CN105790239A - 一种基于s变换的高压直流输电线路单端量保护方法 - Google Patents

一种基于s变换的高压直流输电线路单端量保护方法 Download PDF

Info

Publication number
CN105790239A
CN105790239A CN201610334915.5A CN201610334915A CN105790239A CN 105790239 A CN105790239 A CN 105790239A CN 201610334915 A CN201610334915 A CN 201610334915A CN 105790239 A CN105790239 A CN 105790239A
Authority
CN
China
Prior art keywords
transformation
fault
transmission line
transient state
state energy
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201610334915.5A
Other languages
English (en)
Inventor
邹贵彬
李钊
高厚磊
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shandong University
Original Assignee
Shandong University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shandong University filed Critical Shandong University
Priority to CN201610334915.5A priority Critical patent/CN105790239A/zh
Publication of CN105790239A publication Critical patent/CN105790239A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/26—Sectionalised protection of cable or line systems, e.g. for disconnecting a section on which a short-circuit, earth fault, or arc discharge has occured
    • H02H7/268—Sectionalised protection of cable or line systems, e.g. for disconnecting a section on which a short-circuit, earth fault, or arc discharge has occured for dc systems
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H1/00—Details of emergency protective circuit arrangements
    • H02H1/0007—Details of emergency protective circuit arrangements concerning the detecting means
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/22—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for distribution gear, e.g. bus-bar systems; for switching devices
    • H02H7/226—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for distribution gear, e.g. bus-bar systems; for switching devices for wires or cables, e.g. heating wires
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/26—Sectionalised protection of cable or line systems, e.g. for disconnecting a section on which a short-circuit, earth fault, or arc discharge has occured
    • H02H7/265—Sectionalised protection of cable or line systems, e.g. for disconnecting a section on which a short-circuit, earth fault, or arc discharge has occured making use of travelling wave theory

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)

Abstract

本发明公开了一种基于S变换的高压直流输电线路单端量保护方法，通过对高压直流输电线路两端由平波电抗器和直流滤波器构成的边界进行幅频特性分析，可知线模电压分量行波信号的高低频分量在通过直流线路边界时会发生不同程度的衰减，利用S变换准确提取特定频带分量，构造保护判据，提出基于S变换高低频分量比值差异的区内外故障识别方法；通过对比雷击干扰、雷击故障以及普通短路故障时不同频段下S变换暂态能量和的差异，构造S变换能量比值判据，以识别雷击干扰；通过提取两极电压暂态量的S变换零频带暂态能量，构造比值判据，准确识别故障极。

Description

一种基于S变换的高压直流输电线路单端量保护方法
技术领域
本发明涉及一种基于S变换的高压直流输电线路单端量保护方法。
背景技术
直流输电技术起源于20世纪60年代，由于换流设备的发展，近年来高压直流输电技术在世界范围内得到了迅速发展。高压直流输电具有功率传输稳定、输电容量大、传输效率高、可实现远距离输电等优点，已成为大能源基地电力外送、异步电网互联的重要方式，也是我国发展清洁能源、治理雾霾的重要手段。由于直流输电系统的继电保护水平对电力系统运行的稳定性以及安全性影响重大，因此研究直流输电系统的快速保护技术具有重要的理论意义和实际应用价值。
目前运行中的直流输电线路继电保护技术主要由ABB或SIEMENS提供。主保护配置行波保护，利用线路上的故障行波所含的暂态特征来进行故障的识别，其动作速度较快，但存在的问题主要是可靠性和灵敏性易受过渡电阻和干扰的影响；后备保护配置电流纵联差动保护，利用线路两端电流量的简单加和构造保护判据，理论上具有绝对的选择性，但故障初期电流波动较大，需要一定的延时才能投入，速动性较差，且需要两端的数据同步，对通信通道的要求较高。因此，亟需研究速动性强、可靠性高、不受故障条件影响的高压直流输电线路保护。针对目前保护装置存在的问题，众多学者对高压直流输电线路单端量保护和双端量保护进行了大量研究，提出了许多有益的方法。
《利用电流突变特性的高压直流输电线路纵联保护新原理》提出了一种基于电流突变特性的纵联保护原理，对于直流线路区内外故障时线路两端电流突变方向的差异，构造电流突变的识别判据，从而有效识别区内外故障。虽然不需要两端数据同步，但高阻故障和雷电干扰影响到门槛值的整定。
《特高压直流输电线路暂态能量保护》提出了一种特高压直流输电线路暂态能量保护新原理，根据各种暂态过程中线路两端低频能量差值的故障特征，准确识别区内故障以及故障极，方法简单，可靠，但需要线路两端的数据严格同步。
《AnovelpilotdirectionalprotectionschemeforHVDCtransmissionlinebasedonspecificfrequencycurrent》提出一种在特定频率下的纵联电流差动保护方法，该方法能准确识别区内、外故障以及故障极，但同样需要线路两端的数据同步。
《±800kV特高压直流输电线路单端电气量暂态保护》提出了一种利用区内、外故障时保护安装处测得的暂态电压小波能量的显著差异来构造直流输电线路区内、外故障判据的方法，该方法无需线路两端的通信，具有绝对选择性，但启动判据由小波变换模极大值来构造，易受故障条件的影响，且小波变换尺度固定，时间窗长达10ms，对保护装置的快速动作不利。
《Anovelwhole-linequick-actionprotectionprincipleforHVDCtransmissionlinesusingone-endvoltage》和《Anewwhole-linequick-actionprotectionprincipleforHVDCtransmissionlinesusingone-endcurrent》分别通过判断特定频带下单端电压或单端电流的积分值是否超过设定门槛来判别区内、外故障，其动作速度快，但发生长线路的远端故障时，保护的灵敏性可能无法满足要求。
《高压直流线路单端暂态量保护研究》通过分析边界元件的幅频特性，提出边界元件的原理和算法，可快速识别区内外故障，但利用傅式算法仅提取三个谱线能量的平均能量和作为保护判据，鲁棒性略差。
由此可见，现有关于高压直流输电线路保护的研究，并没有完全动作速度快、不受过渡电阻以及雷电干扰等因素的影响且灵敏度高的方法。
发明内容
本发明为了解决上述问题，提出了一种基于S变换的高压直流输电线路单端量保护方法，本发明通过对高压直流输电线路两端由平波电抗器和直流滤波器构成的边界进行幅频特性分析，可知线模电压分量行波信号的高低频分量在通过直流线路边界时会发生不同程度的衰减，利用S变换准确提取特定频带分量，构造保护判据，提出基于S变换高低频分量比值差异的区内外故障识别方法；通过对比雷击干扰、雷击故障以及普通短路故障时不同频段下S变换暂态能量和的差异，构造S变换能量比值判据，以识别雷击干扰；通过提取两极电压暂态量的S变换零频带暂态能量，构造比值判据，准确识别故障极。该方法仅需要单端5ms的时间窗，快速且有效，能够准确识别雷击干扰，故障位置以及过渡电阻等故障条件对判据几乎没有影响，灵敏度高。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于S变换的高压直流输电线路单端量保护方法，包括以下步骤：
(1)实时采集与直流输电线路各极相连的保护元件处的电压，进行滤波处理；
(2)提取故障后时间窗内的电压故障分量，并计算得到线模电压分量；
(3)对线模电压分量进行S变换，得到其复时频S矩阵，并分别计算预设频域内高频分量的S变换暂态能量和WH以及低频分量的S变换暂态能量和WL，将WH和WL的比值与门槛值作比较，以进行区内外故障识别；
(4)若判断为区内扰动，利用线模电压分量的复时频S矩阵，计算不同频段的S变换暂态能量和，求取两者的比值，将其与雷击干扰识别判据作比较，判断所述区内扰动为雷击干扰或区内故障；
(5)若识别为区内故障，将两极电压故障分量进行S变换，分别求得线路两极的S变换零频暂态能量和，进而求取两者的比值，通过与门槛值的比较，最终识别故障极。
所述步骤(1)中，利用整流侧保护安装处实时采集与直流输电线路各极相连的保护元件处的电压。
所述步骤(2)中，时间窗设置为5ms，采样频率为100kHz。
所述步骤(3)中，高频分量的预设频域范围为3kHz以上。
所述步骤(3)、步骤(4)、步骤(5)中，各个S变换暂态能量之和的计算方法具体为：相应频域范围内复时频S矩阵中的每个元素经过求模值得到的模矩阵之和。
所述步骤(3)中，低频分量的频域范围为[100Hz，500Hz]。
所述步骤(3)中，若高、低频分量的暂态能量和的比值大于门槛值，表明暂态电压行波中的高频分量没有通过直流线路边界元件，即判定为直流线路区内故障或扰动，并由雷击识别元件进行后续判断；若保护安装处测得的高、低频分量的暂态能量和的比值小于门槛值，表明暂态电压行波中的高频分量经过了边界元件的阻隔，则判定为区外故障。
所述步骤(4)中，分别求取100Hz以下频段的S变换暂态能量和以及200Hz以上频段的S变换暂态能量和。
所述步骤(4)中，当系统判定为内部扰动后，若不同频段的S变换暂态能量和的比值大于设定门槛，则为雷击干扰，保护不动作；反之，则为区内故障，并由故障极识别元件识别故障极。
所述步骤(5)中，定义线路同侧保护安装处测得的极1与极2的电压突变量的S变换零频带暂态能量和比值为M，此时，故障极的识别判据如下：
M＞kWH，此时判断极1发生故障；
M＜kWL，此时判断极2发生故障；
kWL＜M＜kWH，此时判断为极-极故障，
其中，kWL和kWH为判据的固定门槛。
本发明的有益效果为：
(1)本发明通过高压直流输电线路边界对信号高低频分量的幅频特性分析，利用S变换准确提取特定频带分量，构造区内外故障识别判据，从而识别区内外故障；通过对比雷击干扰、雷击故障以及普通短路故障时不同频段下S变换暂态能量和的差异，构造雷击干扰识别判据，以此识别雷击干扰；利用两极电压暂态量的S变换零频带暂态能量和的比值识别区内故障时的故障极，在100kHz的采样频率下仅需5ms的数据窗即可完成判断，速动性强；
(2)本发明在各种故障初始条件下可靠、快速地识别故障方向，保护在雷击干扰时准确识别，保护不误动；过渡电阻以及故障位置等因素对保护判据几乎没有影响，可靠性和灵敏性高；
(3)本发明为单端量保护，仅需要在整流侧完成计算与判断，可实现直流输电线路的全线速动保护；
(4)本发明原理简单、清楚，抗干扰性强且易于工程实现，具有较高的实用价值。
附图说明
图1为特高压直流输电线路边界；
图2为特高压直流输电线路边界的幅频特性；
图3为雷击干扰、短路故障和雷击故障下线模电压的S变换暂态能量和分布；
图4为S变换暂态能量和比值随故障距离变换的拟合曲线；
图5为基于S变换的高压直流输电线路单端量保护原理框图；
图6为溪洛渡—浙西±800kV特高压直流输电线路模型示意图。
具体实施方式：
下面结合附图与实例对本发明作进一步说明。
如图5所示，一种基于S变换的高压直流输电线路单端量保护方法，包括以下步骤：
(1)系统整流侧保护安装处实时采集与直流输电线路各极相连的保护元件处的电压；
(2)将采集的电压滤波后，提取故障后5ms的电压故障分量，并计算得到线模电压；
(3)系统保护安装处对线模电压分量进行S变换，得到其复时频S矩阵，并分别计算3kHz以上高频分量的S变换暂态能量和WH以及100～500Hz之间的低频分量的S变换暂态能量和WL，并求得高低频能量比λ，将λ值与门槛值作比较，完成区内外故障识别；
(4)若区内外故障识别元件识别为区内扰动，保护安装处利用步骤(3)中得到的线模电压分量的复时频S矩阵，求得100Hz以下频段的S变换暂态能量和GL以及200Hz以上频段的S变换暂态能量和GH，并计算两者的比值k，将k值与雷击干扰识别判据作比较，可准确识别该区内扰动为雷击干扰或者为区内故障；
(5)若识别为直流输电线路区内故障，保护安装处利用步骤(2)中得到的两极电压故障分量，做S变换后分别求得线路两极的S变换零频暂态能量和WZ1和WZ2，并得到两极的S变换零频暂态能量和的比值M，通过比较M与门槛值的关系可准确识别故障极。
所述步骤(3)中，直流输电线路区内外故障识别原理为：
如图1所示为溪洛渡—浙西±800kV特高压直流输电工程由平波电抗器和直流滤波器构成的直流输电线路边界参数，平波电抗器容量为300mH，采用分置在直流极线和中性母线的布置方式，容量各为150mH，双调谐直流滤波器组采用12/24及12/36并联组合。定义直流线路边界的传递函数为：
G(s)＝Uo(s)/Ui(s)(1)
式中，Ui表示平波电抗器外侧的对地电压，Uo表示直流输电线路边界的输出电压。忽略其他元件的影响，由式(1)可得特高压直流输电线路边界传递函数G(S)的幅频特性，如图2所示。
由图2可知，2kHz以上的暂态高频信号通过直流输电线路的边界时均有-30dB左右的衰减，300Hz以下的低频信号没有衰减。由此可见，当该直流输电线路发生区内故障时，由于故障暂态量不需要通过边界，可直接到达保护安装处，其高频分量并没有受到线路边界的阻隔；当该直流输电线路发生区外故障，即在本侧背后或者线路对端的平波电抗器外侧发生故障时，故障暂态量到达保护安装处均需要通过线路边界，高频分量会发生衰减。因此，单端量保护可通过比较保护安装处检测到的故障暂态量中高频分量的含量大小识别区内外故障。考虑到雷击干扰以及雷电波的衰减时间，时间窗选取为5ms，采样频率为100kHz，为了提高保护原理的可靠性和保护判据的灵敏度，本发明利用S变换提取3kHz以上的高频分量和100～500Hz的低频分量进行区内外故障判别。
所述步骤(4)中，直流输电线路雷击干扰识别原理为：
双极直流输电线路两极电压的极性相反，而雷电多为负极性，因此直流输电线路发生雷击时通常以雷击正极线路为主。由于雷电波本身为高频单极性脉冲波，其高频分量丰富，而低频分量弱；但是线路发生短路故障时，故障行波中含有大量的低频分量。由此，可根据雷击与短路故障时的这种特性差异，对线模电压进行S变换，利用S矩阵分解出不同频段的暂态能量和，得到雷击干扰、短路故障以及故障性雷击的S变换暂态能量差异，构造雷击识别判据，从而识别雷击干扰。
以距整流站300km时发生雷击干扰、短路故障以及故障性雷击为例，提取三种情形下线模电压在不同频段的S变换暂态能量和如图3所示，雷电流的幅值为15kA，短路故障的过渡电阻为100Ω，故障性雷击的过渡电阻为50Ω。图中除第一个频段的宽度为100Hz外，其余频段的宽度均为2kHz。
如图3(a)所示，线路发生雷击干扰时，由于输电线路波阻抗连续，雷电波并没有发生折射或截断，因此输电线路中100Hz以下的低频分量含量较低，而200Hz以上频段的S变换暂态能量和占比较大。由图3(b)可知，线路发生短路故障时，100Hz以下的低频含量大幅增加，而200Hz以上的暂态能量含量明显低于雷击干扰时的对应值。当线路发生故障性雷击时，暂态行波信号由雷击和故障点的电压突变叠加产生，暂态信号应兼具雷击和短路时的特征。图3(c)显示，200Hz以上频段的暂态能量以及低频分量都略高于短路故障时的对应值，但是低频分量远高于雷击干扰时的对应值。
由此可利用200Hz以上频段的S变换暂态能量和与100Hz以下频段的S变换暂态能量和的比值构成雷击识别判据k＝GH/GL，显然当发生雷击干扰时，k的值将较大，反之则较小。由上例可得这三种情况的k值分别为36.407，1.690和2.633，可见雷击干扰与短路故障和雷击故障的区分度较为明显。为确定门槛值，在线路全长范围内设置雷击干扰与雷击故障，两者均考虑最不利于保护动作的情况，雷击干扰的雷电波幅值为5kA，雷击故障的雷电波幅值为30kA，过渡电阻为300Ω。
如图4所示，在最不利于保护动作的情况下，雷击故障时k均小于20，雷电干扰时k均大于20，因此，k的门槛值设为20。当系统判定为内部扰动后，若k值大于20，则为雷击干扰，保护不动作；若k值小于20，则为区内故障，并由故障极识别元件识别故障极。
所述步骤(5)中，直流输电线路区内故障极识别原理为：
由文献《高压直流线路单端量暂态保护研究》可知，同杆并架的双极直流线路间的耦合系数随信号频率的变化而变化，且频率最低时，两极间的耦合系数最小。本发明利用双极直流线路间两极电压故障分量的耦合特性，提出利用两极线路电压故障分量的S变换零频带的暂态能量和的比值特征来识别故障极。
定义线路同侧保护安装处测得的极1与极2的电压突变量的S变换零频带暂态能量和WZ1和WZ2的比值为M＝WZ1/WZ2，此时，故障极的识别判据如下：
M＞kWH，此时判断极1发生故障；
M＜kWL，此时判断极2发生故障；
kWL＜M＜kWH，此时判断为极-极故障。
上述判据中，kWL和kWH为判据的固定门槛，考虑到保护的灵敏性以及上述分析，kWL的取值为0.80，kWH的取值为1.25。
理论和仿真分析表明，直流线路发生单极接地故障时，系统保护安装处测得故障极的S变换零频暂态能量和远大于健全极的S变换零频暂态能量和；由于双极直流系统的两极结构一般相同，当发生极-极故障时，两极线路同侧保护检测到的零频暂态能量和基本相同。
因此区内故障发生后，当线路保护安装处检测到的M大于门槛值kWH时，判断极1为故障极；当M小于门槛值kWL时，则判断极2为故障极；当M在二者之间时，判断为极-极故障。
所述步骤(3)、(4)和(5)中，系统整流侧的保护安装处对于区内、外故障、雷击干扰以及故障极的识别流程为：
如图5所示，启动判据启动后，由保护安装处首先完成对两极电压故障分量的数据采样，并进行线模变换得到5ms线模电压分量。由区内外故障识别元件进行识别，线模电压分量经S变换后，若高低频暂态能量和的比值λ<2，则系统判别为区外故障，保护不动作；若高低频暂态能量和的比值λ>2，系统判别为区内扰动，并由雷击识别元件进行进一步识别。同样利用该线模电压分量进行S变换求k值，若k>20，说明该区内扰动为雷击干扰，保护不动作，若k<20，说明该区内扰动为区内故障，并由故障极识别元件识别故障极，进而保护动作。
利用PSCAD构建输电线路仿真模型，对所提方法进行仿真验证：
1)建立模型
仿真模型根据±800kV溪洛渡—浙西特高压直流输电线路实际参数，利用PSCAD搭建了双极直流输电系统仿真模型，如图5所示。其中，整流站与逆变站均采用双12脉波换流阀；线路采用依频模型，6分裂，输送容量为7500MW，直流线路全长约1728km。
如图6所示，在模型中设置不同位置的直流线路区内外故障以及雷击，以测试所提保护的性能。本发明采样频率为100kHz，S变换的数据窗为5ms，保护位于整流侧。
2)区内故障仿真
a、保护安装出口处极-地故障。在距整流站5km处设置正极接地故障F1，即极1接地故障，过渡电阻考虑了0.01，100，300Ω三种情况。仿真结果如表1所示，其中λ＝WH/WL。
由表1数据可知，三种过渡电阻状态下区内外故障的识别判据λ均大于门槛值2，判断为区内发生大的扰动；雷击识别判据k均小于门槛值20，即判断为区内故障；故障极识别判据M均大于门槛值kWH，则均判断为极1发生故障。综合三个判据的结果可得出结论，区内极1发生故障，判别结果准确。
表1F1点故障时保护安装处的仿真结果
b、直流线路末端极-地故障。在距逆变站5km处设置负极接地故障F2，即极2接地故障，过渡电阻仍考虑0.01，100，300Ω。仿真结果如表2所示。
表2F2点故障时保护安装处的仿真结果
由表2数据可知，三种过渡电阻状态下区内外故障的识别判据λ均大于门槛值2；雷击识别判据k均小于门槛值20；故障极识别判据M均小于门槛值kWL。由结果可知，在直流线路末端发生极-地故障时，三种过渡电阻条件下判别结果均为区内极2故障，判别结果准确。
c、直流线路极-极故障。在直流线路中点处设置极-极故障F3，过渡电阻为0.01Ω。仿真结果见表3。
由表3数据可知，区内外故障识别判据和雷击识别判据可判断为区内故障；故障极识别判据M在kWL和kWH之间，判断为极-极故障，判别结果准确。
表3F3点故障时保护安装处的仿真结果
d、区内故障影响因素分析。设置负极线路(极2)区内故障，综合考察不同故障距离、不同过渡电阻对保护判据的影响。故障条件及仿真结果见表4。
表4负极线路故障时保护安装处的仿真结果
由表4数据可知：①在不同故障距离、不同过渡电阻的情况下，λ、k和M三个判据均在正确的判别区域内，区内外故障识别元件、雷击干扰识别元件和故障极识别元件均能做出正确判断；②对于同一类型的故障，不同过渡电阻下计算得出的S变换暂态能量和不同，但其对应的比值判据不受影响。
3)雷击干扰与雷击故障仿真
在正极直流输电线路的末端F4距逆变站5km处设置不同初始条件下的雷击干扰和雷击故障，其中，雷击故障的过渡电阻为300Ω。保护安装处的计算结果如表5所示。
表5F4点雷击干扰与雷击故障时保护安装处的仿真结果
由表5数据可知，在不同雷电流的干扰下，区内外故障识别元件正确识别为区内扰动，雷击识别判据均大于门槛值20，均能正确识别为雷击干扰，保护不动作；若雷击线路引起故障，经区内外故障识别元件、雷击识别元件和故障极识别元件判断后，结果为区内极1故障，判别结果准确。
4)区外故障仿真
a、平波电抗器外侧接地故障。在整流侧正极平波电抗器外侧与换流站之间F5处设置不同过渡电阻下的接地故障，仿真结果如表6所示。
表6F5点故障时保护安装处的仿真结果
过渡电阻/Ω WH/V WL/V λ 结果
0.01 3.1×105 2.3×105 1.3 区外故障/不动作
100 1.2×105 1.1×105 1.1 区外故障/不动作
300 5.1×104 5.5×105 0.9 区外故障/不动作
由上述分析可知，故障点位于平波电抗器外侧时，故障行波经直流线路边界到达保护安装处，因此高频分量发生了大幅衰减，由表6数据可得，区内外故障识别判据λ均小于门槛值2，判别结果为区外故障，保护不动作，符合上述理论分析。
b、交流系统故障。在逆变侧交流系统母线F6处设置不同类型的故障，仿真结果如表7所示。
表7F6点故障时保护安装处的仿真结果
故障类型 WH/V WL/V λ 结果
ABC 5.3×105 3.6×105 1.4 区外故障/不动作
Ag 3.7×105 2.2×105 1.7 区外故障/不动作
AC 4.7×104 2.7×105 1.7 区外故障/不动作
BCg 3.6×105 2.2×105 1.7 区外故障/不动作
由表7数据可知，对于发生在交流系统的各种故障类型，区内外故障识别判据均能正确识别区外故障，判别结果准确。
本发明通过对直流输电线路边界高频滤波特性的分析，提出一种利用S变换提取线模电压的高低频分量，进而构造S变换暂态能量和比值判据以准确识别直流线路区内外故障。通过对比雷击干扰、短路故障以及雷击故障对故障分量特定频带的影响差异特征，利用S变换提取线模电压特定频段下的S变换暂态能量和，进而构造雷击干扰识别判据，从而识别雷击干扰。利用不同频率对双极直流输电系统耦合系数的影响，提出利用S变换提取两极电压故障分量零频暂态能量和比值的方法，有效识别故障极。仿真结果表明，本发明所提方法不受雷击干扰、过渡电阻以及故障距离等因素的影响，数据窗较短，可在线路单端实现直流输电线路的全线速动保护。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种基于S变换的高压直流输电线路单端量保护方法，其特征是：包括以下步骤：
(1)实时采集与直流输电线路各极相连的保护元件处的电压，进行滤波处理；
(2)提取故障后时间窗内的电压故障分量，并计算得到线模电压分量；
(3)对线模电压分量进行S变换，得到其复时频S矩阵，并分别计算预设频域内高频分量的S变换暂态能量和以及低频分量的S变换暂态能量和，将高、低频分量的暂态能量和的比值与门槛值作比较，对区内外故障进行识别；
(4)若判断为区内扰动，利用线模电压分量的复时频S矩阵，计算不同频段的S变换暂态能量和，求取两者的比值，将其与雷击干扰识别判据作比较，判断所述区内扰动为雷击干扰或区内故障；
(5)若识别为区内故障，将两极电压故障分量进行S变换，分别求得线路两极的S变换零频暂态能量和以及两者的比值，通过与门槛值的比较，从而识别故障极。
2.如权利要求1所述的一种基于S变换的高压直流输电线路单端量保护方法，其特征是：所述步骤(1)中，利用整流侧保护安装处实时采集与直流输电线路各极相连的保护元件处的电压。
3.如权利要求1所述的一种基于S变换的高压直流输电线路单端量保护方法，其特征是：所述步骤(2)中，时间窗设置为5ms，采样频率为100kHz。
4.如权利要求1所述的一种基于S变换的高压直流输电线路单端量保护方法，其特征是：所述步骤(3)中，高频分量的预设频域范围为3kHz以上。
5.如权利要求1所述的一种基于S变换的高压直流输电线路单端量保护方法，其特征是：所述步骤(3)、步骤(4)、步骤(5)中，各个S变换暂态能量之和的计算方法具体为：相应频域范围内复时频S矩阵中的每个元素经过求模值得到的模矩阵之和。
6.如权利要求1所述的一种基于S变换的高压直流输电线路单端量保护方法，其特征是：所述步骤(3)中，低频分量的频域范围为[100Hz，500Hz]。
7.如权利要求1所述的一种基于S变换的高压直流输电线路单端量保护方法，其特征是：所述步骤(3)中，若高、低频分量的暂态能量和的比值大于门槛值，表明暂态电压行波中的高频分量没有通过直流线路边界，即判定为直流线路区内故障或扰动，并由雷击识别元件进行后续判断；若保护安装处测得的高、低频分量的暂态能量和的比值小于门槛值，表明暂态电压行波中的高频分量经过了边界的阻隔，判定为区外故障。
8.如权利要求1所述的一种基于S变换的高压直流输电线路单端量保护方法，其特征是：所述步骤(4)中，分别求取100Hz以下频段的S变换暂态能量和以及200Hz以上频段的S变换暂态能量和。
9.如权利要求1所述的一种基于S变换的高压直流输电线路单端量保护方法，其特征是：所述步骤(4)中，当系统判定为内部扰动后，若不同频段的S变换暂态能量和的比值大于设定门槛，则为雷击干扰，保护不动作；反之，则为区内故障，并由故障极识别元件识别故障极。
10.如权利要求1所述的一种基于S变换的高压直流输电线路单端量保护方法，其特征是：所述步骤(5)中，定义线路同侧保护安装处测得的极1与极2的电压突变量的S变换零频带暂态能量和比值为M，此时，故障极的识别判据如下：
M＞kWH，此时判断极1发生故障；
M＜kWL，此时判断极2发生故障；
kWL＜M＜kWH，此时判断为极-极故障，其中，kWL和kWH为判据的固定门槛。
CN201610334915.5A 2016-05-19 2016-05-19 一种基于s变换的高压直流输电线路单端量保护方法 Pending CN105790239A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610334915.5A CN105790239A (zh) 2016-05-19 2016-05-19 一种基于s变换的高压直流输电线路单端量保护方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610334915.5A CN105790239A (zh) 2016-05-19 2016-05-19 一种基于s变换的高压直流输电线路单端量保护方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN105790239A true CN105790239A (zh) 2016-07-20

Family

ID=56380098

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610334915.5A Pending CN105790239A (zh) 2016-05-19 2016-05-19 一种基于s变换的高压直流输电线路单端量保护方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105790239A (zh)

Cited By (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106253240A (zh) * 2016-07-27 2016-12-21 天津大学 基于边界特性的多端柔性直流电网系统单端量保护方法
CN109119977A (zh) * 2018-09-20 2019-01-01 山东大学 基于单端电压的多端柔性直流电网直流线路快速保护方法及系统
CN109149532A (zh) * 2018-07-16 2019-01-04 西安交通大学 利用扼流圈构造线路边界的单端电气量全线速动保护方法
CN109888744A (zh) * 2019-03-04 2019-06-14 华北电力大学（保定） 一种高压直流输电线路的保护方法
CN111077407A (zh) * 2019-12-19 2020-04-28 河海大学 一种基于广义s变换暂态能量的小电流接地故障选线方法
CN111812453A (zh) * 2020-06-23 2020-10-23 华南理工大学 高压直流输电线路单端量保护方法、系统及存储介质
CN112003253A (zh) * 2020-08-19 2020-11-27 西安交通大学 一种配电网边界保护方法
CN112147460A (zh) * 2020-09-04 2020-12-29 国电南瑞科技股份有限公司 混合直流输电线路保护方法、系统及其存储介质
CN112345885A (zh) * 2020-11-05 2021-02-09 国网江苏省电力有限公司盐城供电分公司 一种高压直流输电线路故障检测方法
CN112731060A (zh) * 2020-12-24 2021-04-30 西安理工大学 一种高压架空-电缆混合线路自适应重合闸方法
CN112881855A (zh) * 2021-01-11 2021-06-01 许昌许继软件技术有限公司 基于广义s变换的高压直流输电线路雷击干扰识别方法
CN113471940A (zh) * 2021-07-02 2021-10-01 天津大学 基于电压高低频比值差异的mmc-hvdc保护方法
CN114465211A (zh) * 2022-02-17 2022-05-10 山东大学 基于平波电感电压首波时间的柔直线路保护方法及系统
CN115201637A (zh) * 2022-08-04 2022-10-18 云南电网有限责任公司电力科学研究院 供电牵引网线路故障判别方法、装置、设备及介质
CN117277234A (zh) * 2023-08-29 2023-12-22 天津大学 适用于并联型多端高压直流输电系统的单端量保护方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002199580A (ja) * 2001-12-18 2002-07-12 Nishimu Electronics Industries Co Ltd 送電線故障監視装置
CN101964515A (zh) * 2010-08-27 2011-02-02 昆明理工大学 特高压直流输电线路线模电压s变换的边界元件方法
CN101975910A (zh) * 2010-09-07 2011-02-16 昆明理工大学 一种特高压直流输电线路故障智能分类与测距方法
CN104410053A (zh) * 2014-11-03 2015-03-11 许继集团有限公司 一种直流输电系统行波保护方法
CN105098738A (zh) * 2015-09-08 2015-11-25 山东大学 一种基于s变换的高压直流输电线路纵联保护方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002199580A (ja) * 2001-12-18 2002-07-12 Nishimu Electronics Industries Co Ltd 送電線故障監視装置
CN101964515A (zh) * 2010-08-27 2011-02-02 昆明理工大学 特高压直流输电线路线模电压s变换的边界元件方法
CN101975910A (zh) * 2010-09-07 2011-02-16 昆明理工大学 一种特高压直流输电线路故障智能分类与测距方法
CN104410053A (zh) * 2014-11-03 2015-03-11 许继集团有限公司 一种直流输电系统行波保护方法
CN105098738A (zh) * 2015-09-08 2015-11-25 山东大学 一种基于s变换的高压直流输电线路纵联保护方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
杨栋: "基于S变换的超高压输电线路暂态信号识别方法", 《广西电力》 *

Cited By (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106253240B (zh) * 2016-07-27 2019-01-11 天津大学 基于边界特性的多端柔性直流电网系统单端量保护方法
CN106253240A (zh) * 2016-07-27 2016-12-21 天津大学 基于边界特性的多端柔性直流电网系统单端量保护方法
CN109149532A (zh) * 2018-07-16 2019-01-04 西安交通大学 利用扼流圈构造线路边界的单端电气量全线速动保护方法
CN109149532B (zh) * 2018-07-16 2020-03-13 西安交通大学 利用扼流圈构造线路边界的单端电气量全线速动保护方法
CN109119977A (zh) * 2018-09-20 2019-01-01 山东大学 基于单端电压的多端柔性直流电网直流线路快速保护方法及系统
CN109119977B (zh) * 2018-09-20 2019-07-23 山东大学 基于单端电压的多端柔性直流电网直流线路快速保护方法及系统
CN109888744A (zh) * 2019-03-04 2019-06-14 华北电力大学（保定） 一种高压直流输电线路的保护方法
CN111077407A (zh) * 2019-12-19 2020-04-28 河海大学 一种基于广义s变换暂态能量的小电流接地故障选线方法
CN111812453A (zh) * 2020-06-23 2020-10-23 华南理工大学 高压直流输电线路单端量保护方法、系统及存储介质
CN112003253B (zh) * 2020-08-19 2021-08-13 西安交通大学 一种配电网边界保护方法
CN112003253A (zh) * 2020-08-19 2020-11-27 西安交通大学 一种配电网边界保护方法
CN112147460A (zh) * 2020-09-04 2020-12-29 国电南瑞科技股份有限公司 混合直流输电线路保护方法、系统及其存储介质
CN112147460B (zh) * 2020-09-04 2024-04-26 国电南瑞科技股份有限公司 混合直流输电线路保护方法、系统及其存储介质
CN112345885A (zh) * 2020-11-05 2021-02-09 国网江苏省电力有限公司盐城供电分公司 一种高压直流输电线路故障检测方法
CN112731060A (zh) * 2020-12-24 2021-04-30 西安理工大学 一种高压架空-电缆混合线路自适应重合闸方法
CN112881855A (zh) * 2021-01-11 2021-06-01 许昌许继软件技术有限公司 基于广义s变换的高压直流输电线路雷击干扰识别方法
CN112881855B (zh) * 2021-01-11 2024-02-06 许昌许继软件技术有限公司 基于广义s变换的高压直流输电线路雷击干扰识别方法
CN113471940A (zh) * 2021-07-02 2021-10-01 天津大学 基于电压高低频比值差异的mmc-hvdc保护方法
CN114465211A (zh) * 2022-02-17 2022-05-10 山东大学 基于平波电感电压首波时间的柔直线路保护方法及系统
CN114465211B (zh) * 2022-02-17 2022-11-18 山东大学 基于平波电感电压首波时间的柔直线路保护方法及系统
CN115201637A (zh) * 2022-08-04 2022-10-18 云南电网有限责任公司电力科学研究院 供电牵引网线路故障判别方法、装置、设备及介质
CN117277234A (zh) * 2023-08-29 2023-12-22 天津大学 适用于并联型多端高压直流输电系统的单端量保护方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105790239A (zh) 一种基于s变换的高压直流输电线路单端量保护方法
CN108054736B (zh) 一种基于电压极波的多端柔性直流电网直流线路保护方法
CN105098738B (zh) 一种基于s变换的高压直流输电线路纵联保护方法
CN107979075B (zh) 一种多端柔性直流电网直流线路单端量保护方法
CN104391224B (zh) 一种基于瞬时幅值变化的配电网故障数据自同步方法
CN102590654B (zh) 一种直流输电线路故障极判别元件及判别方法
CN108599114B (zh) 一种高压交直流混联系统交流线路暂态方向保护方法
CN109669095B (zh) 一种中性点不接地系统单相接地故障选线方法
CN109217267B (zh) 基于限流电感电压极性的多端柔性直流电网纵联保护方法及系统
CN103529358B (zh) 用电流信息检测中压配电系统持续性高阻接地故障的方法
CN104297629A (zh) 含分布式电源的配电网的区段故障检测与定位方法
CN108896869A (zh) 一种基于s变换的高压直流输电线路雷击干扰识别方法
CN107179466A (zh) 小电流接地系统的单相接地故障选线方法
CN104466922B (zh) 一种电流极性比较式快速母线保护方法
CN105811383A (zh) 一种新型微电网正序阻抗差动保护方法
CN103364684B (zh) 一种基于小波分析的故障选线方法
Qin et al. A novel distance protection scheme for HVDC lines based on RL model
CN103439633A (zh) 一种小电流接地故障选线装置
CN104242262B (zh) 一种基于故障分量均值积的快速母线保护方法
CN109975657A (zh) 基于差动特征值的小电流接地系统单相接地故障选线方法
CN102013671A (zh) 暂态行波幅值积分式超高速母线保护系统及其方法
CN108226709A (zh) 一种小电流接地综合选线方法
CN113300336B (zh) 一种新型高压直流输电线路保护方法
CN104297628A (zh) 含dg的配电网的区段故障检测与定位方法
CN105138843A (zh) 电力系统采样飞点检测及其修复方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20160720

RJ01 Rejection of invention patent application after publication