CN111030062A - 一种区分平波电抗器内外故障的高压直流输电线路保护方法及装置 - Google Patents

一种区分平波电抗器内外故障的高压直流输电线路保护方法及装置 Download PDF

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CN111030062A CN201911244732.4A CN201911244732A CN111030062A CN 111030062 A CN111030062 A CN 111030062A CN 201911244732 A CN201911244732 A CN 201911244732A CN 111030062 A CN111030062 A CN 111030062A
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Abstract

本发明公开了一种区分平波电抗器内外故障的高压直流输电线路保护方法，包括：根据当前时刻和上一时刻高压直流输电线路整流侧的电流值，获取整流侧电流的差分值；根据当前时刻和高压直流线路传输通道延时逆变侧的电流值，获取逆变侧电流的差分值；根据整流侧电流的差分值与逆变侧电流的差分值，计算差分异步差动量，若所述差分异步差动量大于差分异步差动继电器定值，则判断发生高压直流输电线路区内故障，异步差动继电器动作；根据所述整流侧电流的差分值，计算短窗差分量，若所述短窗差分量大于短窗差分门槛值，则判断发生高压直流输电线路区内故障，高灵敏短窗差分继电器动作，解决现有技术区分平波电抗器内外故障能力差，动作时间长的问题。

Description

一种区分平波电抗器内外故障的高压直流输电线路保护方法 及装置
技术领域
本申请涉及继电保护技术领域，具体涉及一种区分平波电抗器内外故障的高压直流输电线路保护方法，同时涉及一种区分平波电抗器内外故障的高压直流输电线路保护装置。
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。
直流输电线路保护以平波电抗器为保护范围边界。目前，直流线路配置行波保护和电流差动保护来区分平波电抗器内外故障。但是行波保护耐受过渡电阻能力差，电流差动保护为避免区外故障时长距离输电线路的分布电容电流引起保护误动而设置较长延时(百毫秒甚至秒级)。现有直流输电线路保护区分平波电抗器内高阻故障、平波电抗器外故障能力差，动作时间较长。
为了大幅提升保护区分平波电抗器内高阻故障、平波电抗器外故障的能力，需要配置高灵敏度高快速性的直流输电线路保护。
发明内容
本申请提供一种区分平波电抗器内外故障的高压直流输电线路保护方法，解决现有技术区分平波电抗器内外故障能力差，动作时间长的问题。
本申请提供一种区分平波电抗器内外故障的高压直流输电线路保护方法，包括：
根据当前时刻和上一时刻高压直流输电线路整流侧的电流值，获取整流侧电流的差分值；
根据当前时刻和高压直流线路传输通道延时逆变侧的电流值，获取逆变侧电流的差分值；
根据所述整流侧电流的差分值与逆变侧电流的差分值，计算差分异步差动量，若所述差分异步差动量大于差分异步差动继电器定值，则判断发生高压直流输电线路区内故障，异步差动继电器动作；
根据所述整流侧电流的差分值，计算短窗差分量，若所述短窗差分量大于短窗差分门槛值，则判断发生高压直流输电线路区内故障，高灵敏短窗差分继电器动作。
优选的，根据当前时刻和上一时刻高压直流输电线路整流侧的电流值，获取整流侧电流的差分值，包括：
采集k时刻整流侧线路电流iM(k)，采集k-ts时刻的高压直流线路整流侧电流值iM(k-ts)；
计算k时刻高压直流线路整流侧电流的差分值的绝对值|diM(k)|＝|iM(k)-iM(k-ts)|；
其中，k为当前时刻，ts为采样间隔时间；
Figure BDA0002307217570000021
diM(k)为k时刻高压直流线路整流侧电流的差分值，diM(k)＝iM(k)-iM(k-ts)，iM(k)为k时刻高压直流线路整流侧电流值。
优选的，根据当前时刻和高压直流线路传输通道延时逆变侧的电流值，获取逆变侧电流的差分值，包括：
|diM(k)|为k时刻高压直流线路整流侧电流的差分值的绝对值，|diM(k)|＝|iM(k)-iM(k-ts)|；iM(k-ts)为k-ts时刻高压直流线路整流侧电流值；
同理，diN(k-Ttran)为k-Ttran时刻高压直流线路逆变侧电流的差分值；Ttran为直流线路传输通道延时；
其中k为当前时刻，ts为采样间隔时间。
优选的，根据所述整流侧电流的差分值与逆变侧电流的差分值，计算差分异步差动量，通过如下公式计算：
Figure BDA0002307217570000022
k为保护计算当前时刻；|diM(k)|为k时刻高压直流线路整流侧电流的差分值的绝对值，|diM(k)|＝|iM(k)-iM(k-ts)|，iM(k-ts)为k-ts时刻高村直流线路整流侧电流值，ts为采样间隔时间；同理，diN(k-Ttran)为k-Ttran时刻高压直流线路逆变侧电流的差分值；
Figure BDA0002307217570000031
为异步差动量；
n为t0～t之间采样点数。
优选的，若所述差分异步差动量大于差分异步差动继电器定值，则判断发生高压直流输电线路区内故障，异步差动继电器动作，包括：
Figure BDA0002307217570000032
iset1为差分异步差动继电器定值；
判断发生高压直流输电线路区内故障，异步差动继电器动作。
优选的，根据所述整流侧电流的差分值，计算短窗差分量，通过如下公式计算：
Figure BDA0002307217570000033
t0为保护启动时刻，T为计算窗长，
k为保护计算当前时刻；
Figure BDA0002307217570000034
diM(k)为k时刻高压直流线路整流侧电流的差分值，diM(k)＝iM(k)-iM(k-ts)。iM(k)为k时刻高压直流线路整流侧电流值。
Figure BDA0002307217570000035
为短窗差分量。
优选的，若所述短窗差分量大于短窗差分门槛值，则判断发生高压直流输电线路区内故障，高灵敏短窗差分继电器动作，包括：
Figure BDA0002307217570000036
iset-为短窗差分门槛值；
判断发生高压直流输电线路区内金属性故障，高灵敏短窗差分继电器动作。
本申请同时提供一种区分平波电抗器内外故障的高压直流输电线路保护装置，包括：
整流侧电流的差分值获取单元，用于根据当前时刻和上一时刻高压直流输电线路整流侧的电流值，获取整流侧电流的差分值；
逆变侧电流的差分值获取单元，用于根据当前时刻和高压直流线路传输通道延时逆变侧的电流值，获取逆变侧电流的差分值；
异步差动继电器动作单元，用于根据所述整流侧电流的差分值与逆变侧电流的差分值，计算差分异步差动量，若所述差分异步差动量大于差分异步差动继电器定值，则判断发生高压直流输电线路区内故障，异步差动继电器动作；
高灵敏短窗差分继电器动作单元，用于根据所述整流侧电流的差分值，计算短窗差分量，若所述短窗差分量大于短窗差分门槛值，则判断发生高压直流输电线路区内故障，高灵敏短窗差分继电器动作。
优选的，整流侧电流的差分值获取单元，包括：
采集子单元，用于采集k时刻整流侧线路电流iM(k)，采集k-ts时刻的高压直流线路整流侧电流值iM(k-ts)；
计算子单元，用于计算k时刻高压直流线路整流侧电流的差分值的绝对值|diM(k)|＝|iM(k)-iM(k-ts)|；
其中，k为当前时刻，ts为采样间隔时间；
diM(k)为k时刻高压直流线路整流侧电流的差分值，diM(k)＝iM(k)-iM(k-ts)，iM(k)为k时刻高压直流线路整流侧电流值。
优选的，逆变侧电流的差分值获取单元，包括：
整流侧电流值确定子单元，|diM(k)|为k时刻高压直流线路整流侧电流的差分值的绝对值，|diM(k)|＝|iM(k)-iM(k-ts)|；iM(k-ts)为k-ts时刻高压直流线路整流侧电流值；
逆变侧电流的差分值确定子单元，diN(k-Ttran)为k-Ttran时刻高压直流线路逆变侧电流的差分值；Ttran为直流线路传输通道延时；
其中k为当前时刻，ts为采样间隔时间。
本申请提供一种区分平波电抗器内外故障的高压直流输电线路保护方法，通过高压直流输电线路整流侧和逆变侧的差分值，分别计算差分异步差动量和短窗差分量，根据所述差分量判断高压直流输电线路的故障类型，对应的继电器动作，解决现有技术区分平波电抗器内外故障能力差，动作时间长的问题。
附图说明
图1是本申请提供的一种区分平波电抗器内外故障的高压直流输电线路保护方法的流程示意图；
图2是本申请涉及的高压直流输电线路示意图；
图3是本申请涉及的区内故障相关继电器波形和动作波型图；
图4是本申请涉及的区外故障相关继电器波形和动作波型图；
图5是本申请涉及的高灵敏度高压直流输电线路保护逻辑图；
图6是本申请提供的一种区分平波电抗器内外故障的高压直流输电线路保护装置示意图。
具体实施方式
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似推广，因此本申请不受下面公开的具体实施的限制。
图1是本申请实施例提供的一种区分平波电抗器内外故障的高压直流输电线路保护方法的流程示意图，下面结合图1对本申请提供的方法进行详细说明。
步骤S101，根据当前时刻和上一时刻高压直流输电线路整流侧的电流值，获取整流侧电流的差分值。
高压直流输电线路示意图如图2所示。整流侧为M侧，逆变侧为N侧。以极I线路M侧直流保护作为研究对象，iM为直流线路M侧电流值，iN为直流线路N侧电流值，电流正方向均为极母线指向线路。
采集k时刻整流侧线路电流iM(k)，采集k-ts时刻的高压直流线路整流侧电流值iM(k-ts)；
计算k时刻高压直流线路整流侧电流的差分值的绝对值|diM(k)|＝|iM(k)-iM(k-ts)|；
其中，k为当前时刻，ts为采样间隔时间；
Figure BDA0002307217570000051
diM(k)为k时刻高压直流线路整流侧电流的差分值，diM(k)＝iM(k)-iM(k-ts)，iM(k)为k时刻高压直流线路整流侧电流值。
步骤S102，根据当前时刻和高压直流线路传输通道延时逆变侧的电流值，获取逆变侧电流的差分值。
|diM(k)|为k时刻高压直流线路整流侧电流的差分值的绝对值，|diM(k)|＝|iM(k)-iM(k-ts)|；iM(k-ts)为k-ts时刻高压直流线路整流侧电流值；
同理，diN(k-Ttran)为k-Ttran时刻高压直流线路逆变侧电流的差分值；
其中k为当前时刻，ts为采样间隔时间。Ttran为高压直流线路传输通道延时。
步骤S103，根据所述整流侧电流的差分值与逆变侧电流的差分值，计算差分异步差动量，若所述差分异步差动量大于差分异步差动继电器定值，则判断发生高压直流输电线路区内故障，异步差动继电器动作。
差分异步差动量，通过如下公式计算：
Figure BDA0002307217570000061
k为保护计算当前时刻；|diM(k)|为k时刻高压直流线路整流侧电流的差分值的绝对值，|diM(k)|＝|iM(k)-iM(k-ts)|，iM(k-ts)为k-ts时刻高村直流线路整流侧电流值，ts为采样间隔时间；同理，diN(k-Ttran)为k-Ttran时刻高压直流线路逆变侧电流的差分值；
Figure BDA0002307217570000062
为异步差动量；
n为t0～t之间采样点数；
当
Figure BDA0002307217570000063
时
判断发生高压直流输电线路区内故障，异步差动继电器动作，高压直流输电线路保护动作出口。iset1为差分异步差动继电器定值。
步骤S104，根据所述整流侧电流的差分值，计算短窗差分量，若所述短窗差分量大于短窗差分门槛值，则判断发生高压直流输电线路区内故障，高灵敏短窗差分继电器动作。
短窗差分量，通过如下公式计算：
Figure BDA0002307217570000064
t0为保护启动时刻，T为计算窗长，
k为保护计算当前时刻；
Figure BDA0002307217570000071
diM(k)为k时刻高压直流线路整流侧电流的差分值，diM(k)＝iM(k)-iM(k-ts)。iM(k)为k时刻高压直流线路整流侧电流值。
Figure BDA0002307217570000072
判断发生高压直流输电线路区内故障，故障相关继电器波形和动作波型如图3所示，高灵敏短窗差分继电器动作，高压直流输电线路保护动作出口。如图2所示，高压直流输电线路区内F1故障时，本申请可靠动作；高压直流输电线路区外F2故障时，本申请可靠不动作，如附图4所示。
iset-为短窗差分门槛值。
高灵敏度高压直流输电线路保护逻辑如图5所示，差分异步差动继电器出口保持t1时间，与高灵敏短窗差分继电器经“或”门逻辑出口。
本申请提供的一种区分平波电抗器内外故障的高压直流输电线路保护方法的具体应用如下：
1、如图2所示，以极I线路M侧直流保护作为研究对象，极I线路N侧保护以及极II线路保护与之相同，不再赘述。
2、采集k时刻M侧线路电流iM(k)，采集k-ts时刻的直流线路M侧电流值iM(k-ts)。计算k时刻直流线路M侧电流的差分值的绝对值|diM(k)|＝|iM(k)-iM(k-ts)|，计算计算
Figure BDA0002307217570000077
采集k-Ttran时刻N侧线路电流iN(k-Ttran)，采集k-Ttran-ts时刻N侧线路电流iN(k-Ttran-ts)，计算k-Ttran时刻直流线路N侧电流的差分值diN(k-Ttran)＝iN(k-Ttran)-iN(k-Ttran-ts)。
3、计算
Figure BDA0002307217570000073
若满足
Figure BDA0002307217570000074
则动作信号保持t1时间，保护动作出口，否则，进入步骤4。
4、计算
Figure BDA0002307217570000075
若满足
Figure BDA0002307217570000076
则保护动作出口，否则，保护返回。
基于同一发明构思，本申请同时提供区分平波电抗器内外故障的高压直流输电线路保护装置600，如图6所示，包括：
整流侧电流的差分值获取单元610，用于根据当前时刻和上一时刻高压直流输电线路整流侧的电流值，获取整流侧电流的差分值；
逆变侧电流的差分值获取单元，用于根据当前时刻和高压直流线路传输通道延时逆变侧的电流值620，获取逆变侧电流的差分值；
异步差动继电器动作单元630，用于根据所述整流侧电流的差分值与逆变侧电流的差分值，计算差分异步差动量，若所述差分异步差动量大于差分异步差动继电器定值，则判断发生高压直流输电线路区内故障，异步差动继电器动作；
高灵敏短窗差分继电器动作单元640，用于根据所述整流侧电流的差分值，计算短窗差分量，若所述短窗差分量大于短窗差分门槛值，则判断发生高压直流输电线路区内故障，高灵敏短窗差分继电器动作。
优选的，整流侧电流的差分值获取单元，包括：
采集子单元，用于采集k时刻整流侧线路电流iM(k)，采集k-ts时刻的高压直流线路整流侧电流值iM(k-ts)；
计算子单元，用于计算k时刻高压直流线路整流侧电流的差分值的绝对值|diM(k)|＝|iM(k)-iM(k-ts)|；
其中，k为当前时刻，ts为采样间隔时间；
diM(k)为k时刻高压直流线路整流侧电流的差分值，diM(k)＝iM(k)-iM(k-ts)，iM(k)为k时刻高压直流线路整流侧电流值。
优选的，逆变侧电流的差分值获取单元，包括：
整流侧电流值确定子单元，|diM(k)|为k时刻高压直流线路整流侧电流的差分值的绝对值，|diM(k)|＝|iM(k)-iM(k-ts)|；iM(k-ts)为k-ts时刻高压直流线路整流侧电流值；
逆变侧电流的差分值确定子单元，diN(k-Ttran)为k-Ttran时刻高压直流线路逆变侧电流的差分值；Ttran为直流线路传输通道延时；
其中k为当前时刻，ts为采样间隔时间。
本申请提供一种区分平波电抗器内外故障的高压直流输电线路保护方法，通过高压直流输电线路整流侧和逆变侧的差分值，分别计算差分异步差动量和短窗差分量，根据所述差分量判断高压直流输电线路的故障类型，对应的继电器动作，解决现有技术区分平波电抗器内外故障能力差，动作时间长的问题。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
最后应该说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种区分平波电抗器内外故障的高压直流输电线路保护方法，其特征在于，包括：
根据当前时刻和上一时刻高压直流输电线路整流侧的电流值，获取整流侧电流的差分值；
根据当前时刻和高压直流线路传输通道延时逆变侧的电流值，获取逆变侧电流的差分值；
根据所述整流侧电流的差分值与逆变侧电流的差分值，计算差分异步差动量，若所述差分异步差动量大于差分异步差动继电器定值，则判断发生高压直流输电线路区内故障，异步差动继电器动作；
根据所述整流侧电流的差分值，计算短窗差分量，若所述短窗差分量大于短窗差分门槛值，则判断发生高压直流输电线路区内故障，高灵敏短窗差分继电器动作。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据当前时刻和上一时刻高压直流输电线路整流侧的电流值，获取整流侧电流的差分值，包括：
采集k时刻整流侧线路电流iM(k)，采集k-ts时刻的高压直流线路整流侧电流值iM(k-ts)；
计算k时刻高压直流线路整流侧电流的差分值的绝对值|diM(k)|＝|iM(k)-iM(k-ts)|；
其中，k为当前时刻，ts为采样间隔时间；
Figure FDA0002307217560000011
diM(k)为k时刻高压直流线路整流侧电流的差分值，diM(k)＝iM(k)-iM(k-ts)，iM(k)为k时刻高压直流线路整流侧电流值。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据当前时刻和高压直流线路传输通道延时逆变侧的电流值，获取逆变侧电流的差分值，包括：
|diM(k)|为k时刻高压直流线路整流侧电流的差分值的绝对值，|diM(k)|＝|iM(k)-iM(k-ts)|；iM(k-ts)为k-ts时刻高压直流线路整流侧电流值；
同理，diN(k-Ttran)为k-Ttran时刻高压直流线路逆变侧电流的差分值；Ttran为直流线路传输通道延时；
其中k为当前时刻，ts为采样间隔时间。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述整流侧电流的差分值与逆变侧电流的差分值，计算差分异步差动量，通过如下公式计算：
Figure FDA0002307217560000021
k为保护计算当前时刻；|diM(k)|为k时刻高压直流线路整流侧电流的差分值的绝对值，|diM(k)|＝|iM(k)-iM(k-ts)|，iM(k-ts)为k-ts时刻高村直流线路整流侧电流值，ts为采样间隔时间；同理，diN(k-Ttran)为k-Ttran时刻高压直流线路逆变侧电流的差分值；
Figure FDA0002307217560000022
为异步差动量；
n为t0～t之间采样点数。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，若所述差分异步差动量大于差分异步差动继电器定值，则判断发生高压直流输电线路区内故障，异步差动继电器动作，包括：
Figure FDA0002307217560000023
iset1为差分异步差动继电器定值；
判断发生高压直流输电线路区内故障，异步差动继电器动作。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述整流侧电流的差分值，计算短窗差分量，通过如下公式计算：
Figure FDA0002307217560000024
t0为保护启动时刻，T为计算窗长，
k为保护计算当前时刻；
Figure FDA0002307217560000025
diM(k)为k时刻高压直流线路整流侧电流的差分值，diM(k)＝iM(k)-iM(k-ts)，iM(k)为k时刻高压直流线路整流侧电流值，
Figure FDA0002307217560000031
为短窗差分量。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，若所述短窗差分量大于短窗差分门槛值，则判断发生高压直流输电线路区内故障，高灵敏短窗差分继电器动作，包括：
Figure FDA0002307217560000032
iset-为短窗差分门槛值；
判断发生高压直流输电线路区内金属性故障，高灵敏短窗差分继电器动作。
8.一种区分平波电抗器内外故障的高压直流输电线路保护装置，其特征在于，包括：
整流侧电流的差分值获取单元，用于根据当前时刻和上一时刻高压直流输电线路整流侧的电流值，获取整流侧电流的差分值；
逆变侧电流的差分值获取单元，用于根据当前时刻和高压直流线路传输通道延时逆变侧的电流值，获取逆变侧电流的差分值；
异步差动继电器动作单元，用于根据所述整流侧电流的差分值与逆变侧电流的差分值，计算差分异步差动量，若所述差分异步差动量大于差分异步差动继电器定值，则判断发生高压直流输电线路区内故障，异步差动继电器动作；
高灵敏短窗差分继电器动作单元，用于根据所述整流侧电流的差分值，计算短窗差分量，若所述短窗差分量大于短窗差分门槛值，则判断发生高压直流输电线路区内故障，高灵敏短窗差分继电器动作。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，整流侧电流的差分值获取单元，包括：
采集子单元，用于采集k时刻整流侧线路电流iM(k)，采集k-ts时刻的高压直流线路整流侧电流值iM(k-ts)；
计算子单元，用于计算k时刻高压直流线路整流侧电流的差分值的绝对值|diM(k)|＝|iM(k)-iM(k-ts)|；
其中，k为当前时刻，ts为采样间隔时间；
diM(k)为k时刻高压直流线路整流侧电流的差分值，diM(k)＝iM(k)-iM(k-ts)，iM(k)为k时刻高压直流线路整流侧电流值。
10.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，逆变侧电流的差分值获取单元，包括：
整流侧电流值确定子单元，|diM(k)|为k时刻高压直流线路整流侧电流的差分值的绝对值，|diM(k)|＝|iM(k)-iM(k-ts)|；iM(k-ts)为k-ts时刻高压直流线路整流侧电流值；
逆变侧电流的差分值确定子单元，diN(k-Ttran)为k-Ttran时刻高压直流线路逆变侧电流的差分值；Ttran为直流线路传输通道延时；
其中k为当前时刻，ts为采样间隔时间。
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