CN105259469A - 一种基于极线电压一阶差分平方和的直流线路故障识别方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于极线电压一阶差分平方和的直流线路故障识别方法，属于线路保护技术领域。在10kHz的采样率下，利用量测端获得的故障极线电压，根据d_u(k)＝u(k)-u(k-1)和构造电压突变能量函数ξ_u(k)。当启动元件连续三个点都大于整定值，并将第一个只ξ_u(k)作为故障初瞬时刻进行保存。若在此刻之后展宽的4个采样间隔里，4个采样间隔的突变能量函数均大于ξ_u,set时，则判断为线路故障，反之则线路外部故障。本发明可以缓解以du/dt为核心的行波保护由于采样的离散性或线路发生了过渡电阻稍高的高阻故障没有到达保护定值而使保护拒动的情况。

Description

一种基于极线电压一阶差分平方和的直流线路故障识别方法

技术领域

本发明涉及一种基于极线电压一阶差分平方和的线路故障识别方法，属于直流输电系统线路故障识别技术领域。

技术背景

直流输电线路距离长，跨越地区的环境复杂，发生故障的概率大，实际运行数据显示，线路故障约占直流输电系统故障的50％，而雷击故障时造成线路故障的主要原因。输电线路雷击性质不同，机理和过程不同，其线路雷电防护措施也不同。

直流功率控制的快速性和灵活性是高压直流输电的优势之一，同时直流控制系统还具有快速清除故障，恢复供电的功能，直流控制系统对电气特征量的强制作用是直流输电与交流输电的主要区别之一。对直流线路故障而言，故障过程及其动态特性与直流控制作用密切相关，使得直流控制系统对直流线路保护，尤其是对后备保护的影响不容忽视。现在实际工程应用的线路保护主要是以电气量变化率为核心的行波保护作为主保护。该保护在远端高阻情况下往往容易发生拒动，而作为高阻故障检测的差动保护依靠延时来躲过交流系统的暂态响应，并考虑到功率调整期间，直流线路纵联差动保护不能误动作，否则可能造成阀组保护先于差动保护动作，致使该极直接停运。因此需要研究新的直流线路保护算法，不但可以识别线路高阻故障，而且动作时间远小于现有的差动保护。从现有的直流线路保护入手，利用EMTDC/PSCAD仿真平台全面考量以du/dt为核心的直流线路保护的动作特性。

本发明主保护基于HVDC线路边界电气特性的线路故障识别元件,直流线路由平波电抗器和直流滤波器构成的电气边界的频率特性，它对高频分量有衰减作用，使得线路内部故障和区外故障量测端的电压电流高频含量存在差异，利用极线电压的差分平方和来构造线路的故障识别元件，从而实现判别线路故障位于线路内部还是线路外部。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于极线电压一阶差分平方和的线路故障识别方法，用以解决上述技术问题。

本发明的技术方案是：一种基于极线电压一阶差分平方和的线路故障识别方法，在10kHz的采样率下，利用量测端获得的故障极线电压，根据d_u(k)＝u(k)-u(k-1)和构造电压突变能量函数ξ_u(k)。当启动元件连续三个点都大于整定值，并将第一个只ξ_u(k)作为故障初瞬时刻进行保存。若在此刻之后展宽的4个采样间隔里，4个采样间隔的突变能量函数均大于ξ_u,set时，则判断为线路故障，反之则线路外部故障。

(1)利用量测端获得的故障极线电压，并根据式(1)和式(2)构造一种突变能量函数ξ_u

du(k)＝u(k)-u(k-1)(1)

${\mathrm{\ξ}}_u\left(k\right)=\underset{n=k-N+1}{\overset{k}{\Σ}}{\[du\left(n\right)\]}^2---\left(2\right)$

(2)利用幅值随时间变化来描述其斜率的不同，利用ξ_u(k)构造的线路故障识别元件的判别式为

ξ_u(k)≥ξ_u,set(3)

由式(3)可知，当启动元件连续三个点都大于整定值，并将第一个值ξ_u(k)作为故障初瞬时刻进行保存。若在此刻之后展宽的4个采样间隔里，ξ_u(k)、ξ_u(k+1)、ξ_u(k+2)、ξ_u(k+3)和ξ_u(k+4)均大于ξ_u,set，ξ_u,set＝1×10⁴。

则判断为线路内部故障，否则为线路外部故障。

本发明的有益效果是：

(1)判据简洁简单，有很强的鲁棒性；

(2)可以缓解以du/dt为核心的行波保护由于采样的离散性或线路发生了过渡电阻稍高的高阻故障没有到达保护定值而使保护拒动的情况。

附图说明

图1为平波电抗器和直流滤波器构造的边界元件，其中：U₁为区外暂态电压，U₂为U₁经边界传变至直流线路保护安装处的电压；此处将避雷器B₁、B₂、B₃、B₄、D₁、D₂统称为边界避雷器。

图2为整流侧和逆变侧的交流侧无功补偿容量分别为3000和3040Mvar，每极换流单元由2个12脉冲换流器串联组成，直流输电线路全长为1500km。线路两侧装有400mH的平波电抗器，直流滤波器为12/24/36三调谐滤波器，整流侧接地极线路全长为109km，逆变侧接地极线路全长为80km。

图3为距离M端1400km处，发生正极线接地故障，过渡电阻为100Ω，10kHz采样率下，量测端电压时域波形。

图4为整流侧正向区外故障发生金属性接地故障，量测端电压波形。

图5为对正极线路故障量测端电压以及正极线整流侧出口故障量测端电压构造电压突变能量ξ_u，N取为5，得到突变能量函数ξ_u(k)的分布图。

具体实施方式

实施例1：

云广±800kV特高压直流输电系统仿真模型，如图2所示。整流侧和逆变侧的交流侧无功补偿容量分别为3000和3040Mvar，每极换流单元由2个12脉冲换流器串联组成，直流输电线路全长为1500km。线路两侧装有400mH的平波电抗器，直流滤波器为12/24/36三调谐滤波器，整流侧接地极线路全长为109km，逆变侧接地极线路全长为80km。距离M端10km处，发生正极线接地故障，过渡电阻为100Ω

(1)利用量测端获得的故障极线电压，根据式(1)和(2)得到电压突变能量ξ_u。

(2)当启动元件启动后，在此刻之后展宽的4个采样间隔里，ξ_u(k)＝7.95×10⁴、ξ_u(k+1)＝1.04×10⁵、ξ_u(k+2)＝1.107×10⁵、ξ_u(k+3)＝1.108×10⁵和ξ_u(k+4)＝1.117×10⁵均大于ξ_u,set，从而判断线路故障。

实施例2：

云广±800kV特高压直流输电系统仿真模型，如图2所示。整流侧和逆变侧的交流侧无功补偿容量分别为3000和3040Mvar，每极换流单元由2个12脉冲换流器串联组成，直流输电线路全长为1500km。线路两侧装有400mH的平波电抗器，直流滤波器为12/24/36三调谐滤波器，整流侧接地极线路全长为109km，逆变侧接地极线路全长为80km。距离M端750km处，发生正极线接地故障，过渡电阻为100Ω

(1)利用量测端获得的故障极线电压，根据式(1)和(2)得到电压突变能量ξ_u。

(2)当启动元件启动后，在此刻之后展宽的4个采样间隔里，ξ_u(k)＝1.97×10⁴、ξ_u(k+1)＝2.035×10⁵、ξ_u(k+2)＝2.303×10⁵、ξ_u(k+3)＝2.353×10⁵和ξ_u(k+4)＝2.433×10⁵均大于ξ_u,set，从而判断线路故障。

实施例3：

云广±800kV特高压直流输电系统仿真模型，如图2所示。整流侧和逆变侧的交流侧无功补偿容量分别为3000和3040Mvar，每极换流单元由2个12脉冲换流器串联组成，直流输电线路全长为1500km。线路两侧装有400mH的平波电抗器，直流滤波器为12/24/36三调谐滤波器，整流侧接地极线路全长为109km，逆变侧接地极线路全长为80km。直流输电系统正极线路整流侧出口故障。

(1)利用量测端获得的故障极线电压，根据式(1)和(2)得到电压突变能量ξ_u。

(2)当启动元件启动后，在此刻之后展宽的4个采样间隔里，ξ_u(k)＝0.247×10⁴、ξ_u(k+1)＝0.325×10⁴、ξ_u(k+2)＝0.458×10⁴、ξ_u(k+3)＝0.578×10⁴和ξ_u(k+4)＝0.621×10⁴均小于ξ_u,set，从而判断线路外部故障。

Claims (2)

1.一种基于极线电压一阶差分平方和的直流线路故障识别方法，其特征在于：在10kHz的采样率下，利用量测端获得的故障极线电压，根据d_u(k)＝u(k)-u(k-1)和构造电压突变能量函数ξ_u(k)，当启动元件连续三个点都大于整定值，并将第一个只ξ_u(k)作为故障初瞬时刻进行保存，若在此刻之后展宽的4个采样间隔里，4个采样间隔的突变能量函数均大于ξ_u,set时，则判断为线路故障，反之则线路外部故障。

2.根据权利要求1所述的基于极线电压一阶差分平方和的直流线路故障识别方法，其特征在于具体步骤如下：

(1)利用量测端获得的故障极线电压，并根据式(1)和式(2)构造一种突变能量函数ξ_u：

du(k)＝u(k)-u(k-1)(1)

${\mathrm{\ξ}}_u\left(k\right)=\underset{n=k-N+1}{\overset{k}{\Σ}}{\[du\left(n\right)\]}^2---\left(2\right)$

(2)利用幅值随时间变化来描述其斜率的不同，利用ξ_u(k)构造的线路故障识别元件的判别式为：

ξ_u(k)≥ξ_u,set(3)

由式(3)可知，当启动元件连续三个点都大于整定值，并将第一个值ξ_u(k)作为故障初瞬时刻进行保存，若在此刻之后展宽的4个采样间隔里，ξ_u(k)、ξ_u(k+1)、ξ_u(k+2)、ξ_u(k+3)和ξ_u(k+4)均大于ξ_u,set，则判断为线路内部故障，否则为线路外部故障。