CN107666150B - 架空线柔性直流电网中直流线路故障快速保护方法和装置 - Google Patents

架空线柔性直流电网中直流线路故障快速保护方法和装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种架空线柔性直流电网中直流线路故障快速保护方法和装置，通过引入直流欠压保护、直流电压行波保护和直流电流行波保护等保护构成多重保护判据，提升了快速保护算法的可靠性；并采用小波变换来增强保护算法的过渡电阻耐受能力和噪声抗干扰能力。此外，为了进一步压缩保护时间，采用雷击干扰与故障保护判别并行处理方式，适用于任意端点数的直流电网，不会因直流电网线路结构的复杂化、换流器类型的改变以及直流电压等级的改变而降低其适用性。

Description

架空线柔性直流电网中直流线路故障快速保护方法和装置
技术领域
本发明涉及电力系统柔性直流电网技术领域，具体涉及一种架空线柔性直流电网中直流线路故障快速保护方法和装置。
背景技术
随着化石能源的日益枯竭和环境承载能力的日益增加，世界各国已逐步调整再生能源在以传统化石能源为主的能源结构中的比例。风力和光伏发电是可再生能源开发和利用的主要形式，我国可再生电力能源大多位于远离中东部负荷聚集的西部、北部等地区，如青藏高原柴达木地区的风电、光伏等。同时，鉴于这些地区的可再生能源发电系统具有区域分散性的特点，所以通常以“风火打捆”方式送出来消除可再生能源发电对电网稳定性的影响，这种交流消纳方式存在着火电配比和建设难度大等局限性，使得这些地区大规模开发和有效利用可再生能源陷入困境。
基于柔性直流输电技术的柔性直流电网(以下简称“直流电网”)由大量直流端以直流形式互联组成的能量传输系统，国际大电网会议(CIGRE)组织对于直流电网的定义为由多个网状和辐射状联接的变换器组成的直流网络。直流电网中直流线路间可自由连接，互为冗余，并可实现多电源供电、多落点受电，为多种形式的大规模可再生能源发电的广域互联和送出消纳提供了一个高效传输平台，实现了能源资源在广域大范围内的互补优化配置、高比例的可再生能源电力的可靠接入以及对现有电力系统运行稳定性的提升，是解决电网薄弱导致的大规模可再生能源汇集与送出困难问题的有效技术手段，具有广泛应用前景。
直流电网与交流电网的显著区别在于其“低阻尼”特性。这种“低阻尼”特性在便于直流电网功率灵活控制与快速转移的同时也带来了一定的问题。其中最值得关切的问题之一即直流故障影响范围显著增大。事实上，一旦发生双极短路故障，会在几十个毫秒内扩散到整个直流系统，快速上升的过电流或过电压会造成换流阀、直流断路器等设备出现瞬时过应力，影响设备正常运行甚至危机设备安全。以500kV直流系统为例，故障发生0.5ms后距故障点100km的换流器的桥臂电流急剧增加，其电流上升率可达3kA/ms，峰值电流可达30kA。
同时，从输电距离、电压等级等技术问题以及由此带来的成本的角度考虑，架空线输电仍然将是未来直流电网构建的主要形式。然而，架空线输电方式必然会导致直流电网线路故障概率的显著增加，据估计，到2008年，国家电网公司所属的直流输电系统因直流线路故障引起系统的单双极闭锁高达44％，由此说明直流线路故障已在直流输电系统故障中占有的比例相当惊人。对于直流电网而言，由于冗余线路的存在，可以预见直流线路故障概率所占比例将进一步增加，直流电网线路保护的需求日益强烈。
国内外学者针对直流电网线路故障保护的问题提出了多种系统级保护方案，如Open Grid、分区保护等策略，这些系统级保护策略的实现依赖于快速可靠的线路保护策略。然而，限于目前IGBT的通流能力，若要保证故障后的系统持续不间断运行，保护系统需在3～5ms内对故障线路实现快速切除。世界上目前设计参数最高的200kV直流断路器的电流分断时间为3ms，分断电流为15kA，即便通过优化，未来直流断路器的关键部件及开断策略，其分断电流的极限时间也要2ms，这样留给继电保护装置的响应时间仅有1～3ms，现有直流线路保护技术(常规直流线路保护典型值10ms左右)显然不能满足技术需求。国内外学者还就此提出了一些保护替代方案，如采用具备故障电流闭锁能力的AC-DC、DC-DC变换器来阻断故障电流在交直流系统、不同直流系统之间的故障电流传递。但上述保护措施仅适用于小规模直流电网，其保护理念并不符合直流电网的发展方向。此外，现有的直流电网大多基于电缆输电方式，而架空线柔性直流电网的研究尚属空白。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种架空线柔性直流电网中直流线路故障快速保护方法和装置，通过引入直流欠压保护、直流电压行波保护和直流电流行波保护等保护构成多重保护判据，提升了快速保护算法的可靠性；并采用小波变换来增强保护算法的过渡电阻耐受能力和噪声抗干扰能力。此外，为了进一步压缩保护时间，采用雷击干扰与故障保护判别并行处理方式，适用于任意端点数的直流电网，不会因直流电网线路结构的复杂化、换流器类型的改变以及直流电压等级的改变而降低其适用性。
为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：
本发明提供一种架空线柔性直流电网，所述架空线柔性直流电网包括电压源换流器单元和直流架空线；
所述电压源换流器单元包括至少三个电压源换流器，所述电压源换流器两两之间通过直流架空线连接。
所述直流架空线两端分别设置线路电抗器L、直流断路器CB、高速测量装置T、快速保护装置PD。
设置在直流架空线一端的线路电抗器L、直流断路器CB、高速测量装置T依次串联，组成L-CB-T支路，所述L-CB-T支路一端连接电压源换流器，另一端连接直流架空线；
设置在直流架空线一端的快速保护装置同时连接设置在直流架空线一端的直流断路器、高速测量装置以及设置在直流架空线另一端的快速保护装置。
设置在直流架空线另一端的高速测量装置T、直流断路器CB、线路电抗器L依次串联，组成T-CB-L支路，所述T-CB-L支路一端连接直流架空线，另一端连接电压源换流器；
设置在直流架空线另一端的快速保护装置同时连接设置在直流架空线另一端的直流断路器、高速测量装置以及设置在直流架空线一端的快速保护装置。
快速保护装置主要由高速信号采集电路、硬件启动电路和高速数字处理电路等部分构成。
本发明还提供一种架空线柔性直流电网中直流线路故障快速保护方法，所述方法包括：
根据设置在直流架空线一端的高速测量装置采集直流电压和直流电流，进行主保护判别；
根据主保护判别结果进行仲裁逻辑判断，同时获取反向行波，并判别是否为雷击干扰；
确定设置在直流架空线一端的快速保护装置的输出信号。
所述主保护包括直流欠压保护、直流电压行波保护和直流电流行波保护。
判断直流欠压保护、直流电压行波保护、直流电流行波保护是否动作包括：
根据设置在直流架空线一端的高速测量装置采集的直流电压判断直流欠压保护、直流电压行波保护是否动作；
根据设置在直流架空线一端的高速测量装置采集的直流电流判断直流电流行波保护是否动作。
所述根据设置在直流架空线一端的高速测量装置采集的直流电压判断直流欠压保护是否动作包括：
将设置在直流架空线一端的高速测量装置采集的直流电压与设定的直流欠压保护定值比较，若设置在直流架空线一端的高速测量装置采集的直流电压低于设定的直流欠压保护定值，则直流欠压保护动作。
所述根据设置在直流架空线一端的高速测量装置采集的直流电压判断直流电压行波保护是否动作包括：
对设置在直流架空线一端的高速测量装置采集的直流电压进行小波变换，得到直流电压的小波变换结果，从直流电压的小波变换结果提取直流电压行波特征信息，将直流电压行波特征信息与设定的直流电压行波保护定值比较，若设置在直流架空线一端的高速测量装置采集的直流电压高于设定的直流电压行波保护定值，则直流电压行波保护动作。
所述根据设置在直流架空线一端的高速测量装置采集的直流电流判断直流电流行波保护是否动作包括：
对设置在直流架空线一端的高速测量装置采集的直流电流进行小波变换，得到直流电流的小波变换结果，从直流电流的小波变换结果提取直流电流行波特征信息，将直流电流行波特征信息与设定的直流电流行波保护定值比较，若设置在直流架空线一端的高速测量装置采集的直流电流高于设定的直流电流行波保护定值，则直流电压行波保护动作。
所述仲裁逻辑为单一要素仲裁逻辑或多要素仲裁逻辑。
所述根据主保护判别结果进行仲裁逻辑判断包括：
得到仲裁逻辑判断结果。
所述获取反向行波包括：
通过正反向行波分离获取反向行波。
所述获取反向行波与判别是否为雷击干扰之间包括：
对反向行波进行小波变换，得到反向行波的小波变换结果。
所述判别是否为雷击干扰包括：
根据反向行波的小波变换结果判别是否为雷击干扰，若是雷击干扰，则主保护无输出结果；若不是雷击干扰，则仲裁逻辑判断结果为主保护输出结果。
所述确定设置在直流架空线一端的快速保护装置的输出信号之前包括：
主保护输出结果与光纤纵联差动保护进行或逻辑判断，将判断结果作为设置在直流架空线一端的快速保护装置的跳闸请求信号，并将设置在直流架空线一端的快速保护装置的跳闸请求信号传输给设置在直流架空线另一端的快速保护装置。
所述确定设置在直流架空线一端的快速保护装置的输出信号包括：
所述设置在直流架空线一端的快速保护装置根据自身保护结果，以及设置在直流架空线另一端的快速保护装置的跳闸请求信号，确定设置在直流架空线一端的快速保护装置的输出信号。
本发明还提供一种架空线柔性直流电网中直流线路故障快速保护装置，所述装置包括：
主保护判别单元，根据设置在直流架空线一端的高速测量装置采集直流电压和直流电流，进行主保护判别，得到主保护判别结果；
仲裁逻辑单元，用于根据主保护判别结果进行仲裁逻辑判断，得到仲裁逻辑判断结果；
反向行波获取单元，用于获取反向行波；
小波变换单元，对获取的反向行波进行小波变换，得到反向行波的小波变换结果；
雷击干扰判别单元，根据反向行波的小波变换结果判别是否为雷击干扰；
输出信号确定单元，用于确定设置在直流架空线一端的快速保护装置的输出信号。
所述主保护包括直流欠压保护、直流电压行波保护和直流电流行波保护；
所述主保护判别单元包括直流欠压保护判别单元、直流电压行波保护判别单元和直流电流行波保护判别单元。
所述直流欠压保护判别单元根据设置在直流架空线一端的高速测量装置采集的直流电压判断直流欠压保护是否动作；
所述直流电压行波保护判别单元根据设置在直流架空线一端的高速测量装置采集的直流电压判断直流电压行波保护是否动作；
所述直流电流行波保护判别单元根据设置在直流架空线一端的高速测量装置采集的直流电流判断直流电流行波保护是否动作。
所述直流欠压保护判别单元根据设置在直流架空线一端的高速测量装置采集的直流电压判断直流欠压保护是否动作包括：
将设置在直流架空线一端的高速测量装置采集的直流电压与设定的直流欠压保护定值比较，若设置在直流架空线一端的高速测量装置采集的直流电压低于设定的直流欠压保护定值，则直流欠压保护动作。
所述直流电压行波保护判别单元根据设置在直流架空线一端的高速测量装置采集的直流电压判断直流电压行波保护是否动作包括：
对设置在直流架空线一端的高速测量装置采集的直流电压进行小波变换，得到直流电压的小波变换结果，从直流电压的小波变换结果提取直流电压行波特征信息，将直流电压行波特征信息与设定的直流电压行波保护定值比较，若设置在直流架空线一端的高速测量装置采集的直流电压高于设定的直流电压行波保护定值，则直流电压行波保护动作。
所述直流电流行波保护判别单元根据设置在直流架空线一端的高速测量装置采集的直流电流判断直流电流行波保护是否动作包括：
对设置在直流架空线一端的高速测量装置采集的直流电流进行小波变换，得到直流电流的小波变换结果，从直流电流的小波变换结果提取直流电流行波特征信息，将直流电流行波特征信息与设定的直流电流行波保护定值比较，若设置在直流架空线一端的高速测量装置采集的直流电流高于设定的直流电流行波保护定值，则直流电压行波保护动作。
所述仲裁逻辑单元，用于根据主保护判别结果进行仲裁逻辑判断，得到仲裁逻辑判断结果包括：
所述仲裁逻辑为单一要素仲裁逻辑或多要素仲裁逻辑。
所述反向行波获取单元，用于获取反向行波包括：
通过正反向行波分离获取反向行波。
所述雷击干扰判别单元，根据反向行波的小波变换结果判别是否为雷击干扰，包括：
若不是雷击干扰，则仲裁逻辑判断结果为主保护输出结果。
所述输出信号确定单元，用于确定设置在直流架空线一端的快速保护装置的输出信号包括：
主保护输出结果与光纤纵联差动保护进行或逻辑判断，将判断结果作为设置在直流架空线一端的快速保护装置的跳闸请求信号，并将设置在直流架空线一端的快速保护装置的跳闸请求信号传输给设置在直流架空线另一端的快速保护装置；
设置在直流架空线第一端的快速保护装置根据自身保护结果，以及设置在直流架空线另一端的快速保护装置的跳闸请求信号，确定设置在直流架空线一端的快速保护装置的输出信号。
与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有以下有益效果：
1、本发明引入行波、欠压、突变量等保护构成多重保护判据，在实现快速保护的同时，提升了快速保护的可靠性；
2、本发明采用小波变换，增强了保护算法的过渡电阻耐受能力和噪声抗干扰能力，且采用了雷击干扰与故障保护判别并行处理方式，进一步压缩保护时间；
4、设置在直流架空线一端的快速保护装置向设置在直流架空线另一端的快速保护装置发请求跳闸，可避免出现因过渡电阻大导致设置在直流架空线另一端的快速保护装置无直流断路器跳闸信号输出的现象；
5、各线路以及同侧正负极线的保护相对独立，对于对称双极、对称单极直流电网拓扑均适用；
6、保护方法可扩展至更大规模的架空线柔性直流电网，不会因直流电网线路结构的复杂化、换流器类型的改变以及直流电压等级的改变而降低其适用性。
附图说明
图1是本发明实施例中架空线柔性直流电网结构图；
图2是本发明实施例中架空线柔性直流电网中直流线路故障快速保护方法流程图；
图3是本发明实施例中架空线柔性直流电网中直流线路故障快速保护方法中主保护流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
直流电网线路保护研究依然将围绕如何快速地检测、识别故障，及时触发直流断路器，实现故障点快速隔离与系统恢复。与现有常规直流线路保护类似，基于初始行波、暂态电压电流的单端电气量保护将是实现快速、甚至超高速保护的首先方案，但考虑到架空线直流电网波过程较为复杂，故障初始行波的判断需要解决好故障行波区内区外判别、雷电波与故障行波的区分问题。故障行波的区分通过借助线路电抗器来增加其边界特性，降低区分难度；雷电波与故障行波的区分可通过对比初始波形的差异来实现。此外，行波保护、低电压保护、突变量保护等构成的多重保护判据可进一步提升保护策略的可靠性。
本发明提供一种架空线柔性直流电网，如图1，所述架空线柔性直流电网包括电压源换流器和直流架空线；
所述电压源换流器包括电压源换流器VSC1、VSC2、VSC3、VSC4；
所述直流架空线包括直流架空线OL12、OL31、OL34、OL24；
所述电压源换流器VSC1与电压源换流器VSC2之间、电压源换流器VSC1与电压源换流器VSC3之间、电压源换流器VSC3与电压源换流器VSC4之间、电压源换流器VSC2与电压源换流器VSC4之间分别通过直流架空线OL12、OL31、OL34、OL24连接，形成口字型电网。
所述架空线柔性直流电网还包括：与电压源换流器对应的正极母线和负极母线；
所述正极母线包括与电压源换流器VSC1、VSC2、VSC3、VSC4分别对应的正极母线B1p、B2p、B3p、B4p；
所述负极母线包括与电压源换流器VSC1、VSC2、VSC3、VSC4分别对应的负极母线B1n、B2n、B3n、B4n。
所述直流架空线OL12包括正极直流架空线OL12p和负极直流架空线OL12n；
所述直流架空线OL31包括正极直流架空线OL31p和负极直流架空线OL31n；
所述直流架空线OL34包括正极直流架空线OL34p和负极直流架空线OL34n；
所述直流架空线OL24包括正极直流架空线OL24p和负极直流架空线OL24n。
所述电压源换流器VSC1、VSC3的正极输出端分别连接正极母线B1p、B3p；
所述电压源换流器VSC1、VSC3的负极输出端分别连接正极母线B1n、B3n；
所述电压源换流器VSC2、VSC4的正极输入端分别连接正极母线B2p、B4p；
所述电压源换流器VSC2、VSC4的负极输入端分别连接正极母线B2n、B4n。
所述正极母线B1p与正极母线B2p之间、正极母线B1p与正极母线B3p之间、正极母线B3p与B4p正极母线之间、正极母线B2p与正极母线B3p之间分别通过正极直流架空线OL12p、OL31p、OL34p、OL24p连接；
所述负极母线B1n与负极母线B2n之间、负极母线B1n与负极母线B3n之间、负极母线B3n与负极母线B4n之间、负极母线B2n与负极母线B3n之间分别通过负极直流架空线OL12n、OL31n、OL34n、OL24n连接。
(1)直流架空线OL12p：
直流架空线OL12p的第一端设置：线路电抗器L12p、直流断路器CB12p、高速测量装置T12p、快速保护装置PD12p；其第二端设置：线路电抗器L21p、直流断路器CB21p、高速测量装置T21p、快速保护装置PD21p。
线路电抗器L12p的第一端通过光纤连接正极母线B1p，其第二端通过光纤连接直流断路器CB12p的第一端，直流断路器CB12p的第二端通过光纤连接高速测量装置T12p的第一端，高速测量装置T12p的第二端通过光纤连接直流架空线OL12p，直流架空线OL12p第二端通过光纤连接高速测量装置T21p的第一端，高速测量装置T21p的第二端通过光纤连接直流断路器CB21p的第一端，直流断路器CB21p的第二端通过光纤连接线路电抗器L21p的第一端，线路电抗器L21p的第二端通过光纤连接正极母线B2p。
快速保护装置PD12p通过光纤同时连接直流断路器CB12p、高速测量装置T12p、快速保护装置PD21p；快速保护装置PD21p同时连接直流断路器CB21p、高速测量装置T21p、快速保护装置PD12p。
(2)直流架空线OL12n：
直流架空线OL12n的第一端设置：线路电抗器L12n、直流断路器CB12n、高速测量装置T12n、快速保护装置PD12n；其第二端设置：线路电抗器L21n、直流断路器CB21n、高速测量装置T21n、快速保护装置PD21n。
线路电抗器L12n的第一端通过光纤连接负极母线B1n，其第二端通过光纤连接直流断路器CB12n的第一端，直流断路器CB12n的第二端通过光纤连接高速测量装置T12n的第一端，高速测量装置T12n的第二端通过光纤连接直流架空线OL12n，直流架空线OL12n的第二端通过光纤连接高速测量装置T21n的第一端，高速测量装置T21n的第二端通过光纤连接直流断路器CB21n的第一端，直流断路器CB21n的第二端通过光纤连接线路电抗器L21n的第一端，线路电抗器L21n的第二端通过光纤连接负极母线B2n。
快速保护装置PD12n通过光纤同时连接直流断路器CB12n、高速测量装置T12n、快速保护装置PD21n；快速保护装置PD21n同时连接直流断路器CB21n、高速测量装置T21n、快速保护装置PD12n。
(3)直流架空线OL31p：
直流架空线OL31p的第一端设置：线路电抗器L13p、直流断路器CB13p、高速测量装置T13p、快速保护装置PD13p；其第二端设置：线路电抗器L31p、直流断路器CB31p、高速测量装置T31p、快速保护装置PD31p。
线路电抗器L13p的第一端通过光纤连接正极母线B1p，其第二端通过光纤连接直流断路器CB13p的第一端，直流断路器CB13p的第二端通过光纤连接高速测量装置T13p的第一端，所述高速测量装置T13p的第二端通过光纤连接直流架空线OL31p，直流架空线OL31p的第二端通过光纤连接高速测量装置T31p的第一端，所述高速测量装置T31p的第二端通过光纤连接直流断路器CB31p的第一端，所述直流断路器CB31p的第二端通过光纤连接线路电抗器L31p的第一端，所述线路电抗器L31p的第二端通过光纤连接正极母线B3p。
快速保护装置PD13p通过光纤同时连接直流断路器CB13p、高速测量装置T13p、快速保护装置PD31p；快速保护装置PD31p同时连接直流断路器CB31p、高速测量装置T31p、快速保护装置PD13p。
(4)直流架空线OL31n：
直流架空线OL31n的第一端设置：线路电抗器L13n、直流断路器CB13n、高速测量装置T13n、快速保护装置PD13n；其第二端设置：线路电抗器L31n、直流断路器CB31n、高速测量装置T31n、快速保护装置PD31n。
线路电抗器L13n的第一端通过光纤连接负极母线B1n，其第二端通过光纤连接直流断路器CB13n的第一端，所述直流断路器CB13n的第二端通过光纤连接高速测量装置T13n的第一端，所述高速测量装置T13n的第二端通过光纤连接直流架空线OL31n的第一端，直流架空线OL31n的第二端通过光纤连接高速测量装置T31n的第一端，所述高速测量装置T31n的第二端通过光纤连接直流断路器CB31n的第一端，所述直流断路器CB31n的第二端通过光纤连接线路电抗器L31n的第一端，所述线路电抗器L31n的第二端通过光纤连接负极母线B3n。
快速保护装置PD13n通过光纤同时连接直流断路器CB13n、高速测量装置T13n、快速保护装置PD31n；快速保护装置PD31n同时连接直流断路器CB31n、高速测量装置T31n、快速保护装置PD13n。
(5)直流架空线OL34p：
直流架空线OL34p的第一端设置：线路电抗器L34p、直流断路器CB34p、高速测量装置T34p、快速保护装置PD34p；其第二端设置：线路电抗器L43p、直流断路器CB43p、高速测量装置T43p、快速保护装置PD43p。
线路电抗器L34p的第一端通过光纤连接正极母线B3p，其第二端通过光纤连接直流断路器CB34p的第一端，所述直流断路器CB34p的第二端通过光纤连接高速测量装置T34p的第一端，所述高速测量装置T34p的第二端通过光纤连接直流架空线OL34p的第一端，直流架空线OL34p的第二端连接高速测量装置T43p的第一端，所述高速测量装置T43p的第二端通过光纤连接直流断路器CB43p的第一端，所述直流断路器CB43p的第二端通过光纤连接线路电抗器L43p的第一端，所述线路电抗器L43p的第二端通过光纤连接正极母线B4p。
快速保护装置PD34p通过光纤同时连接直流断路器CB34p、高速测量装置T34p、快速保护装置PD43p；快速保护装置PD43p同时连接直流断路器CB43p、高速测量装置T43p、快速保护装置PD34p。
(6)直流架空线OL34n：
直流架空线OL34p的第一端设置：线路电抗器L34n、直流断路器CB34n、高速测量装置T34n、快速保护装置PD34n；其第二端设置：线路电抗器L43n、直流断路器CB43n、高速测量装置T43n、快速保护装置PD43n。
所述线路电抗器L34n的第一端通过光纤连接负极母线B3n，其第二端通过光纤连接直流断路器CB34n的第一端，所述直流断路器CB34n的第二端通过光纤连接高速测量装置T34n的第一端，所述高速测量装置T34n的第二端通过光纤连接直流架空线OL34n的第一端，直流架空线OL34n的第二端通过光纤连接高速测量装置T43n的第一端，所述高速测量装置T43n的第二端通过光纤连接直流断路器CB43n的第一端，所述直流断路器CB43n的第二端通过光纤连接线路电抗器L43n的第一端，所述线路电抗器L43n的第二端通过光纤连接负极母线B4n。
快速保护装置PD34n通过光纤同时连接直流断路器CB34n、高速测量装置T34n、快速保护装置PD43n；快速保护装置PD43n同时连接直流断路器CB43n、高速测量装置T43n、快速保护装置PD34n。
(7)直流架空线OL24p：
直流架空线OL24p的第一端设置：线路电抗器L24p、直流断路器CB24p、高速测量装置T24p、快速保护装置PD24p；其第二端设置：线路电抗器L42p、直流断路器CB42p、高速测量装置T42p、快速保护装置PD42p。
所述线路电抗器L24p的第一端通过光纤连接正极母线B2p，其第二端通过光纤连接直流断路器CB24p的第一端，所述直流断路器CB24p的第二端通过光纤连接高速测量装置T24p的第一端，所述高速测量装置T24p的第二端通过光纤连接直流架空线OL24p的第一端，直流架空线OL24p的第二端连接高速测量装置T42p的第一端，所述高速测量装置T42p的第二端通过光纤连接直流断路器CB42p的第一端，所述直流断路器CB42p的第二端通过光纤连接线路电抗器L42p的第一端，所述线路电抗器L42p的第二端通过光纤连接正极母线B4p。
快速保护装置PD24p通过光纤同时连接直流断路器CB24p、高速测量装置T24p、快速保护装置PD42p；快速保护装置PD42p同时连接直流断路器CB42p、高速测量装置T42p、快速保护装置PD24p。
(8)直流架空线OL24n：
直流架空线OL24p的第一端设置：线路电抗器L24n、直流断路器CB24n、高速测量装置T24n、快速保护装置PD24n；其第二端设置：线路电抗器L42n、直流断路器CB24n、高速测量装置T42n、快速保护装置PD42n。
线路电抗器L24n的第一端通过光纤连接负极母线B2n，其第二端通过光纤连接直流断路器CB24n的第一端，所述直流断路器CB24n的第二端通过光纤连接高速测量装置T24n的第一端，所述高速测量装置T34n的第二端通过光纤连接直流架空线OL24n的第一端，直流架空线OL24n的第二端通过光纤连接高速测量装置T42n的第一端，所述高速测量装置T42n的第二端通过光纤连接直流断路器CB42n的第一端，所述直流断路器CB42n的第二端通过光纤连接线路电抗器L42n的第一端，所述线路电抗器L42n的第二端通过光纤连接负极母线B4n。
快速保护装置PD24n通过光纤同时连接直流断路器CB24n、高速测量装置T24n、快速保护装置PD42n；快速保护装置PD42n同时连接直流断路器CB42n、高速测量装置T42n、快速保护装置PD24n。
以快速保护装置PD12p为例(如图2)，架空线柔性直流电网中直流线路故障快速保护方法包括：
根据设置在直流架空线OL12p第一端的高速测量装置T12p采集直流电压u12p和直流电流i12p，进行主保护判别；
根据主保护判别结果进行仲裁逻辑判断，同时获取反向行波，并判别是否为雷击干扰；
确定设置在直流架空线第一端的快速保护装置T12p的输出信号S12p。
如图3，所述主保护包括直流欠压保护、直流电压行波保护和直流电流行波保护。
判断直流欠压保护、直流电压行波保护、直流电流行波保护是否动作包括：
根据设置在直流架空线OL12p第一端的高速测量装置T12p采集的直流电压u12p判断直流欠压保护、直流电压行波保护是否动作；
根据设置在直流架空线OL12p第一端的高速测量装置T12p采集的直流电流i12p判断直流电流行波保护是否动作。
根据设置在直流架空线OL12p第一端的高速测量装置T12p采集的直流电压u12p判断直流欠压保护是否动作包括：
将设置在直流架空线OL12p第一端的高速测量装置T12p采集的直流电压u12p与设定的直流欠压保护定值比较，若设置在直流架空线OL12p第一端的高速测量装置T12p采集的直流电压u12p低于设定的直流欠压保护定值，则直流欠压保护动作。
所述设置在直流架空线OL12p第一端的高速测量装置T12p采集的直流电压u12p判断直流电压行波保护是否动作包括：
对设置在直流架空线OL12p第一端的高速测量装置T12p采集的直流电压u12p进行小波变换，得到直流电压的小波变换结果，从直流电压的小波变换结果提取直流电压行波特征信息，将直流电压行波特征信息与设定的直流电压行波保护定值比较，若设置在直流架空线OL12p第一端的高速测量装置T12p采集的直流电压u12p高于设定的直流电压行波保护定值，则直流电压行波保护动作。
所述根据设置在直流架空线OL12p第一端的高速测量装置T12p采集的直流电流i12p判断直流电流行波保护是否动作包括：
对设置在直流架空线OL12p第一端的高速测量装置T12p采集的直流电流i12p进行小波变换，得到直流电流的小波变换结果，从直流电流的小波变换结果提取直流电流行波特征信息，将直流电流行波特征信息与设定的直流电流行波保护定值比较，若设置在直流架空线OL12p第一端的高速测量装置T12p采集的直流电流i12p高于设定的直流电流行波保护定值，则直流电压行波保护动作。
所述仲裁逻辑为单一要素仲裁逻辑(如“三取二”、“与”逻辑等)，也可以为(含保护信号、动作时间等)多要素仲裁逻辑，可根据保护要求，通过仿真计算等方法综合分析予以确定。
所述根据主保护判别结果进行仲裁逻辑判断包括：得到仲裁逻辑判断结果。
所述获取反向行波包括：通过正反向行波分离获取反向行波。
所述获取反向行波与判别是否为雷击干扰之间包括：
对反向行波进行小波变换，得到反向行波的小波变换结果。
所述判别是否为雷击干扰包括：
根据反向行波的小波变换结果判别是否为雷击干扰，若是雷击干扰，则主保护无输出结果；若不是雷击干扰，则仲裁逻辑判断结果为主保护输出结果。
所述确定设置在直流架空线OL12p第一端的快速保护装置PD12p的输出信号S12p之前包括：
主保护输出结果与光纤纵联差动保护(需要线路两种保护装置间进行通讯，存在一定的保护延时)进行或逻辑判断，将判断结果作为设置在直流架空线OL12p第一端的快速保护装置PD12p的跳闸请求信号S12pr，并将设置在直流架空线OL12p第一端的快速保护装置PD12p的跳闸请求信号S12pr传输给设置在直流架空线OL12p第二端的快速保护装置PD21p。
所述确定设置在直流架空线OL12p第一端的快速保护装置PD12p的输出信号S12p包括：
所述设置在直流架空线OL12p第一端的快速保护装置PD12p根据自身保护结果，以及设置在直流架空线OL12p第二端的快速保护装置PD21p的跳闸请求信号S21pr，确定设置在直流架空线OL12p第一端的快速保护装置PD12p的输出信号S12p。
本发明还提供一种架空线柔性直流电网中直流线路故障快速保护装置，所述装置包括：
主保护判别单元，根据设置在直流架空线OL12p第一端的高速测量装置T12p采集直流电压u12p和直流电流i12p，进行主保护判别，得到主保护判别结果；
仲裁逻辑单元，用于根据主保护判别结果进行仲裁逻辑判断，得到仲裁逻辑判断结果；
反向行波获取单元，用于获取反向行波；
小波变换单元，对获取的反向行波进行小波变换，得到反向行波的小波变换结果；
雷击干扰判别单元，根据反向行波的小波变换结果判别是否为雷击干扰；
输出信号确定单元，用于确定设置在直流架空线OL12p第一端的快速保护装置PD12p的输出信号S12p。
所述主保护包括直流欠压保护、直流电压行波保护和直流电流行波保护；
所述主保护判别单元包括直流欠压保护判别单元、直流电压行波保护判别单元和直流电流行波保护判别单元。
所述直流欠压保护判别单元根据根据设置在直流架空线OL12p第一端的高速测量装置T12p采集直流电压u12p判断直流欠压保护是否动作；
所述直流电压行波保护判别单元根据根据设置在直流架空线OL12p第一端的高速测量装置T12p采集直流电压u12p判断直流电压行波保护是否动作；
所述直流电流行波保护判别单元根据根据设置在直流架空线OL12p第一端的高速测量装置T12p采集直流电流i12p判断直流电流行波保护是否动作。
所述直流欠压保护判别单元根据根据设置在直流架空线OL12p第一端的高速测量装置T12p采集直流电压u12p判断直流欠压保护是否动作包括：
将设置在直流架空线OL12p第一端的高速测量装置T12p采集直流电压u12p与设定的直流欠压保护定值比较，若设置在直流架空线OL12p第一端的高速测量装置T12p采集直流电压u12p低于设定的直流欠压保护定值，则直流欠压保护动作。
所述直流电压行波保护判别单元根据设置在直流架空线OL12p第一端的高速测量装置T12p采集直流电压u12p判断直流电压行波保护是否动作包括：
对设置在直流架空线OL12p第一端的高速测量装置T12p采集直流电压u12p进行小波变换，得到直流电压的小波变换结果，从直流电压的小波变换结果提取直流电压行波特征信息，将直流电压行波特征信息与设定的直流电压行波保护定值比较，若设置在直流架空线OL12p第一端的高速测量装置T12p采集直流电压u12p高于设定的直流电压行波保护定值，则直流电压行波保护动作。
所述直流电流行波保护判别单元根据设置在直流架空线OL12p第一端的高速测量装置T12p采集直流电流i12p判断直流电流行波保护是否动作包括：
对设置在直流架空线OL12p第一端的高速测量装置T12p采集直流电流i12p进行小波变换，得到直流电流的小波变换结果，从直流电流的小波变换结果提取直流电流行波特征信息，将直流电流行波特征信息与设定的直流电流行波保护定值比较，若设置在直流架空线OL12p第一端的高速测量装置T12p采集直流电流i12p高于设定的直流电流行波保护定值，则直流电压行波保护动作。
所述仲裁逻辑单元，用于根据主保护判别结果进行仲裁逻辑判断，得到仲裁逻辑判断结果包括：
所述仲裁逻辑为单一要素仲裁逻辑或多要素仲裁逻辑。
所述反向行波获取单元，用于获取反向行波包括：
通过正反向行波分离获取反向行波。
所述雷击干扰判别单元，根据反向行波的小波变换结果判别是否为雷击干扰，包括：
若不是雷击干扰，则仲裁逻辑判断结果为主保护输出结果。
所述输出信号确定单元，用于确定设置在直流架空线OL12p第一端的快速保护装置PD12p的输出信号S12p包括：
主保护输出结果与光纤纵联差动保护进行或逻辑判断，将判断结果作为设置在直流架空线OL12p第一端的快速保护装置PD12p的跳闸请求信号S12pr，并将设置在直流架空线OL12p第一端的快速保护装置PD12p的跳闸请求信号S12pr传输给设置在直流架空线OL12p第二端的快速保护装置PD21p；
设置在直流架空线OL12p第一端的快速保护装置PD12p根据自身保护结果，以及设置在直流架空线OL12p第二端的快速保护装置PD12p的跳闸请求信号S21pr，确定设置在直流架空线OL12p第一端的快速保护装置PD12p的输出信号S12p。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员参照上述实施例依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (19)

1.一种架空线柔性直流电网中直流线路故障快速保护方法，其特征在于，所述方法包括：
根据设置在直流架空线一端的高速测量装置采集直流电压和直流电流，进行主保护判别；
根据主保护判别结果进行仲裁逻辑判断，同时获取反向行波，并判别是否为雷击干扰；
确定设置在直流架空线一端的快速保护装置的输出信号；
所述主保护包括直流欠压保护、直流电压行波保护和直流电流行波保护；
判断直流欠压保护、直流电压行波保护、直流电流行波保护是否动作包括：
根据设置在直流架空线一端的高速测量装置采集的直流电压判断直流欠压保护、直流电压行波保护是否动作；
根据设置在直流架空线一端的高速测量装置采集的直流电流判断直流电流行波保护是否动作。
2.根据权利要求1所述的架空线柔性直流电网中直流线路故障快速保护方法，其特征在于，根据设置在直流架空线一端的高速测量装置采集的直流电压判断直流欠压保护是否动作包括：
将设置在直流架空线一端的高速测量装置采集的直流电压与设定的直流欠压保护定值比较，若设置在直流架空线一端的高速测量装置采集的直流电压低于设定的直流欠压保护定值，则直流欠压保护动作。
3.根据权利要求1所述的架空线柔性直流电网中直流线路故障快速保护方法，其特征在于，根据设置在直流架空线一端的高速测量装置采集的直流电压判断直流电压行波保护是否动作包括：
对设置在直流架空线一端的高速测量装置采集的直流电压进行小波变换，得到直流电压的小波变换结果，从直流电压的小波变换结果提取直流电压行波特征信息，将直流电压行波特征信息与设定的直流电压行波保护定值比较，若设置在直流架空线一端的高速测量装置采集的直流电压高于设定的直流电压行波保护定值，则直流电压行波保护动作。
4.根据权利要求1所述的架空线柔性直流电网中直流线路故障快速保护方法，其特征在于，根据设置在直流架空线一端的高速测量装置采集的直流电流判断直流电流行波保护是否动作包括：
对设置在直流架空线一端的高速测量装置采集的直流电流进行小波变换，得到直流电流的小波变换结果，从直流电流的小波变换结果提取直流电流行波特征信息，将直流电流行波特征信息与设定的直流电流行波保护定值比较，若设置在直流架空线一端的高速测量装置采集的直流电流高于设定的直流电流行波保护定值，则直流电压行波保护动作。
5.根据权利要求1所述的架空线柔性直流电网中直流线路故障快速保护方法，其特征在于，所述仲裁逻辑为单一要素仲裁逻辑或多要素仲裁逻辑。
6.根据权利要求1所述的架空线柔性直流电网中直流线路故障快速保护方法，其特征在于，所述根据主保护判别结果进行仲裁逻辑判断包括：
得到仲裁逻辑判断结果。
7.根据权利要求1所述的架空线柔性直流电网中直流线路故障快速保护方法，其特征在于，所述获取反向行波包括：
通过正反向行波分离获取反向行波。
8.根据权利要求1所述的架空线柔性直流电网中直流线路故障快速保护方法，其特征在于，所述获取反向行波与判别是否为雷击干扰之间包括：
对反向行波进行小波变换，得到反向行波的小波变换结果。
9.根据权利要求8所述的架空线柔性直流电网中直流线路故障快速保护方法，其特征在于，所述判别是否为雷击干扰包括：
根据反向行波的小波变换结果判别是否为雷击干扰，若是雷击干扰，则主保护无输出结果；若不是雷击干扰，则仲裁逻辑判断结果为主保护输出结果。
10.根据权利要求1所述的架空线柔性直流电网中直流线路故障快速保护方法，其特征在于，所述确定设置在直流架空线一端的快速保护装置的输出信号之前包括：
主保护输出结果与光纤纵联差动保护进行或逻辑判断，将判断结果作为设置在直流架空线一端的快速保护装置的跳闸请求信号，并将设置在直流架空线一端的快速保护装置的跳闸请求信号传输给设置在直流架空线另一端的快速保护装置。
11.根据权利要求10所述的架空线柔性直流电网中直流线路故障快速保护方法，其特征在于，所述确定设置在直流架空线一端的快速保护装置的输出信号包括：
所述设置在直流架空线一端的快速保护装置根据自身保护结果，以及设置在直流架空线另一端的快速保护装置的跳闸请求信号，确定设置在直流架空线一端的快速保护装置的输出信号。
12.一种架空线柔性直流电网中直流线路故障快速保护装置，其特征在于，所述装置包括：
主保护判别单元，根据设置在直流架空线一端的高速测量装置采集直流电压和直流电流，进行主保护判别，得到主保护判别结果；
仲裁逻辑单元，用于根据主保护判别结果进行仲裁逻辑判断，得到仲裁逻辑判断结果；
反向行波获取单元，用于获取反向行波；
小波变换单元，对获取的反向行波进行小波变换，得到反向行波的小波变换结果；
雷击干扰判别单元，根据反向行波的小波变换结果判别是否为雷击干扰；
输出信号确定单元，用于确定设置在直流架空线一端的快速保护装置的输出信号；
所述主保护包括直流欠压保护、直流电压行波保护和直流电流行波保护；
所述主保护判别单元包括直流欠压保护判别单元、直流电压行波保护判别单元和直流电流行波保护判别单元；
所述直流欠压保护判别单元根据设置在直流架空线一端的高速测量装置采集的直流电压判断直流欠压保护是否动作；
所述直流电压行波保护判别单元根据设置在直流架空线一端的高速测量装置采集的直流电压判断直流电压行波保护是否动作；
所述直流电流行波保护判别单元根据设置在直流架空线一端的高速测量装置采集的直流电流判断直流电流行波保护是否动作。
13.根据权利要求12所述的架空线柔性直流电网中直流线路故障快速保护装置，其特征在于，所述直流欠压保护判别单元根据设置在直流架空线一端的高速测量装置采集的直流电压判断直流欠压保护是否动作包括：将设置在直流架空线一端的高速测量装置采集的直流电压与设定的直流欠压保护定值比较，若设置在直流架空线一端的高速测量装置采集的直流电压低于设定的直流欠压保护定值，则直流欠压保护动作。
14.根据权利要求12所述的架空线柔性直流电网中直流线路故障快速保护装置，其特征在于，所述直流电压行波保护判别单元根据设置在直流架空线一端的高速测量装置采集的直流电压判断直流电压行波保护是否动作包括：
对设置在直流架空线一端的高速测量装置采集的直流电压进行小波变换，得到直流电压的小波变换结果，从直流电压的小波变换结果提取直流电压行波特征信息，将直流电压行波特征信息与设定的直流电压行波保护定值比较，若设置在直流架空线一端的高速测量装置采集的直流电压高于设定的直流电压行波保护定值，则直流电压行波保护动作。
15.根据权利要求12所述的架空线柔性直流电网中直流线路故障快速保护装置，其特征在于，所述直流电流行波保护判别单元根据设置在直流架空线一端的高速测量装置采集的直流电流判断直流电流行波保护是否动作包括：
对设置在直流架空线一端的高速测量装置采集的直流电流进行小波变换，得到直流电流的小波变换结果，从直流电流的小波变换结果提取直流电流行波特征信息，将直流电流行波特征信息与设定的直流电流行波保护定值比较，若设置在直流架空线一端的高速测量装置采集的直流电流高于设定的直流电流行波保护定值，则直流电压行波保护动作。
16.根据权利要求12所述的架空线柔性直流电网中直流线路故障快速保护装置，其特征在于，所述仲裁逻辑单元，用于根据主保护判别结果进行仲裁逻辑判断，得到仲裁逻辑判断结果包括：
所述仲裁逻辑为单一要素仲裁逻辑或多要素仲裁逻辑。
17.根据权利要求12所述的架空线柔性直流电网中直流线路故障快速保护装置，其特征在于，所述反向行波获取单元，用于获取反向行波包括：
通过正反向行波分离获取反向行波。
18.根据权利要求12所述的架空线柔性直流电网中直流线路故障快速保护装置，其特征在于，所述雷击干扰判别单元，根据反向行波的小波变换结果判别是否为雷击干扰，包括：
若不是雷击干扰，则仲裁逻辑判断结果为主保护输出结果。
19.根据权利要求18所述的架空线柔性直流电网中直流线路故障快速保护装置，其特征在于，所述输出信号确定单元，用于确定设置在直流架空线一端的快速保护装置的输出信号包括：
主保护输出结果与光纤纵联差动保护进行或逻辑判断，将判断结果作为设置在直流架空线一端的快速保护装置的跳闸请求信号，并将设置在直流架空线一端的快速保护装置的跳闸请求信号传输给设置在直流架空线另一端的快速保护装置；
设置在直流架空线一端的快速保护装置根据自身保护结果，以及设置在直流架空线另一端的快速保护装置的跳闸请求信号，确定设置在直流架空线一端的快速保护装置的输出信号。
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