CN101806849A - 利用特高压直流输电极波波形面积比值的故障选极方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种利用特高压直流输电极波波形面积比值的故障选极方法。特高压直流线路输电发生故障时，故障极极波波形远离于零轴，非故障极极波波形在零轴附近变化，因此故障极的极波波形沿零轴的积分绝对值将远大于非故障极的极波波形沿零轴的积分绝对值。首先，根据保护安装处测得的两极直流电压、直流电流，求出两极线的极波；其次，在时间窗内，对两极极波波形沿时间轴进行积分并对结果取绝对值，极波波形的积分绝对值即为极波波形与零轴所构成的极波面积；最后，求出正极极波波形面积与负极极波波形面积的比值K，若满足K≥2，则表示正极线发生故障，若满足K≤0.5，则表示负极线发生故障，若满足0.5＜K＜2且K≈1，则表示两极线发生故障。理论分析和仿真验证结果表明，本发明有效。

Description

利用特高压直流输电极波波形面积比值的故障选极方法

技术领域

本发明涉及电力系统特高压直流输电线路继电保护技术领域，具体地说是一种利用特高压直流输电极波波形面积比值的故障选极方法。

背景技术

世界上第一条±800kV特高压直流输电线路云广±800kV直流输电线路已于2009年12月28日实现单极投产，2010年将实现双极全压运行，届时该线路将成为“云电送粤”的重要骨干线路。作为一条大容量、特高压、超长距离的重要输电通道，云广±800kV直流输电线路迫切需要一种性能可靠、响应快速的保护来保障整条输电线路的安全稳定运行，该保护应能快速的识别故障极线从而能够做出快速、准确的逻辑输出。

作为当今国内外应用最广泛的高压直流线路保护，主要以ABB公司和SIEMENS公司行波保护为代表。运行表明，现行的直流线路保护存在如下缺点：(1)受高阻影响，易拒动；(2)易受噪声干扰，易误动。故障选极模块作为直流线路保护的一个重要模块，应能准确的进行故障选极，故需要一种对高阻故障、噪声干扰具有较强鲁棒性的故障选极方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用特高压直流输电极波波形面积比值的故障选极方法。

本发明的技术方案为：特高压直流线路输电发生故障时，故障极极波波形远离于零轴，非故障极极波波形在零轴附近变化，因此故障极的极波波形沿零轴的积分绝对值将远大于非故障极的极波波形沿零轴的积分绝对值。首先，根据保护安装处测得的两极直流电压、直流电流，求出两极线的极波；其次，在时间窗内，对两极极波波形沿时间轴进行积分并对结果取绝对值，极波波形的积分绝对值即为极波波形与零轴所构成的极波面积；最后，求出正极极波波形面积与负极极波波形面积的比值K，若满足K≥2，则表示正极线发生故障，若满足K≤0.5，则表示负极线发生故障，若满足0.5＜K＜2且K≈1，则表示两极线发生故障。

1、极波概念

对于直流输电系统，保护不能取用稳态量而应取用变量，现定义正极线极波P₁(k)，负极线极波P₂(k)为：

P₁(k)＝Z_p×i₁(k)-u₁(k)    (1a)

P₂(k)＝Z_p×i₂(k)-u₂(k)    (1b)式中，Z_p为直流输电线路极波阻抗，u₁(k)为正极直流电压，i₁(k)为正极直流电流，u₂(k)为负极直流电压，i₂(k)为负极直流电流，k＝1、2、3....N，N为时间窗长度。

由式(1a)、式(1b)可知，极波本质上为一个电压量，极波电压是极电流与极波阻抗乘积和极线电压之差，它的本质是故障情况下极线电压的变化量，在正常情况下，正、负极线极波的值接近于零。

2、极波面积故障选极原理

特高压直流输电系统结构图如图1所示。图1中，送电容量为5000MW，整流侧和逆变侧的无功补偿容量分别为3000Mvar和3040Mvar；每极换流单元由2个12脉冲换流器串联组成，整流侧配有低压限流(VDCOL)控制、定电流控制，逆变侧配有定电流、低压限流(VDCOL)控制、定关断角控制、电流偏差控制(CEC)。直流输电线路为六分裂导线，全长取为1500km，采用J.R.Marti频率相关模型；线路两侧装有400mH的平波电抗器；M点为保护安装处。

线路首端(离保护安装处1km处)分别发生正极接地故障，两极极波波形如图2(a)所示；发生负极接地故障，两极极波波形如图2(b)所示；两极故障时，两极极波波形如图2(c)所示。故障过渡电阻为0.1Ω，时间窗长度取5ms，采样频率为10kHz。

本发明中，极波波形与零轴构成的面积简称为极波波形面积，极波波形面积通过极波波形沿时间轴积分并取绝对值求得：

$P_1=\left|\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{P}_1\left(k\right)\right|---\left(2a\right)$

$P_2=\left|\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{P}_2\left(k\right)\right|---\left(2b\right)$

式中，正极线极波P₁(k)、负极线极波P₂(k)，P₁为正极线极波积分绝对值，即正极极波波形面积，P₂为负极线极波积分绝对值，即负极极波波形面积，k＝1、2、3....N，N为时间窗长度。

从图2可以看出，故障极的极波波形远离于零轴变化，非故障极的极波波形在零轴附近变化，即故障极的极波波形面积大于非故障极极波波形面积，故图2(a)中P₁＞P₂，图2(b)中P₁＜P₂；两极故障时，两极极波波形对称，故图2(c)中P₁＝P₂。

定义正极极波波形面积P₁与负极极波波形面积P₂的比值K：

K＝P₁/P₂          (3)

那么，若满足K＞1，则表示正极线发生故障；若满足K＜1，则表示负极线发生故障；

若满足K＝1，则表示两极线发生故障。

若满足K≥2，则表示正极线发生故障

若满足K≤0.5，则表示负极线发生故障

若满足0.5＜K＜2且K≈1，则表示两极线发生故障

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1、本发明的方法采用极波波形面积比值为判据，不受相应电气量的变化量和变化率的影响，对各种故障具有较好的自适应性。

2、本发明的方法采样率取10kHz，完全可在当前高压直流控制保护系统硬件条件下实现，对高阻、噪声干扰和雷击具有较强的鲁棒性，能快速的实现故障选极。理论分析和仿真验证结果表明，本发明具有良好的效果。

附图说明

图1是特高压直流输电系统结构图，u₁(k)、u₂(k)为正、负极线电压值；i₁(k)、i₂(k)为正、负极线电流值，M点为保护安装处。

图2故障时两极极波波形图，(a)正极故障两极极波波形，(b)负极故障两极极波波形，(c)两极线故障时两极线极波波形。

具体实施方式

仿真模型如图1所示。线路首端(离保护安装处1km处)分别发生正极接地故障；故障过渡电阻为0.1Ω，时间窗长度取5ms，采样频率为10kHz。

(1)直流线路发生故障后，故障选线装置立即启动，由u₁(k)为保护安装处测得的正极直流电压，i₁(k)为保护安装处测得的正极直流电流，u₂(k)为保护安装处测得的负极直流电压，i₂(k)为保护安装处测得的负极直流电流，根据公式

P₁(k)＝Z_p×i₁(k)-u₁(k)                 (1a)

P₂(k)＝Z_p×i₂(k)-u₂(k)                 (1b)

得到的两极极波波形P₁(k)、P₂(k)如图2(a)所示。Z_p为直流输电线路极波阻抗，Z_p＝260Ω，k＝1、2、3....N，N＝50。

(2)根据极波波形面积公式：

$P_1=\left|\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{P}_1\left(k\right)\right|---\left(2a\right)$

$P_2=\left|\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{P}_2\left(k\right)\right|---\left(2b\right)$

求出正极线极波波形P₁(k)的面积P₁＝19778、负极线极波波形P₂(k)的面积P₂＝3918.7，k＝1、2、3....N，N＝50；

(3)根据公式

K＝P₁/P₂                        (3)

计算正极极波波形面积与负极极波波形面积的比值K＝5.047；

(4)满足K≥2，则正极线发生故障，选出故障极为正极线路。

Claims (1)

1.一种利用特高压直流输电极波波形面积比值的故障选极方法，其特征在于按以下步骤进行：

(1)直流线路发生故障后，故障选线装置立即启动；根据保护安装处测得的两极直流电压、直流电流，求出正极线的极波P₁(k)，负极线的极波P₂₍k)为：

                    P₁(k)＝Z_p×i₁(k)-u₁(k)

                    P₂(k)＝Z_p×i₂(k)-u₂(k)

式中，Z_p为直流输电线路极波阻抗，u₁(k)为正极直流电压，i₁(k)为正极直流电流，u₂(k)为负极直流电压，i₂(k)为负极直流电流，k＝1、2、3....N，N为时间窗长度；

(2)对正极线极波P₁(k)、负极线极波P₂(k)沿零轴进行积分并取绝对值；

$P_1=\left|\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{P}_1\left(k\right)\right|$

$P_2=\left|\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{P}_2\left(k\right)\right|$

式中，P₁为正极线极波积分绝对值，即正极极波波形面积，P₂为负极线极波积分绝对值，即负极极波波形面积，k＝1、2、3....N，N为时间窗长度；

(3)求出正极极波波形面积P₁与负极极波波形面积P₂的比值K：

                            K＝P₁/P₂

若满足K≥2，则表示正极线发生故障；若满足K≤0.5，则表示负极线发生故障；若满足0.5＜K＜2且K≈1，则表示两极线发生故障。

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