CN110364997B - 一种基于单端电流差分量的直流输电线路后备保护方法及系统 - Google Patents

一种基于单端电流差分量的直流输电线路后备保护方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于单端电流差分量的直流输电线路后备保护方法及系统，所述方法包括：自保护启动时刻起，实时采集当前时刻直流线路本端电流及本端电压；计算获得当前时刻直线线路本端电流的差分量量以及突变量；根据所述当前时刻直线线路本端电流的差分量和突变量，以及当前时刻直流线路本端电流和本端电压，按预设的判据对当前时刻直流输电线路进行判断，确定保护动作或保护返回；所述方法及系统通过对采集的数据进行处理计算，并通过多组预设的判据判断是否保护动作；实现了高可靠性的基于单端电流差分量的直流输电线路后备保护。

Description

一种基于单端电流差分量的直流输电线路后备保护方法及 系统
技术领域
本发明涉及电气技术领域，更具体地，涉及一种基于单端电流差分量的直流输电线路后备保护方法及系统。
背景技术
与传统交流输电系统相比，高压直流输电系统具有输送容量大、传输距离远、损耗低等优点，在远距离输电、大区域的电网互联、地下电缆输电等方面得到了广泛应用。高压直流输电线路肩负能源产地和负荷中心之间电能传输的重任，其输电距离远，运行条件恶劣，故障率相对直流系统其他部分更高，约占直流系统故障的50％。因此，高性能的高压直流输电线路保护对提高整个电网的安全稳定性具有重要意义。
目前，现行的直流输电线路保护以电流差动保护和低电压保护作为后备保护。其中，电流差动保护为双端量保护，其依赖通信通道传输对侧信息，当通道中断时，电流差动保护退出。低电压保护为单端量保护，但其仅利用电压降低来判断故障，保护的抗干扰性差。
发明内容
为了解决背景技术存在的直流输电系统允许通信通道中断状态运行，而低电压保护的抗干扰性差，使得目前不具有可靠地直流输电线路后备保护的问题，本发明提供了一种基于单端电流差分量的直流输电线路后备保护方法及系统，所述方法及系统通过对采集的数据进行处理，并通过多组预设的判据判断是否保护动作，所述一种基于单端量的直流输电线路后备保护方法包括：
自保护启动时刻起，实时采集当前时刻直流线路本端电流及本端电压；
计算获得当前时刻直线线路本端电流的差分量以及突变量；
根据所述当前时刻直线线路本端电流的差分量和突变量，以及当前时刻直流线路本端电流和本端电压，按预设的判据对当前时刻直流输电线路进行判断，确定保护动作或保护返回。
进一步的，所述当前时刻直流线路本端电流的差分量通过当前时刻直流线路本端电流与上一采样时刻的直流线路本端电流的差值计算获得。
进一步的，所述当前时刻直流线路电流的突变量通过当前时刻的直流线路电流减去故障前的记忆电流计算获得。
进一步的，所述预设的判据包括差分过电流判据、突变量方向判据以及低电压判据；
所述差分过电流判据与所述突变量方向判据采用“与”门逻辑连接；所述差分过电流判据与所述突变量方向判据通过“与”门逻辑判断的输出结果再与低电压判据通过“与”门连接，获得最终判断结果。
进一步的，在所述差分过电流判据与所述突变量方向判据通过“与”门逻辑判断的输出结果再与低电压判据通过“与”门连接前，所述差分过电流判据与所述突变量方向判据通过“与”门逻辑判断的输出结果经预设的时间展宽；
在获得最终判断结果后，所述最终判断结果经预设的时间延时再输出。
进一步的，所述差分过电流判据为：
Figure BDA0002117343790000021
其中，t0为保护启动时刻；k为当前时刻；|dik|为k时刻直流线路电流的差分量的绝对值；iset1为预设的差分定值，根据直流线路末端区内高阻有灵敏度整定。
进一步的，所述突变量判据为：
Figure BDA0002117343790000022
其中，t0为保护启动时刻；k为当前时刻；Δik为直流线路本端电流突变量；n为从保护启动时刻到当前时刻的采样个数；iset2为预设的方向定值，根据直流线路末端区内高阻有灵敏度整定。
进一步的，所述低电压判据为：
Figure BDA0002117343790000031
其中，t0为保护启动时刻；k为当前时刻；uk为直流线路本端电压；n为从保护启动时刻到当前时刻的采样个数；uset为低电压定值，按照直流线路末端区内高阻有灵敏度整定。
所述一种基于单端量的直流输电线路后备保护系统包括：
采集单元，所述采集单元用于自保护启动时刻起，实时采集当前时刻直流线路本端电流及本端电压；
计算单元，所述计算单元用于计算获得当前时刻直线线路本端电流的差分量以及突变量；
判断单元，所述判断单元用于根据所述当前时刻直线线路本端电流的差分量和突变量，以及当前时刻直流线路本端电流和本端电压，按预设的判据对当前时刻直流输电线路进行判断，确定保护动作或保护返回。
进一步的，所述计算单元用于过当前时刻直流线路本端电流与上一采样时刻的直流线路本端电流的差值计算获得所述当前时刻直流线路本端电流的差分量。
进一步的，所述计算单元用于通过当前时刻的直流线路电流减去故障前的记忆电流计算获得所述当前时刻直流线路电流的突变量。
进一步的，所述判断单元预设的判据包括差分过电流判据、突变量方向判据以及低电压判据；
所述判断单元采用“与”门逻辑连接所述差分过电流判据与所述突变量方向判据；所述判断单元采用“与”门逻辑连接所述差分过电流判据与所述突变量方向判据通过“与”门逻辑判断的输出结果以及所述低电压判据，获得最终判断结果。
进一步的，所述差分过电流判据与所述突变量方向判据通过“与”门逻辑判断的输出端经预设的时间展宽后再与所述低电压判据进行“与”门逻辑连接；
在获得最终判断结果后，所述最终判断结果经预设的时间延时再输出。
本发明的有益效果为：本发明的技术方案，给出了一种基于单端电流差分量的直流输电线路后备保护方法及系统，所述方法及系统通过对采集的数据进行处理计算，并通过多组预设的判据判断是否保护动作；所述方法及系统基于单端量，无需依赖通信通道的传输状态，在通道中断的情况下依旧可以实时保护；当直流电流本端保护反方向故障时，因突变量方向判据可靠不动作，故后备保护最终输出可靠不动作；当直流线路发生故障时，由于判据中的差分定值、方向定值以及低电压定值均按照直流线路末端区内高阻有灵敏度整定，后备保护可以可靠动作；当在本端保护正方面直流线路区外故障时，由于预设了延时，可根据延时可靠躲过区外的故障。
附图说明
通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：
图1为本发明具体实施方式的一种基于单端电流差分量的直流输电线路后备保护方法的流程图；
图2为本发明具体实施方式的一种基于单端电流差分量的直流输电线路后备保护判据的逻辑图；
图3为本发明具体实施方式的一种基于单端电流差分量的直流输电线路后备保护系统的结构图。
具体实施方式
现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。
除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。
图1为本发明具体实施方式的一种基于单端电流差分量的直流输电线路后备保护方法的流程图；如图1所示，所述方法包括：
步骤110，自保护启动时刻起，实时采集当前时刻直流线路本端电流及本端电压；
本实施例是基于单端电流差分量的直流输电线路后备保护方法，区别与双端量，本实施例无需通过通信通道与对端进行通信，仅通过采集本端的电流电压参数实时后备保护。
步骤120，计算获得当前时刻直线线路本端电流的差分量以及突变量；
进一步的，所述当前时刻直流线路本端电流的差分量通过当前时刻直流线路本端电流与上一采样时刻的直流线路本端电流的差值计算获得；所述差分量的计算方式为：
Figure BDA0002117343790000051
其中，
Figure BDA0002117343790000052
为ts时间之前的直流线路电流值，ts为采样间隔时间。
进一步的，所述当前时刻直流线路电流的突变量通过当前时刻的直流线路电流减去故障前的记忆电流计算获得。
步骤130，根据所述当前时刻直线线路本端电流的差分量和突变量，以及当前时刻直流线路本端电流和本端电压，按预设的判据对当前时刻直流输电线路进行判断，确定保护动作或保护返回。
所述预设的判据包括差分过电流判据、突变量方向判据以及低电压判据；
所述差分过电流判据通过计算获得的差分量以及采集获得的多组直流线路本端电流值进行计算判断；所述差分过电流判据为：
Figure BDA0002117343790000053
其中，t0为保护启动时刻；k为当前时刻；|dik|为k时刻直流线路电流的差分量的绝对值；iset1为预设的差分定值，根据直流线路末端区内高阻有灵敏度整定。
所述突变量方向判据通过计算获得的突变量、以及采集获得的多组直流线路本端电流值进行计算判断；所述突变量判据为：
Figure BDA0002117343790000061
其中，t0为保护启动时刻；k为当前时刻；Δik为直流线路本端电流突变量；n为从保护启动时刻到当前时刻的采样个数；iset2为预设的方向定值，根据直流线路末端区内高阻有灵敏度整定。
所述低电压判据通过采集获得的直流线路本端电压进行计算判断；所述低电压判据为：
Figure BDA0002117343790000062
其中，t0为保护启动时刻；k为当前时刻；uk为直流线路本端电压；n为从保护启动时刻到当前时刻的采样个数；uset为低电压定值，按照直流线路末端区内高阻有灵敏度整定。
进一步的，如图2所示，图2为直流输电线路后备保护判据的逻辑图，即如上所述三个判据的逻辑关系图；
所述差分过电流判据与所述突变量方向判据采用“与”门逻辑连接；即仅两种判据均判断保护动作时，才输出保护动作的结果；进一步的，在输出保护动作时，经tm时间展宽；
经展宽后的保护动作再与低电压判据的判断结果通过“与”门逻辑连接；当所述低电压判据也判定保护动作时，通过“与”门输出最终的判断结果，及保护动作；进一步，此时对保护动作指令通过延时tn进行动作延时；
即在不考虑时间的展宽和延时的情况下，需要三个判据均判断通过，才可实现保护动作，否则保护返回、不动作。
而通过延时tn出口后备保护，可靠延时躲过本端保护正方向直流线路区外的故障，在本端保护正方向直流线路区外的故障发生时，后备保护不动作；
当直流电流本端保护反方向故障时，因突变量方向判据可靠不动作，故后备保护最终输出可靠不动作；
当直流线路发生故障时，由于判据中的差分定值、方向定值以及低电压定值均按照直流线路末端区内高阻有灵敏度整定，后备保护可以可靠动作。
图3为本发明具体实施方式的一种基于单端电流差分量的直流输电线路后备保护系统的结构图。如图3所示，所述系统包括：
采集单元，所述采集单元用于自保护启动时刻起，实时采集当前时刻直流线路本端电流及本端电压；
计算单元，所述计算单元用于计算获得当前时刻直线线路本端电流的差分量以及突变量；
进一步的，所述计算单元用于过当前时刻直流线路本端电流与上一采样时刻的直流线路本端电流的差值计算获得所述当前时刻直流线路本端电流的差分量。
进一步的，所述计算单元用于通过当前时刻的直流线路电流减去故障前的记忆电流计算获得所述当前时刻直流线路电流的突变量。
判断单元，所述判断单元用于根据所述当前时刻直线线路本端电流的差分量和突变量，以及当前时刻直流线路本端电流和本端电压，按预设的判据对当前时刻直流输电线路进行判断，确定保护动作或保护返回。
进一步的，所述判断单元预设的判据包括差分过电流判据、突变量方向判据以及低电压判据；
所述判断单元采用“与”门逻辑连接所述差分过电流判据与所述突变量方向判据；所述判断单元采用“与”门逻辑连接所述差分过电流判据与所述突变量方向判据通过“与”门逻辑判断的输出结果以及所述低电压判据，获得最终判断结果。
进一步的，所述差分过电流判据与所述突变量方向判据通过“与”门逻辑判断的输出端经预设的时间展宽后再与所述低电压判据进行“与”门逻辑连接；
在获得最终判断结果后，所述最终判断结果经预设的时间延时再输出。
在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本公开的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。
本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。本说明书中涉及到的步骤编号仅用于区别各步骤，而并不用于限制各步骤之间的时间或逻辑的关系，除非文中有明确的限定，否则各个步骤之间的关系包括各种可能的情况。
此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本公开的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在权利要求书中所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。
本公开的各个部件实施例可以以硬件实现，或者以在一个或者多个处理器上运行的软件模块实现，或者以它们的组合实现。本公开还可以实现为用于执行这里所描述的方法的一部分或者全部的设备或者系统程序(例如，计算机程序和计算机程序产品)。这样的实现本公开的程序可以存储在计算机可读介质上，或者可以具有一个或者多个信号的形式。这样的信号可以从因特网网站上下载得到，或者在载体信号上提供，或者以任何其他形式提供。
应该注意的是上述实施例对本公开进行说明而不是对本公开进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本公开可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干系统的单元权利要求中，这些系统中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。
以上所述仅是本公开的具体实施方式，应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本公开精神的前提下，可以作出若干改进、修改、和变形，这些改进、修改、和变形都应视为落在本申请的保护范围内。

Claims (8)

1.一种基于单端电流差分量的直流输电线路后备保护方法，所述方法包括：自保护启动时刻起，实时采集当前时刻直流线路本端电流及本端电压；计算获得当前时刻直线线路本端电流差分量以及突变量；根据所述当前时刻直线线路本端电流差分量和突变量，以及当前时刻直流线路本端电流和本端电压，按预设的判据对当前时刻直流输电线路进行判断，确定保护动作或保护返回，其中
所述预设的判据包括差分过电流判据、突变量方向判据以及低电压判据；所述差分过电流判据与所述突变量方向判据采用“与”门逻辑连接；所述差分过电流判据与所述突变量方向判据通过“与”门逻辑判断的输出结果再与低电压判据通过“与”门连接，获得最终判断结果；
所述差分过电流判据为：
Figure FDA0003664135100000011
其中，t0为保护启动时刻；k为当前时刻；|dik|为k时刻直流线路电流的差分量的绝对值；iset1为预设的差分定值，根据直流线路末端区内高阻有灵敏度整定；
所述突变量判据为：
Figure FDA0003664135100000021
其中，t0为保护启动时刻；k为当前时刻；Δik为直流线路本端电流突变量；n为从保护启动时刻到当前时刻的采样个数；iset2为预设的方向定值，根据直流线路末端区内高阻有灵敏度整定；
所述低电压判据为：
Figure FDA0003664135100000022
其中，t0为保护启动时刻；k为当前时刻；uk为直流线路本端电压；n为从保护启动时刻到当前时刻的采样个数；uset为低电压定值，按照直流线路末端区内高阻有灵敏度整定。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述当前时刻直流线路本端电流的差分值通过当前时刻直流线路本端电流与上一采样时刻的直流线路本端电流的差值计算获得。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述当前时刻直流线路电流的突变量通过当前时刻对应的直流线路电流减去故障前的记忆电流计算获得。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在所述差分过电流判据与所述突变量方向判据通过“与”门逻辑判断的输出结果再与低电压判据通过“与”门连接前，所述差分过电流判据与所述突变量方向判据通过“与”门逻辑判断的输出结果经预设的时间展宽；在获得最终判断结果后，所述最终判断结果经预设的时间延时再输出。
5.一种基于单端量的直流输电线路后备保护系统，所述系统包括：采集单元，所述采集单元用于自保护启动时刻起，实时采集当前时刻直流线路本端电流及本端电压；计算单元，所述计算单元用于计算获得当前时刻直线线路本端电流的差分量以及突变量；判断单元，所述判断单元用于根据所述当前时刻直线线路本端电流的差分量和突变量，以及当前时刻直流线路本端电流和本端电压，按预设的判据对当前时刻直流输电线路进行判断，确定保护动作或保护返回，其中
所述预设的判据包括差分过电流判据、突变量方向判据以及低电压判据；所述差分过电流判据与所述突变量方向判据采用“与”门逻辑连接；所述差分过电流判据与所述突变量方向判据通过“与”门逻辑判断的输出结果再与低电压判据通过“与”门连接，获得最终判断结果；
所述差分过电流判据为：
Figure FDA0003664135100000041
其中，t0为保护启动时刻；k为当前时刻；|dik|为k时刻直流线路电流的差分量的绝对值；iset1为预设的差分定值，根据直流线路末端区内高阻有灵敏度整定；
所述突变量判据为：
Figure FDA0003664135100000042
其中，t0为保护启动时刻；k为当前时刻；Δik为直流线路本端电流突变量；n为从保护启动时刻到当前时刻的采样个数；iset2为预设的方向定值，根据直流线路末端区内高阻有灵敏度整定；
所述低电压判据为：
Figure FDA0003664135100000043
其中，t0为保护启动时刻；k为当前时刻；uk为直流线路本端电压；n为从保护启动时刻到当前时刻的采样个数；uset为低电压定值，按照直流线路末端区内高阻有灵敏度整定。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于：所述计算单元用于过当前时刻直流线路本端电流与上一采样时刻的直流线路本端电流的差值计算获得所述当前时刻直流线路本端电流的差分量。
7.根据权利要求5所述的系统，其特征在于：所述计算单元用于通过当前时刻的直流线路电流减去故障前的记忆电流计算获得所述当前时刻直流线路电流的突变量。
8.根据权利要求5所述的系统，其特征在于：所述差分过电流判据与所述突变量方向判据通过“与”门逻辑判断的输出端经预设的时间展宽后再与所述低电压判据进行“与”门逻辑连接；在获得最终判断结果后，所述最终判断结果经预设的时间延时再输出。
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