CN110429571B - 一种可选极的直流输电线路保护方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种可选极的直流输电线路保护方法和系统。所述方法和系统通过采集直流输电线路电流确定线路的电流差分值，并根据所述线路电流差分值确定预先设置的启动保护判据、异步差动判据、差分方向判据、第一极比幅式选极判据和第二极比幅式选极判据是否成立，最后根据所述判定结果来确定直流保护动作是否出口。本发明所述的可选极的直流输电线路保护方法和系统能够保证直流输电线路单极接地故障工况下非故障极线路保护可靠不误动，全面提升直流输电线路保护性能。

Description

一种可选极的直流输电线路保护方法和系统
技术领域
本发明涉及电力系统继电保护领域,并且更具体地，涉及一种可选极的直流输电线路保护方法和系统。
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行波保护和微分欠压保护作为主保护。行波保护和微分欠压保护可以快速响应直流线路故障，但当一极线路发生故障时，由于线路极间互感的影响，非故障极线路保护易误动。
发明内容
为了解决现有技术中直流输电线路发生故障时，非故障极线路保护误动的技术问题，本发明提供一种可选极的直流输电线路保护方法，所述方法包括：
采集第一直流输电线路M侧在k0时刻的线路电流iM(k0)和k0-ts时刻的线路电流iM(k0-ts)，并根据所述线路电流iM(k0)和iM(k0-ts)计算k0时刻第一直流输电线路M侧电流的差分值diM(k0)，并确定所述电流的差分值diM(k0)是否满足保护启动判据，其中，所述第一直流输电线路为输电线路中的任意一条，所述第一直流输电线路M侧是所述第一直流输电线路整流侧和逆变侧中的一侧，ts为采样时间间隔；
当k0时刻第一直流输电线路M侧电流的差分值diM(k0)满足保护启动判据时，启动所述M侧的直流保护,并采集第一直流输电线路M侧在j时刻的线路电流iM(j)和j-ts时刻的线路电流iM(j-ts)，并根据所述线路电流iM(j)和iM(j-ts)计算j时刻第一直流输电线路M侧电流的差分值diM(j)，采集第一直流输电线路M侧在k时刻的线路电流iM(k)和k-ts时刻的线路电流iM(k-ts)，并根据所述线路电流iM(k)和iM(k-ts)计算k时刻第一直流输电线路M侧电流的差分值diM(k)，采集第一直流输电线路N侧在j-Ttran时刻的线路电流iN(j-Ttran)和j-ts-Ttran时刻的线路电流iN(j-ts-Ttran)，并根据所述线路电流iN(j-Ttran)和iN(j-ts-Ttran)计算j-Ttran时刻第一直流输电线路N侧电流的差分值diN(j-Ttran)，采集第二直流输电线路M侧在j时刻的线路电流iM'(j)和j-ts时刻的线路电流iM'(j-ts)，并根据所述线路电流iM'(j)和iM'(j-ts)计算j时刻第二直流输电线路M侧电流的差分值diM'(j)，其中，将所述启动保护的时刻记为t0，所述第二直流输电线路为除第一直流输电线路外的其他直流输电线路，第二直流输电线路M侧与第一直流输电线路M侧位于同一侧，所述第一直流输电线路N侧为所述直流输电线路中与M侧相对的另一侧，Ttran为直流线路传输通道延时，t0≤j≤k；
根据第一直流输电线路M侧电流的差分值diM(k)和N侧电流的差分值diN(j-Ttran)计算第一直流输电线路差分积聚动作量iΣ(t)，并确定所述第一直流输电线路差分积聚动作量iΣ(t)和预先设置的差分异步定值iset1是否满足预先设置的异步差动判据，其中，t0≤j≤k，t0≤k≤t；
根据第一直流输电线路M侧电流的差分值diM(j)计算第一直流输电线路差分方向积聚量iΣΔ(t)，并确定所述第一直流输电线路差分方向积聚量iΣΔ(t)和预先设置的差分方向定值iset2是否满足预先设置的差分方向判据，其中，t0≤j≤k，t0≤k≤t；
在保护启动后的t0～tlimit时间内，确定所述j时刻第一直流输电线路M侧电流的差分值diM(j)和第二直流输电线路M侧电流的差分值diM'(j)是否满足预先设置的第一极比幅式选极判据和第二极比幅式电流选极判据，其中，所述第一极是第一直流输电线路M侧，所述第二极是第二直流输电线路M侧，t0≤j≤k，t0≤k≤t，tlimit≥t；
当在t0～tlimit时间段的任意一个t时刻第一直流输电线路异步差动判据、差分方向判据和第一极比幅式选极判据成立时，第一直流输电线路M侧保护动作出口，或者在t0～tlimit时间段的任意一个t时刻第一直流输电线路异步差动判据和差分方向判据成立，且在t0～tlimit时间段第一极比幅式选极判据和第二极比幅式选极判据持续不成立时，第一直流输电线路M侧保护启动tlimit后，保护动作出口，其中，tlimit≥t。
进一步地，所述根据k0时刻第一直流输电线路M侧的线路电流iM(k0)和iM(k0-ts)计算k0时刻第一直流输电线路M侧电流的差分值diM(k0)，当所述电流的差分值diM(k0)满足保护启动判据时，启动所述M侧的直流保护包括：
根据k0时刻第一直流输电线路M侧的线路电流iM(k0)和iM(k0-ts)计算k0时刻第一直流输电线路M侧电流的差分值diM(k0)，其计算公式为：
diM(k0)＝iM(k0)-iM(k0-ts)
式中，ts为采样时间间隔；
确定所述电流的差分值diM(k0)是否满足保护启动判据，其中，所述保护启动判据的计算公式为：
|diM(k0)|＞iset0
式中，iset0为启动门槛，按照本线路末端高阻故障有灵敏度整定，即在第一直流输电线路末端生成一个高阻故障，计算|diM(k0)|的值，利用所述|diM(k0)|的值再除以一个大于1的系数，将其结果作为启动门槛iset0。
进一步地，根据所述线路电流iM(j)和iM(j-ts)计算j时刻第一直流输电线路M侧电流的差分值diM(j)，其计算公式为：
diM(j)＝iM(j)-iM(j-ts)
根据所述线路电流iM(k)和iM(k-ts)计算k时刻第一直流输电线路M侧电流的差分值diM(k)，其计算公式为：
diM(k)＝iM(k)-iM(k-ts)
根据所述线路电流iN(j-Ttran)和iN(j-ts-Ttran)计算j-Ttran时刻第一直流输电线路N侧电流的差分值diN(j-Ttran)，其计算公式为：
diN(j-Ttran)＝iN(j-Ttran)-iN(j-ts-Ttran)
根据所述线路电流iM'(j)和iM'(j-ts)计算j时刻第二直流输电线路M侧电流的差分值diM'(j)，其计算公式为：
diM′(j)＝iM′(j)-iM′(j-ts)
式中，t0≤j≤k，t0≤k≤t，ts为采样时间间隔，Ttran为直流线路传输通道延时。
进一步地，所述根据第一直流输电线路M侧电流的差分值diM(k)和N侧电流的差分值diN(j-Ttran)计算第一直流输电线路差分积聚动作量iΣ(t)，并确定所述第一直流输电线路差分积聚动作量iΣ(t)和预先设置的差分异步定值iset1是否满足预先设置的异步差动判据包括：
根据第一直流输电线路M侧电流的差分值diM(k)和N侧电流的差分值diN(j-Ttran)计算第一直流输电线路差分积聚动作量iΣ(t)，其计算公式为：
Figure BDA0002118660820000041
式中，n为t0～t时间段的采样点数，|diM(k)|为k时刻第一直流输电线路M侧电流的差分值diM(k)的绝对值；
确定所述第一直流输电线路差分积聚动作量iΣ(t)和预先设置的差分异步定值iset1是否满足预先设置的异步差动判据，其中，所述异步差动判据的计算公式为：
iΣ(t)＞iset1
式中，所述差分异步定值iset1按照第一直流输电线路末端区外金属性故障整定，即在第一直流输电线路末端区外生成一个金属性故障，计算iΣ(t)的值，利用所述iΣ(t)的值再乘以一个大于1的系数，将其结果作为差分异步定值iset1。
进一步地，所述根据第一直流输电线路M侧电流的差分值diM(j)计算第一直流输电线路差分方向积聚量iΣΔ(t)，并确定所述第一直流输电线路差分方向积聚量iΣΔ(t)和预先设置的差分方向定值iset2是否满足预先设置的差分方向判据包括：
根据第一直流输电线路M侧电流的差分值diM(j)计算第一直流输电线路差分方向积聚量iΣΔ(t)，其计算公式为：
Figure BDA0002118660820000051
式中，n为t0～t时间段的采样点数，t0≤k≤t；
确定所述第一直流输电线路差分方向积聚量iΣΔ(t)和预先设置的差分方向定值iset2是否满足预先设置的差分方向判据，其中，所述差分方向判据的计算公式为：
iΣΔ(t)＞iset2
式中，所述差分方向定值iset2按照第一直流输电线路末端高阻故障有灵敏度整定，即在第一直流输电线路末端生成一个高阻故障，并在所述故障时计算第一直流输电线路iΣΔ(t)的值，并将所述iΣΔ(t)的值除以一个大于1的常数的结果作为iset2。
进一步地，所述在保护启动后的tlimit时间内，确定所述j时刻第一直流输电线路M侧电流的差分值diM(j)和第二直流输电线路M侧电流的差分值diM'(j)是否满足预先设置的第一极比幅式选极判据和第二极比幅式选极判据，其中：
所述第一极比幅式选极判据的计算公式为：
Figure BDA0002118660820000052
所述第二极比幅式选极判据的计算公式为：
Figure BDA0002118660820000053
式中，
Figure BDA0002118660820000054
为第一极比幅式电流，
Figure BDA0002118660820000055
为第二极比幅式电流。
根据本发明的另一方面，本发明提供一种可选极的直流输电线路保护系统，所述系统包括：
初始设置单元，其用于确定第一直流输电线路和第二直流输电线路，以及第一直流输电线路的M侧和N侧，以及第二直流输电线路的M侧，设置启动保护判据、异步差动判据、差分方向判据、第一极比幅式选极判据和第二极比幅式选极判据的计算公式，以及为上述判据中具备定值的参数赋值，其中，所述第一直流输电线路为输电线路中的任意一条，第二直流输电线路为除第一直流输电线路外的其他直流输电线路，第一直流输电线路M侧是所述第一直流输电线路整流侧和逆变侧中的一侧，第二直流输电线路M侧与第一直流输电线路M侧位于同一侧，所述第一直流输电线路N侧为所述直流输电线路中与M侧相对的另一侧；
数据采集单元，其用于实时采集第一直流输电线路M侧和N侧的线路电流，以及第二直流输电线路M侧的线路电流；
数据处理单元，其用于根据第一直流输电线路M侧的线路电流计算第一直流输电线路M侧电流的差分值，根据第一直流输电线路N侧的线路电流计算第一直流输电线路N侧电流的差分值，根据第二直流输电线路M侧的线路电流计算第二直流输电线路M侧电流的差分值，并根据所述计算确定的结果判定初始设置单元中的判据是否成立；
保护启动单元，其用于在保护启动判据成立时，启动第一直流输电线路M侧的直流保护,并将所述启动保护的时刻记为t0；
保护出口单元，其用于在第一直流输电线路M侧的直流保护启动后t0～tlimit时间内，当在t0～tlimit时间段的任意一个t时刻第一直流输电线路异步差动判据、差分方向判据和第一极比幅式选极判据成立时，第一直流输电线路M侧保护动作出口，或者在t0～tlimit时间段的任意一个t时刻第一直流输电线路异步差动判据和差分方向判据成立，且在t0～tlimit时间段第一极比幅式选极判据和第二极比幅式选极判据持续不成立时，第一直流输电线路M侧保护启动tlimit后，保护动作出口，其中，tlimit≥t。
进一步地，所述数据处理单元根据第一直流输电线路M侧的线路电流计算第一直流输电线路M侧电流的差分值，根据第一直流输电线路N侧的线路电流计算第一直流输电线路N侧电流的差分值，根据第二直流输电线路M侧的线路电流计算第二直流输电线路M侧电流的差分值，其计算公式分别为：
diM(j)＝iM(j)-iM(j-ts)
式中，diM(j)为j时刻第一直流输电线路M侧电流的差分值，iM(j)为第一直流输电线路M侧在j时刻的线路电流，iM(j-ts)为j-ts时刻的线路电流，ts为采样时间间隔；
diN(j-Ttran)＝iN(j-Ttran)-iN(j-ts-Ttran)
式中，diN(j-Ttran)为j-Ttran时刻第一直流输电线路N侧电流的差分值，iN(j-Ttran)为第一直流输电线路N侧在j-Ttran时刻的线路电流，iN(j-ts-Ttran)为j-ts-Ttran时刻的线路电流，ts为采样时间间隔，Ttran为直流线路传输通道延时，t0≤j≤t；
diM′(j)＝iM′(j)-iM′(j-ts)
式中，diM'(j)为j时刻第二直流输电线路M侧电流的差分值，iM'(j)为第二直流输电线路M侧在j时刻的线路电流，iM'(j-ts)为j-ts时刻的线路电流，ts为采样时间间隔。
进一步地，，所述初始设置单元设置的启动保护判据、异步差动判据、差分方向判据、第一极比幅式选极判据和第二极比幅式选极判据的计算公式包括：
第一直流输电线路保护启动判据的计算公式为：
|diM(k0)|＞iset0
式中，|diM(k0)|为k0时刻第一直流输电线路M侧电流的差分值diM(k0)的绝对值，iset0为启动门槛，按照本线路末端高阻故障有灵敏度整定，即在第一直流输电线路末端生成一个高阻故障，计算|diM(k0)|的值，利用所述|diM(k0)|的值再除以一个大于1的系数，将其结果作为启动门槛iset0。；
第一直流输电线路异步差动判据的计算公式为：
iΣ(t)＞iset1
Figure BDA0002118660820000081
式中，iΣ(t)为t时刻第一直流输电线路差分积聚动作量，n为t0～t时间段的采样点数，|diM(k)|为k时刻第一直流输电线路M侧电流的差分值diM(k)的绝对值，iset1为差分异步定值，按照第一直流输电线路末端区外金属性故障整定，即在第一直流输电线路末端区外生成一个金属性故障，计算iΣ(t)的值，利用所述iΣ(t)的值再乘以一个大于1的系数，将其结果作为差分异步定值iset1；
第一直流输电线路差分方向判据的计算公式为：
iΣΔ(t)＞iset2
Figure BDA0002118660820000082
式中，iΣΔ(t)为t时刻第一直流输电线路方向动作量，iset2为差分方向定值，按照第一直流输电线路末端高阻故障有灵敏度整定，即在第一直流输电线路末端生成一个高阻故障，并在所述故障时计算第一直流输电线路iΣΔ(t)的值，并将所述iΣΔ(t)的值除以一个大于1的常数的结果作为iset2；
第一极比幅式选极判据的计算公式为：
Figure BDA0002118660820000083
第二极比幅式选极判据的计算公式为：
Figure BDA0002118660820000084
式中，diM(j)为j时刻第一直流输电线路M侧电流的差分值，diM'(j)为j时刻第二直流输电线路M侧电流的差分值，σ为选极系数，σ＞1，
Figure BDA0002118660820000085
为第一极比幅式电流，
Figure BDA0002118660820000086
为第二极比幅式电流，当在t0～tlimit时间段内任一t时刻第一极比幅式选极判据成立，或者当在t0～tlimit时间段内第一极比幅式选极判据和第二极比幅式选极判据持续不成立时，第一直流输电线路M侧选极成功。
本发明技术方案提供的可选极的直流输电线路保护方法和系统通过采集直流输电线路电流确定线路的电流差分值，并根据所述线路电流差分值确定预先设置的启动保护判据、异步差动判据、差分方向判据、第一极比幅式选极判据和第二极比幅式选极判据是否成立，最后根据所述判定结果来确定直流保护动作是否出口。本发明所述的可选极的直流输电线路保护方法和系统能够保证直流输电线路单极接地故障工况下非故障极线路保护可靠不误动，全面提升直流输电线路保护性能。
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为根据本发明优选实施方式的可选极的直流输电线路保护方法的流程图；
图2为根据本发明优选实施方式的直流输电线路的示意图；
图3为根据本发明优选实施方式的第一直流输电线路末端发生高阻故障时差分积聚动作量和差分异步定值随时间变化的波形示意图；
图4为根据本发明优选实施方式的第一直流输电线路末端发生高阻故障时方向积聚量和差分方向定值随时间变化的波形示意图；
图5为根据本发明优选实施方式的第一直流输电线路末端发生高阻故障时第一极比幅式幅值和第二极比幅式幅值随时间变化的波形示意图；
图6为根据本发明优选实施方式的可选极的直流输电线路保护系统的结构示意图。
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。
本发明所述可选极的直流输电线路保护方法对直流输电线路进行保护的方法与本发明所述直流输电线路保护判据的步骤相同，并且达到的技术效果也相同，此处不再赘述。
图1为根据本发明优选实施方式的可选极的直流输电线路保护方法的流程图。如图1所示，本优选实施方式所述的可选极的直流输电线路保护方法100从步骤101开始。
在步骤101，采集第一直流输电线路M侧在k0时刻的线路电流iM(k0)和k0-ts时刻的线路电流iM(k0-ts)，并根据所述线路电流iM(k0)和iM(k0-ts)计算k0时刻第一直流输电线路M侧电流的差分值diM(k0)，并确定所述电流的差分值diM(k0)是否满足保护启动判据，其中，所述第一直流输电线路为输电线路中的任意一条，所述第一直流输电线路M侧是所述第一直流输电线路整流侧和逆变侧中的一侧，ts为采样时间间隔。
图2为根据本发明优选实施方式的直流输电线路的示意图。如图2所示，在本优选实施方式中，所述第一直流输电线路为极Ⅰ线路，所述第一直流输电线路M侧是极Ⅰ线路的整流侧，所述第一直流输电线路N侧是极Ⅰ线路的逆变侧，iM为直流线路M侧电流值，iN为直流线路N侧电流值，电流正方向为极母线指向线路。
在步骤102，当k0时刻第一直流输电线路M侧电流的差分值diM(k0)满足保护启动判据时，启动所述M侧的直流保护,并采集第一直流输电线路M侧在j时刻的线路电流iM(j)和j-ts时刻的线路电流iM(j-ts)，并根据所述线路电流iM(j)和iM(j-ts)计算j时刻第一直流输电线路M侧电流的差分值diM(j)，采集第一直流输电线路M侧在k时刻的线路电流iM(k)和k-ts时刻的线路电流iM(k-ts)，并根据所述线路电流iM(k)和iM(k-ts)计算k时刻第一直流输电线路M侧电流的差分值diM(k)，采集第一直流输电线路N侧在j-Ttran时刻的线路电流iN(j-Ttran)和j-ts-Ttran时刻的线路电流iN(j-ts-Ttran)，并根据所述线路电流iN(j-Ttran)和iN(j-ts-Ttran)计算j-Ttran时刻第一直流输电线路N侧电流的差分值diN(j-Ttran)，采集第二直流输电线路M侧在j时刻的线路电流iM'(j)和j-ts时刻的线路电流iM'(j-ts)，并根据所述线路电流iM'(j)和iM'(j-ts)计算j时刻第二直流输电线路M侧电流的差分值diM'(j)，其中，将所述启动保护的时刻记为t0，所述第二直流输电线路为除第一直流输电线路外的其他直流输电线路，第二直流输电线路M侧与第一直流输电线路M侧位于同一侧，所述第一直流输电线路N侧为所述直流输电线路中与M侧相对的另一侧，Ttran为直流线路传输通道延时，t0≤j≤k。
在步骤103，根据第一直流输电线路M侧电流的差分值diM(k)和N侧电流的差分值diN(j-Ttran)计算第一直流输电线路差分积聚动作量iΣ(t)，并确定所述第一直流输电线路差分积聚动作量iΣ(t)和预先设置的差分异步定值iset1是否满足预先设置的异步差动判据，其中，t0≤j≤k，t0≤k≤t。
在步骤104，根据第一直流输电线路M侧电流的差分值diM(j)计算第一直流输电线路差分方向积聚量iΣΔ(t)，并确定所述第一直流输电线路差分方向积聚量iΣΔ(t)和预先设置的差分方向定值iset2是否满足预先设置的差分方向判据，其中，t0≤j≤k，t0≤k≤t。
在步骤105，在保护启动后的t0～tlimit时间内，确定所述j时刻第一直流输电线路M侧电流的差分值diM(j)和第二直流输电线路M侧电流的差分值diM'(j)是否满足预先设置的第一极比幅式选极判据和第二极比幅式选极判据，其中，所述第一极是第一直流输电线路M侧，所述第二极是第二直流输电线路M侧，t0≤j≤k，t0≤k≤t，tlimit≥t。
在步骤106，当在t0～tlimit时间段的任意一个t时刻第一直流输电线路异步差动判据、差分方向判据和第一极比幅式选极判据成立时，第一直流输电线路M侧保护动作出口，或者在t0～tlimit时间段的任意一个t时刻第一直流输电线路异步差动判据和差分方向判据成立，且在t0～tlimit时间段第一极比幅式选极判据和第二极比幅式选极判据持续不成立时，第一直流输电线路M侧保护启动tlimit后，保护动作出口。
优选地，所述根据k0时刻第一直流输电线路M侧的线路电流iM(k0)和iM(k0-ts)计算k0时刻第一直流输电线路M侧电流的差分值diM(k0)，当所述电流的差分值diM(k0)满足保护启动判据时，启动所述M侧的直流保护包括：
根据k0时刻第一直流输电线路M侧的线路电流iM(k0)和iM(k0-ts)计算k0时刻第一直流输电线路M侧电流的差分值diM(k0)，其计算公式为：
diM(k0)＝iM(k0)-iM(k0-ts)
式中，ts为采样时间间隔；
确定所述电流的差分值diM(k0)是否满足保护启动判据，其中，所述保护启动判据的计算公式为：
|diM(k0)|＞iset0
式中，iset0为启动门槛，按照本线路末端高阻故障有灵敏度整定，即在第一直流输电线路末端生成一个高阻故障，计算|diM(k0)|的值，利用所述|diM(k0)|的值再除以一个大于1的系数，将其结果作为启动门槛iset0。
进一步地，根据所述线路电流iM(j)和iM(j-ts)计算j时刻第一直流输电线路M侧电流的差分值diM(j)，其计算公式为：
diM(j)＝iM(j)-iM(j-ts)
根据所述线路电流iM(k)和iM(k-ts)计算k时刻第一直流输电线路M侧电流的差分值diM(k)，其计算公式为：
diM(k)＝iM(k)-iM(k-ts)
根据所述线路电流iN(j-Ttran)和iN(j-ts-Ttran)计算j-Ttran时刻第一直流输电线路N侧电流的差分值diN(j-Ttran)，其计算公式为：
diN(j-Ttran)＝iN(j-Ttran)-iN(j-ts-Ttran)
根据所述线路电流iM'(j)和iM'(j-ts)计算j时刻第二直流输电线路M侧电流的差分值diM'(j)，其计算公式为：
diM′(j)＝iM′(j)-iM′(j-ts)
式中，t0≤j≤k，t0≤k≤t，ts为采样时间间隔，Ttran为直流线路传输通道延时。
优选地，所述根据第一直流输电线路M侧电流的差分值diM(k)和N侧电流的差分值diN(j-Ttran)计算第一直流输电线路差分积聚动作量iΣ(t)，并确定所述第一直流输电线路差分积聚动作量iΣ(t)和预先设置的差分异步定值iset1是否满足预先设置的异步差动判据包括：
根据第一直流输电线路M侧电流的差分值diM(k)和N侧电流的差分值diN(j-Ttran)计算第一直流输电线路差分积聚动作量iΣ(t)，其计算公式为：
Figure BDA0002118660820000131
式中，n为t0～t时间段的采样点数，|diM(k)|为k时刻第一直流输电线路M侧电流的差分值diM(k)的绝对值；
确定所述第一直流输电线路差分积聚动作量iΣ(t)和预先设置的差分异步定值iset1是否满足预先设置的异步差动判据，其中，所述异步差动判据的计算公式为：
iΣ(t)＞iset1
式中，所述差分异步定值iset1按照第一直流输电线路末端区外金属性故障整定，即在第一直流输电线路末端区外生成一个金属性故障，计算iΣ(t)的值，利用所述iΣ(t)的值再乘以一个大于1的系数，将其结果作为差分异步定值iset1。
第一直流输电线路末端高阻故障有灵敏度整定，即在第一直流输电线路末端生成一个高阻故障，并在所述故障时计算第一直流输电线路iΣΔ(t)的值，并将所述iΣΔ(t)的值除以一个大于1的常数的结果作为iset2优选地，所述根据第一直流输电线路M侧电流的差分值diM(j)计算第一直流输电线路差分方向积聚量iΣΔ(t)，并确定所述第一直流输电线路差分方向积聚量iΣΔ(t)和预先设置的差分方向定值iset2是否满足预先设置的差分方向判据包括：
根据第一直流输电线路M侧电流的差分值diM(j)计算第一直流输电线路差分方向积聚量iΣΔ(t)，其计算公式为：
Figure BDA0002118660820000141
式中，n为t0～t时间段的采样点数，t0≤k≤t；
确定所述第一直流输电线路差分方向积聚量iΣΔ(t)和预先设置的差分方向定值iset2是否满足预先设置的差分方向判据，其中，所述差分方向判据的计算公式为：
iΣΔ(t)＞iset2
式中，所述差分方向定值iset2按照第一直流输电线路末端高阻故障有灵敏度整定，即在第一直流输电线路末端生成一个高阻故障，并在所述故障时计算第一直流输电线路iΣΔ(t)的值，并将所述iΣΔ(t)的值除以一个大于1的常数的结果作为iset2。
优选地，所述在保护启动后的tlimit时间内，确定所述j时刻第一直流输电线路M侧电流的差分值diM(j)和第二直流输电线路M侧电流的差分值diM'(j)是否满足预先设置的第一极比幅式选极判据和第二极比幅式选极判据，其中：
所述第一极比幅式选极判据的计算公式为：
Figure BDA0002118660820000142
所述第二极比幅式选极判据的计算公式为：
Figure BDA0002118660820000143
式中，
Figure BDA0002118660820000144
为第一极比幅式电流，
Figure BDA0002118660820000145
为第二极比幅式电流。
在本优选实施方式中，当如图2所示的第一直流输电线路末端F3发生高阻故障时：
图3为根据本发明优选实施方式的第一直流输电线路末端发生高阻故障时差分积聚动作量和差分异步定值随时间变化的波形示意图。如图3所示，实线为差分积聚动作量随时间变化波形，虚线为差分异步定值随时间变化波形，由于其是根据直流输电线路末端区外金属性故障整定得到的值，故为常数，因此随时间变化波形是一条横线。由波形可知，在第一直流输电线路M侧保护启动0ms后，差分积聚动作量短时大于差分异步定值，异步差动判据满足，16ms后差分积聚动作量再次大于差分异步定值，异步差动判据满足。
图4为根据本发明优选实施方式的第一直流输电线路末端发生高阻故障时方向积聚量和差分方向定值随时间变化的波形示意图。如图4所示，实线为方向积聚量随时间变化波形，虚线为差分方向定值随时间变化波形，由于其是根据直流输电线路末端发生高阻故障时进行灵敏度整定得到的值，故为常数，因此随时间变化波形是一条横线。由波形可知，在第一直流输电线路M侧保护启动后1ms，方向积聚量大于差分方向定值，差分方向判据满足。
图5为根据本发明优选实施方式的第一直流输电线路末端发生高阻故障时第一极比幅式电流幅值和第二极比幅式电流幅值随时间变化的波形示意图。如图5所示，实线为第一极比幅式电流幅值随时间变化波形，实线为第二极比幅式电流幅值随时间变化波形。由波形可知，在第一直流输电线路M侧保护启动后2ms，第一极比幅式电流幅值大于第二极比幅式电流幅值，第一极比幅式选极判据满足。
依据图1所示的可选极的直流输电线路保护方法的流程可知，异步差动判据与差分方向判据与第一极比幅式选极判据经“与”门逻辑后，第一直流输电线路的保护出口，因此，在本实施例中，在第一直流输电线路M侧保护启动16ms后，上述所有判据均满足，第一直流输电线路M例的直流保护出口。
图6为根据本发明优选实施方式的可选极的直流输电线路保护系统的结构示意图。如图6所示，本优选实施方式所述的可选极的直流输电线路保护系统600包括：
初始设置单元601，其用于确定第一直流输电线路和第二直流输电线路，以及第一直流输电线路的M侧和N侧，以及第二直流输电线路的M侧，设置启动保护判据、异步差动判据、差分方向判据、第一极比幅式选极判据和第二极比幅式选极判据的计算公式，以及为上述判据中具备定值的参数赋值，其中，所述第一直流输电线路为输电线路中的任意一条，第二直流输电线路为除第一直流输电线路外的其他直流输电线路，第一直流输电线路M侧是所述第一直流输电线路整流侧和逆变侧中的一侧，第二直流输电线路M侧与第一直流输电线路M侧位于同一侧，所述第一直流输电线路N侧为所述直流输电线路中与M侧相对的另一侧；
数据采集单元602，其用于实时采集第一直流输电线路M侧和N侧的线路电流，以及第二直流输电线路M侧的线路电流；
数据处理单元603，其用于根据第一直流输电线路M侧的线路电流计算第一直流输电线路M侧电流的差分值，根据第一直流输电线路N侧的线路电流计算第一直流输电线路N侧电流的差分值，根据第二直流输电线路M侧的线路电流计算第二直流输电线路M侧电流的差分值，并根据所述计算确定的结果判定初始设置单元中的判据是否成立；
保护启动单元604，其用于在保护启动判据成立时，启动第一直流输电线路M侧的直流保护,并将所述启动保护的时刻记为t0；
保护出口单元605，其用于在第一直流输电线路M侧的直流保护启动后t0～tlimit时间内，当在t0～tlimit时间段的任意一个t时刻第一直流输电线路异步差动判据和差分方向判据和第一极比幅式选极判据成立时，第一直流输电线路M侧保护动作出口，或者在t0～tlimit时间段的任意一个t时刻第一直流输电线路异步差动判据和差分方向判据成立，且在t0～tlimit时间段第一极比幅式选极判据和第二极比幅式选极判据持续不成立时，第一直流输电线路M侧保护启动tlimit后，保护动作出口，其中，tlimit≥t。
优选地，所述数据处理单元603根据第一直流输电线路M侧的线路电流计算第一直流输电线路M侧电流的差分值，根据第一直流输电线路N侧的线路电流计算第一直流输电线路N侧电流的差分值，根据第二直流输电线路M侧的线路电流计算第二直流输电线路M侧电流的差分值，其计算公式分别为：
diM(j)＝iM(j)-iM(j-ts)
式中，diM(j)为j时刻第一直流输电线路M侧电流的差分值，iM(j)为第一直流输电线路M侧在j时刻的线路电流，iM(j-ts)为j-ts时刻的线路电流，ts为采样时间间隔；
diN(j-Ttran)＝iN(j-Ttran)-iN(j-ts-Ttran)
式中，diN(j-Ttran)为j-Ttran时刻第一直流输电线路N侧电流的差分值，iN(j-Ttran)为第一直流输电线路N侧在j-Ttran时刻的线路电流，iN(j-ts-Ttran)为j-ts-Ttran时刻的线路电流，ts为采样时间间隔，Ttran为直流线路传输通道延时，t0≤j≤t；
diM′(j)＝iM′(j)-iM′(j-ts)
式中，diM'(j)为j时刻第二直流输电线路M侧电流的差分值，iM'(j)为第二直流输电线路M侧在j时刻的线路电流，iM'(j-ts)为j-ts时刻的线路电流，ts为采样时间间隔。
优选地，所述初始设置单元设置601的启动保护判据、异步差动判据、差分方向判据、第一极比幅式选极判据和第二极比幅式选极判据的计算公式包括：
第一直流输电线路保护启动判据的计算公式为：
|diM(k0)|＞iset0
式中，|diM(k0)|为k0时刻第一直流输电线路M侧电流的差分值diM(k0)的绝对值，iset0为启动门槛，按照本线路末端高阻故障有灵敏度整定，即在第一直流输电线路末端生成一个高阻故障，计算|diM(k0)|的值，利用所述|diM(k0)|的值再除以一个大于1的系数，将其结果作为启动门槛iset0。；
第一直流输电线路异步差动判据的计算公式为：
iΣ(t)＞iset1
Figure BDA0002118660820000181
式中，iΣ(t)为t时刻第一直流输电线路差分积聚动作量，n为t0～t时间段的采样点数，|diM(k)|为k时刻第一直流输电线路M侧电流的差分值diM(k)的绝对值，iset1为差分异步定值，按照第一直流输电线路末端区外金属性故障整定，即在第一直流输电线路末端区外生成一个金属性故障，计算iΣ(t)的值，利用所述iΣ(t)的值再乘以一个大于1的系数，将其结果作为差分异步定值iset1；
第一直流输电线路差分方向判据的计算公式为：
iΣΔ(t)＞iset2
Figure BDA0002118660820000182
式中，iΣΔ(t)为t时刻第一直流输电线路方向动作量，iset2为差分方向定值，按照第一直流输电线路末端高阻故障有灵敏度整定，即在第一直流输电线路末端生成一个高阻故障，并在所述故障时计算第一直流输电线路iΣΔ(t)的值，并将所述iΣΔ(t)的值除以一个大于1的常数的结果作为iset2；
第一极比幅式选极判据的计算公式为：
Figure BDA0002118660820000183
第二极比幅式选极判据的计算公式为：
Figure BDA0002118660820000184
式中，diM(j)为j时刻第一直流输电线路M侧电流的差分值，diM'(j)为j时刻第二直流输电线路M侧电流的差分值，σ为选极系数，σ＞1，
Figure BDA0002118660820000185
为第一极比幅式电流，
Figure BDA0002118660820000186
为第二极比幅式电流，当在t0～tlimit时间段内任一t时刻第一极比幅式选极判据成立，或者当在t0～tlimit时间段内第一极比幅式选极判据和第二极比幅式选极判据持续不成立时，第一直流输电线路M侧选极成功。
本发明所述可选极的直流输电线路保护系统对直流输电线路进行选极的方法与本发明所述直流输电线路选极方法的步骤相同，并且达到的技术效果也相同，此处不再赘述。
已经通过参考少量实施方式描述了本发明。然而，本领域技术人员所公知的，正如附带的专利权利要求所限定的，除了本发明以上公开的其他的实施例等同地落在本发明的范围内。
通常地，在权利要求中使用的所有术语都根据他们在技术领域的通常含义被解释，除非在其中被另外明确地定义。所有的参考“一个/所述/该[装置、组件等]”都被开放地解释为所述装置、组件等中的至少一个实例，除非另外明确地说明。这里公开的任何方法的步骤都没必要以公开的准确的顺序运行，除非明确地说明。

Claims (2)

1.一种可选极的直流输电线路保护方法，其特征在于，所述方法包括：
采集第一直流输电线路M侧在k0时刻的线路电流iM(k0)和k0-ts时刻的线路电流iM(k0-ts)，并根据所述线路电流iM(k0)和iM(k0-ts)计算k0时刻第一直流输电线路M侧电流的差分值diM(k0)，其计算公式为：
diM(k0)＝iM(k0)-iM(k0-ts)
式中，ts为采样时间间隔；
确定所述电流的差分值diM(k0)是否满足保护启动判据，其中，所述第一直流输电线路为输电线路中的任意一条，所述第一直流输电线路M侧是所述第一直流输电线路整流侧和逆变侧中的一侧，所述保护启动判据的计算公式为：
|diM(k0)|>iset0
式中，iset0为启动门槛，按照本线路末端高阻故障有灵敏度整定，即在第一直流输电线路末端生成一个高阻故障，计算|diM(k0)|的值，利用所述|diM(k0)|的值再除以一个大于1的系数，将其结果作为启动门槛iset0；
当k0时刻第一直流输电线路M侧电流的差分值diM(k0)满足保护启动判据时，启动所述M侧的直流保护,并采集第一直流输电线路M侧在j时刻的线路电流iM(j)和j-ts时刻的线路电流iM(j-ts)，并根据所述线路电流iM(j)和iM(j-ts)计算j时刻第一直流输电线路M侧电流的差分值diM(j)，采集第一直流输电线路M侧在k时刻的线路电流iM(k)和k-ts时刻的线路电流iM(k-ts)，并根据所述线路电流iM(k)和iM(k-ts)计算k时刻第一直流输电线路M侧电流的差分值diM(k)，采集第一直流输电线路N侧在j-Ttran时刻的线路电流iN(j-Ttran)和j-ts-Ttran时刻的线路电流iN(j-ts-Ttran)，并根据所述线路电流iN(j-Ttran)和iN(j-ts-Ttran)计算j-Ttran时刻第一直流输电线路N侧电流的差分值diN(j-Ttran)，采集第二直流输电线路M侧在j时刻的线路电流iM'(j)和j-ts时刻的线路电流iM'(j-ts)，并根据所述线路电流iM'(j)和iM'(j-ts)计算j时刻第二直流输电线路M侧电流的差分值diM'(j)，其中，所述第二直流输电线路为除第一直流输电线路外的其他直流输电线路，第二直流输电线路M侧与第一直流输电线路M侧位于同一侧，所述第一直流输电线路N侧为所述直流输电线路中与M侧相对的另一侧，diM(j)，diM(k)，diN(j-Ttran)和diM'(j)的计算公式分别为：
diM(j)＝iM(j)-iM(j-ts)
diM(k)＝iM(k)-iM(k-ts)
diN(j-Ttran)＝iN(j-Ttran)-iN(j-ts-Ttran)
diM′(j)＝iM′(j)-iM′(j-ts)
式中，t0为所述保护启动的时刻，t0≤j≤k，t0≤k≤t，Ttran为直流线路传输通道延时；
根据第一直流输电线路M侧电流的差分值diM(k)和N侧电流的差分值diN(j-Ttran)计算第一直流输电线路差分积聚动作量iΣ(t)，其计算公式为：
Figure FDA0003541299300000021
式中，n为t0～t时间段的采样点数，|diM(k)|为k时刻第一直流输电线路M侧电流的差分值diM(k)的绝对值；
确定所述第一直流输电线路差分积聚动作量iΣ(t)和预先设置的差分异步定值iset1是否满足预先设置的异步差动判据，其中，所述异步差动判据的计算公式为：
iΣ(t)>iset1
式中，所述差分异步定值iset1按照第一直流输电线路末端区外金属性故障整定，即在第一直流输电线路末端区外生成一个金属性故障，计算iΣ(t)的值，利用所述iΣ(t)的值再乘以一个大于1的系数，将其结果作为差分异步定值iset1；根据第一直流输电线路M侧电流的差分值diM(j)计算第一直流输电线路差分方向积聚量iΣΔ(t)，其计算公式为：
Figure FDA0003541299300000031
确定所述第一直流输电线路差分方向积聚量iΣΔ(t)和预先设置的差分方向定值iset2是否满足预先设置的差分方向判据，其中，所述差分方向判据的计算公式为：
iΣΔ(t)>iset2
式中，所述差分方向定值iset2按照第一直流输电线路末端高阻故障有灵敏度整定，即在第一直流输电线路末端生成一个高阻故障，并在所述故障时计算第一直流输电线路iΣΔ(t)的值，并将所述iΣΔ(t)的值除以一个大于1的常数的结果作为iset2；
在保护启动后的t0～tlimit时间内，确定所述j时刻第一直流输电线路M侧电流的差分值diM(j)和第二直流输电线路M侧电流的差分值diM'(j)是否满足预先设置的第一极比幅式选极判据和第二极比幅式选极判据，其中，所述第一极是第一直流输电线路M侧，所述第二极是第二直流输电线路M侧，所述第一极比幅式选极判据的计算公式为：
Figure FDA0003541299300000032
所述第二极比幅式选极判据的计算公式为：
Figure FDA0003541299300000033
式中，σ为选极系数，σ>1，
Figure FDA0003541299300000034
为第一极比幅式电流，
Figure FDA0003541299300000035
为第二极比幅式电流tlimit≥t；
当在t0～tlimit时间段的任意一个t时刻第一直流输电线路异步差动判据、差分方向判据和第一极比幅式选极判据成立时，第一直流输电线路M侧保护动作出口，或者在t0～tlimit时间段的任意一个t时刻第一直流输电线路异步差动判据和差分方向判据成立，且在t0～tlimit时间段第一极比幅式选极判据和第二极比幅式选极判据持续不成立时，第一直流输电线路M侧保护启动tlimit后，保护动作出口。
2.一种可选极的直流输电线路保护系统，其特征在于，所述系统包括：
初始设置单元，其用于确定第一直流输电线路和第二直流输电线路，以及第一直流输电线路的M侧和N侧，以及第二直流输电线路的M侧，设置保护启动判据、异步差动判据、差分方向判据、第一极比幅式选极判据和第二极比幅式选极判据的计算公式，以及为上述判据中具备定值的参数赋值，其中，所述第一直流输电线路为输电线路中的任意一条，第二直流输电线路为除第一直流输电线路外的其他直流输电线路，第一直流输电线路M侧是所述第一直流输电线路整流侧和逆变侧中的一侧，第二直流输电线路M侧与第一直流输电线路M侧位于同一侧，所述第一直流输电线路N侧为所述直流输电线路中与M侧相对的另一侧,第一直流输电线路保护启动判据的计算公式为：
|diM(k0)|>iset0
式中，|diM(k0)|为k0时刻第一直流输电线路M侧电流的差分值diM(k0)的绝对值，iset0为启动门槛，按照本线路末端高阻故障有灵敏度整定，即在第一直流输电线路末端生成一个高阻故障，计算|diM(k0)|的值，利用所述|diM(k0)|的值再除以一个大于1的系数，将其结果作为启动门槛iset0；
第一直流输电线路异步差动判据的计算公式为：
iΣ(t)>iset1
Figure FDA0003541299300000041
式中，iΣ(t)为t时刻第一直流输电线路差分积聚动作量，n为t0～t时间段的采样点数，|diM(k)|为k时刻第一直流输电线路M侧电流的差分值diM(k)的绝对值，iset1为差分异步定值，按照末端区外金属性故障整定，即在第一直流输电线路末端区外生成一个金属性故障，计算iΣ(t)的值，利用所述iΣ(t)的值再乘以一个大于1的系数，将其结果作为差分异步定值iset1；
第一直流输电线路差分方向判据的计算公式为：
iΣΔ(t)>iset2
Figure FDA0003541299300000051
式中，iΣΔ(t)为t时刻第一直流输电线路方向动作量，iset2为差分方向定值，按照第一直流输电线路末端高阻故障有灵敏度整定，即在第一直流输电线路末端生成一个高阻故障，并在所述故障时计算第一直流输电线路iΣΔ(t)的值，并将所述iΣΔ(t)的值除以一个大于1的常数的结果作为iset2；
第一极比幅式选极判据的计算公式为：
Figure FDA0003541299300000052
第二极比幅式选极判据的计算公式为：
Figure FDA0003541299300000053
式中，diM(j)为j时刻第一直流输电线路M侧电流的差分值，diM'(j)为j时刻第二直流输电线路M侧电流的差分值，σ为选极系数，σ>1，
Figure FDA0003541299300000054
为第一极比幅式电流，
Figure FDA0003541299300000055
为第二极比幅式电流，当在t0～tlimit时间段内任一t时刻第一极比幅选极判据成立，或者当在t0～tlimit时间段内第一极比幅式选极判据和第二极比幅式选极判据持续不成立时，第一直流输电线路M侧选极成功；
数据采集单元，其用于实时采集第一直流输电线路M侧和N侧的线路电流，以及第二直流输电线路M侧的线路电流；
数据处理单元，其用于根据第一直流输电线路M侧的线路电流计算第一直流输电线路M侧电流的差分值，根据第一直流输电线路N侧的线路电流计算第一直流输电线路N侧电流的差分值，根据第二直流输电线路M侧的线路电流计算第二直流输电线路M侧电流的差分值，并根据所述计算确定的结果判定初始设置单元中的判据是否成立，其中，第一直流输电线路M侧电流的差分值，第一直流输电线路N侧电流的差分值，第二直流输电线路M侧电流的差分值的计算公式分别为：
diM(j)＝iM(j)-iM(j-ts)
diM(k)＝iM(k)-iM(k-ts)
diN(j-Ttran)＝iN(j-Ttran)-iN(j-ts-Ttran)
diM′(j)＝iM′(j)-iM′(j-ts)
式中，diM(j)为j时刻第一直流输电线路M侧电流的差分值，iM(j)为第一直流输电线路M侧在j时刻的线路电流，iM(j-ts)为j-ts时刻的线路电流，ts为采样时间间隔，iM(k)为第一直流输电线路M侧在k时刻的线路电流，iM(k-ts)为第一直流输电线路M侧在k-ts时刻的线路电流，diM(k)为k时刻第一直流输电线路M侧电流的差分值，diN(j-Ttran)为j-Ttran时刻第一直流输电线路N侧电流的差分值，iN(j-Ttran)为第一直流输电线路N侧在j-Ttran时刻的线路电流，iN(j-ts-Ttran)为j-ts-Ttran时刻的线路电流，Ttran为直流线路传输通道延时，t0≤j≤t，diM'(j)为j时刻第二直流输电线路M侧电流的差分值，iM'(j)为第二直流输电线路M侧在j时刻的线路电流，iM'(j-ts)为j-ts时刻的线路电流；
保护启动单元，其用于在保护启动判据成立时，启动第一直流输电线路M侧的直流保护,并将所述保护启动的时刻记为t0；
保护出口单元，其用于在第一直流输电线路M侧的直流保护启动后t0～tlimit时间内，当在t0～tlimit时间段的任意一个t时刻第一直流输电线路异步差动判据和差分方向判据和第一极比幅式选极判据成立时，第一直流输电线路M侧保护动作出口，或者在t0～tlimit时间段的任意一个t时刻第一直流输电线路异步差动判据和差分方向判据成立，且在t0～tlimit时间段第一极比幅式选极判据和第二极比幅式选极判据持续不成立时，第一直流输电线路M侧保护启动tlimit后，保护动作出口，其中，tlimit≥t。
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