CN105375449B - 直流线路行波保护电压变化率判据的整定方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种直流线路行波保护电压变化率判据的整定方法和系统，该方法包括：在直流输电系统的仿真模型中进行平波电抗器阀侧金属性接地故障模拟，并每间隔预定时间对直流母线电压进行采样获得多个第一当前差分电压值以得到区外故障保护特征量变化边界；在仿真模型中进行末端金属性接地故障模拟，并每间隔预定时间对直流母线电压进行采样获得多个第二当前差分电压值以得到区内故障保护特征量变化边界；根据区外故障保护特征量变化边界和区内故障保护特征量变化边界确定保护定值。采用该方法能够准确地求取保护特征量在区内故障和区外故障时的变化边界，从而能够精确求取保护定值并实现对保护性能的定量评估。

Description

直流线路行波保护电压变化率判据的整定方法和系统
技术领域
本发明涉及直流输电系统领域，特别是涉及一种直流线路行波保护电压变化率判据的整定方法和系统。
背景技术
行波保护是直流输电系统普遍采用的直流线路主保护技术，对于保证直流输电系统的安全、高效运行起着至关重要的作用。典型的直流线路行波保护动作判据如式(1)～式(3)所示：
du/dt＞du/dtset (1)
Δu＞Δuset (2)
Δi＞Δiset (3)
其中，式(1)为电压变化率判据，du/dt表示电压变化率，du/dtset是判据的动作定值；式(2)为电压变化量判据，Δu表示电压变化量，Δuset是判据的动作定值；式(3)为电流变化量判据，Δi表示电流变化量，Δiset是判据的动作定值。当式(1)～式(3)同时满足时，行波保护动作，启动故障恢复顺序。
直流输电线路行波保护的电压变化量判据是启动判据，用于区分系统的受扰状态与故障状态；电压变化率判据是主判据，用于判别故障是否发生在输电线路上；电流变化量判据是辅助判据，用于故障选极。电压变化量判据和电流变化量判据一般容易满足，动作定值只需要根据经验整定并留有一定裕度即可；然而，电压变化率判据的定值选择则却异常困难，动作定值过大容易造成区内故障时的保护灵敏度降低，动作定值过小容易造成区外故障时的保护可靠性降低。因此，直流输电线路行波保护的整定问题关键是电压变化率判据的整定问题。
与成熟的交流继电保护不同，直流输电线路行波保护电压变化率判据的整定无法采用解析化的方法进行，目前尚无有效的整定方法。行波保护电压变化率判据的动作定值主要由保护设计厂家提供参考值，运行部门根据实践经验结合仿真结果进行适当的调整后投入适用。对于保护定值的合理性，以及保护运行的可靠性和灵敏性，无法进行定量评估。在实际运行中，直流线路行波保护多次出现误动作，严重影响直流输电系统稳定可靠的运行。
目前直流输电线路行波保护电压变化率判据的研究主要采用数值仿真方法，对不同故障进行反复试验，最终确定保护动作定值。
首先，在数值仿真软件中搭建直流输电系统的模型。行波保护装置以一定的采样间隔进行采样并计算保护特征量的值，将保护特征量值与预设的判据动作定值进行比较，看判据不等式是否成立。若区外故障时判据不等式均不成立，并且区内故障时判据不等式均成立，则说明保护定值可用；若区外故障时判据不等式存在成立的情况，或者区内故障时判据不等式存在不成立的情况，则需要对保护动作定值进行调整，直至满足要求为止。
故障行波中含有丰富的暂态信息，目前行波保护装置采样间隔普遍为100μs或者150μs，由于保护装置采样具有随机性，实际采样得到的数据相比于原始数据必然存在故障信息丢失，得不到准确的保护特征量变化特性，进而无法确定区内故障和区外故障时保护特征量的变化边界。正是由于保护特征量变化边界无法确定，目前行波保护电压变化率判据整定只能够依靠反复试错的方法进行。反复试错的方法难以穷尽所有可能性，在实际运行中一旦出现意外情况，极有可能导致直流线路行波保护的不正确动作。
因此，现有的直流输电线路行波保护电压变化率判据的确定方法准确率不高。
发明内容
基于此，有必要提供一种准确率高的直流线路行波保护电压变化率判据的整定方法和系统。
一种直流线路行波保护电压变化率判据的整定方法，包括：
在直流输电系统的仿真模型中进行平波电抗器阀侧金属性接地故障模拟，并每间隔预定时间对直流母线电压进行采样获得多个第一当前差分电压值以得到区外故障保护特征量变化边界；所述预定时间的间隔小于所述直流输电系统的行波保护装置的采样间隔；
在所述仿真模型中进行末端金属性接地故障模拟，并每间隔所述预定时间对直流母线电压进行采样获得多个第二当前差分电压值以得到区内故障保护特征量变化边界；
根据所述区外故障保护特征量变化边界和所述区内故障保护特征量变化边界确定保护定值，所述保护定值为所述电压变化率判据定值。
在其中一种实施方式中，所述每间隔预定时间对直流母线电压进行采样获得多个第一当前差分电压值以得到区外故障保护特征量变化边界的步骤包括：
每间隔预定时间对直流母线电压进行采样获得多个采样点的第一电压；
根据当前采样点的第一电压及当前采样点之前预设间隔的采样点的第一电压得到所述每个采样点对应的所述第一当前差分电压值，所述预设间隔与所述直流输电系统的行波保护装置的采样间隔一致；
根据所有所述第一当前差分电压值得到所述区外故障保护特征量变化边界，所述区外故障保护特征量变化边界为所述所有第一当前差分电压值中的最大值。
在其中一种实施方式中，所述每间隔所述预定时间对直流母线电压进行采样获得多个第二当前差分电压值以得到区内故障保护特征量变化边界的步骤包括：
每间隔所述预定时间对直流母线电压进行采样获得多个采样点的第二电压；
根据当前采样点的第二电压及所述当前采样点之前预设间隔的采样点的第二电压得到所述采样点对应的所述第二当前差分电压值，所述预设间隔与所述直流输电系统的行波保护装置的采样间隔一致；
根据所述采样点及所述第二当前差分电压值得到保护特征量变化曲线；
在所述保护特征量变化曲线上寻找凸拐点，并在所述凸拐点预设距离的范围内获取一对数值相同的第二当前差分电压值以得到差分电压组；所述预设距离对应所述行波保护装置的采样间隔；
比较所述差分电压组中的第二当前差分电压值的大小以确定所述区内故障保护特征量变化边界，所述区内故障保护特征量变化边界为所述差分电压组中第二当前差分电压值的最大值。
在其中一种实施方式中，所述根据所述区外故障保护特征量变化边界和所述区内故障保护特征量变化边界确定所述电压变化率判据的步骤包括：
根据所述区外故障保护特征量变化边界确定保护定值；
根据所述区内故障保护特征量变化边界校验证所述保护定值，若校验通过，则将所述保护定值确定为电压变化率判据定值；
若校验未通过，则返回所述在直流输电系统的仿真模型中进行平波电抗器阀侧金属性接地故障模拟的步骤。
在其中一种实施方式中，所述预定时间为10μs。
本发明还提供一种直流线路行波保护电压变化率判据的整定系统，包括：
故障模拟模块，用于在直流输电系统的仿真模型中进行平波电抗器阀侧金属性接地故障模拟和末端金属性接地故障模拟；
区外故障特征确定模块，用于在所述故障模拟模块模拟平波电抗器阀侧金属性接地故障时，每间隔预定时间对直流母线电压进行采样获得多个第一当前差分电压值以得到区外故障保护特征量变化边界；所述预定时间的间隔小于所述直流输电系统的行波保护装置的采样间隔；
区内故障特征确定模块，用于在所述故障模拟模块模拟末端金属性接地故障时，每间隔所述预定时间对直流母线电压进行采样获得多个第二当前差分电压值以得到区内故障保护特征量变化边界；
电压变化率判据确定模块，用于根据所述区外故障保护特征量变化边界和所述区内故障保护特征量变化边界确定保护定值，所述保护定值为所述电压变化率判据定值。
在其中一种实施方式中，所述区外故障保护特征量变化边界确定模块包括：
第一采样单元，用于每间隔预定时间对直流母线电压进行采样获得多个采样点的第一电压；
第一计算单元，用于根据当前采样点的第一电压及所述当前采样点之前预设间隔的采样点的第一电压得到所述每个采样点对应的所述第一当前差分电压值，所述预设间隔与所述直流输电系统的行波保护装置的采样间隔一致；
区外故障保护特征量变化边界确定单元，用于根据所有所述第一当前差分电压值得到所述区外故障保护特征量变化边界，所述区外故障保护特征量变化边界为所述所有第一当前差分电压值中的最大值。
在其中一种实施方式中，区内故障保护特征量变化边界确定模块包括：
第二采样单元，用于每间隔所述预定时间对直流母线电压进行采样获得多个采样点的第二电压；
第二计算单元，用于根据当前采样点的第二电压及所述当前采样点之前预设间隔的采样点的第二电压得到所述采样点对应的所述第二当前差分电压值，所述预设间隔与所述直流输电系统的行波保护装置的采样间隔一致；
保护特征量变化曲线生成单元，用于根据所述采样点及所述第二当前差分电压值得到保护特征量变化曲线；
差分电压组，用于在所述保护特征量变化曲线上寻找凸拐点，并在所述凸拐点的预设距离范围内获取一对数值相同的第二当前差分电压值以得到差分电压组；所述预设距离对应所述行波保护装置的采样间隔；
区内故障保护特征量变化边界确定单元，用于比较所述差分电压组中的第二当前差分电压值的大小以确定所述区内故障保护特征量变化边界，所述区内故障保护特征量变化边界为所述差分电压组中第二当前差分电压值的最大值。
在其中一种实施方式中，所述电压变化率判据确定模块包括：
保护定值计算单元，用于根据所述区外故障保护特征量变化边界确定保护定值；
校验单元，用于根据所述区内故障保护特征量变化边界校验证所述保护定值，若校验通过，则将所述保护定值确定为电压变化率判据定值。
在其中一种实施方式中，所述预定时间为10μs。
该直流线路行波保护电压变化率判据的整定方法，通过在直流输电系统的仿真模型中进行平波电抗器阀侧金属性接地故障模拟和末端金属性接地故障模拟，并对故障模拟过程中的直流母线电压进行采样分别得到多个第一当前差分电压值和第二当前差分电压值，根据所有的第一当前差分电压值确定区外故障保护特征量变化边界，根据所有的第二当前差分电压值确定区内故障保护特征量变化边界，根据区外故障保护特征量变化边界和区内故障保护特征量变化边界确定保护定值，该保护定值为电压变化率判据定值。由于平波电抗器阀侧金属性接地故障模是最严重的区外故障，末端金属性接地故障是最轻微的区内故障，保护定值根据对两种故障模拟过程中直流母线电压进行采样计算每个采样点的差分电压值得到，且采样的预设间隔小于直流输电系统的行波保护装置的采样间隔，从而能够消除采样随机性所带来的误差，获得较为准确的保护特征量变化特征，因此，能够准确地求取保护特征量在区内故障和区外故障时的变化边界，从而能够精确求取保护定值并实现对保护性能的定量评估。
附图说明
图1为一种实施方式的直流线路行波保护电压变化率判据的整定方法的流程图；
图2为一种实施方式的区外故障保护特征量变化边界确定的方法的流程图；
图3为一种实施方式的区内故障保护特征量变化边界确定的方法的流程图；
图4为一种实施方式的保护特征量变化曲线的示意图；
图5为一种实施方式的根据区外故障保护特征量变化边界和区内故障保护特征量变化边界确定电压变化率判据的方法的流程图；
图6为一种实施方式的直流线路行波保护电压变化率判据的整定系统的功能模块示意图。
具体实施方式
如图1所示，一种直流线路行波保护电压变化率判据的整定方法，包括以下步骤：
S10：在直流输电系统的仿真模型中进行平波电抗器阀侧金属性接地故障模拟，并每间隔预定时间对直流母线电压进行采样获得多个第一当前差分电压值以得到区外故障保护特征量变化边界。
如式(1)所示的电压变化率判据，保护特征量为电压变化率du/dt。在实际直流工程中，直流线路保护均为数字量保护，无法获取连接的电压变化率du/dt，因此通常使用式(4)进行故障判别：
du＞duset (4)
其中，du表示差分电压值，duset为保护定值。使用该方法进行判别，保护特征量为差分电压值。
具体的，在PSCAD/EMTDC仿真软件中搭建直流输电系统的仿真模型。
对于区外故障，直流线路保护应该保证可靠不动作。平波电抗器阀侧金属性接地故障是最严重的区外故障，因此，通过模拟平波电抗器阀侧金属性接地故障能够确定区外故障时保护特征量变化边界。
在仿真软件中对平波电抗器阀侧金属性接地故障进行仿真，每间隔预定时间对直流母线电压进行采样，并计算每个采样点的第一当前差分电压值，所有采样点的第一当前差分电压值构成一条近似连续的保护特征量变化曲线，行波保护装置实际测得的差分电压值必然落在该保护特征量变化曲线上。
由于故障行波中含有丰富的暂态信息，为了消除采样随机性所带来的误差，获得较为准确的保护特征量变化特征，采样的预定时间的间隔应小于直流输电系统的行波保护装置的采样间隔。
S30：在仿真模型中进行末端金属性接地故障模拟，并每间隔预定时间对直流母线电压进行采样获得多个第二当前差分电压值以得到区内故障保护特征量变化边界。
在仿真软件中对直流线路末端金属性接地故障，每间隔预时间对直流母线电压进行采样，并计算每个采样点的第二当前差分电压值，所有采样点的第二当前差分电压值构成一条近似连续的保护特征量变化曲线，行波保护装置实际测得的差分电压值必然落在该保护特征量变化曲线上。
S50：根据区外故障保护特征量变化边界和区内故障保护特征量变化边界确定保护定值，保护定值为电压变化率判据定值。
该直流线路行波保护电压变化率判据的整定方法，通过在直流输电系统的仿真模型中进行平波电抗器阀侧金属性接地故障模拟和末端金属性接地故障模拟，并对故障模拟过程中的直流母线电压进行采样分别得到多个第一当前差分电压值和第二当前差分电压值，根据所有的第一当前差分电压值确定区外故障保护特征量变化边界，根据所有的第二当前差分电压值确定区内故障保护特征量变化边界，根据区外故障保护特征量变化边界和区内故障保护特征量变化边界确定保护定值，该保护定值为电压变化率判据定值。由于平波电抗器阀侧金属性接地故障模是最严重的区外故障，末端金属性接地故障是最轻微的区内故障，保护定值根据对两种故障模拟过程中直流母线电压进行采样计算每个采样点的差分电压值得到，且采样的预设间隔小于直流输电系统的行波保护装置的采样间隔，从而能够消除采样随机性所带来的误差，获得较为准确的保护特征量变化特征，因此，能够准确地求取保护特征量在区内故障和区外故障时的变化边界，从而能够精确求取保护定值并实现对保护性能的定量评估。
在另一种实施方式中，如图2所示，每间隔预定时间对直流母线电压进行采样获得多个第一当前差分电压值以得到区外故障保护特征量变化边界的步骤具体包括：
S11：每间隔预定时间对直流母线电压进行采样获得多个采样点的第一电压。
S12：根据当前采样点的第一电压及当前采样点之前预设间隔的采样点的第一电压得到每个采样点对应的第一当前差分电压值。
行波保护装置的模数转换器首先对连续的直流母线电压进行数字采样，继而将数字信号传输至数字信号处理器进行保护特征量计算，保护特征量的计算公式如下：
du(n)＝u(n)-u(n-1) (5)
其中u(n)和u(n-1)分别表示第n和第n-1个采样点的电压，du(n)表示第n个采样点的差分电压。最后，将差分电压值du(n)与保护定值duset进行比较以确定保护是否动作。
而直流线路行波保护装置的采样间隔主要有100μs和150μs两种，以采样间隔为150μs的直流线路行波保护为例，差分电压的计算公式如下：
du(n)＝u(n)-u(n-15) (6)
在该实施方式中，式(6)的数据量是式(5)的15倍，预设间隔为15，该预设间隔等于直流输电系统行波保护装置的采样间隔，由于采样间隔足够小，可以认为式(6)中的保护特征量包含了故障行波的所有重要暂态信息，能够反映真实的保护特征量变化特性。利用式(6)进一步计算得到的保护特征量变化边界可以近似认为是实际的保护特征量变化边界。
在其它的实施方式中，预设间隔可根据需要进行设置。由于采样间隔足够小，能够提高计算的精度。
S13：根据所有第一当前差分电压值得到区外故障保护特征量变化边界，区外故障保护特征量变化边界为所有第一当前差分电压值中的最大值。
所有第一当前差分电压值构成一条近似连续的保护特征量变化曲线，行波保护装置考虑到采样随机性后实际测得的差分电压值必然落在这一曲线上。且对于区外故障，直流线路保护应该保证可靠不动作，保护动作阈值需要大于区外故障时可能出现的最大差分电压值。而平波电抗器阀侧金属性接地故障是最严重的区外故障，因此，区外故障时保护特征量变化边界，就是平波电抗器阀侧金属性接地故障时可能出现的最大差分电压值，即所有第一当前差分电压值中的最大值。
在另一种实施方式中，如图3所示，每间隔预定时间对直流母线电压进行采样获得多个第二当前差分电压值以得到区内故障保护特征量变化边界的步骤包括：
S31：每间隔预定时间对直流母线电压进行采样获得多个采样点的第二电压。
S32：根据当前采样点的第二电压及当前采样点之前预设间隔的采样点的第二电压得到采样点对应的第二当前差分电压值。
计算方法第一当前差分电压值的计算方法相同，利用公式(6)可计算第二当前差分电压值，在此不再赘述。
S33：根据采样点及第二当前差分电压值得到保护特征量变化曲线。
根据所有采样点及第二当前差分电压值构成一条近似连续的保护特征量变化曲线，行波保护装置考虑到采样随机性后实际测得的差分电压值必然落在这一曲线上。
S34：在保护特征量变化曲线上寻找凸拐点，并在凸拐点的预设距离范围内获取一对数值相同的第二当前差分电压值以得到差分电压组；预设距离对应行波保护装置的采样间隔。
保护特征量变化曲线通常有多个正的极值点，在该曲线上表现为凸拐点，以每一凸拐点为基准位置在其预设距离的区间内，在凸拐点的两侧分别获取两个数值相同的第二当前差分电压值以得到差分电压组。其中，预设距离对应行波保护装置的采样间隔。
S35：比较差分电压组中的第二当前差分电压值的大小以确定区内故障保护特征量变化边界，区内故障保护特征量变化边界为差分电压组中第二当前差分电压值的最大值。
具体的，在每个凸拐点附近用宽度为Δ(即行波保护装置的采样间隔)的水平标尺通过左右或上下移动与保护特征量变化曲线进行对标，该宽度为Δ(即行波保护装置的采样间隔)的水平标尺即表示为预设距离，使得标尺两端刚好与曲线相交并且保证正的极值点在标尺限定的时间范围之内。利用上述方法，在每一个正的极值点附近都将得到一对交点，例如图4中的A、A’和B、B’，A点和A’点对应的差分电压值相同，B点和B’的对应的差分电压值相同。由于Δ表示行波保护装置的采样间隔，因此每一对交点之间必然有且仅有一个点(在交点处为两个点)将被送到保护装置之中，而交点处对应的差分电压值是可能被送到保护装置中的最小者。进一步，比较每一对交点对应差分电压值的大小，则其中最大者即为所要求取的区内故障保护特征量变化边界。
在另一种实施方式中，如图5所示，步骤S50具体包括：
S51：根据区外故障保护特征量变化边界确定保护定值。
为保证在区外故障时电压变化率判据可靠不动作，判据动作定值duset应当大于区外故障保护特征量变化边界duout并留有一定裕度，具体的，保护定值duset的计算公式为：
duset＝krel·duout (7)；
其中，duset为保护定值，duout为区外故障保护特征量变化边界，krel为可靠系数，可靠系数的值越大区外故障时以及各类扰动情况下保护越能够保证可靠不动作。考虑到各种误差因素，可靠系数krel取值不应该小于1.1。
S52：根据区内故障保护特征量变化边界校验证保护定值。
为保证在区内故障时电压变化率判据可靠动作，判据动作定值duset应当小于区内故障保护特征量变化边界并留有一定裕度，因此，在利用上式(7)计算得到保护定值后，还需对其进行进一步的校验，校验公式如下：
ksen＝duin/duset (8)
其中，duin为区内故障保护特征量变化边界，ksen为灵敏性系数，其值越大保护的灵敏性越高，反映过渡电阻的能力越强。考虑到各种误差、保护装置需要有一定的耐受过渡电阻的能力等因素，灵敏系数ksen值一般不应该小于1.2。
若校验通过，则执行步骤S53：将保护定值确定为电压变化率判据定值；
若校验未通过，则返回步骤S10，继续进行故障模拟并采样直直至确定压变化率判据。
在另一种实施方式中，在直流输电系统的仿真模型中进行平波电抗器阀侧金属性接地故障模拟和末端金属性接地故障模拟的过程中，每间隔预设时间对直流母线电压进行采样，具体的，预设时间为10μs。
由于故障行波中含有丰富的暂态信息，为了消除采样随机性所带来的误差，获得准确的保护特征量变化特性，同时考虑到仿真的速度和内存限制，采用10μs的步长进行仿真采样。
本发明还提供一种直流线路行波保护电压变化率判据的整定系统，如图6所示，包括：
故障模拟模块10，用于在直流输电系统的仿真模型中进行平波电抗器阀侧金属性接地故障模拟和末端金属性接地故障模拟。
区外故障特征确定模块20，用于在故障模拟模块模拟平波电抗器阀侧金属性接地故障时，每间隔预定时间对直流母线电压进行采样获得多个第一当前差分电压值以得到区外故障保护特征量变化边界；预定时间的间隔小于直流输电系统的行波保护装置的采样间隔。
如式(1)所示的电压变化率判据，保护特征量为电压变化率du/dt。在实际直流工程中，直流线路保护均为数字量保护，无法获取连接的电压变化率du/dt，因此通常使用式(4)进行故障判别：
du＞duset (4)
其中，du表示差分电压值，duset为保护定值。使用该方法进行判别，保护特征量为差分电压值。
具体的，在PSCAD/EMTDC仿真软件中搭建直流输电系统的仿真模型。
对于区外故障，直流线路保护应该保证可靠不动作。平波电抗器阀侧金属性接地故障是最严重的区外故障，因此，通过模拟平波电抗器阀侧金属性接地故障能够确定区外故障时保护特征量变化边界。
在仿真软件中对平波电抗器阀侧金属性接地故障进行仿真，每间隔定预时间对直流母线电压进行采样，并计算每个采样点的第一当前差分电压值，所有采样点的第一当前差分电压值构成一条近似连续的保护特征量变化曲线，行波保护装置实际测得的差分电压值必然落在该保护特征量变化曲线上。
由于故障行波中含有丰富的暂态信息，为了消除采样随机性所带来的误差，获得较为准确的保护特征量变化特征，采样的预定时间的间隔应小于直流输电系统的行波保护装置的采样间隔。
区内故障特征确定模块30，用于在故障模拟模块模拟末端金属性接地故障时，每间隔预定时间对直流母线电压进行采样获得多个第二当前差分电压值以得到区内故障保护特征量变化边界。
在仿真软件中对直流线路末端金属性接地故障，每间隔预时间对直流母线电压进行采样，并计算每个采样点的第二当前差分电压值，所有采样点的第二当前差分电压值构成一条近似连续的保护特征量变化曲线，行波保护装置实际测得的差分电压值必然落在该保护特征量变化曲线上。
电压变化率判据确定模块40，用于根据区外故障保护特征量变化边界和区内故障保护特征量变化边界确定保护定值，保护定值为电压变化率判据定值。
该直流线路行波保护电压变化率判据的整定系统，通过在直流输电系统的仿真模型中进行平波电抗器阀侧金属性接地故障模拟和末端金属性接地故障模拟，并对故障模拟过程中的直流母线电压进行采样分别得到多个第一当前差分电压值和第二当前差分电压值，根据所有的第一当前差分电压值确定区外故障保护特征量变化边界，根据所有的第二当前差分电压值确定区内故障保护特征量变化边界，根据区外故障保护特征量变化边界和区内故障保护特征量变化边界确定保护定值，该保护定值为电压变化率判据定值。由于平波电抗器阀侧金属性接地故障模是最严重的区外故障，末端金属性接地故障是最轻微的区内故障，保护定值根据对两种故障模拟过程中直流母线电压进行采样计算每个采样点的差分电压值得到，且采样的预设间隔小于直流输电系统的行波保护装置的采样间隔，从而能够消除采样随机性所带来的误差，获得较为准确的保护特征量变化特征，因此，能够准确地求取保护特征量在区内故障和区外故障时的变化边界，从而能够精确求取保护定值并实现对保护性能的定量评估。
在另一种实施方式中，区外故障保护特征量变化边界确定模块20包括：
第一采样单元，用于每间隔预定时间对直流母线电压进行采样获得多个采样点的第一电压。
第一计算单元，用于根据当前采样点的第一电压及当前采样点之前预设间隔的采样点的第一电压得到每个采样点对应的第一当前差分电压值。
行波保护装置的模数转换器首先对连续的直流母线电压进行数字采样，继而将数字信号传输至数字信号处理器进行保护特征量计算，保护特征量即差分电压的计算公式如下：
du(n)＝u(n)-u(n-1) (5)
其中u(n)和u(n-1)分别表示第n和第n-1个采样点的电压，du(n)表示第n个采样点的差分电压。最后，将差分电压值du(n)与保护定值duset进行比较以确定保护是否动作。
而直流线路行波保护装置的采样间隔主要有100μs和150μs两种，以采样间隔为150μs的直流线路行波保护为例，差分电压的计算公式如下：
du(n)＝u(n)-u(n-15) (6)
在该实施方式中，式(6)的数据量是式(5)的15倍，预设间隔为15，该预设间隔等于直流输电系统行波保护装置的采样间隔，由于采样间隔足够小，可以认为式(6)中的保护特征量包含了故障行波的所有重要暂态信息，能够反映真实的保护特征量变化特性。利用式(6)进一步计算得到的保护特征量变化边界可以近似认为是实际的保护特征量变化边界。
在其它的实施方式中，预设间隔可根据需要进行设置。由于采样间隔足够小，能够提高计算的精度。
区外故障保护特征量变化边界确定单元，用于根据所有第一当前差分电压值得到区外故障保护特征量变化边界，区外故障保护特征量变化边界为所有第一当前差分电压值中的最大值。
所有第一当前差分电压值构成一条近似连续的保护特征量变化曲线，行波保护装置考虑到采样随机性后实际测得的差分电压值必然落在这一曲线上。且对于区外故障，直流线路保护应该保证可靠不动作，保护动作阈值需要大于区外故障时可能出现的最大差分电压值。而平波电抗器阀侧金属性接地故障是最严重的区外故障，因此，区外故障时保护特征量变化边界，就是平波电抗器阀侧金属性接地故障时可能出现的最大差分电压值，即所有第一当前差分电压值中的最大值。
在另一种实施方式中，区内故障保护特征量变化边界确定模块30包括：
第二采样单元，用于每间隔预定时间对直流母线电压进行采样获得多个采样点的第二电压。
第二计算单元，用于根据当前采样点的第二电压及当前采样点之前预设间隔的采样点的第二电压得到采样点对应的第二当前差分电压值。
计算方法第一当前差分电压值的计算方法相同，利用公式(6)可计算第二当前差分电压值，在此不再赘述。
保护特征量变化曲线生成单元，用于根据采样点及第二当前差分电压值得到保护特征量变化曲线。
根据所有采样点及第二当前差分电压值构成一条近似连续的保护特征量变化曲线，行波保护装置考虑到采样随机性后实际测得的差分电压值必然落在这一曲线上。
差分电压组，用于在保护特征量变化曲线上寻找凸拐点，并在凸拐点的预设距离范围内获取一对数值相同的第二当前差分电压值以得到差分电压组；预设距离对应行波保护装置的采样间隔。
保护特征量变化曲线通常有多个正的极值点，在该曲线上表现为凸拐点，以每一凸拐点为基准位置在其预设距离的区间内，在凸拐点的两侧分别获取两个数值相同的第二当前差分电压值以得到差分电压组。其中，预设距离对应行波保护装置的采样间隔。
区内故障保护特征量变化边界确定单元，用于比较差分电压组中的第二当前差分电压值的大小以确定区内故障保护特征量变化边界，区内故障保护特征量变化边界为差分电压组中第二当前差分电压值的最大值。
具体的，在每个凸拐点附近用宽度为Δ(即行波保护装置的采样间隔)的水平标尺通过左右或上下移动与保护特征量变化曲线进行对标，该宽度为Δ(即行波保护装置的采样间隔)的水平标尺即表示为预设距离，使得标尺两端刚好与曲线相交并且保证正的极值点在标尺限定的时间范围之内。利用上述方法，在每一个正的极值点附近都将得到一对交点，例如图4中的A、A’和B、B’，A点和A’点对应的差分电压值相同，B点和B’的对应的差分电压值相同。由于Δ表示行波保护装置的采样间隔，因此每一对交点之间必然有且仅有一个点(在交点处为两个点)将被送到保护装置之中，而交点处对应的差分电压值是可能被送到保护装置中的最小者。进一步，比较每一对交点对应差分电压值的大小，则其中最大者即为所要求取的区内故障保护特征量变化边界。
在另一种实施方式中，电压变化率判据确定模块40包括：
保护定值计算单元，用于根据区外故障保护特征量变化边界确定保护定值。
为保证在区外故障时电压变化率判据可靠不动作，判据动作定值duset应当大于区外故障保护特征量变化边界duout并留有一定裕度，具体的，保护定值duset的计算公式为：
duset＝krel·duout (7)；
其中，duset为保护定值，duout为区外故障保护特征量变化边界，krel为可靠系数，可靠系数的值越大区外故障时以及各类扰动情况下保护越能够保证可靠不动作。考虑到各种误差因素，可靠系数krel取值不应该小于1.1。
校验单元，用于根据区内故障保护特征量变化边界校验证保护定值，若校验通过，则将保护定值确定为电压变化率判据定值。
为保证在区内故障时电压变化率判据可靠动作，判据动作定值duset应当小于区内故障保护特征量变化边界并留有一定裕度，因此，在利用上式(7)计算得到保护定值后，还需对其进行进一步的校验，校验公式如下：
ksen＝duin/duset (8)
其中，duin为区内故障保护特征量变化边界，ksen为灵敏性系数，其值越大保护的灵敏性越高，反映过渡电阻的能力越强。考虑到各种误差、保护装置需要有一定的耐受过渡电阻的能力等因素，灵敏系数ksen值一般不应该小于1.2。
故障模拟模块，还用于在校验未通过时，在直流输电系统的仿真模型中进行平波电抗器阀侧金属性接地故障模拟。
在另一种实施方式中，在直流输电系统的仿真模型中进行平波电抗器阀侧金属性接地故障模拟和末端金属性接地故障模拟的过程中，每间隔预设时间对直流母线电压进行采样，具体的，预设时间为10μs。
由于故障行波中含有丰富的暂态信息，为了消除采样随机性所带来的误差，获得准确的保护特征量变化特性，同时考虑到仿真的速度和内存限制，采用10μs的步长进行仿真采样。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种直流线路行波保护电压变化率判据的整定方法，其特征在于，包括：
在直流输电系统的仿真模型中进行平波电抗器阀侧金属性接地故障模拟，并每间隔预定时间对直流母线电压进行采样获得多个第一当前差分电压值以得到区外故障保护特征量变化边界；所述预定时间的间隔小于所述直流输电系统的行波保护装置的采样间隔；
在所述仿真模型中进行末端金属性接地故障模拟，并每间隔所述预定时间对直流母线电压进行采样获得多个第二当前差分电压值以得到区内故障保护特征量变化边界；
根据所述区外故障保护特征量变化边界和所述区内故障保护特征量变化边界确定保护定值，所述保护定值为所述电压变化率判据定值；
所述每间隔预定时间对直流母线电压进行采样获得多个第一当前差分电压值以得到区外故障保护特征量变化边界的步骤包括：
每间隔预定时间对直流母线电压进行采样获得多个采样点的第一电压；
根据当前采样点的第一电压及所述当前采样点之前预设间隔的采样点的第一电压得到每个采样点对应的所述第一当前差分电压值，所述预设间隔与所述直流输电系统的行波保护装置的采样间隔一致；
根据所有所述第一当前差分电压值得到所述区外故障保护特征量变化边界，所述区外故障保护特征量变化边界为所有第一当前差分电压值中的最大值。
2.根据权利要求1所述的直流线路行波保护电压变化率判据的整定方法，其特征在于，所述每间隔所述预定时间对直流母线电压进行采样获得多个第二当前差分电压值以得到区内故障保护特征量变化边界的步骤包括：
每间隔所述预定时间对直流母线电压进行采样获得多个采样点的第二电压；
根据当前采样点的第二电压及所述当前采样点之前预设间隔的采样点的第二电压得到所述采样点对应的所述第二当前差分电压值，所述预设间隔与所述直流输电系统的行波保护装置的采样间隔一致；
根据所述采样点及所述第二当前差分电压值得到保护特征量变化曲线；
在所述保护特征量变化曲线上寻找凸拐点，并在所述凸拐点预设距离的范围内获取一对数值相同的第二当前差分电压值以得到差分电压组；所述预设距离对应所述行波保护装置的采样间隔；
比较所述差分电压组中的第二当前差分电压值的大小以确定所述区内故障保护特征量变化边界，所述区内故障保护特征量变化边界为所述差分电压组中第二当前差分电压值的最大值。
3.根据权利要求1所述的直流线路行波保护电压变化率判据的整定方法，其特征在于，所述根据所述区外故障保护特征量变化边界和所述区内故障保护特征量变化边界确定所述电压变化率判据的步骤包括：
根据所述区外故障保护特征量变化边界确定保护定值；
根据所述区内故障保护特征量变化边界校验证所述保护定值，若校验通过，则将所述保护定值确定为所述电压变化率判据定值；
若校验未通过，则返回所述在直流输电系统的仿真模型中进行平波电抗器阀侧金属性接地故障模拟的步骤。
4.根据权利要求1所述的直流线路行波保护电压变化率判据的整定方法，其特征在于，所述预定时间为10μs。
5.一种直流线路行波保护电压变化率判据的整定系统，其特征在于，包括：
故障模拟模块，用于在直流输电系统的仿真模型中进行平波电抗器阀侧金属性接地故障模拟和末端金属性接地故障模拟；
区外故障特征确定模块，用于在所述故障模拟模块模拟平波电抗器阀侧金属性接地故障时，每间隔预定时间对直流母线电压进行采样获得多个第一当前差分电压值以得到区外故障保护特征量变化边界；所述预定时间的间隔小于所述直流输电系统的行波保护装置的采样间隔；区内故障特征确定模块，用于在所述故障模拟模块模拟末端金属性接地故障时，每间隔所述预定时间对直流母线电压进行采样获得多个第二当前差分电压值以得到区内故障保护特征量变化边界；电压变化率判据确定模块，用于根据所述区外故障保护特征量变化边界和所述区内故障保护特征量变化边界确定保护定值，所述保护定值为所述电压变化率判据定值；
所述区外故障保护特征量变化边界确定模块包括：
第一采样单元，用于每间隔预定时间对直流母线电压进行采样获得多个采样点的第一电压；
第一计算单元，用于根据当前采样点的第一电压及所述当前采样点之前预设间隔的采样点的第一电压得到每个采样点对应的所述第一当前差分电压值，所述预设间隔与所述直流输电系统的行波保护装置的采样间隔一致；
区外故障保护特征量变化边界确定单元，用于根据所有所述第一当前差分电压值得到所述区外故障保护特征量变化边界，所述区外故障保护特征量变化边界为所有第一当前差分电压值中的最大值。
6.根据权利要求5所述的直流线路行波保护电压变化率判据的整定系统，其特征在于，区内故障保护特征量变化边界确定模块包括：
第二采样单元，用于每间隔所述预定时间对直流母线电压进行采样获得多个采样点的第二电压；
第二计算单元，用于根据当前采样点的第二电压及所述当前采样点之前预设间隔的采样点的第二电压得到所述采样点对应的所述第二当前差分电压值，所述预设间隔与所述直流输电系统的行波保护装置的采样间隔一致；
保护特征量变化曲线生成单元，用于根据所述采样点及所述第二当前差分电压值得到保护特征量变化曲线；
差分电压组，用于在所述保护特征量变化曲线上寻找凸拐点，并在所述凸拐点的预设距离范围内获取一对数值相同的第二当前差分电压值以得到差分电压组；所述预设距离对应所述行波保护装置的采样间隔；
区内故障保护特征量变化边界确定单元，用于比较所述差分电压组中的第二当前差分电压值的大小以确定所述区内故障保护特征量变化边界，所述区内故障保护特征量变化边界为所述差分电压组中第二当前差分电压值的最大值。
7.根据权利要求5所述的直流线路行波保护电压变化率判据的整定系统，其特征在于，所述电压变化率判据确定模块包括：
保护定值计算单元，用于根据所述区外故障保护特征量变化边界确定保护定值；
校验单元，用于根据所述区内故障保护特征量变化边界校验证所述保护定值，若校验通过，则将所述保护定值确定为所述电压变化率判据定值。
8.根据权利要求5所述的直流线路行波保护电压变化率判据的整定系统，其特征在于，所述预定时间为10μs。
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