CN102510050A - 多端直流输电系统的直流线路电流突变量纵联保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种多端直流输电系统的直流线路电流突变量纵联保护方法，其具体包括下列步骤：步骤一，采集故障暂态电流量；步骤二，利用采集得到的故障暂态电流量计算一段时间内的电流突变量，根据突变量的大小与整定值进行对比，判断故障方向；步骤三，通过线路端点处电流突变量方向元件的配合，区分区内外故障；即各端点处方向元件若均判定为正向故障，则判为区内故障；若至少有一个判为反向故障，则为区外故障。本发明仅利用电流数据，所需采样率低，计算简单，通讯量小，可快速检测线路故障；使用故障暂态中所有能量信息，而非高频信号，信号能量强，保护安全可靠；该方法适用于并联式、串联式以及混合式多端直流系统。

Description

多端直流输电系统的直流线路电流突变量纵联保护方法

【技术领域】

本发明涉及一种电力系统线路继电保护方法，具体来说是一种多端直流输电系统的直流输电线路电流突变量纵联保护方法。

【背景技术】

我国的能源分布和电网结构决定了高压直流输电具有广阔应用前景。传统的两端直流仅能实现点对点的直流功率传送，当多个交流系统间采用直流互联时，需要多条直流输电线路，这将极大提高投资成本和运行费用。随着经济发展和电网的建设，必然要求电网能够实现多电源供电以及多落点受电，因此多端直流输电系统以其的经济、灵活、可靠等特点受到了越来越多的关注。随着大功率电力电子全控开关器件技术以及新型直流输电技术的成熟与发展，多端直流输电在分布式发电、可再生能源发电、城市直流配电等领域中的发展潜力日益显现。

我国能源资源与生产力呈逆向分布，大型电源基地远离负荷中心，为将部分优质电源在受端电力市场进行优化配置，以及加强电网间的互联，多端直流输电在我国具有广阔的应用前景。研究表明，在“十二五”末或“十三五”期间，在金沙江二期水电、呼盟火电基地建设工程，甚至在更远景规划中的西藏水电送出工程中都有多端直流输电技术的应用需求。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。对于多端系统而言，及时检测和切除故障线路，对于健全线路的运行和持续供电，意义更重大。

【发明内容】

本发明的目的是提供一种动作速度快、可靠性高的多端直流输电系统的直流线路电流突变量纵联保护方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种多端直流输电系统的直流线路电流突变量纵联保护方法，其具体包括下列步骤：

步骤一，采集多端直流输电系统的直流线路端点处故障暂态电流量；

步骤二，利用步骤一采集得到的故障暂态电流量计算一段时间内的电流突变量，根据突变量的大小与整定值进行对比，判断故障方向；所述一段时间从故障起始时刻至M时刻，3ms≤M≤30ms；

步骤三，通过线路端点处电流突变量方向元件的配合，区分区内外故障；即各端点处方向元件若均判定为正向故障，则判为区内故障；若至少有一个判为反向故障，则为区外故障。

本发明更进一步的改进在于：多端直流输电系统的某一换流站安装有直流线路保护装置，各直流线路端点处电流突变量方向元件的动作信息全部传动到该保护装置，由保护装置中的逻辑运算进行区内外故障判别；各端点处方向元件若均判定为正向故障，则逻辑运算输出为正、判为区内故障；若至少有一个判为反向故障，则逻辑运算输出为负、判为区外故障。

本发明更进一步的改进在于：多端直流输电系统的直流线路端点处故障暂态电流量，通过安装在对应直流线路端点处的分流器进行采集；分流器采集得到的故障暂态电流量经过低通滤波、A/D转换，输入对应的方向元件。

本发明更进一步的改进在于：电流突变量为

k＝1，2，…N，N为故障起始时刻至M时刻内的采样点个数，Δi_k表示第k个采样点的故障暂态电流量与故障前的电流量的差值；整定值为kr×N×I_set，kr为可靠系数，取为1.2～1.5；I_set为设定的门槛值，I_set＝0.1×I_n；I_n是直流输系统的额定电流；电流突变量大于整定值时，端点处方向元件判定为正向故障，否则为反向故障。

本发明更进一步的改进在于：电流突变量计算的数据窗一般取为3～30ms。

本发明更进一步的改进在于：保护安装处的方向元件动作后，保护开放10～20ms等待其他换流站方向元件的信息；若各方向元件若均判定为正向故障，则判为区内故障；若至少有一个判为反向故障，则为区外故障。

本发明更进一步的改进在于：步骤一中采集多端直流输电系统中直流线路端点处故障暂态电流量时，采集的频率大于1kHz。

与现有技术相比，本发明主要具有以下两个优点：本发明方法根据多分支线路区内故障时线路端点处电流突变量符号相同，区外故障时线路两端电流突变量符号相反的故障特征，通过检测故障暂态过程中线路端点处电流突变量符号和大小以区分区内外故障。本发明仅利用电流数据，所需采样率低，计算简单，通讯量小，可快速检测线路故障；本发明的方法使用故障暂态中所有能量信息，而非高频信号，信号能量强，保护安全可靠；该方法适用于并联式、串联式以及混合式多端直流系统。

【附图说明】

图1为4端直流系统的直流线路保护装置的硬件结构框图；本发明的硬件结构包括分压器和分流器数据采集和保护装置组成。

【具体实施方式】

下面结合附图对本发明做进一步详细描述。

请参阅图1所示，多分支线路区内故障时线路端点处电流突变量符号相同，区外故障时线路两端电流突变量符号相反的故障特征，通过检测故障暂态过程中线路端点处电流突变量符号和大小以区分区内外故障。本发明的方法使用故障暂态中所有能量信息，而非高频信号，信号能量强，保护安全可靠。

本发明多端直流输电系统的直流线路电流突变量纵联保护方法，其建立在直流输电线路暂态电流突变量故障特征的基础上，具体包括下列步骤：

1)在多端直流输电系统的直流线路端点处安装分流器，测得故障暂态电流量；分流器采集得到的故障暂态电流量经过低通滤波、A/D转换，输入对应的方向元件；采样的频率一般大于1kHz即可；

2)保护装置利用故障暂态过程中检测到的电流量计算一段时间内的电流突变量，根据突变量的符号和大小与整定值进行比较，判断故障方向；

由于直流线路正常运行时，电流为恒定值。故障后电流会发生突变；正向故障时，电流增加，突变量为正；反向故障时，电流减小，突变量为负值。

3)通过线路端点处电流突变量方向元件的配合，区分区内外故障；即各端点处方向元件若均判定为正向故障，则判为区内故障。若至少有一个判为反向故障，则为区外故障。

方向元件的配合方法：将所有方向元件的动作信息传到一个换流站，如换流站A，若换流站A方向元件动作，则保护开放10～20ms等待其他换流站的信息，若其他换流站方向元件均判为正向故障，则保护动作。

具体实现方法为：

考虑突变量在一段时间的积分与设定门槛比较来实现电流故障方向的判别。这样，要实现电流故障方向的判别就涉及以下两个问题：1)数据窗的选取；2)定值门槛的设定。总体来讲，所选取的数据窗越长，抗干扰能力就越强；定值门槛越大，选则性就越好。

考虑到发生故障后调节器的调节过程一般不超过30ms，因此数据窗的长度不宜超过30ms；考虑到雷电干扰，数据窗的长度不宜小于3ms。综合以上两点，这里选择10ms的数据窗。考虑到故障稳态电流为0.1倍的额定电流，建议门槛的整定按照0.1倍的额定电流在10ms内的积分来选择。根据以上分析，有下式

$\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{\Δ}{i}_k>\mathrm{kr}\×N\×I_{\mathrm{set}}---\left(1\right)$

式中，k＝1，2，…N，N为10ms内的采样点个数，kr为可靠系数，取为1.2～1.5；Δi_k表示第k个采样点的故障暂态电流量与故障前的电流量的差值；

I_set为设定的门槛值，I_set＝0.1*I_n；I_n是直流输系统的额定电流。如果公式(1)成立，则判定为正向故障；否则判定为反向故障。

当一侧的方向元件起动，保护开放10～20ms且收到其他分支线路的正方向的信息后，保护即可动作。

Claims (7)

1.一种多端直流输电系统的直流线路电流突变量纵联保护方法，其特征在于，具体包括下列步骤：

步骤一，采集多端直流输电系统的直流线路端点分流器处故障暂态电流量；

步骤二，利用步骤一采集得到的故障暂态电流量计算一段时间内的电流突变量，根据突变量的大小与整定值进行对比，判断故障方向；所述一段时间从故障起始时刻至M时刻，3ms≤M≤30ms；

步骤三，通过线路端点处电流突变量方向元件的配合，区分区内外故障；即各端点处方向元件若均判定为正向故障，则判为区内故障；若至少有一个判为反向故障，则为区外故障。

2.如权利要求1所述的一种多端直流输电系统的直流线路电流突变量纵联保护方法，其特征在于，多端直流输电系统的某一换流站安装有直流线路保护装置，各直流线路端点处电流突变量方向元件的动作信息全部传动到该保护装置，由保护装置中的逻辑运算进行区内外故障判别；各端点处方向元件若均判定为正向故障，则逻辑运算输出为正、判为区内故障；若至少有一个判为反向故障，则逻辑运算输出为负、判为区外故障。

3.如权利要求1所述的一种多端直流输电系统的直流线路电流突变量纵联保护方法，其特征在于，多端直流输电系统的直流线路端点处故障暂态电流量，通过安装在对应直流线路端点处的分流器进行采集；分流器采集得到的故障暂态电流量经过低通滤波、A/D转换，输入到对应的方向元件。

4.如权利要求1所述的一种多端直流输电系统的直流线路电流突变量纵联保护方法，其特征在于，电流突变量为

k＝1，2，…N，N为故障起始时刻至M时刻内的采样点个数，Δi_k表示第k个采样点的故障暂态电流量与故障前的电流量的差值；整定值为kr×N×I_set，kr为可靠系数，取为1.2～1.5；I_set为设定的门槛值，I_set＝0.1×I_n；I_n是直流输系统的额定电流；电流突变量大于整定值时，端点处方向元件判定为正向故障，否则为反向故障。

5.如权利要求1所述的一种多端直流输电系统的直流线路电流突变量纵联保护方法，其特征在于，电流突变量计算的数据窗取为3～30ms。

6.如权利要求2所述的一种多端直流输电系统的直流线路电流突变量纵联保护方法，其特征在于，保护安装处的方向元件动作后，保护开放10～20ms等待其他换流站方向元件的信息；若各方向元件若均判定为正向故障，则判为区内故障；若至少有一个判为反向故障，则为区外故障。

7.如权利要求1所述的一种多端直流输电系统的直流线路电流突变量纵联保护方法，其特征在于，步骤一中采集多端直流输电系统的直流线路端点处故障暂态电流量时，采集的频率大于1kHz。

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