CN105514950A - 特高压直流输电线路行波保护电流变化量计算的优化方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种特高压直流输电线路行波保护电流变化量计算的优化方法，在逆变侧，以线路电流IdLH为输入，以时间△T为微分常数，不是由故障引起的直流分量通过微分变为0，由故障引起的交流分量在微分后得到在采样间隔△T内的变化量，当线路线路电压变化率满足要求时，微分后的结果通过积分后表征为有效积分时间内线路电流在去除直流分量后的改变量，将该改变量与门槛值进行比较。该优化方法可以避免计算处理方法不足导致的行波保护误动。

Description

特高压直流输电线路行波保护电流变化量计算的优化方法

技术领域

本发明涉及特高压直流输电系统继电保护技术，更具体地说，涉及一种雷击情况下特高压直流输电线路行波保护电流变化量计算的优化方法。

背景技术

特高压直流线路遭受雷击在实际运行中屡见不鲜，加之特高压直流线路的直流线路两极间电位差很大，电磁耦合强度高，线路距离长，电网运行中已出现多起雷击导致的非故障极直流线路行波保护误动情况；因此，改进雷击情况下行波保护的可靠性对特高压直流输电系统安全、可靠运行有重要意义。

直流线路行波保护是直流输电线路的主保护，算法简单且动作迅速，其原理是：分别计算电压变化率du/dt、电压变化量ΔU以及电流变化量ΔI，这三个特征量满足门槛值及既定的时序关系后，行波保护无延时动作出口。电流变化量ΔI判据在整流侧是大于某一动态变化的门槛值，而在逆变侧是小于某一固定的门槛值，该判据主要用来区分故障极及非故障极。如果△I处理不当，在发生雷击某极线路时，非故障极的电流变化量可能满足判据而引起该极行波保护误动。

目前特高压工程上，针对行波保护电流变化量ΔI的计算，整流侧和逆变侧均使用相同的处理方式，即采用“平滑处理，直接相减”的计算方法，具体方案如下：

将采集直流线路电流IdLH，在进入保护系统后分为两路，分别经过两个一阶惯性环节PT1对X端子的输入值IdLH进行平滑处理，其中一路经过时间常数为T₁＝2ms的平滑处理后送入减法器SUB作为被减数，另一路经过时间常数为T₂＝200ms的平滑处理后送入减法器SUB作为减数，相减后将结果与门槛值进行比较，经过时域内的拉普拉斯变换后，计算公式如下式(1)所示，其中X为直流线路电流IdLH，Y为ΔI的计算值，s为频域内的复变量。

$Y=\frac{X}{1+T_{1}S}-\frac{X}{1+T_{2}S}---\left(1\right)$

目前这种行波保护电流变化量的计算方法存在以下不足：

1)由于雷击事件具有很大的随机性，由固定的一阶惯性环节作差得到的电流变化量不一定能反应故障的严重程度，也不一定能正确通过电流判据将故障位置锁定于本极线路。

2)特高压直流系统行波保护逆变侧的电流变化判据是△I<定值，在直流线路遭受雷击后系统恢复过程中，由于电流的波动逐渐减缓，很容易因数据平滑处理的原因使得电流变化量小于定值，不但不能正确反应故障与受扰动的状态，而且可能导致逆变侧行波保护误动。

综上原因，由目前方法计算得到的特高压直流输电线路行波保护电流变化特征量△I原理上并不能准确判定故障和受扰情况，数值上并不精确。

发明内容

本发明的目的在于：提供特高压直流输电线路行波保护电流变化量计算的优化方法，解决行波保护因为电流变化量计算不足导致保护误动的问题。

为了实现上述目的，本发明提供了一种特高压直流输电线路行波保护电流变化量计算的优化方法，它包括如下步骤：(1)在整流侧，采集本极线路电流IdLH，在进入保护系统后分为两路，分别经过两个一阶惯性环节PT1对X端子的输入值IdLH进行平滑处理，其中一路经过第一时间常数的平滑处理后送入减法器作为被减数，另一路经过第二时间常数的平滑处理后送入减法器作为减数，相减后将结果与门槛值进行比较；(2)在逆变侧，以线路电流IdLH为输入，以时间△T为微分常数，不是由故障引起的直流分量通过微分变为0，由故障引起的交流分量在微分后得到在采样间隔△T内的变化量，当线路线路电压变化率满足要求时，微分后的结果通过积分后表征为有效积分时间内线路电流在去除直流分量后的改变量，将该改变量与门槛值进行比较。

作为本发明的一种改进，所述第一时间常数T₁＝2ms，所述第二时间常数T₂＝200ms。

作为本发明的一种改进，所述时间△T＝0.15625ms。

作为本发明的一种改进，所述有效积分时间为：将微分得到的单位采样间隔内的电流变化值对时间进行积分，直到电压变化率不再满足条件时为止的时间段。

与现有技术相比，本发明特高压直流输电线路行波保护电流变化量计算的优化方法利用“先微分，后积分”的电流判据计算方式，结合“平滑处理，直接相减”的处理方式，对电流变化量△I进行计算；通过使能端控制积分开始的时刻，具有复位清零功能，可以消除故障过程对故障后直流系统恢复过程的影响，可以有效改善行波保护因为电流判据错误满足导致误动的情况，能更为精确的描述雷击瞬间和雷击后直流系统故障恢复过程中的电流变化量△I。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式，对本发明的结构及其有益技术效果进行详细说明。

图1为本发明“平滑处理，直接相减”电流判据逻辑图。

图2为本发明“先微分，后积分”电流判据逻辑图.

具体实施方式

为了使本发明的发明目的、技术方案及其有益技术效果更加清晰，以下结合附图和具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的具体实施方式仅仅是为了解释本发明，并非为了限定本发明。

本发明特高压直流输电线路行波保护电流变化量计算的优化方法基于已有的EMTDC仿真平台，工作原理如下：EMTDC直流模型建模、测试完毕，雷电流建模完毕；把直流保护逻辑部分中行波保护特征量△I的计算方式由“平滑处理，直接相减”改为“先微分，后积分”的处理方式；在EMTDC工作站运行直流EMTDC模型，分别进行雷电流非故障性绕击线路、雷电流故障性绕击线路、雷电流反击线路、直流线路接地，记录经故障录波显示系统显示的行波保护动作情况；如果经过故障录波分析，确认行波保护动作情况比优化之前可靠性大大提高，但并没有牺牲灵敏性，没有发生保护的拒动。如果满足相关参数要求，则该行波保护△I特征量计算方式可以满足直流工程的测试要求，进而满足现场的测量要求。

在上述平台中对电流变化量△I进行计算，本发明特高压直流输电线路行波保护电流变化量计算的优化方法包括如下步骤：

(1)请参阅图1，在整流侧，采本极线路电流IdLH，在进入保护系统后分为两路，分别经过两个一阶惯性环节PT1对X端子的输入值IdLH进行平滑处理，其中一路经过间常数为T₁＝2ms的平滑处理后送入减法器SUB作为被减数，另一路经过间常数为T₂＝200ms的平滑处理后送入减法器SUB作为减数，相减后将结果与门槛值进行比较，经过时域内的拉普拉斯变换后，计算公式如下式(1)所示：

$Y=\frac{X}{1+T_{1}S}-\frac{X}{1+T_{2}S}---\left(1\right);$

上式中X为直流线路电流IdLH，Y为ΔI的计算值，s为频域内的复变量。

(2)请参阅图2，在逆变侧，以线路电流IdLH为输入，先以时间△T＝0.15625ms为微分常数(采样率为每个周波采样128个点)，不是由故障引起的直流分量通过微分变为0，由故障引起的交流分量在微分后得到在采样间隔△T内的变化量，将微分后的结果送到积分模块。当线路线路电压变化率满足要求时，积分模块的使能端打开，开始将微分得到的单位采样间隔内的电流变化值对时间进行积分，直到电压变化率不再满足条件时为止，此段时间称为有效积分时间。因此，在积分模块使能端打开的情况下，微分后的结果通过积分后表征为有效积分时间内线路电流在去除直流分量后的改变量。

对于实际特高压工程中电流判据而言，其满足条件不一样，对于整流侧是当ΔI大于某一浮动门槛值，在逆变侧则是ΔI小于某一定值，但是对于同一直流工程其电流判据特征量ΔI的处理方式在整流侧和逆变侧保持一致。无论采用何种方式，ΔI处理要求是去除直流线路稳态直流分量的影响，反映由线路故障引起的交流分量的变化情况。

由上可以看出：“先微分，后积分”和“平滑处理，直接相减”都实现了电气量暂态变化过程中去除直流分量的作用，但由于“先微分，后积分”过程中的积分模块的启动是受电压判据的影响，当电压判据得到满足后才会启动积分模块。因此，在初始系统未达到稳态时出现波动的情况下积分模块一直输出为0。同样，在发生故障后电流波动还没有停止的情况下，如果电压判据得不到满足，积分模块也会立即停止工作，输出为0；但对于“平滑处理”模块来说则不存在控制使能端，只要电气量波动输出就不会为零。

以+55kA雷电流绕击负极线路75％处为例加以说明，雷击故障结束后，由于电流的波动，故障恢复过程中后一时刻的电流变化剧烈程度要慢于前一时刻的电流变化程度，故经过“平滑处理，直接相减”后的△I在故障发生一段时间后会出现负值，仍满足了定值要求，造成了非雷击极逆变侧行波保护的误动。对于“先微分，后积分”的处理方式而言，在雷击结束后，电压判据不再满足致使积分模块停止积分，输出降为零。所以“先微分，后积分”的处理模式对逆变侧具有更好的防误动效果。

在发生雷击后，电压得到满足后积分模块得以启动，在时序上稍稍滞后于“平滑处理，直接相减”，但在幅值方面却超过了“先微分，后积分”的环节，这是由于积分是一个累加的过程，只要电压判据满足后，就会一直累加，可能导致结果产生误差，最终也可能导致误动。

综上所述：在特高压直流线路发生故障的时刻线路电流波动程度迅速增大，然后随着故障的恢复，波动程度逐渐减小。在故障电气量变化剧烈程度上升阶段，“平滑处理，直接相减”相比于“先微分，后积分”的处理方式更为准确地计算出瞬时的电流变化量最大值，避免了重复的累加。在故障后电气量变化剧烈程度下降阶段“先微分，后积分”相比于“平滑处理，直接相减”的处理方式能够精确判断出故障结束的时刻并迅速复位。

基于以上两种电流处理方式的特点，对现有的直流特高压系统电流判据处理方式进行优化：整流侧继续应用“平滑处理，直接相减”的电流处理方式；在逆变侧，采用“先微分，后积分”的处理方式。

本发明所提出的特高压直流输电线路行波保护电流变化量计算的优化方法，实现了对于同一个直流工程整流侧和逆变侧不同的处理方式，可以结合两侧电流判据的不同特点，在不牺牲保护灵敏性的前提下，保证行波保护在雷击情况下的可靠动作。实际工程中，只需要在现有保护平台上进行软件修改，不需要增加新的硬件设备，对于提高行波保护雷击可靠性，减少行波保护保护的不正确动作，保障交直流互联电网的安全稳定运行具有重要意义。

根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行适当的变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (4)

1.一种特高压直流输电线路行波保护电流变化量计算的优化方法，其特征在于,它包括如下步骤：

(1)在整流侧，采集本极线路电流IdLH，在进入保护系统后分为两路，分别经过两个一阶惯性环节PT1对X端子的输入值IdLH进行平滑处理，其中一路经过第一时间常数T₁平滑处理后送入减法器作为被减数，另一路经过第二时间常数T₂平滑处理后送入减法器作为减数，相减后将结果与门槛值进行比较；

(2)在逆变侧，以线路电流IdLH为输入，以时间△T为微分常数，不是由故障引起的直流分量通过微分变为0，由故障引起的交流分量在微分后得到在采样间隔△T内的变化量，当线路线路电压变化率满足要求时，微分后的结果通过积分后表征为有效积分时间内线路电流在去除直流分量后的改变量，将该改变量与门槛值进行比较。

2.根据权利要求1所述的特高压直流输电线路行波保护电流变化量计算的优化方法，其特征在于，所述第一时间常数T₁＝2ms，所述第二时间常数T₂＝200ms。

3.根据权利要求1所述的特高压直流输电线路行波保护电流变化量计算的优化方法，其特征在于，所述时间△T＝0.15625ms。

4.根据权利要求1所述的特高压直流输电线路行波保护电流变化量计算的优化方法，其特征在于，所述有效积分时间为：将微分得到的单位采样间隔内的电流变化值对时间进行积分，直到电压变化率不再满足条件时为止的时间段。