该测距方程应采用冗余措施；

步骤三，用最小二乘法解上述测距方程，计算得到故障距离；

步骤四，根据计算出的故障距离的符号判断是否直流输电线路保护区内发生了故障。

本发明的方法利用分布参数模型计算出保护范围末端的电压电流量，再将线路简化为RL集中参数模型，利用计算出的末端的电压电流量来计算故障距离。RL集中参数模型在线路较短的时候是精确的，这样在距离保护范围末端越近的地方故障的时候测距结果越精确，离末端越远误差越大，而离末端越远容许的误差便也越大且计算误差要小于容许误差，这样无论在保护范围内何处故障，保护均能快速准确地做出判断，可靠性以及灵敏性均较高。

附图说明

图1为线路微机保护的硬件结构框图，由数据采集系统、微机主系统、输入输出系统三部分构成，虚线框内为本发明的硬件结构图，包括低通滤波、采样保持、A/D转换、微机DSP、光电隔离以及继电器等，本发明的元件核心算法通过编制程序在微机DSP内实现；

图2集中电阻有损线模型的等值计算电路；

图3线路集中参数RL模型。

下面结合附图对本发明进行进一步详细说明。

具体实施方式

传统的用于交流线路的距离保护基于集中参数模型，只适用于较短的线路，在保护末端时容易判断错误。由于距离保护其实只需要判断是否保护范围内故障，而不需要精确测距，这样便可以容许有一定的误差，在保护安装处这种容许的误差最大，而在保护范围末端则需要精确判断故障位置。

本发明的高压直流输电线路距离保护方法，首先利用贝瑞隆模型来计算保护范围末端的电压电流量，然后将线路简化为集中参数RL模型，之后利用计算得到的末端的电压电流量来计算故障点距离，计算结果只要求区分故障点是在末端之前还是在末端之后，不需要太高的精度，距离保护安装处越近精度要求越低。而RL模型在线路较短的时候能得到较高的精度，上面所述方法在故障点距离保护范围末端距离较近的时候能准确地测量出故障点所在位置，故障点距离保护安装出越近则测距误差越大，而故障点距离保护安装处越近所容许的误差也越大且计算误差要小于容许误差，保护能在区内故障时及时准确地做出判断。

本发明的高压直流输电线路距离保护方法建立在时域分布参数模型基础上，具体步骤如下：

1)采集故障时保护处安装的分压器和分流器的电压、电流量；

2)对采集得到的电压、电流数据进行低通滤波以滤除高频分量，由于能量主要集中于低频段，滤除掉高频分量可以减少脉冲干扰的影响，而且后续计算要用到求导，滤除高频分量能更准确计算故障位置；

3)采用集中电阻传输线模型计算线路电压、电流分布(等值电路如图2所示)，根据式(1)(出处：电机工程学报-2004.24(3).24-29)由本端数据计算保护范围末端的电压、电流值，将下式中x换为保护范围的长度即可；

$u(x,t)=\frac{1}{2}{\left(\frac{Z_c+\mathrm{rx}/4}{Z_c}\right)}^2[u_M(t+\frac{x}{v})-i_M(t+\frac{x}{v})\·(Z_c+\mathrm{rx}/4)]+$

$\frac{1}{2}{\left(\frac{Z_c-\mathrm{rx}/4}{Z_c}\right)}^2[u_M(t-\frac{x}{v})+i_M(t-\frac{x}{v})\·(Z_c-\mathrm{rx}/4)]-$

${\left(\frac{\mathrm{rx}/4}{Z_c}\right)}^2{u}_M\left(t\right)-\frac{\mathrm{rx}}{4}\·\left(\frac{Z_c+\mathrm{rx}/4}{Z_c}\right)\·\left(\frac{Z_c-\mathrm{rx}/4}{Z_c}\right)i_M\left(t\right)$

$i(x,t)=\frac{1}{2Z_c}\left(\frac{Z_c+\mathrm{rx}/4}{Z_c}\right)[u_M(t+\frac{x}{v})-i_M(t+\frac{x}{v})\·(Z_c+\mathrm{rx}/4)]-$

$\frac{1}{2Z_c}{\left(\frac{Z_c-\mathrm{rx}/4}{Z_c}\right)}^2[u_M(t-\frac{x}{v})+i_M(t-\frac{x}{v})\·(Z_c-\mathrm{rx}/4)]-$

$\frac{1}{2Z_c}\frac{\mathrm{rx}}{2Z_c}[u_M\left(t\right)-i_M\left(t\right)\left(\frac{\mathrm{rx}}{4}\right)]---\left(1\right)$

上式中i(x，t)、u(x，t)分别为距本端保护安装处距离x处t时刻的电流电压值，Z_c为线路的特征阻抗，r为线路单位长度的电阻，u_M(t)为t时刻本端采得的电压值，乙(t)为t时刻本端采得的电流值。

4)将线路简化为集中参数RL模型(如图3)，根据上一步计算出的保护范围末端电压、电流量计算故障位置。故障位置的计算：

$U^{\′}={\mathrm{Ri}}^{\′}+L\frac{{\mathrm{di}}^{\′}}{\mathrm{dt}}+i_F{R}_f^{\′}---\left(2\right)$

式(2)为时域计算公式，U′、i′分别为计算出的保护范围末端的电压、电流量(方向如图3所示)，i_F为故障电流，R_F′为虚拟过渡电阻。R、L、R_F′为未知参数，由于R/L为常数，实际上R、L只算一个未知量，式(2)共有2个未知量，联立两个方程即可解的各参数，为提高解的可靠性，以多个采样点的数据列方程组，用最小二乘法计算出各参数。

5)根据计算出的电感值判断是否区内故障，如果L＞0则为区内故障，L＜0则为区外故障。

Claims (1)

1.一种高压直流输电线路距离保护方法，其特征在于，该方法建立在时域分布参数模型基础上，具体包括下列步骤：

步骤一，在保护处安装分压器和分流器，测得保护处的电压、电流量，并采用集中电阻传输线模型计算线路电压、电流分布，根据式(1)由本端数据计算保护范围末端的电压、电流值，将下式中x换为保护范围的长度即可；

式(1)中i(x，t)、u(x，t)分别为距本端保护安装处距离x处t时刻的电流电压值，Z_c为线路的特征阻抗，r为线路单位长度的电阻，u_M(t)为t时刻本端采得的电压值，i_M(t)为t时刻本端采得的电流值；

步骤二，利用保护范围末端的电压、电流量，建立集中参数RL模型下的测距方程，该测距方程如下：

式(2)中：U′、i′分别为计算出的保护范围末端的电压、电流量，i_F为故障电流，R_F′为虚拟过渡电阻，R、L、R_F′为未知参数，R/L为常数；

步骤三，用最小二乘法解上述测距方程，计算得到电感值；

步骤四，根据计算出的电感值L的符号判断是否直流输电线路保护区内发生了故障，如果L＞0则为区内故障，L＜0则为区外故障。

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