CN110336254A - 一种基于电流突变量比值的高压直流线路保护方法 - Google Patents

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李小鹏
田瑞平
滕予非
吴杰
张鹏
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    • 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

Abstract

本发明公开了一种基于电流突变量比值的高压直流线路保护方法，包括以下步骤：A、信号采集与突变量的计算：采集整流侧和逆变侧的直流线路电流及直流滤波器支路电流，计算各电流的突变量；B、故障启动：若整流侧和逆变侧较大的故障启动电流大于故障启动门槛值，则判断高压直流输电系统发生了故障；C、最大电流突变量比值的计算：计算整流侧和逆变侧直流滤波器支路电流600Hz谐波分量与直流线路电流600Hz谐波分量比值的最大值kmax；D、高压直流输电线路纵联保护：判断kmax＜ε是否成立，若是，判断发生的故障为直流线路区内故障，直流线路保护动作；本发明能够快速准确识别区内、外故障，在直流线路末端高阻故障下也能正确动作，可靠性和灵敏性高。

Description

一种基于电流突变量比值的高压直流线路保护方法
技术领域
本发明涉及电力系统继电保护技术领域，具体地，涉及一种基于最大电流突变量比值的高压直流输电线路纵联保护方法。
背景技术
目前，高压直流输电线路以行波保护作为线路的主保护，以微分欠压保护、电流纵联差动保护等作为后备保护来识别直流线路上是否发生故障。其中，行波保护和微分欠压保护依据电压变化率构成保护判据，在线路发生高阻故障时，由于电压变化率不能达到定值而容易拒动。
电流纵联差动保护作为行波保护和微分欠压保护的后备保护，可以有效检测高阻故障，但差动保护为避免区外交流侧故障导致的线路分布电容充放电电流和采样值波动造成的误动，其动作速度慢，动作时间为秒级，有可能在差动保护动作前，整流侧极控中的低电压保护或最大触发角保护动作将故障极闭锁，使得差动保护常常起不到对线路的后备保护作用。
发明内容
本发明的目的是克服现有直流输电线路保护的不足之处，引入了一种基于最大电流突变量比值的高压直流输电线路纵联保护方法，该保护方法能够可靠快速地识别并动作于直流线路区内外故障，对于直流线路末端高阻故障也能快速反应。
为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案来实现：一种基于电流突变量比值的高压直流线路保护方法，包括以下步骤：
A、信号采集与突变量的计算
A1、安装在高压直流输电系统整流侧的直流线路电流互感器CTR和安装在逆变侧的直流线路电流互感器CTI采集直流线路两端电流信号分别为IR(n)与II(n)，安装在整流侧直流滤波器首端的电流互感器CTFR和逆变侧直流滤波器首端的电流互感器CTFI采集整流侧和逆变侧直流滤波器支路电流信号分别为IFR(n)与IFI(n)，其中，n表示第n个采样点；
A2、计算IR(n)、II(n)、IFR(n)与IFI(n)的突变量分别为ΔIR(n)、ΔII(n)、ΔIFR(n)与ΔIFI(n)；
B、故障启动
B1、计算整流侧启动电流和逆变侧启动电流分别为其中K为启动电流计算数据窗长；
B2、计算最大启动电流hmax＝max(hR,hI)；
B3、判断hmax＞kset是否成立，若否，则返回继续判断，若是，则判断高压直流输电系统发生了故障，并进入第C步工作；其中kset为故障启动门槛值；
C、最大电流突变量比值的计算
C1、对ΔIR(n)、ΔII(n)、ΔIFR(n)与ΔIFI(n)的数据做S变换，取ΔIR(n)、ΔII(n)、ΔIFR(n)与ΔIFI(n)在600Hz的谐波分量分别为ΔIR_600Hz(n)、ΔII_600Hz(n)、ΔIFR_600Hz(n)与ΔIFI_600Hz(n)；
C2、计算整流侧电流突变量比值和逆变侧电流突变量比值分别为 并将逆变侧电流突变量比值传输至整流侧；其中N为电流突变量比值计算数据窗长；
C3、计算最大电流突变量比值kmax＝max(kR,kI)；
D、高压直流输电线路纵联保护
判断kmax＜ε是否成立，若是，判断发生的故障为直流线路区内故障，直流线路保护动作；若否，判断发生的故障为直流线路区外故障，直流线路保护不动作；其中ε为保护门槛值。
所述第A1步的信号采集频率为10kHz；所述第B1步的启动电流计算数据窗长K＝10；所诉第C2步的电流突变量比值计算数据窗长N＝10；所述第D步的保护门槛值ε＝1.5。
本申请提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
一、本发明所需的数据窗短，不受控制系统作用的影响，可以快速准确识别直流线路区内、外故障，在线路末端高阻故障和噪声干扰下本发明的保护方法也能正确动作，可靠性和灵敏性高。
二、本发明仅需传输逆变侧电流突变量比值到整流侧，不用实时传递电压、电流采样值，对通讯速率和两端数据同步要求低，能够适应现有的通信手段。
三、较之现有的基于暂态量的区内外故障识别方法，本发明的信号采样频率更低，仅为10kHz，与实际高压直流输电系统控制保护装置的采样率相同，方便工程实施。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定；
图1为本发明所用的电流互感器分布图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在相互不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述范围内的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
实施例
请参考图1，本发明所述的一种基于电流突变量比值的高压直流线路保护方法，包括以下步骤：
A、信号采集与突变量的计算
A1、安装在高压直流输电系统整流侧的直流线路电流互感器CTR和安装在逆变侧的直流线路电流互感器CTI采集直流线路两端电流信号分别为IR(n)与II(n)，安装在整流侧直流滤波器首端的电流互感器CTFR和逆变侧直流滤波器首端的电流互感器CTFI采集整流侧和逆变侧直流滤波器支路电流信号分别为IFR(n)与IFI(n)；
A2、计算IR(n)、II(n)、IFR(n)与IFI(n)的突变量分别为ΔIR(n)、ΔII(n)、ΔIFR(n)与ΔIFI(n)；
B、故障启动
B1、计算整流侧启动电流和逆变侧启动电流分别为其中K为启动电流计算数据窗长；
B2、计算最大启动电流hmax＝max(hR,hI)；
B3、判断hmax＞kset是否成立，若否，则返回继续判断，若是，则判断高压直流输电系统发生了故障，并进入第B步工作；其中kset为故障启动门槛值；
C、最大电流突变量比值的计算
C1、对ΔIR(n)、ΔII(n)、ΔIFR(n)与ΔIFI(n)的数据做S变换，取ΔIR(n)、ΔII(n)、ΔIFR(n)与ΔIFI(n)在600Hz的谐波分量分别为ΔIR_600Hz(n)、ΔII_600Hz(n)、ΔIFR_600Hz(n)与ΔIFI_600Hz(n)；
C2、计算整流侧电流突变量比值和逆变侧电流突变量比值分别为 并将逆变侧电流突变量比值传输至整流侧；其中N为电流突变量比值计算数据窗长；
C3、计算最大电流突变量比值kmax＝max(kR,kI)；
D、高压直流输电线路纵联保护
判断kmax＜ε是否成立，若是，判断发生的故障为直流线路区内故障，直流线路保护动作；若否，判断发生的故障为直流线路区外故障，直流线路保护不动作；其中ε为保护门槛值。
所诉第A1步的信号采集频率为10kHz；所述第B1步的启动电流计算数据窗长K＝10；所诉第C2步的电流突变量比值计算数据窗长N＝10；所述第D步的保护门槛值ε＝1.5。
结合本发明方法的内容，对于某一直流输电系统模型提供以下仿真实施例：
本发明方法搭建了500kV直流输电系统仿真模型。直流线路长度为1000km。线路模型采用频率相关模型，采样频率为10kHz。
表1给出了直流线路区内故障在不同故障距离和过渡电阻下的仿真结果。
表1不同直流线路区内故障条件下仿真结果
由表1可知，发生直流线路1区内故障时，即使是距离整流侧直流线路电流互感器CTR为990km、过渡的电阻为500Ω的故障下，即直流线路末端高阻故障下，kmax也小于保护门槛值ε，即小于1.5，本发明判断发生的故障为直流线路区内故障，保护动作为“1”，即直流线路保护动作。
表2给出了整流侧区外故障和逆变侧区外故障下的仿真结果。
表2不同直流线路区外故障条件下保护算法仿真结果
由表2可知，当发生不同的直流线路区外故障时，kmax均大于1.5，本发明判断发生的故障为直流线路区外故障，保护动作为“0”，即直流线路保护不动作。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种基于电流突变量比值的高压直流线路保护方法，其特征在于，所述方法包括：
步骤A：采集直流线路两端电流信号分别为IR(n)与II(n)，采集整流侧和逆变侧直流滤波器支路电流信号分别为IFR(n)与IFI(n)；计算IR(n)、II(n)、IFR(n)与IFI(n)的突变量分别为ΔIR(n)、ΔII(n)、ΔIFR(n)与ΔIFI(n)；其中，n表示第n个采样点；
步骤B：基于步骤A计算出的直流线路电流突变量，计算整流侧启动电流和逆变侧启动电流；计算出直流线路两端的最大启动电流；判断最大启动电流是否大于故障启动门槛值，若否，则返回继续判断，若是，则判断高压直流输电系统发生故障，并进入步骤C；
步骤C：基于步骤A计算出的突变量，计算直流线路两端的最大电流突变量比值；
步骤D：基于计算出的最大电流突变量比值进行故障判断，基于判断结果对高压直流输电线路进行纵联保护。
2.根据权利要求1所述的基于电流突变量比值的高压直流线路保护方法，其特征在于，装在高压直流输电系统整流侧的直流线路电流互感器CTR和安装在逆变侧的直流线路电流互感器CTI采集直流线路两端电流信号分别为IR(n)与II(n)。
3.根据权利要求1所述的基于电流突变量比值的高压直流线路保护方法，其特征在于，安装在整流侧直流滤波器首端的电流互感器CTFR和逆变侧直流滤波器首端的电流互感器CTFI采集整流侧和逆变侧直流滤波器支路电流信号分别为IFR(n)与IRI(n)。
4.根据权利要求1所述的基于电流突变量比值的高压直流线路保护方法，其特征在于，计算整流侧启动电流和逆变侧启动电流分别为其中，K为启动电流计算数据窗长，计算直流线路两端的最大启动电流hmax＝max(hR,hI)；判断hmax＞kset是否成立，若否，则返回继续判断，若是，则判断高压直流输电系统发生故障，并进入步骤C；其中kset为故障启动门槛值。
5.根据权利要求1所述的基于电流突变量比值的高压直流线路保护方法，其特征在于，步骤C具体包括：
C1、对ΔIR(n)、ΔII(n)、ΔIFR(n)与ΔIFI(n)的数据做S变换，取ΔIR(n)、ΔII(n)、ΔIFR(n)与ΔIFI(n)在600Hz的谐波分量分别为ΔIR_600Hz(n)、ΔII_600Hz(n)、ΔIFR_600Hz(n)与ΔIFI_600Hz(n)；
C2、计算整流侧电流突变量比值和逆变侧电流突变量比值分别为 并将逆变侧电流突变量比值传输至整流侧；其中N为电流突变量比值计算数据窗长；
C3、计算直流线路两端的最大电流突变量比值kmax＝max(kR,kI)。
6.根据权利要求1所述的基于电流突变量比值的高压直流线路保护方法，其特征在于，所述步骤D具体包括：判断计算出直流线路两端的最大电流突变量比值是否小于保护门槛值，若是，判断发生的故障为直流线路区内故障，直流线路保护动作；若否，判断发生的故障为直流线路区外故障，直流线路保护不动作。
7.根据权利要求1所述的基于电流突变量比值的高压直流线路保护方法，其特征在于，步骤A的信号采集频率为10kHz。
8.根据权利要求4所述的基于电流突变量比值的高压直流线路保护方法，其特征在于，启动电流计算数据窗长K＝10。
9.根据权利要求5所述的基于电流突变量比值的高压直流线路保护方法，其特征在于，电流突变量比值计算数据窗长N＝10。
10.根据权利要求6所述的基于电流突变量比值的高压直流线路保护方法，其特征在于，保护门槛值ε＝1.5。
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