CN110649577A - 一种基于纯电流特征的直流输电线路保护方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种基于纯电流特征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和电流突变量，并根据所述线路电流差分值和电流突变量确定预先设置的保护判据是否成立，来确定直流保护动作是否出口。本发明所述的基于纯电流特征的直流输电线路保护方法和系统能够进一步加快金属性故障保护动作速度，大幅提升高阻故障保护动作速度，雷击或异常大数时保护可靠不动作，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

一种基于纯电流特征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，涉及一种基于纯电 流特征的直流输电线路保护方法和系统。
背景技术
在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 时间段电能传输的重任，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，直流输电线路保护主要包括行波保护、微分欠压保护、纵联差 动保护等。行波保护、欠压微分保护作为直流输电线路主保护，可以快速 响应直流线路故障(3～5ms)，但耐受过渡电阻能力差，动作性能易受到雷 击、异常大数、噪声干扰的影响，受极间互感影响非故障极线路保护易误 动。纵联差动保护作为直流输电线路后备保护，具备良好的反映高阻接地 故障的能力，但在外部短路时，长距离输电线路的分布电容电流会产生较 大差流，为防止保护误动，其动作延时设置较长(百毫秒甚至秒级)。
发明内容
为了解决现在技术中行波保护、欠压微分保护耐受过渡电阻能力差， 动作性能易受到雷击、异常大数、噪声干扰的影响，而纵联差动保护动作 延时较长的技术问题，本发明提供一种基于纯电流特征的直流输电线路保 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)，以及根据所述j时刻第一直流输电线路 M侧电流的差分值diM(j)计算k时刻第一直流输电线路M侧电流突变量 ΔiM(k)，根据所述j-Ttran时刻第一直流输电线路N侧电流的差分值 diN(j-Ttran)计算k-Ttran时刻第一直流输电线路N侧电流突变量 ΔiN(k-Ttran)，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，t0≤k≤t；
根据第一直流输电线路M侧电流的差分值diM(k)和N侧电流突变量 ΔiN(k-Ttran)计算第一直流输电线路差分积聚动作量iΣ(t)，根据第一直流 输电线路M侧电流的差分值diM(k)计算第一直流输电线路差分积聚门槛 值isetz，并确定所述第一直流输电线路差分积聚动作量iΣ(t)和差分积聚门 槛值isetz是否满足预先设置的对端助增差分电流积聚量判据，其中， t0≤k≤t；
根据第一直流输电线路M侧电流突变量ΔiM(k)和N侧电流突变量 ΔiN(k-Ttran)计算第一直流输电线路方向动作量iΣΔ(t)，并确定所述第一直 流输电线路方向动作量iΣΔ(t)是否满足预先设置的对端助增突变量电流的 积聚量高定值方向判据、对端助增突变量电流的积聚量低定值方向判据， 其中，t0≤k≤t；
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突变量电流选极判据和第二极比幅式突变量 电流选极判据，在保护启动t0～tf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)是否满足预先设置的第一极比幅式突变量电 流选极判据，在保护启动tf时间后，确定第一直流输电线路方向动作量 iΣΔ(t)是否满足比率制动电流选极判据，其中，当在t0～tlimit时间段持续同 时不满足第一极比幅式突变量电流选极判据和第二极比幅式突变量电流选 极判据、在t0～tf中某一个时刻满足第一极比幅式突变量电流选极判据或 者tf时间后任一时刻满足比率制动电流选极判据中的任意一个成立都表示 阶段式电流选极判据成立，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，tf＞tlimit；
根据k时刻第一直流输电线路M侧电流的差分值diM(k)和第一直流输 电线路N侧电流突变量ΔiN(k-Ttran)计算k时刻第一直流输电线路M侧的 差分量iΔ(k)，基于所述差分量iΔ(k)确定k时刻第一直流输电线路M侧的置 反差分量iΔ'(k)，并确定所述k时刻第一直流输电线路M侧的置反差分量 iΔ'(k)是否满足预先设置的利用差分积聚量的防大数保护判据；
根据第一直流输电线路M侧电流突变量ΔiM(k)和N侧电流突变量 ΔiN(k-Ttran)计算k时刻第一直流输电线路防大数突变量iz(k)，并确定k时 刻第一直流输电线路防大数突变量iz(k)是否满足利用电流突变量的防大 数保护判据；
当所述t时刻第一直流输电线路的对端助增差分电流积聚量判据、对端 助增突变量电流的积聚量高定值方向判据和利用差分积聚量的防大数保护 判据同时成立，在t0～t时间段满足利用电流突变量的防大数保护判据的采 样点数大于预先设置的点数阈值，且满足利用电流突变量的防大数保护判 据的采样点数大于不满足利用电流突变量的防大数保护判据的采样点数时， 或者所述t时刻第一直流输电线路对端助增差分电流积聚量判据、对端助增 突变量电流的积聚量低定值方向判据、阶段式电流选极判据和利用差分积聚量的防大数保护判据同时成立，在t0～t时间段满足利用电流突变量的防 大数保护判据的采样点数大于预先设置的点数阈值，且满足利用电流突变 量的防大数保护判据的采样点数大于不满足利用电流突变量的防大数保护 判据的采样点数时，第一直流输电线路M侧保护动作出口，其中，t0≤k≤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)
根据所述j时刻第一直流输电线路M侧电流的差分值diM(j)计算k时 刻第一直流输电线路M侧电流突变量ΔiM(k)，其计算公式为：
Figure BDA0002118658920000051
根据所述j-Ttran时刻第一直流输电线路N侧电流的差分值 diN(j-Ttran)计算k-Ttran时刻第一直流输电线路N侧电流突变量 ΔiN(k-Ttran)，其计算公式为：
Figure BDA0002118658920000052
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k时刻第一直流输电线路M侧电流的差分值 diM(k)和N侧电流突变量ΔiN(k-Ttran)计算第一直流输电线路差分积聚动 作量iΣ(t)，根据k时刻第一直流输电线路M侧电流的差分值diM(k)计算第 一直流输电线路差分积聚门槛值isetz，并确定所述t时刻第一直流输电线路 差分积聚动作量iΣ(t)和差分积聚门槛值isetz是否满足预先设置的对端助增 差分电流积聚量判据包括：
根据k时刻第一直流输电线路M侧电流的差分值diM(k)和N侧电流 突变量ΔiN(k-Ttran)计算t时刻第一直流输电线路差分积聚动作量iΣ(t)，其 计算公式为：
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；
根据第一直流输电线路M侧电流的差分值diM(k)计算第一直流输电 线路差分积聚门槛值isetz，其计算公式为：
isetz＝kk(iset1+γ)
Figure BDA0002118658920000062
Figure BDA0002118658920000063
Figure BDA0002118658920000065
式中，kk为可靠系数，iset1为固定门槛，确定为区外金属性故障时的 差分积聚动作量在故障后T0时间内的最大值，γ为负斜率电流浮动门槛，
Figure BDA0002118658920000066
为负斜率电流，T为浮动门槛计算窗长，ρ为浮动门槛系数，ρmax为 比例常数，ρmax＞1，T'为定值计算窗长，T'＞T，λ为裕度系数，λ＞1；
确定所述第一直流输电线路差分积聚动作量iΣ(t)和差分积聚门槛值 isetz是否满足预先设置的对端助增差分电流积聚量判据，其中，所述对端助 增差分电流积聚量判据的计算公式为：
iΣ(t)＞isetz。
进一步地，所述根据第一直流输电线路M侧电流突变量ΔiM(k)和N侧 电流突变量ΔiN(k-Ttran)计算第一直流输电线路方向动作量iΣΔ(t)，并确定 所述第一直流输电线路方向动作量iΣΔ(t)是否满足预先设置的对端助增突 变量电流的积聚量高定值方向判据、对端助增突变量电流的积聚量低定值 方向判据包括：
根据第一直流输电线路M侧电流突变量ΔiM(k)和N侧电流突变量 ΔiN(k-Ttran)计算第一直流输电线路方向动作量iΣΔ(t)，其计算公式为：
Figure BDA0002118658920000071
式中，n为t0～t时间段的采样点数；
确定所述第一直流输电线路方向动作量iΣΔ(t)是否满足预先设置的对 端助增突变量电流的积聚量高定值方向判据、对端助增突变量电流的积聚 量低定值方向判据，其中，所述对端助增突变量电流的积聚量高定值方向 判据的计算公式为：
iΣΔ(t)＞iset2H
所述对端助增突变量电流的积聚量低定值方向判据的计算公式为：
iΣΔ(t)＞iset2L
式中，iset2H为对端助增突变量电流的积聚量方向判别高定值，iset2L为 方向判别低定值，iset2H按照第二直流输电线路末端金属性故障整定，即在 第二直流输电线路末端生成一个金属性故障，并在所述故障时计算第一直 流输电线路方向动作量iΣΔ(t)的值，并将所述iΣΔ(t)的值乘以一个大于1的 常数的结果作为iset2H，iset2L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方向动作量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iset2L。
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突变量电流选极判据和第二 极比幅式突变量电流选极判据，在保护启动t0～tf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)是否满足预先设置的第一极 比幅式突变量电流选极判据，在保护启动tf时间后，确定第一直流输电线 路方向动作量iΣΔ(t)是否满足比率制动电流选极判据包括：
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突变量电流选极判据和第二极比幅式突变量 电流选极判据，其中，所述第一极比幅式突变量电流选极判据的计算公式 为：
Figure BDA0002118658920000081
所述第二极比幅式突变量电流选极判据的计算公式为：
Figure BDA0002118658920000082
当在t0～tf时间段内任一时刻第一极比幅式突变量电流选极判据成立， 则阶段式电流选极判据成立，当在t0～tlimit时间段内第一极比幅式突变量 电流选极判据和第二极比幅式突变量电流选极判据持续不成立时，在tlimit时刻及tlimit～tf时间段内判定发生双极故障，所述阶段式电流选极判据成 立；
在保护启动tf时间后，确定第一直流输电线路方向动作量iΣΔ(t)是否满 足比率制动电流选极判据，其中，所述比率制动电流选极判据的计算公式 为：
iΣΔ(t)＞αiDΔ(t)
Figure BDA0002118658920000083
式中，σ为选极系数，σ＞1，α为比率制动系数，α＞1，αiDΔ(t)为方 向制动量，保护启动tf时间后，以比率制动电流选极判据的结果作为阶段 式电流选极判据的结果，保护启动tf时间后任意一个时刻比率制动电流选 极判据成立则阶段式电流选极判据成立。
进一步地，所述根据k时刻第一直流输电线路M侧电流的差分值 diM(k)和第一直流输电线路N侧电流突变量ΔiN(k-Ttran)计算k时刻第一 直流输电线路M侧的差分量iΔ(k)，基于所述差分量iΔ(k)确定k时刻第一直 流输电线路M侧的置反差分量iΔ'(k)，并确定所述k时刻第一直流输电线 路M侧的置反差分量iΔ'(k)是否满足预先设置的利用差分积聚量的防大数 保护判据包括：
根据k时刻第一直流输电线路M侧电流的差分值diM(k)和第一直流输 电线路N侧电流突变量ΔiN(k-Ttran)计算k时刻第一直流输电线路M侧的 差分量iΔ(k)，其计算公式为：
iΔ(k)＝|diM(k)|+ΔiN(k-Ttran)
基于所述差分量iΔ(k)确定k时刻第一直流输电线路M侧的置反差分 量iΔ'(k)，其计算公式为：
i'Δ(k)＝f(iΔ(k))
式中，f为置反处理方法，是将t0～t时间段绝对值最大的iΔ(k)强制乘 以-ν作为k时刻的置反差分量，而将其他时刻的iΔ(k)作为对应时刻的置反 差分量，ν＞1；
确定所述k时刻第一直流输电线路M侧的置反差分量iΔ'(k)是否满足 预先设置的利用差分积聚量的防大数保护判据，其中，所述利用差分积聚 量的防大数保护判据的计算公式为：
if(t)＞iset3
式中，if(t)为防大数差分动作量，iset3为防大数差分定值，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防大数差分动作 量if(t)的值，并将所述if(t)的值除以一个大于1的常数的结果作为iset3。
进一步地，所述根据第一直流输电线路M侧电流突变量ΔiM(k)和N侧 电流突变量ΔiN(k-Ttran)计算k时刻第一直流输电线路防大数突变量iz(k)， 并确定k时刻第一直流输电线路防大数突变量iz(k)是否满足利用电流突变 量的防大数保护判据包括：
根据第一直流输电线路M侧电流突变量ΔiM(k)和N侧电流突变量 ΔiN(k-Ttran)计算k时刻第一直流输电线路防大数突变量iz(k)，其计算公式 为：
iZ(k)＝ΔiM(k)+ΔiN(k-Ttran)
确定k时刻第一直流输电线路防大数突变量iz(k)是否满足利用电流突 变量的防大数保护判据，其中，所述利用电流突变量的防大数保护判据的 计算公式为：
|iZ(k)|＞iset4
式中，iset4为防大数突变量定值，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防大数突变量iz(k)的值，并将所述iz(k)的 值除以一个大于1的常数的结果作为iset4。
根据本发明的另一方面，本发明提供一种基于纯电流特征的直流输电 线路保护系统，所述系统包括：
初始设置单元，其用于设置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，以及和第二直流输电线路的M侧， 设置启动保护判据、对端助增差分电流积聚量判据、对端助增突变量电流 的积聚量高定值方向判据、对端助增突变量电流的积聚量低定值方向判据、 第一极比幅式突变量电流选极判据、第二极比幅式突变量电流选极判据、 比率制动电流选极判据、利用差分积聚量的防大数保护判据和利用电流突 变量的防大数保护判据的计算公式，以及为上述判据中具备定值的参数和 采样点数阈值赋值，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，根据第一直流输电 线路M侧电流的差分值计算第一直流输电线路M侧的电流突变量，根据第 一直流输电线路N侧电流的差分值计算第一直流输电线路N侧的电流突 变量，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，其用于在启动第一直流输电线路M侧的直流保护后， 当所述t时刻第一直流输电线路的对端助增差分电流积聚量判据、对端助增 突变量电流的积聚量高定值方向判据和利用差分积聚量的防大数保护判据 同时成立，在t0～t时间段满足利用电流突变量的防大数保护判据的采样点 数大于预先设置的点数阈值，且满足利用电流突变量的防大数保护判据的 采样点数大于不满足利用电流突变量的防大数保护判据的采样点数时，或 者所述t时刻第一直流输电线路对端助增差分电流积聚量判据、对端助增突 变量电流的积聚量低定值方向判据、阶段式电流选极判据和利用差分积聚 量的防大数保护判据同时成立，在t0～t时间段满足利用电流突变量的防大 数保护判据的采样点数大于预先设置的点数阈值，且满足利用电流突变量 的防大数保护判据的采样点数大于不满足利用电流突变量的防大数保护判 据的采样点数时，第一直流输电线路M侧保护动作出口，其中，当在 t0～tlimit时间段内持续同时不满足第一极比幅式突变量电流选极判据和第 二极比幅式突变量电流选极判据、在t0～tf时间段中任一个时刻满足第一 极比幅式突变量电流选极判据或者在tf时间以后任一时刻满足比率制动电 流选极判据中的任意一个成立都表示阶段式电流选极判据成立，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 t为第一直流输电线路M侧的直流保护启动后，数据采集单元采样结束的时刻，tlimit和tf为保护启动后的两个时刻，t0≤j≤k，t0≤k≤t，tf＞tlimit。
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，根据第一直 流输电线路M侧电流的差分值计算第一直流输电线路M侧的电流突变量， 根据第一直流输电线路N侧电流的差分值计算第一直流输电线路N侧的 电流突变量，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；
Figure BDA0002118658920000131
Figure BDA0002118658920000132
式中，ΔiM(k)为k时刻第一直流输电线路M侧电流突变量，diM(j)为 j时刻第一直流输电线路M侧电流的差分值，ΔiN(k-Ttran)为k-Ttran时刻 第一直流输电线路N侧电流突变量ΔiN(k-Ttran)，diN(j-Ttran)为j-Ttran时 刻第一直流输电线路N侧电流的差分值，t0≤j≤k，t0≤k≤t，t0为保护启 动时刻，ts为采样时间间隔，Ttran为直流线路传输通道延时。
进一步地，所述初始设置单元设置的启动保护判据、对端助增差分电 流积聚量判据、对端助增突变量电流的积聚量高定值方向判据、对端助增 突变量电流的积聚量低定值方向判据、第一极比幅式突变量电流选极判据、 第二极比幅式突变量电流选极判据、比率制动电流选极判据、利用差分积 聚量的防大数保护判据和利用电流突变量的防大数保护判据的计算公式包 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k0j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；
第一直流输电线路对端助增差分电流积聚量判据的计算公式为：
iΣ(t)＞isetz
isetz＝kk(iset1+γ)
Figure BDA0002118658920000143
Figure BDA0002118658920000144
式中，iΣ(t)为t时刻第一直流输电线路差分积聚动作量，isetz为差分积 聚门槛值，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，kk为可靠系数，iset1为固定门槛， 确定为区外金属性故障时的差分积聚动作量在故障后T0时间内的最大值， γ为负斜率电流浮动门槛，为负斜率电流，T为浮动门槛计算窗长， ρ为浮动门槛系数，ρmax为比例常数，ρmax＞1，T'为定值计算窗长，T'＞T，λ为裕度系数，λ＞1；
第一直流输电线路对端助增突变量电流的积聚量高定值方向判据的计 算公式为：
iΣΔ(t)＞iset2H
Figure BDA0002118658920000146
式中，iΣΔ(t)为t时刻第一直流输电线路方向动作量，iset2H为对端助增 突变量电流的积聚量方向判别高定值，iset2H按照第二直流输电线路末端金 属性故障整定，即在第二直流输电线路末端生成一个金属性故障，并在所 述故障时计算第一直流输电线路方向动作量iΣΔ(t)的值，并将所述iΣΔ(t)的 值乘以一个大于1的常数的结果作为iset2H，ΔiM(k)为k时刻第一直流输电 线路M侧电流突变量，ΔiN(k-Ttran)为k时刻第一直流输电线路N侧电流突变量，n为t0～t时间段的采样点数；
第一直流输电线路对端助增突变量电流的积聚量低定值方向判据的计 算公式为：
iΣΔ(t)＞iset2L
Figure BDA0002118658920000151
式中，iΣΔ(t)为t时刻第一直流输电线路方向动作量，iset2L为方向判别 低定值，iset2L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 电线路方向动作量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iset2L，ΔiM(k)为k时刻第一直流输电线路M侧电流突变量， ΔiN(k-Ttran)为k时刻第一直流输电线路N侧电流突变量，n为t0～t时间段的采样点数，iset2H＞iset2L；
第一极比幅式突变量电流选极判据的计算公式为：
Figure BDA0002118658920000152
第二极比幅式突变量电流选极判据的计算公式为：
Figure BDA0002118658920000153
第一直流输电线路比率制动电流选极判据的计算公式为：
iΣΔ(t)＞αiDΔ(t)
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，iΣ(t) 为t时刻第一直流输电线路差分积聚动作量，α为比率制动系数，α＞1， αiDΔ(t)为方向制动量，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，当在t0～tf时间段内任一时刻第一极比幅式突变量 电流选极判据成立，则阶段式电流选极判据成立，当在t0～tlimit时间段内第 一极比幅式突变量电流选极判据和第二极比幅式突变量电流选极判据持续 不成立时，在tlimit时刻及tlimit～tf时间段内判定发生双极故障，所述阶段式 电流选极判据成立，保护启动tf时间后任意一个时刻，以比率制动电流选 极判据的结果作为阶段式电流选极判据的结果，比率制动电流选极判据成 立则阶段式电流选极判据成立；
利用差分积聚量的防大数保护判据的计算公式为：
if(t)＞iset3
Figure BDA0002118658920000161
i'Δ(k)＝f(iΔ(k))
iΔ(k)＝|diM(k)|+ΔiN(k-Ttran)
式中，if(t)为防大数差分动作量，iset3为防大数差分定值，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防大数差分动作 量if(t)的值，并将所述if(t)的值除以一个大于1的常数的结果作为iset3， iΔ'(k)为k时刻第一直流输电线路M侧的置反差分量，f为置反处理方法， 是将t0～t时间段绝对值最大的iΔ(k)强制乘以-ν作为k时刻的置反差分量，而将其他时刻的iΔ(k)作为对应时刻的置反差分量，ν＞1，iΔ(k)为k时刻第 一直流输电线路M侧的差分量，diM(k)为k时刻第一直流输电线路M侧电 流的差分值，ΔiN(k-Ttran)为k-Ttran时刻第一直流输电线路N侧电流突变 量，t0≤k≤t，ts为采样时间间隔，Ttran为直流线路传输通道延时；
第一直流输电线路利用电流突变量的防大数保护判据的计算公式为：
|iZ(k)|＞iset4
iZ(k)＝ΔiM(k)+ΔiN(k-Ttran)
式中，iz(k)为k时刻第一直流输电线路防大数突变量，iset4为防大数 突变量定值，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 电线路防大数突变量|iz(k)|的值，并将所述|iz(k)|的值除以一个大于1的常 数的结果作为iset4，ΔiM(k)为k-Ttran时刻第一直流输电线路M侧电流突变 量，ΔiN(k-Ttran)为第一直流输电线路时刻N侧电流突变量。
本发明技术方案提供的基于纯电流特征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和电流突变量，并根 据所述线路电流差分值和电流突变量确定预先设置的保护判据是否成立， 来确定直流保护动作是否出口。本发明所述的基于纯电流特征的直流输电 线路保护方法和系统能够进一步加快金属性故障保护动作速度，大幅提升 高阻故障保护动作速度，雷击或异常大数时保护可靠不动作，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基于纯电流特征的直流输电线路保 护的方法的流程图；
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的对端助增时序 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的阶段式电流选 极判据时序示意图；
图5为根据本发明优选实施方式的基于纯电流特征的直流输电线路保 护逻辑示意图；
图6(a)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积聚门槛值随时间变化的波形示意图；
图6(b)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 故障时方向动作量和方向判别低定值随时间变化的波形示意图；
图6(c)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突变量电流幅值和第二极比幅式突变量电流幅值随时 间变化的波形示意图；
图6(d)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 故障时防大数差分动作量和防大数差分定值随时间变化的波形示意图；
图6(e)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 阻故障时防大数突变量绝对值和防大数突变量定值随时间变化的波形示意 图；
图6(f)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 故障时满足利用电流突变量的防大数保护判据的点数和不满足利用电流突 变量的防大数保护判据的点数随时间变化的波形示意图；
图7(a)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双极 金属性故障时差分积聚动作量和差分积聚门槛值随时间变化的波形示意图；
图7b)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双极 金属性故障时方向动作量和方向判别高定值随时间变化的波形示意图；
图8(a)为根据本发明优选实施方式的第二直流输电线路末端发生金属 性故障时方向动作量和方向判别高定值随时间变化的波形示意图；
图8(b)为根据本发明优选实施方式的第二直流输电线路末端发生金属 性故障时方向动作量和方向判别低定值随时间变化的波形示意图；
图8(c)为根据本发明优选实施方式的第二直流输电线路末端发生金属 性故障时第一极比幅式突变量电流幅值和第二极比幅式突变量电流幅值随 时间变化的波形示意图；
图8(d)为根据本发明优选实施方式的第二直流输电线路末端发生故障 时方向动作量和方向制动量随时间变化的波形示意图；
图9为根据本发明优选实施方式的基于纯电流特征的直流输电线路保 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。
图1为根据本发明优选实施方式的基于纯电流特征的直流输电线路保 护的方法的流程图。如图1所示，本优选实施方式所述的基于纯电流特征 的直流输电线路保护的方法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。
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，例 如±500kV系统按照线路末端800欧姆过渡电阻有灵敏度整定，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。
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)，以及根据所述j时刻第一直流输电线路 M侧电流的差分值diM(j)计算k时刻第一直流输电线路M侧电流突变量 ΔiM(k)，根据所述j-Ttran时刻第一直流输电线路N侧电流的差分值diN(j-Ttran)计算k-Ttran时刻第一直流输电线路N侧电流突变量 ΔiN(k-Ttran)，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，t0≤k≤t。
优选地，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)
根据所述j时刻第一直流输电线路M侧电流的差分值diM(j)计算k时 刻第一直流输电线路M侧电流突变量ΔiM(k)，其计算公式为：
Figure BDA0002118658920000211
根据所述j-Ttran时刻第一直流输电线路N侧电流的差分值 diN(j-Ttran)计算k-Ttran时刻第一直流输电线路N侧电流突变量 ΔiN(k-Ttran)，其计算公式为：
Figure BDA0002118658920000212
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。
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 电流突变量ΔiN(k-Ttran)计算第一直流输电线路差分积聚动作量iΣ(t)，根 据第一直流输电线路M侧电流的差分值diM(k)计算第一直流输电线路差 分积聚门槛值isetz，并确定所述第一直流输电线路差分积聚动作量iΣ(t)和 差分积聚门槛值isetz是否满足预先设置的对端助增差分电流积聚量判据，其 中，t0≤k≤t。
优选地，所述根据k时刻第一直流输电线路M侧电流的差分值diM(k) 和N侧电流突变量ΔiN(k-Ttran)计算第一直流输电线路差分积聚动作量 iΣ(t)，根据k时刻第一直流输电线路M侧电流的差分值diM(k)计算第一直 流输电线路差分积聚门槛值isetz，并确定所述t时刻第一直流输电线路差分 积聚动作量iΣ(t)和差分积聚门槛值isetz是否满足预先设置的对端助增差分 电流积聚量判据包括：
根据k时刻第一直流输电线路M侧电流的差分值diM(k)和N侧电流 突变量ΔiN(k-Ttran)计算t时刻第一直流输电线路差分积聚动作量iΣ(t)，其 计算公式为：
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；
根据第一直流输电线路M侧电流的差分值diM(k)计算第一直流输电 线路差分积聚门槛值isetz，其计算公式为：
isetz＝kk(iset1+γ)
Figure BDA0002118658920000222
Figure BDA0002118658920000223
Figure BDA0002118658920000224
式中，kk为可靠系数，iset1为固定门槛，确定为区外金属性故障时的 差分积聚动作量在故障后T0时间内的最大值，建议T0＜50ms，γ为负斜率 电流浮动门槛，
Figure BDA0002118658920000232
为负斜率电流，T为浮动门槛计算窗长，建议T＜5ms， ρ为浮动门槛系数，ρmax为比例常数，ρmax＞1，T'为定值计算窗长，T'＞T， λ为裕度系数，λ＞1；
确定所述第一直流输电线路差分积聚动作量iΣ(t)和差分积聚门槛值 isetz是否满足预先设置的对端助增差分电流积聚量判据，其中，所述对端助 增差分电流积聚量判据的计算公式为：
iΣ(t)＞isetz
图3为根据本发明优选实施方式的第一直流输电线路的对端助增时序 示意图。如图3所示，第一直流输电线路M侧直流保护启动时刻为t0，由 于第一直流输电线路N侧电流突变量是采用的k-Ttran时刻的量，对于M侧 判据，保护启动至Ttran时间段内，N侧电流突变量ΔiN(k-Ttran)为0，判据 仅采用了M侧单端的电流量，称为单端量过程；在保护启动后Ttran时刻之 后，N侧突变量传递过来，当区内故障时，N侧电流突变量ΔiN(k-Ttran)大 于0，叠加了电流突变量ΔiN(k-Ttran)之后，动作量更大，判据更容易满足。 当末端区外发生故障时，N侧电流突变量ΔiN(k-Ttran)小于0，叠加了 ΔiN(k-Ttran)之后，动作量更小，判据更不容易满足，由此可见，对于第一 直流输电线路M侧直流保护而言，N侧突变量传递过来后对判据的整体性 能起到提升的作用，因此保护启动Ttran时刻之后称为对端助增过程。
在步骤104，根据第一直流输电线路M侧电流突变量ΔiM(k)和N侧电 流突变量ΔiN(k-Ttran)计算第一直流输电线路方向动作量iΣΔ(t)，并确定所 述第一直流输电线路方向动作量iΣΔ(t)是否满足预先设置的对端助增突变 量电流的积聚量高定值方向判据、对端助增突变量电流的积聚量低定值方 向判据。
优选地，所述根据第一直流输电线路M侧电流突变量ΔiM(k)和N侧电 流突变量ΔiN(k-Ttran)计算第一直流输电线路方向动作量iΣΔ(t)，并确定所 述第一直流输电线路方向动作量iΣΔ(t)是否满足预先设置的对端助增突变 量电流的积聚量高定值方向判据、对端助增突变量电流的积聚量低定值方 向判据包括：
根据第一直流输电线路M侧电流突变量ΔiM(k)和N侧电流突变量 ΔiN(k-Ttran)计算第一直流输电线路方向动作量iΣΔ(t)，其计算公式为：
Figure BDA0002118658920000241
式中，n为t0～t时间段的采样点数；
确定所述第一直流输电线路方向动作量iΣΔ(t)是否满足预先设置的对 端助增突变量电流的积聚量高定值方向判据、对端助增突变量电流的积聚 量低定值方向判据，其中，所述对端助增突变量电流的积聚量高定值方向 判据的计算公式为：
iΣΔ(t)＞iset2H
所述对端助增突变量电流的积聚量低定值方向判据的计算公式为：
iΣΔ(t)＞iset2L
式中，iset2H为方向判别高定值，iset2L为方向判别低定值，iset2H按照 第二直流输电线路末端金属性故障整定，即在第二直流输电线路末端生成 一个金属性故障，并在所述故障时计算第一直流输电线路方向动作量iΣΔ(t) 的值，并将所述iΣΔ(t)的值乘以一个大于1的常数的结果作为iset2H，iset2L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方向动作 量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iset2L。
在步骤105，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突变量电流选极判据和第二极 比幅式突变量电流选极判据，在保护启动t0～tf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)是否满足预先设置的第一极比 幅式突变量电流选极判据，在保护启动tf时间后，确定第一直流输电线路 方向动作量iΣΔ(t)是否满足比率制动电流选极判据，其中，当在t0～tlimit时 间段持续同时不满足第一极比幅式突变量电流选极判据和第二极比幅式突 变量电流选极判据、在t0～tf中某一个时刻满足第一极比幅式突变量电流 选极判据或者tf时间后某一时刻满足比率制动电流选极判据中的任意一个 成立都表示阶段式电流选极判据成立，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，tf＞tlimit。
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突变量电流选极判据和第二极 比幅式突变量电流选极判据，在保护启动t0～tf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)是否满足预先设置的第一极比 幅式突变量电流选极判据，在保护启动tf时间后，确定第一直流输电线路 方向动作量iΣΔ(t)是否满足比率制动电流选极判据包括：
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突变量电流选极判据和第二极比幅式突变量 电流选极判据，其中，所述第一极比幅式突变量电流选极判据的计算公式 为：
Figure BDA0002118658920000251
所述第二极比幅式突变量电流选极判据的计算公式为：
Figure BDA0002118658920000252
当在t0～tf时间段内任一时刻第一极比幅式突变量电流选极判据成立， 则阶段式电流选极判据成立，当在t0～tlimit时间段内第一极比幅式突变量 电流选极判据和第二极比幅式突变量电流选极判据持续不成立时，在tlimit时刻及tlimit～tf时间段内判定发生双极故障，所述阶段式电流选极判据成 立；
在保护启动tf时间后，确定第一直流输电线路方向动作量iΣΔ(t)是否满 足比率制动电流选极判据，其中，所述比率制动电流选极判据的计算公式 为：
iΣΔ(t)＞αiDΔ(t)
Figure BDA0002118658920000261
式中，σ为选极系数，σ＞1，α为比率制动系数，α＞1，αiDΔ(t)为方 向制动量，保护启动tf时间后，以比率制动电流选极判据的结果作为阶段 式电流选极判据的结果，比率制动电流选极判据成立则阶段式电流选极判 据成立。图4为根据本发明优选实施方式的第一直流输电线路的阶段式电 流选极判据时序示意图。如图4所示，第一直流输电线路M侧保护启动时 刻为t0，当在t0～tf时间段内任一时刻第一极比幅式突变量电流选极判据成 立，则阶段式电流选极判据成立，当在t0～tlimit时间段内第一极比幅式突变 量电流选极判据和第二极比幅式突变量电流选极判据持续不成立时，在 tlimit时刻及tlimit～tf时间段内判定发生双极故障，所述阶段式电流选极判据 成立，保护启动tf时间后，以比率制动电流选极判据的结果作为阶段式电 流选极选极判据的结果，比率制动电流选极判据成立则阶段式电流选极选 极判据成立。
在步骤106，根据k时刻第一直流输电线路M侧电流的差分值diM(k) 和第一直流输电线路N侧电流突变量ΔiN(k-Ttran)计算k时刻第一直流输 电线路M侧的差分量iΔ(k)，基于所述差分量iΔ(k)确定k时刻第一直流输电 线路M侧的置反差分量iΔ'(k)，并确定所述k时刻第一直流输电线路M侧 的置反差分量iΔ'(k)是否满足预先设置的利用差分积聚量的防大数保护判 据。
优选地，所述根据k时刻第一直流输电线路M侧电流的差分值diM(k) 和第一直流输电线路N侧电流突变量ΔiN(k-Ttran)计算k时刻第一直流输 电线路M侧的差分量iΔ(k)，基于所述差分量iΔ(k)确定k时刻第一直流输电 线路M侧的置反差分量iΔ'(k)，并确定所述k时刻第一直流输电线路M侧 的置反差分量iΔ'(k)是否满足预先设置的利用差分积聚量的防大数保护判 据包括：
根据k时刻第一直流输电线路M侧电流的差分值diM(k)和第一直流输 电线路N侧电流突变量ΔiN(k-Ttran)计算k时刻第一直流输电线路M侧的 差分量iΔ(k)，其计算公式为：
iΔ(k)＝|diM(k)|+ΔiN(k-Ttran)
基于所述差分量iΔ(k)确定k时刻第一直流输电线路M侧的置反差分 量iΔ'(k)，其计算公式为：
i'Δ(k)＝f(iΔ(k))
式中，f为置反处理方法，是将t0～t时间段绝对值最大的iΔ(k)强制乘 以-ν作为k时刻的置反差分量，而将其他时刻的iΔ(k)作为对应时刻的置反 差分量，ν＞1；
确定所述k时刻第一直流输电线路M侧的置反差分量iΔ'(k)是否满足 预先设置的利用差分积聚量的防大数保护判据，其中，所述利用差分积聚 量的防大数保护判据的计算公式为：
if(t)＞iset3
Figure BDA0002118658920000271
式中，if(t)为防大数差分动作量，iset3为防大数差分定值，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防大数差分动作 量if(t)的值，并将所述if(t)的值除以一个大于1的常数的结果作为iset3。
在步骤107，根据第一直流输电线路M侧电流突变量ΔiM(k)和N侧电 流突变量ΔiN(k-Ttran)计算k时刻第一直流输电线路防大数突变量iz(k)，并 确定k时刻第一直流输电线路防大数突变量iz(k)是否满足利用电流突变量 的防大数保护判据。
优选地，所述根据第一直流输电线路M侧电流突变量ΔiM(k)和N侧电 流突变量ΔiN(k-Ttran)计算k时刻第一直流输电线路防大数突变量iz(k)，并 确定k时刻第一直流输电线路防大数突变量iz(k)是否满足利用电流突变量 的防大数保护判据包括：
根据第一直流输电线路M侧电流突变量ΔiM(k)和N侧电流突变量 ΔiN(k-Ttran)计算k时刻第一直流输电线路防大数突变量iz(k)，其计算公式 为：
iZ(k)＝ΔiM(k)+ΔiN(k-Ttran)
确定k时刻第一直流输电线路防大数突变量iz(k)是否满足利用电流突 变量的防大数保护判据，其中，所述利用电流突变量的防大数保护判据的 计算公式为：
|iZ(k)|＞iset4
式中，iset4为防大数突变量定值，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防大数突变量|iz(k)|的值，并将所述|iz(k)| 的值除以一个大于1的常数的结果作为iset4。
在步骤108，当所述t时刻第一直流输电线路的对端助增差分电流积聚 量判据、对端助增突变量电流的积聚量高定值方向判据和利用差分积聚量 的防大数保护判据同时成立，在t0～t时间段满足利用电流突变量的防大数 保护判据的采样点数大于预先设置的点数阈值，且满足利用电流突变量的 防大数保护判据的采样点数大于不满足利用电流突变量的防大数保护判据 的采样点数时，或者所述t时刻第一直流输电线路对端助增差分电流积聚量 判据、对端助增突变量电流的积聚量低定值方向判据、阶段式电流选极判 据和利用差分积聚量的防大数保护判据同时成立，在t0～t时间段满足利用 电流突变量的防大数保护判据的采样点数大于预先设置的点数阈值，且满 足利用电流突变量的防大数保护判据的采样点数大于不满足利用电流突变 量的防大数保护判据的采样点数时，第一直流输电线路M侧保护动作出口。
图5为根据本发明优选实施方式的基于纯电流特征的直流输电线路保 护逻辑示意图。如图5所示，本优选实施方式所述的基于纯电流特征的直 流输电线路保护逻辑为对端助增突变量电流的积聚量高定值方向判据与对 端助增差分电流积聚量判据经“与”门逻辑，对端助增突变量电流的积聚 量低定值方向判据、对端助增差分电流积聚量保护判据与阶段式电流选极 方法经“与”门逻辑，两个“与”门逻辑结果再经“或”门逻辑，利用差 分积聚量的防大数保护判据与利用电流突变量的防大数保护判据经“与” 门逻辑，“或”门逻辑与“与”门逻辑再经“与”门逻辑出口。
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 800Ω高阻故障时：
图6(a)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积聚门槛值随时间变化的波形示意图。如图 6(a)所示，虚线为差分积聚动作量随时间变化波形，实线为差分积聚门槛 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0ms， 差分积聚动作量大于差分积聚门槛值，对端助增差分电流积聚量判据满足。
图6(b)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 故障时方向动作量和方向判别低定值随时间变化的波形示意图。如图6(b) 所示，虚线为方向动作量随时间变化波形，实线为方向判别低定值随时间 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3ms，方向动作量大于方向判别低定值，对端助增突变量电流的积聚量低定值方向判据满足。
图6(c)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突变量电流幅值和第二极比幅式突变量电流幅值随时 间变化的波形示意图。如图6(c)所示，虚线为第一极比幅式突变量电流幅 值随时间变化波形，实线为第二极比幅式突变量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1.6ms，第一极比幅式 突变量电流幅值大于第二极比幅式突变量电流幅值，第一极比幅式突变量 电流选极判据满足，故阶段式电流选极判据满足。
图6(d)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 故障时防大数差分动作量和防大数差分定值随时间变化的波形示意图。如 图6(d)所示，虚线为防大数差分动作量随时间变化波形，实线为防大数差 分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0.2ms，防大数差分动 作量大于防大数差分定值，利用差分积聚量的防大数保护判据满足。
图6(e)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 故障时防大数突变量绝对值和防大数突变量定值随时间变化的波形示意图。 如图6(e)所示，虚线为防大数突变量绝对值随时间变化波形，实线为防大 数突变量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0ms，防大数突变量绝对值大于防大数突变量定值，利用电流突变量的防大数保护判据满 足。
图6(f)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 故障时满足利用电流突变量的防大数保护判据的点数和不满足利用电流突 变量的防大数保护判据的点数随时间变化的波形示意图。如图6(f)所示， 实线为满足利用电流突变量的防大数保护判据的点数随时间变化波形，虚 线为不满足利用电流突变量的防大数保护判据的点数随时间变化波形，点 划线为常数m，m为预先设置的利用电流突变量的防大数保护判据的点数阈 值，其随时间变化的波形是一条横线。由波形可知，在第一直流输电线路 M侧保护启动后0.7ms，满足利用电流突变量的防大数保护判据的点数大于 常数m且大于不满足利用电流突变量的防大数保护判据的点数，利用电流 突变量的防大数保护判据满足。
根据图5所示的基于纯电流特征的直流输电线路保护逻辑可知，对端 助增突变量电流的积聚量低定值方向判据、对端助增差分电流积聚量保护 判据与阶段式电流选极方法经“与”门逻辑，利用差分积聚量的防大数保 护判据与利用电流突变量的防大数保护判据经“与”门逻辑后，两组判据 再经与门后，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3ms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。
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 双极金属性故障时：
图7(a)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双极 故障时差分积聚动作量和差分积聚门槛值随时间变化的波形示意图。如图 7(a)所示，虚线为差分积聚动作量随时间变化波形，实线为差分积聚门槛 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0ms， 差分积聚动作量大于差分积聚门槛值，对端助增差分电流积聚量判据满足。
图7(b)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双极 故障时方向动作量和方向判别高定值随时间变化的波形示意图。如图7(b) 所示，虚线为方向动作量随时间变化波形，实线为方向判别高定值随时间 变化波形，由于其是根据第二直流输电线路末端发生金属性故障时进行整 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0ms，方向动作量大于方向判别高定值，方向判别对端助增突变量电流的积聚量高定值判据满足。
由于在本优选实施方式中，在启动后0.2ms，防大数差分动作量大于 防大数差分定值，利用差分积聚量的防大数保护判据满足，在启动后0.7ms， 当满足利用电流突变量的防大数保护判据的点数大于常数m且大于不满足 利用电流突变量的防大数保护判据的点数时，，根据图5所示的基于纯电流 特征的直流输电线路保护逻辑可知，对端助增突变量电流的积聚量高定值 方向判据与对端助增差分电流积聚量判据经“与”门逻辑，利用差分积聚 量的防大数保护判据与利用电流突变量的防大数保护判据经“与”门逻辑， 两组判据再经“与”门后，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0.7ms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。
在本优选实施方式中，当如图2所示的第二直流输电线路末端发生金 属性故障时：
第一直流输电线路M侧保护启动后0ms，差分积聚动作量大于差分积 聚门槛值，对端助增差分电流积聚量判据满足。
图8(a)为根据本发明优选实施方式的第二直流输电线路末端发生金属 性故障时方向动作量和方向判别高定值随时间变化的波形示意图。如图8 (a)所示，虚线为方向动作量随时间变化波形，实线为方向判别高定值随 时间变化波形，其为常数，因此随时间变化波形为一条横线。由波形可知， 在第一直流输电线路M侧保护启动后500ms，方向动作量始终小于方向判 别高定值，方向判别对端助增突变量电流的积聚量高定值方向判据不满足。
图8(b)为根据本发明优选实施方式的第二直流输电线路末端发生金属 性故障时方向动作量和方向判别低定值随时间变化的波形示意图。如图8 (b)所示，虚线为方向动作量随时间变化波形，实线为方向判别低定值随 时间变化波形，其为常数，因此随时间变化波形为一条横线。由波形可知， 在第一直流输电线路M侧保护启动后0.1ms，方向动作量大于方向判别低 定值，对端助增突变量电流的积聚量低定值方向判据满足。
图8(c)为根据本发明优选实施方式的第二直流输电线路末端发生金属 性故障时第一极比幅式突变量电流幅值和第二极比幅式突变量电流幅值随 时间变化的波形示意图。如图8(c)所示，虚线为第一极比幅式突变量电 流幅值随时间变化波形，实线为第二极比幅式突变量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tf时间内，第一 极比幅式突变量电流幅值小于第二极比幅式突变量电流幅值，第一极比幅 式突变量电流选极判据不满足，第二极比幅式突变量电流选极判据满足， 故阶段式电流选极判据不满足。
图8(d)为根据本发明优选实施方式的第二直流输电线路末端发生故障 时方向动作量和方向制动量随时间变化的波形示意图。如图8(d)所示 虚线为方向动作量随时间变化波形，实线为方向制动量随时间变化波形。 由波形可知，在启动tf时间后，方向动作量小于方向制动量，比率制动电 流选极判据不满足，故阶段式电流选极判据不满足。
根据图5所示的基于纯电流特征的直流输电线路保护逻辑可知，在对 端助增差分电流积聚量判据成立，而对端助增突变量电流的积聚量高定值 方向判据不成立时，两者的“与”门逻辑不成立，或者在对端助增差分电 流积聚量判据和对端助增突变量电流的积聚量低定值方向判据的“与”门 逻辑成立，但阶段式电流选极判据不成立时，即使利用差分积累量的防大 数保护判据和利用电流突变量的防大数保护判据成立，所述逻辑示意图中 的最后一个“与”门逻辑也不成立，故第一直流输电线路M侧的保护启动 后，其直流保护也不出口。
除本优选实施方式中的第一直流线路发生高阻故障、双极故障以及第 二直流线路末端金属性故障，所述基于纯电流特征的直流输电线路保护方 法还可适用于直流输电线路单极金属性故障、直流线路末端区外故障以及 直流线路发生雷击或采样出现异常大数时，直流输电线路保护可靠出口或 者不出口。
对于直流输电系统单极运行时，将对端电流的电流值设为0，仍可按 照上述基于纯电流特征的直流保护判据进行直流保护动作出口。
图9为根据本发明优选实施方式的基于纯电流特征的直流输电线路保 护系统的结构示意图。如图9所示，本优选实施方式所述的基于纯电流特 征的直流输电线路保护系统900包括：
初始设置单元901，其用于设置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，以及和第二直流输电线路的M 侧，设置启动保护判据、对端助增差分电流积聚量判据、对端助增突变量 电流的积聚量高定值方向判据、对端助增突变量电流的积聚量低定值方向 判据、第一极比幅式突变量电流选极判据、第二极比幅式突变量电流选极 判据、比率制动电流选极判据、利用差分积聚量的防大数保护判据和利用 电流突变量的防大数保护判据的计算公式，以及为上述判据中具备定值的 参数和采样点数阈值赋值，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902，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903，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，根据第一直流 输电线路M侧电流的差分值计算第一直流输电线路M侧的电流突变量，根 据第一直流输电线路N侧电流的差分值计算第一直流输电线路N侧的电 流突变量，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904，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905，其用于在启动第一直流输电线路M侧的直流保护 后，当所述t时刻第一直流输电线路的对端助增差分电流积聚量判据、对端 助增突变量电流的积聚量高定值方向判据和利用差分积聚量的防大数保护 判据同时成立，在t0～t时间段满足利用电流突变量的防大数保护判据的采 样点数大于预先设置的点数阈值，且满足利用电流突变量的防大数保护判 据的采样点数大于不满足利用电流突变量的防大数保护判据的采样点数时， 或者所述t时刻第一直流输电线路对端助增差分电流积聚量判据、对端助增 突变量电流的积聚量低定值方向判据、阶段式电流选极判据和利用差分积 聚量的防大数保护判据同时成立，在t0～t时间段满足利用电流突变量的防 大数保护判据的采样点数大于预先设置的点数阈值，且满足利用电流突变 量的防大数保护判据的采样点数大于不满足利用电流突变量的防大数保护 判据的采样点数时，第一直流输电线路M侧保护动作出口，其中，当在 t0～tlimit时间段内持续同时不满足第一极比幅式突变量电流选极判据和第 二极比幅式突变量电流选极判据、在t0～tf时间段中任一个时刻满足第一 极比幅式突变量电流选极判据或者在tf时间后满足比率制动电流选极判据 中的任意一个成立都表示阶段式电流选极判据成立，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t为第一直 流输电线路M侧的直流保护启动后，数据采集单元采样结束的时刻，tlimit和 tf为保护启动后的两个时刻，tf＞tlimit。
优选地，所述数据处理单元903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，根据第一 直流输电线路M侧电流的差分值计算第一直流输电线路M侧的电流突变 量，根据第一直流输电线路N侧电流的差分值计算第一直流输电线路N侧 的电流突变量，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；
Figure BDA0002118658920000361
Figure BDA0002118658920000362
式中，ΔiM(k)为k时刻第一直流输电线路M侧电流突变量，diM(j)为 j时刻第一直流输电线路M侧电流的差分值，ΔiN(k-Ttran)为k-Ttran时刻 第一直流输电线路N侧电流突变量ΔiN(k-Ttran)，diN(j-Ttran)为j-Ttran时 刻第一直流输电线路N侧电流的差分值，t0≤j≤k，t0≤k≤t，t0为保护启 动时刻，ts为采样时间间隔，Ttran为直流线路传输通道延时。
优选地，所述初始设置单元901设置的启动保护判据、对端助增差分 电流积聚量判据、对端助增突变量电流的积聚量高定值方向判据、对端助 增突变量电流的积聚量低定值方向判据、第一极比幅式突变量电流选极判 据、第二极比幅式突变量电流选极判据、比率制动电流选极判据、利用差 分积聚量的防大数保护判据和利用电流突变量的防大数保护判据的计算公 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，并在所述故障时计算第一直 流输电线路M侧电流的差分值diM(k0)的绝对值|diM(k0)|，并将所述 |diM(k0)|的值除以一个大于1的常数的结果作为iset4；
第一直流输电线路对端助增差分电流积聚量判据的计算公式为：
iΣ(t)＞isetz
Figure BDA0002118658920000363
isetz＝kk(iset1+γ)
Figure BDA0002118658920000372
Figure BDA0002118658920000374
式中，iΣ(t)为t时刻第一直流输电线路差分积聚动作量，isetz为差分积 聚门槛值，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，kk为可靠系数，iset1为固定门槛， 确定为区外金属性故障时的差分积聚动作量在故障后T0时间内的最大值， γ为负斜率电流浮动门槛，
Figure BDA0002118658920000375
为负斜率电流，T为浮动门槛计算窗长， ρ为浮动门槛系数，ρmax为比例常数，ρmax＞1，T'为定值计算窗长，T'＞T，λ为裕度系数，λ＞1；
第一直流输电线路对端助增突变量电流的积聚量高定值方向判据的计 算公式为：
iΣΔ(t)＞iset2H
Figure BDA0002118658920000376
式中，iΣΔ(t)为t时刻第一直流输电线路方向动作量，iset2H为方向判别 对端助增突变量电流的积聚量高定值，iset2H按照第二直流输电线路末端金 属性故障整定，即在第二直流输电线路末端生成一个金属性故障，并在所 述故障时计算第一直流输电线路方向动作量iΣΔ(t)的值，并将所述iΣΔ(t)的 值乘以一个大于1的常数的结果作为iset2H，ΔiM(k)为k时刻第一直流输电 线路M侧电流突变量，ΔiN(k-Ttran)为k时刻第一直流输电线路N侧电流突变量，n为t0～t时间段的采样点数；
第一直流输电线路对端助增突变量电流的积聚量低定值方向判据的计 算公式为：
iΣΔ(t)＞iset2L
Figure BDA0002118658920000381
式中，iΣΔ(t)为t时刻第一直流输电线路方向动作量，iset2L为方向判别 对端助增突变量电流的积聚量低定值，iset2L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方向动作量iΣΔ(t)，并将所述iΣΔ(t)的 值除以一个大于1的常数的结果作为iset2L，ΔiM(k)为k时刻第一直流输电 线路M侧电流突变量，ΔiN(k-Ttran)为k时刻第一直流输电线路N侧电流突变量，n为t0～t时间段的采样点数，iset2H＞iset2L；
第一极比幅式突变量电流选极判据的计算公式为：
Figure BDA0002118658920000382
第二极比幅式突变量电流选极判据的计算公式为：
Figure BDA0002118658920000383
第一直流输电线路比率制动电流选极判据的计算公式为：
iΣΔ(t)＞αiDΔ(t)
Figure BDA0002118658920000384
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，iΣ(t) 为t时刻第一直流输电线路差分积聚动作量，α为比率制动系数，α＞1， αiDΔ(t)为方向制动量，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，当在t0～tf时间段内任一时刻第一极比幅式突变量 电流选极判据成立，则阶段式电流选极判据成立，当在t0～tlimit时间段内第 一极比幅式突变量电流选极判据和第二极比幅式突变量电流选极判据持续 不成立时，在tlimit时刻及tlimit～tf时间段内判定发生双极故障，所述阶段式 电流选极判据成立，保护启动tf时间后，以比率制动电流选极判据的结果 作为阶段式电流选极判据的结果，比率制动电流选极判据成立则阶段式电 流选极判据成立；
利用差分积聚量的防大数保护判据的计算公式为：
if(t)＞iset3
Figure BDA0002118658920000391
i'Δ(k)＝f(iΔ(k))
iΔ(k)＝|diM(k)|+ΔiN(k-Ttran)
式中，if(t)为防大数差分动作量，iset3为防大数差分定值，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防大数差分动作 量if(t)，并将所述if(t)的值除以一个大于1的常数的结果作为iset3，iΔ'(k) 为k时刻第一直流输电线路M侧的置反差分积聚量，f为置反处理方法， 是将t0～t时间段绝对值最大的iΔ(k)强制乘以-ν作为k时刻的置反差分量，而将其他时刻的iΔ(k)作为对应时刻的置反差分量，ν＞1，iΔ(k)为k时刻第 一直流输电线路M侧的差分量，diM(k)为k时刻第一直流输电线路M侧电 流的差分值，ΔiN(k-Ttran)为k-Ttran时刻第一直流输电线路N侧电流突变 量，t0≤k≤t，ts为采样时间间隔，Ttran为直流线路传输通道延时；
第一直流输电线路利用电流突变量的防大数保护判据的计算公式为：
|iZ(k)|＞iset4
iZ(k)＝ΔiM(k)+ΔiN(k-Ttran)
式中，iz(k)为k时刻第一直流输电线路防大数突变量，iset4为防大数 突变量定值，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 电线路防大数突变量|iz(k)|，并将所述|iz(k)|的值除以一个大于1的常数的 结果作为iset4，ΔiM(k)为k-Ttran时刻第一直流输电线路M侧电流突变量， ΔiN(k-Ttran)为第一直流输电线路时刻N侧电流突变量。
本发明所述基于纯电流特征的直流输电线路保护系统对直流输电线路 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。
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 (11)

1.一种基于纯电流特征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)，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)，以及根据所述j时刻第一直流输电线路M侧电流的差分值diM(j)计算k时刻第一直流输电线路M侧电流突变量ΔiM(k)，根据所述j-Ttran时刻第一直流输电线路N侧电流的差分值diN(j-Ttran)计算k-Ttran时刻第一直流输电线路N侧电流突变量ΔiN(k-Ttran)，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，t0≤k≤t；
根据第一直流输电线路M侧电流的差分值diM(k)和N侧电流突变量ΔiN(k-Ttran)计算第一直流输电线路差分积聚动作量iΣ(t)，根据第一直流输电线路M侧电流的差分值diM(k)计算第一直流输电线路差分积聚门槛值isetz，并确定所述第一直流输电线路差分积聚动作量iΣ(t)和差分积聚门槛值isetz是否满足预先设置的对端助增差分电流积聚量判据，其中，t0≤k≤t；
根据第一直流输电线路M侧电流突变量ΔiM(k)和N侧电流突变量ΔiN(k-Ttran)计算第一直流输电线路方向动作量iΣΔ(t)，并确定所述第一直流输电线路方向动作量iΣΔ(t)是否满足预先设置的对端助增突变量电流的积聚量对端助增突变量电流的积聚量高定值方向判据、对端助增突变量电流的积聚量低定值方向判据，其中，t0≤k≤t；
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突变量电流选极判据和第二极比幅式突变量电流选极判据，在保护启动t0～tf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)是否满足预先设置的第一极比幅式突变量电流选极判据，在保护启动tf时间后，确定第一直流输电线路方向动作量iΣΔ(t)是否满足比率制动电流选极判据，其中，当在t0～tlimit时间段持续同时不满足第一极比幅式突变量电流选极判据和第二极比幅式突变量电流选极判据、在t0～tf中某一个时刻满足第一极比幅式突变量电流选极判据或者tf时间后某一时刻满足比率制动电流选极判据中的任意一个成立都表示阶段式电流选极判据成立，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，tf＞tlimit；
根据k时刻第一直流输电线路M侧电流的差分值diM(k)和第一直流输电线路N侧电流突变量ΔiN(k-Ttran)计算k时刻第一直流输电线路M侧的差分量iΔ(k)，基于所述差分量iΔ(k)确定k时刻第一直流输电线路M侧的置反差分量iΔ'(k)，并确定所述k时刻第一直流输电线路M侧的置反差分量iΔ'(k)是否满足预先设置的利用差分积聚量的防大数保护判据；
根据第一直流输电线路M侧电流突变量ΔiM(k)和N侧电流突变量ΔiN(k-Ttran)计算k时刻第一直流输电线路防大数突变量iz(k)，并确定k时刻第一直流输电线路防大数突变量iz(k)是否满足利用电流突变量的防大数保护判据，其中，t0≤k≤t；
当所述t时刻第一直流输电线路的对端助增差分电流积聚量判据、对端助增突变量电流的积聚量高定值方向判据和利用差分积聚量的防大数保护判据同时成立，在t0～t时间段满足利用电流突变量的防大数保护判据的采样点数大于预先设置的点数阈值，且满足利用电流突变量的防大数保护判据的采样点数大于不满足利用电流突变量的防大数保护判据的采样点数时，或者所述t时刻第一直流输电线路对端助增差分电流积聚量判据、对端助增突变量电流的积聚量低定值方向判据、阶段式电流选极判据和利用差分积聚量的防大数保护判据同时成立，在t0～t时间段满足利用电流突变量的防大数保护判据的采样点数大于预先设置的点数阈值，且满足利用电流突变量的防大数保护判据的采样点数大于不满足利用电流突变量的防大数保护判据的采样点数时，第一直流输电线路M侧保护动作出口。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，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。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，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)
根据所述j时刻第一直流输电线路M侧电流的差分值diM(j)计算k时刻第一直流输电线路M侧电流突变量ΔiM(k)，其计算公式为：
Figure FDA0002118658910000041
根据所述j-Ttran时刻第一直流输电线路N侧电流的差分值diN(j-Ttran)计算k-Ttran时刻第一直流输电线路N侧电流突变量ΔiN(k-Ttran)，其计算公式为：
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。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据k时刻第一直流输电线路M侧电流的差分值diM(k)和N侧电流突变量ΔiN(k-Ttran)计算第一直流输电线路差分积聚动作量iΣ(t)，根据k时刻第一直流输电线路M侧电流的差分值diM(k)计算第一直流输电线路差分积聚门槛值isetz，并确定所述t时刻第一直流输电线路差分积聚动作量iΣ(t)和差分积聚门槛值isetz是否满足预先设置的对端助增差分电流积聚量判据包括：
根据k时刻第一直流输电线路M侧电流的差分值diM(k)和N侧电流突变量ΔiN(k-Ttran)计算t时刻第一直流输电线路差分积聚动作量iΣ(t)，其计算公式为：
式中，n为t0～t时间段的采样点数，t0≤k≤t，|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；
根据第一直流输电线路M侧电流的差分值diM(k)计算第一直流输电线路差分积聚门槛值isetz，其计算公式为：
isetz＝kk(iset1+γ)
Figure FDA0002118658910000053
Figure FDA0002118658910000054
Figure FDA0002118658910000055
式中，kk为可靠系数，iset1为固定门槛，确定为区外金属性故障时的差分积聚动作量在故障后T0时间内的最大值，γ为负斜率电流浮动门槛，
Figure FDA0002118658910000061
为负斜率电流，T为浮动门槛计算窗长，ρ为浮动门槛系数，ρmax为比例常数，ρmax＞1，T'为定值计算窗长，T'＞T，λ为裕度系数，λ＞1；
确定所述第一直流输电线路差分积聚动作量iΣ(t)和差分积聚门槛值isetz是否满足预先设置的对端助增差分电流积聚量判据，其中，所述对端助增差分电流积聚量判据的计算公式为：
iΣ(t)＞isetz。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据第一直流输电线路M侧电流突变量ΔiM(k)和N侧电流突变量ΔiN(k-Ttran)计算第一直流输电线路方向动作量iΣΔ(t)，并确定所述第一直流输电线路方向动作量iΣΔ(t)是否满足预先设置的对端助增突变量电流的积聚量高定值方向判据、对端助增突变量电流的积聚量低定值方向判据包括：
根据第一直流输电线路M侧电流突变量ΔiM(k)和N侧电流突变量ΔiN(k-Ttran)计算第一直流输电线路方向动作量iΣΔ(t)，其计算公式为：
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方向动作量iΣΔ(t)是否满足预先设置的对端助增突变量电流的积聚量高定值方向判据、对端助增突变量电流的积聚量低定值方向判据，其中，所述对端助增突变量电流的积聚量高定值方向判据的计算公式为：
iΣΔ(t)＞iset2H
所述对端助增突变量电流的积聚量低定值方向判据的计算公式为：
iΣΔ(t)＞iset2L
式中，iset2H为方向判别高定值，iset2L为方向判别低定值，iset2H按照第二直流输电线路末端金属性故障整定，即在第二直流输电线路末端生成一个金属性故障，并在所述故障时计算第一直流输电线路方向动作量iΣΔ(t)的值，并将所述iΣΔ(t)的值乘以一个大于1的常数的结果作为iset2H，iset2L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方向动作量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iset2L。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，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突变量电流选极判据和第二极比幅式突变量电流选极判据，在保护启动t0～tf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)是否满足预先设置的第一极比幅式突变量电流选极判据；在保护启动tf时间后，确定第一直流输电线路方向动作量iΣΔ(t)是否满足比率制动电流选极判据包括：
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突变量电流选极判据和第二极比幅式突变量电流选极判据，其中，所述第一极比幅式突变量电流选极判据的计算公式为：
Figure FDA0002118658910000071
所述第二极比幅式突变量电流选极判据的计算公式为：
Figure FDA0002118658910000072
当在t0～tf时间段内任一时刻第一极比幅式突变量电流选极判据成立，则阶段式电流选极判据成立，当在t0～tlimit时间段内第一极比幅式突变量电流选极判据和第二极比幅式突变量电流选极判据持续不成立时，在tlimit时刻及tlimit～tf时间段内判定发生双极故障，所述阶段式电流选极判据成立；
在保护启动tf时间后，确定第一直流输电线路方向动作量iΣΔ(t)是否满足比率制动电流选极判据，其中，所述比率制动电流选极判据的计算公式为：
iΣΔ(t)＞αiDΔ(t)
Figure FDA0002118658910000081
式中，σ为选极系数，σ＞1，α为比率制动系数，α＞1，αiDΔ(t)为方向制动量，保护启动tf时间后，以比率制动电流选极判据的结果作为阶段式电流选极判据的结果，保护启动tf时间后任意一个时刻比率制动电流选极判据成立则阶段式电流选极判据成立。
7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据k时刻第一直流输电线路M侧电流的差分值diM(k)和第一直流输电线路N侧电流突变量ΔiN(k-Ttran)计算k时刻第一直流输电线路M侧的差分量iΔ(k)，基于所述差分量iΔ(k)确定k时刻第一直流输电线路M侧的置反差分量iΔ'(k)，并确定所述k时刻第一直流输电线路M侧的置反差分量iΔ'(k)是否满足预先设置的利用差分积聚量的防大数保护判据包括：
根据k时刻第一直流输电线路M侧电流的差分值diM(k)和第一直流输电线路N侧电流突变量ΔiN(k-Ttran)计算k时刻第一直流输电线路M侧的差分量iΔ(k)，其计算公式为：
iΔ(k)＝|diM(k)|+ΔiN(k-Ttran)
基于所述差分量iΔ(k)确定k时刻第一直流输电线路M侧的置反差分量iΔ'(k)，其计算公式为：
i'Δ(k)＝f(iΔ(k))
式中，f为置反处理方法，是将t0～t时间段绝对值最大的iΔ(k)强制乘以-ν作为k时刻的置反差分量，而将其他时刻的iΔ(k)作为对应时刻的置反差分量，ν＞1；
确定所述k时刻第一直流输电线路M侧的置反差分量iΔ'(k)是否满足预先设置的利用差分积聚量的防大数保护判据，其中，所述利用差分积聚量的防大数保护判据的计算公式为：
if(t)＞iset3
Figure FDA0002118658910000091
式中，if(t)为防大数差分动作量，iset3为防大数差分定值，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防大数差分动作量if(t)的值，并将所述if(t)的值除以一个大于1的常数的结果作为iset3，t0≤k≤t。
8.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据第一直流输电线路M侧电流突变量ΔiM(k)和N侧电流突变量ΔiN(k-Ttran)计算k时刻第一直流输电线路防大数突变量iz(k)，并确定k时刻第一直流输电线路防大数突变量iz(k)是否满足利用电流突变量的防大数保护判据包括：
根据第一直流输电线路M侧电流突变量ΔiM(k)和N侧电流突变量ΔiN(k-Ttran)计算k时刻第一直流输电线路防大数突变量iz(k)，其计算公式为：
iZ(k)＝ΔiM(k)+ΔiN(k-Ttran)
确定k时刻第一直流输电线路防大数突变量iz(k)是否满足利用电流突变量的防大数保护判据，其中，所述利用电流突变量的防大数保护判据的计算公式为：
|iZ(k)|＞iset4
式中，iset4为防大数突变量定值，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防大数突变量|iz(k)|的值，并将所述|iz(k)|的值除以一个大于1的常数的结果作为iset4，t0≤k≤t。
9.一种基于纯电流特征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，设置启动保护判据、对端助增差分电流积聚量判据、对端助增突变量电流的积聚量高定值方向判据、对端助增突变量电流的积聚量低定值方向判据、第一极比幅式突变量电流选极判据、第二极比幅式突变量电流选极判据、比率制动电流选极判据、利用差分积聚量的防大数保护判据和利用电流突变量的防大数保护判据的计算公式，以及为上述判据中具备定值的参数和采样点数阈值赋值，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，根据第一直流输电线路M侧电流的差分值计算第一直流输电线路M侧的电流突变量，根据第一直流输电线路N侧电流的差分值计算第一直流输电线路N侧的电流突变量，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，其用于在启动第一直流输电线路M侧的直流保护后，当t时刻第一直流输电线路的对端助增差分电流积聚量判据、对端助增突变量电流的积聚量高定值方向判据和利用差分积聚量的防大数保护判据同时成立，在t0～t时间段满足利用电流突变量的防大数保护判据的采样点数大于预先设置的点数阈值，且满足利用电流突变量的防大数保护判据的采样点数大于不满足利用电流突变量的防大数保护判据的采样点数时，或者所述t时刻第一直流输电线路对端助增差分电流积聚量判据、对端助增突变量电流的积聚量低定值方向判据、阶段式电流选极判据和利用差分积聚量的防大数保护判据同时成立，在t0～t时间段满足利用电流突变量的防大数保护判据的采样点数大于预先设置的点数阈值，且满足利用电流突变量的防大数保护判据的采样点数大于不满足利用电流突变量的防大数保护判据的采样点数时，第一直流输电线路M侧保护动作出口，其中，当在t0～tlimit时间段内持续同时不满足第一极比幅式突变量电流选极判据和第二极比幅式突变量电流选极判据、在t0～tf时间段中任一个时刻满足第一极比幅式突变量电流选极判据或者tf时间后任一个时刻满足比率制动电流选极判据中的任意一个成立都表示阶段式电流选极判据成立，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t为第一直流输电线路M侧的直流保护启动后，数据采集单元采样结束的时刻，tlimit和tf为保护启动后的两个时刻，tf＞tlimit。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，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，根据第一直流输电线路M侧电流的差分值计算第一直流输电线路M侧的电流突变量，根据第一直流输电线路N侧电流的差分值计算第一直流输电线路N侧的电流突变量，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；
Figure FDA0002118658910000121
Figure FDA0002118658910000122
式中，ΔiM(k)为k时刻第一直流输电线路M侧电流突变量，diM(j)为j时刻第一直流输电线路M侧电流的差分值，ΔiN(k-Ttran)为k时刻第一直流输电线路N侧电流突变量ΔiN(k-Ttran)，diN(j-Ttran)为j时刻第一直流输电线路N侧电流的差分值，t0≤j≤k，t0≤k≤t，t0为保护启动时刻，ts为采样时间间隔，Ttran为直流线路传输通道延时。
11.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述初始设置单元设置的启动保护判据、对端助增差分电流积聚量判据、对端助增突变量电流的积聚量高定值方向判据、对端助增突变量电流的积聚量低定值方向判据、第一极比幅式突变量电流选极判据、第二极比幅式突变量电流选极判据、比率制动电流选极判据、利用差分积聚量的防大数保护判据和利用电流突变量的防大数保护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。；
第一直流输电线路对端助增差分电流积聚量判据的计算公式为：
iΣ(t)＞isetz
Figure FDA0002118658910000123
isetz＝kk(iset1+γ)
Figure FDA0002118658910000131
Figure FDA0002118658910000132
Figure FDA0002118658910000133
式中，iΣ(t)为t时刻第一直流输电线路差分积聚动作量，isetz为差分积聚门槛值，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，kk为可靠系数，iset1为固定门槛，确定为区外金属性故障时的差分积聚动作量在故障后T0时间内的最大值，γ为负斜率电流浮动门槛，
Figure FDA0002118658910000135
为负斜率电流，T为浮动门槛计算窗长，ρ为浮动门槛系数，ρmax为比例常数，ρmax＞1，T'为定值计算窗长，T'＞T，λ为裕度系数，λ＞1；
第一直流输电线路对端助增突变量电流的积聚量高定值方向判据的计算公式为：
iΣΔ(t)＞iset2H
Figure FDA0002118658910000136
式中，iΣΔ(t)为t时刻第一直流输电线路方向动作量，iset2H为方向判别高定值，iset2H按照第二直流输电线路末端金属性故障整定，即在第一直流输电线路末端生成一个金属性故障，并在所述故障时计算第一直流输电线路方向动作量iΣΔ(t)的值，并将所述iΣΔ(t)的值乘以一个大于1的常数的结果作为iset2H，ΔiM(k)为k时刻第一直流输电线路M侧电流突变量，ΔiN(k-Ttran)为k-Ttran时刻第一直流输电线路N侧电流突变量，n为t0～t时间段的采样点数；
第一直流输电线路对端助增突变量电流的积聚量低定值方向判据的计算公式为：
iΣΔ(t)＞iset2L
Figure FDA0002118658910000141
式中，iΣΔ(t)为t时刻第一直流输电线路方向动作量，iset2L为方向判别低定值，iset2L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方向动作量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iset2L，ΔiM(k)为k时刻第一直流输电线路M侧电流突变量，ΔiN(k-Ttran)为k时刻第一直流输电线路N侧电流突变量，n为t0～t时间段的采样点数，iset2H＞iset2L；
第一极比幅式突变量电流选极判据的计算公式为：
Figure FDA0002118658910000142
第二极比幅式突变量电流选极判据的计算公式为：
Figure FDA0002118658910000143
第一直流输电线路比率制动电流选极判据的计算公式为：
iΣΔ(t)＞αiDΔ(t)
Figure FDA0002118658910000144
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，iΣ(t)为t时刻第一直流输电线路差分积聚动作量，α为比率制动系数，α＞1，αiDΔ(t)为方向制动量，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，当在t0～tf时间段内任一时刻第一极比幅式突变量电流选极判据成立，则阶段式电流选极判据成立，当在t0～tlimit时间段内第一极比幅式突变量电流选极判据和第二极比幅式突变量电流选极判据持续不成立时，在tlimit时刻及tlimit～tf时间段内判定发生双极故障，所述阶段式电流选极判据成立，保护启动tf时间后，以比率制动电流选极判据的结果作为阶段式电流选极判据的结果，比率制动电流选极判据成立则阶段式电流选极判据成立；
利用差分积聚量的防大数保护判据的计算公式为：
if(t)＞iset3
Figure FDA0002118658910000151
i'Δ(k)＝f(iΔ(k))
iΔ(k)＝|diM(k)|+ΔiN(k-Ttran)
式中，if(t)为防大数差分动作量，iset3为防大数差分定值，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防大数差分动作量if(t)的值，并将所述if(t)的值除以一个大于1的常数的结果作为iset3，iΔ'(k)为k时刻第一直流输电线路M侧的置反差分量，f为置反处理方法，是将t0～t时间段绝对值最大的iΔ(k)强制乘以-ν作为k时刻的置反差分量，而将其他时刻的iΔ(k)作为对应时刻的置反差分量，ν＞1，iΔ(k)为k时刻第一直流输电线路M侧的差分量，diM(k)为k时刻第一直流输电线路M侧电流的差分值，ΔiN(k-Ttran)为k时刻第一直流输电线路N侧电流突变量，t0≤k≤t，ts为采样时间间隔，Ttran为直流线路传输通道延时；
第一直流输电线路利用电流突变量的防大数保护判据的计算公式为：
|iZ(k)|＞iset4
iZ(k)＝ΔiM(k)+ΔiN(k-Ttran)
式中，iz(k)为k时刻第一直流输电线路防大数突变量，iset4为防大数突变量定值，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防大数突变量iz(k)的值，并将所述iz(k)的值除以一个大于1的常数的结果作为iset4，ΔiM(k)为k时刻第一直流输电线路M侧电流突变量，ΔiN(k-Ttran)为第一直流输电线路k-Ttran时刻N侧电流突变量，t0≤k≤t。
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