CN109193577A - 一种改进的高压直流输电线路行波保护方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种改进的高压直流输电线路行波保护方法，针对高压直流输电线路易发生瞬态故障问题，通过改进的线路行波保护方法，进而提高整个高压直流输电系统的稳定性。所述保护方法主要包括以下步骤：对直流系统两极实时采集电压、电流波动信号，并消除信号杂质；通过计算机处理分析采集到电量信号，当数据达到启动阈值时，启动故障识别单元；故障识别单元基于改进的故障参数标准，从而分析辨识故障类型。本方法能够克服传统行波保护在故障阻值较高和故障距离较长时难以区分内、外故障的问题。检测精度更高，为后续的故障控制、清除提供可靠的保护动作依据。

Description

一种改进的高压直流输电线路行波保护方法
技术领域
本发明涉及高压直流输电线路一种改进的行波保护方法，属于电力系统继电保护技术领域。
背景技术
高压直流输电以其传输功率大、线路造价低、控制性能好等优点，在远距离、大功率输电中占有越来越重要的地位，尤其是被广泛应用于长距离大容量输电。近年来在我国也因“西电东送，南北互供，全国联网”的原因，国家大力发展特高压，使得高压直流输电成为电力建设的热点。高压直流输电线路作为大区域联网的联络线及大功率传输线，它的安全性与可靠性不仅关系到本系统的稳定性，而且直接影响与其连接的区域电网甚至整个电网的稳定运行。但是由于高压直流输电线路面临不可预测的恶劣环境，故障率高于任何其他HVDC组件，且线路的继电保护装置普遍存在着可靠性不高、易勿动等问题，对电网的稳定运行造成了严重的影响。大多数直流线路故障是瞬态故障，故障检测后，高压直流系统启动直流故障恢复序列(DFRS)以清除故障，然后在合适的去电离时间后恢复供电。因此直流输电线路保护必须及时正确的检测线路故障，避免不必要的停电，这对提高高压直流输电系统安全稳定运行起着重要作用。
目前针对高压直流输电线路的保护主要采用行波保护(TWP)，当直流线路发生故障时，会导致故障线路的电压迅速降低至低电平，TWP利用这种电压变化率来检测故障。但是传统的行波保护方法易受到故障阻值和故障距离的影响，在故障阻值较高和故障距离较长时不易区分内、外故障，因此限制了其保护性能。
发明内容
本发明目的在于克服传统的高压直流输电线路行波保护方法的不足，提出一种改进的高压直流输电线路行波保护方法。该方法实时监测直流系统两极的电压、电流波动信号，当发生线路故障时，及时有效的判断故障来源以及故障类型，为后续的故障控制、清除提供可靠的保护动作依据。
本发明所采用的技术方案是：对直流系统两极实时采集电压、电流波动信号，并消除信号杂质；通过计算机处理分析采集到电量信号，当数据达到启动阈值时，启动故障识别单元；故障识别单元基于改进的故障参数标准，从而分析辨识故障类型。
附图说明
附图1是双极两端直流系统故障电路图；
附图2是改进的高压直流输电线路行波保护方法流程图；
附图3是不同故障电阻Rf下的内外故障瞬态电压波形图；
附图4是不同故障距离下的内部故障UVF波形图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施过程对本发明作进一步描述。
首先参见图1，传统的TWP装置安装在整流器侧的点M和M'以及逆变器侧的点N和N'上。以整流器侧正极保护为例，f1是直流线路故障，f2是整流器侧线路故障，f3是逆变器侧线路故障。f1属于内部故障，f2、f3属于外部故障。本方法主要讨论区分故障f1、f2和f3。
参见图2，本发明所述的改进的高压直流输电线路行波保护方法包括以下步骤：
(1)实时采集直流系统两极线路的瞬时电压u(a)、u(b)信号和瞬时电流i(a)、i(b)信号，并通过LC滤波电路消除信号杂质，最后输送到计算机处理中心进行数据分析；
(2)当数据信号满足时，启动故障识别单元。其中X表示第X个采样点，Δsu的值与参考电压Uref有关，其值表示为Δsu＝0.1Uref，Uiw0和Uiw1表示地模和线模分量入射波电压，其值大小为其中Z表示浪涌阻抗，其值为最大突变电压与最大突变电流的比值。Δu表示线电压变化量，Δi表示线电流变化量。
(3)外部故障识别单元用以辨识内外故障，外部故障识别的参数标准为：
NVCR(UVF)＞ΔNVCR，当参数满足此标准为外部故障，否则为内部故障。式中NVCR(UVF)表示为虚拟故障点的标准化电压变化率。NVCR(UVF)＝max(d(k·ΔU)/dt)/max(k·ΔU)。正极保护时k＝-1，负极保护时k＝1。UVF＝[UVF(XS)UVF(XS+1)…UVF(XS+XE-1)]T，其中UVF(X)表示第X个采样点的虚拟故障点电压(虚拟故障点一般设置在线路的末端，例如在M/M'点安装TWP时，则虚拟故障点设置在N/N'处)。ΔNVCR＝KrelNVCR(ΔUa-ex)，Krel为可靠系数，其值在0.2-0.3之间，ΔUa-ex为不同故障电阻所对应的的线路故障瞬态电压变化量。
(4)检测为外部故障时，再通过故障方向识别单元来区分整流器侧线路故障f2与逆变器侧线路故障f3，整流器侧线路故障f2识别的参数标准为：ΔIa≥KcIrated；逆变器侧线路故障f3识别的参数标准为：ΔIa≤-KcIrated，ΔIa其中是线路电流的变化量，Irated是线路额定电流，Kc是电流变化系数，其值Kc＝0.1。
参见图3，可知内部故障波形可看作不同故障电阻值Rf的阶跃波，而外部故障波形总呈现一个倾斜的前波。NVCR(UVF)本质为虚拟故障点最大电压变化率与最大电压变化量的比值，无论Rf大小如何，内部故障NVCR(UVF)值为1，外部故障NVCR(UVF)值远小于1。因此，NVCR(UVF)受Rf的影响很小，用该标准识别内外故障时也就不易受Rf的影响。
参见图4，可知虚拟故障点电压虽然在输电线路中经折/反射，使得电压幅值有所衰减，但其仍然保存了明显的突变前波信号，有利于故障信号的辨识，用该标准识别内外故障时也就不易受故障距离的影响。
本发明提出的改进的高压直流输电线路行波保护方法，能够及时有效的判断线路故障来源以及故障类型，为后续的故障控制、清除提供可靠的保护动作依据。

Claims (2)

1.一种改进的高压直流输电线路行波保护方法，其特征在于：通过采集直流系统两极的电压、电流波动信号，并进行数据分析。当数据达到启动阈值时，启动外部故障识别单元和故障方向识别单元进行故障识别。其保护不易受故障阻值和故障距离的影响，从而有效、准确的辨识故障类型，为后续的故障控制、清除提供可靠的保护动作依据。
2.根据权利要求1，一种改进的高压直流输电线路行波保护方法，该方法采用模块化设计，主要由以下三部分组成：直流系统两极电量信号采集模块、数据分析启动模块和故障识别模块。其中直流系统两极电量信号采集模块主要包括原始信号采集、滤波电路。原始信号采集模块通过传感器从直流系统两极线路中实时采集电压、电流波动信息，然后使用LC滤波电路消除信号中的杂质；数据分析启动模块用以接收采集模块传输来的实时电压、电流波动信息，在计算机中处理分析，当数据值达到启动阈值时，启动故障识别单元；故障识别单元主要包括外部故障识别单元和故障方向识别单元，改进的故障参数标准不易受故障阻值和故障距离的影响，所以能够在故障阻值较高和故障距离较长时有效区分内、外故障，并可以通过故障方向识别单元辨识出整流器侧与逆变器侧线路故障。
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