一种多端直流线路保护的故障分支的判别方法及装置
技术领域
本发明涉及一种多端直流线路保护的故障分支的判别方法及装置,属于电力系统中故障分析判断技术领域。
背景技术
多端直流输电具有多电源供电、多落点受电,单线路故障不影响其他正常系统的特点。当多个交流系统需要直流互联、有多电源供电和多落点受电需求、征地条件无法满足原有双端系统扩容时,多端直流输电系统具有明显优势。在我国“西电东送”战略中多端直流输电发挥了重要作用。近年来,国家电网和南方电网都已有多个直流输电工程投入建设和商业运行。
并联型多端直流电输电系统中,高压直流线路并联使用,特点是当任意换流站间直流线路故障时,系统中所有换流站都感受到直流线路故障。在并联型接线方式下,当发生线路故障时,必须能够快速隔离故障,剩余正常系统应能够恢复运行。如不在T节点处设置电流互感器,则多端直流线路保护的原理只能判别是区内故障还是区外故障,而无法判别故障在哪条直流线路,将影响故障的隔离和直流的恢复。
目前工程的做法是在线路的T接点处设置汇流母线以及开关设备,并为每条线路配置电流互感器。通过采集线路两侧的数据,将多端直流的线路结构划分为多条双端线路,并通过直流线路行波保护来进行检测和切除直流线路故障,保证电力系统的正常运行。但该方式存在以下缺点:1、使用了电流互感器、硬件设备昂贵、且占地面积大,成本高。2、在T接点处还需要设置保护装置与换流站侧的保护装置进行配合,增加了通信通道需求,结构复杂,资金投入大。
发明内容
本发明的目的之一,是为了解决上述现有技术设备占地面积和投资大,且成本高的问题,提供一种多端直流线路保护的故障分支的判别方法,该判别方法无需在T接点处设置电流互感器,即可实现故障支路的判别,减少了硬件设备的配置,节省工程投资。具有简化线路结构、成本低和可靠性高的特点。
本发明的目的之二,是为了提供一种多端直流线路保护的故障分支的判别装置。
本发明的目的之一可以通过以下技术方案达到:
一种多端直流线路保护的故障分支的判别方法,其特征在于包括以下步骤:
1)设置多端直流系统模型,在多端直流系统中形成多端直流线路的T接点,在T接点设置开关站或与相应的换流站合并设置开关站,通过以T接点为支点形成若干条多端直流支路;开关站中设置开断设备,所述开断设备为交流断路器或者快速直流开关;
2)为多端直流系统模型的若干个多端直流换流站设置一个基准同步时钟,该基准同步时钟通过选择GPS或北斗同步对时,或通过保护装置之间的乒乓对时方式使各站的时钟同步到一个基准上;
3)检测各换流站接收到的故障行波,以各换流站之间接收到故障行波的时间差为变量,构建特征函数,计算函数的特征值,将特征值与零进行比较,判断故障行波的发生支路。
本发明的目的之一还可以通过采取如下技术方案达到:
作为一种优选方案,所述的多端直流系统模型为包括换流站A、B、C、D的四端模型,其中换流站A与换流站B为整流站,换流站C和换流站D为逆变站;该四端模型中形成T1和T2二个多端直流线路T接点,在T接点设置开关站或与相应的换流站合并设置开关站;以T1和T2为支点形成AT1、BT1、CT2和DT2四条直流支路,设定所述各支路的长度分别为L1、L2、L3和L4,T接点T1与T2之间的距离为L5;在T接点处和各支路的换流站处设置交流断路器或者快速直流开关,形成多端直流线路的开断设备SW11、SW12、SW21、SW22、SW31、SW32、SW41、SW42;通过关系式:
f(t1,t2)=v(t2-t1)-(L2-L1)和
判断以T1接点为支点的故障支路;
通过关系式:f(t3,t4)=v(t4-t3)-(L4-L3)和
判断以T2接点为支点的故障支路。
本发明的目的之二可以通过采取如下技术方案达到:
一种多端直流线路保护的故障分支的判别装置,其结构特点在于:包括多端直流系统模型和开断设备,所述的多端直流系统模型为包括若干个换流站的多端模型,其中,一部分换流站为整流站,另一部分换流站为逆变站;该多端模型中形成至少形成二个多端直流线路T接点,在T接点设置开关站或与相应的换流站合并设置开关站;以所述T接点为支点形成至少四条直流支路,设定所述各支路的长度及T接点之间的距离;在T接点处和各支路的换流站处设置交流断路器或者快速直流开关,形成多端直流线路的开断设备。
本发明的目的之二还可以通过采取如下技术方案达到:
所述的多端直流系统模型为包括换流站A、B、C、D的四端模型,其中换流站A与换流站B为整流站,换流站C和换流站D为逆变站;该四端模型中形成T1和T2二个多端直流线路T接点,在T接点设置开关站或与相应的换流站合并设置开关站;以T1和T2为支点形成AT1、BT1、CT2和DT2四条直流支路,设定所述各支路的长度分别为L1、L2、L3和L4,T接点T1与T2之间的距离为L5;在T接点处和各支路的换流站处设置交流断路器或者快速直流开关,形成多端直流线路的开断设备SW11、SW12、SW21、SW22、SW31、SW32、SW41、SW42。
本发明具有如下突出的有益效果:
1、本发明涉及的多端直流线路保护的故障分支的判别方法,通过以T接点为支点形成若干条多端直流支路,检测各换流站接收到的故障行波,以各换流站之间接收到故障行波的时间差为变量,计算特征函数的特征值,将各特征函数的特征值进行比较,判断故障行波的发生支路,可以摒弃传统的多端直流系统需要在T点设置电流互感器对线路进行故障数据检测,无需昂贵的电流互感器硬件,大大降低的工程成本的投入。通过换流站接收故障行波的时间差,计算故障行波传输距离关系来判断故障的发生支路,简化了线路结构、能通过计算对故障判断处理,动作速度快。
2、本发明及的多端直流线路保护的故障分支的判别方法,仅利用各换流站采集到的故障特征数据,可准确地对故障发生支路进判断,可以用软件实现,无需增加额外的硬件设备;可省去多台电流互感器的配置,节省占地,准确度高,可靠性好。
3、本发明涉及的及的多端直流线路保护的故障分支的判别装置,由于直流线路的支路数量较少,仅需通过对两个T接点的换流站的故障行波进行比较计算判断,计算量小,能方便且快速地对故障进行及时的判断并处理,适用于在线检测。
附图说明
图1为本发明涉及的多端直流系统模型结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对发明作进一步的详细描述:
具体实施例1:
参照图1,本实施例涉及的多端直流系统模型为包括换流站A、B、C、D的四端模型,其中换流站A与换流站B为整流站,换流站C和换流站D为逆变站;该四端模型中形成T1和T2二个多端直流线路T接点,在T接点设置开关站或与相应的换流站合并设置开关站;以T1和T2为支点形成AT1、BT1、CT2和DT2四条直流支路,设定所述各支路的长度分别为L1、L2、L3和L4,T接点T1与T2之间的距离为L5;在T接点处和各支路的换流站处设置交流断路器或者快速直流开关,形成多端直流线路的开断设备SW11、SW12、SW21、SW22、SW31、SW32、SW41、SW42。
本实施例涉及的多端直流线路保护的故障分支的判别方法,可以通过关系式:
f(t1,t2)=v(t2-t1)-(L2-L1)和
判断以T1接点为支点的故障支路;
通过关系式:f(t3,t4)=v(t4-t3)-(L4-L3)和
判断以T2接点为支点的故障支路。
具体步骤如下:
1)计算故障行波在T1接点的特征函数数值,设故障行波到达T1接点A、B换流站所需要的时间为t1、t2,v为故障行波的传播速度,建立t1和t2的关系函数:
f(t1,t2)=v(t2-t1)-(L2-L1) (1)
2)当故障发生在AT1支路,假设x为故障点距离换流站A的距离,有:
vt1=x (2)
vt2=L1+L2-x (3)
将式(2)和(3)代入式(1)得:
f(t1,t2)=2L1-2x>0
3)当故障点发生在BT1支路,假设x为故障点距离换流站B的距离,有:
vt2=x (4)
vt2=L1+L2-x (5)
将式(4)和(5)代入式(1)得:
f(t1,t2)=2x-2L2<0
4)当故障点发生在其它T接点支路时,有:
vt2=L1+L2-vt1 (6)
将式(6)代入式(1)得:
f(t1,t2)=0 (7)
5)由步骤1)-4)所述可知:
6)计算故障行波在T2接点的距离特征数值,设故障行波到达T2接点C、D换流站所需要的时间为t3、t4,v为故障行波的传播速度,建立t3和t4的关系函数:
f(t3,t4)=v(t4-t3)-(L4-L3) (8)
7)当故障发生在CT2支路,假设x为故障点距离换流站C的距离,有:
vt3=x (9)
vt4=L3+L4-x (10)
将式(9)和(10)代入式(8)得:
f(t3,t4)=2L3-2x>0
8)当故障点发生在DT1支路,假设x为故障点距离换流站D的距离,有:
vt4=x (11)
vt3=L3+L4-x (12)
将式(11)和(12)代入式(8)得:
f(t3,t4)=2x-2L3<0
9)当故障点发生在其它支路时,有:
vt4=L3+L4-vt3 (13)
将式(13)代入式(8)得:
f(t3,t4)=0
10)由步骤6)-9)得到:
综合步骤5)和10),通过f(t1,t2)、f(t3,t4)的特征值,可知故障判断结果为:
1)若f(t1,t2)>0,且f(t3,t4)=0,判定为故障发生在AT1支路;
2)若f(t1,t2)<0,且f(t3,t4)=0,判定为故障发生在BT1支路;
3)若f(t1,t2)=0,且f(t3,t4)>0,判定为故障发生在CT1支路;
4)若f(t1,t2)=0,且f(t3,t4)<0,判定为故障发生在DT1支路;
5)若f(t1,t2)=0,且f(t3,t4)=0,判定为故障发生在T1T2支路。
即如下表所示:
序号 |
f(t1,t2) |
f(t3,t4) |
故障支路判别 |
1 |
>0 |
=0 |
AT1 |
2 |
<0 |
=0 |
BT1 |
3 |
=0 |
>0 |
CT2 |
4 |
=0 |
<0 |
DT2 |
5 |
=0 |
=0 |
T1T2 |
以上所述,仅为本发明较佳的具体实施例,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的范围内,根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变,都属于本发明的保护范围。