CN112039034B - 一种基于模量相关性的mmc直流输电线路纵联保护方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于模量相关性的MMC直流输电线路纵联保护方法，属于电力系统继电保护技术领域。当MMC直流输电线路发生故障时，首先收集线路两端的正、负极电压、电流，根据相模变换得到线模电压、电流，从而计算线路两端的线模电压、电流的相关系数，然后利用相关系数进行区内外故障识别，若判断结果为一端为正，另一端为负，则为区外故障，若双端都为负，则为区内故障。本发明有很强的耐受过渡电阻能力，数据窗仅3ms，速动性好，有较强的应用前景。

Description

一种基于模量相关性的MMC直流输电线路纵联保护方法
技术领域
本发明涉及一种基于模量相关性的MMC直流输电线路纵联保护方法，属于电力系统继电保护技术领域。
背景技术
基于MMC的柔性直流输电技术相比于传统直流具有诸多优点，例如没有无功补偿问题、没有换相失败问题、可以为无源系统供电等诸多优点，成为现今的研究热点。目前，对于MMC 直流输电线路保护的研究还较少。由于MMC基本单元的拓扑结构和子模块的工作原理相较于传统直流有很大的不同，直流输电线路保护方法可以参照传统直流输电线路保护的方法，但不一定所有适用于传统直流输电线路保护的方法都适用于MMC直流输电线路。并且现有直流输电线路保护的方法也有很多不足，比如说对高阻接地故障就不能有效识别，而且有效识别高阻接地故障一直以来就是电力系统继电保护领域的难题。
本发明提出一种基于模量相关性的MMC直流输电线路纵联保护方案，能有效识别区内、外高阻接地故障，利用线模电压和电流相关系可以识别出区内、外故障，再通过线模、零模电压的相关系数进行故障选极。就能有效识别线路内部故障和外部故障，速动性好，有较强应用前景。
发明内容
本发明要解决的技术问题是一种基于模量相关性的MMC直流输电线路故障识别方法，用以解决上述高阻接地故障问题。
本发明的技术方案是：一种基于模量相关性的MMC(模块化多电平换流器 modularmultilevel converter)直流输电线路纵联保护方法，当MMC直流输电线路发生故障时，首先收集线路两端的正、负极电压和电流，根据相模变换得到线模电压和线模电流，从而计算线路两端的线模电压和线模电流的相关系数，然后利用相关系数进行区内外故障识别，若判断结果为一端为正，另一端为负，则为区外故障，若双端都为负，则为区内故障。
具体步骤为：
Step1：当MMC直流输电线路发生故障时，通过线路双端保护安装处量测点测得的正、负极电压U和正、负极电流I(为满足速动性要求，选取采样窗口为3ms)，根据相模变换得到线模电压和线模电流：
Figure GDA0003209286730000011
式(1)中，U(x,s)为线路两端的正、负极电压，I(x,s)为线路两端的正、负极电流，T为相模变换矩阵，
Figure GDA0003209286730000021
变换后可以得到线模电压
Figure GDA0003209286730000022
线模电流
Figure GDA0003209286730000023
Step2：求取双端的线模电压和线模电流的相关系数Rui：
Figure GDA0003209286730000024
式中，u1i表示线模电压的第i个值，
Figure GDA0003209286730000025
表示所采样的线模电压的平均值，m表示信号的长度，i1i表示线模电流的第i个值，
Figure GDA0003209286730000026
表示所采样的线模电流的平均值。
Step3：根据大量仿真结果设相关系数的门槛值Rset＝±0.3，并进行判定：
若Rui＞0.3，则判定为本侧发生区外故障。
若-0.3＜Rui＜0.3，则判定线路出现干扰，并非故障，线路保护不动作。
Step4：若Rui＜-0.3时，则判定线路内部发生故障，再求取双端线模电压、零模电压的相关系数Ru10：
Figure GDA0003209286730000027
式中，u0i表示零模电压的第i个值，
Figure GDA0003209286730000028
表示所采样的零模电压的平均值。
Step5：根据Step4计算得到的相关系数得到选极判据：
Figure GDA0003209286730000029
根据以上判据可以正确识别出故障极，从而相应线路保护动作。
本发明有很强的耐受过渡电阻能力，数据窗仅3ms，速动性好，有较强的应用前景。
本发明的有益效果是：
1、利于模量相关性识别故障有超强的耐受过渡电阻能力，为识别高阻接地故障提供理论支撑，可考虑推广应用。
2、MMC直流输电线路保护采用双端线模电压和电流之间的Person相关系数来区内外故障，只需发送相关系数结果，所需传输数据量较小。
3、所提保护方案数据窗长仅为3ms，速动性很好。
附图说明
图1是本发明的步骤流程图；
图2是本发明实施例中MMC直流输电系统结构图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，对本发明作进一步说明。
实施例1：建立如附图2所示的伪双极MMC高压直流输电系统作为仿真模型。联接变压器阀侧绕组采用三角形联结，无中性点，联接变压器交流侧均采用星形联结，其中性点直接接地。直流侧经钳位电阻接地，钳位电阻阻值很大，主要功能是钳位两极电压和正常运行时可提供直流系统的电位参考点。直流电压为±320kV，输电线路360km，输送有功1200MW，设在正极线路距离整流侧260km处发生金属性短路故障。
具体步骤如图1所示：
Step1：MMC直流输电系统故障后，根据双端保护安装处量测点测得的正、负极电压和电流(为满足速动性要求，选取采样窗口为3ms)，根据相模变换得到线模电压和线模电流。
Step2：根据公式(2)求得的整流侧相关系数RMui＝-0.7287，逆变侧相关系数RNui＝-0.3785，与设定的门槛值Rset＝-0.3比较，得到Rui＜-0.3，判断为线路内部故障。
Step3：根据公式(3)求得线模电压与零模电压的相关系数Ru10＝0.3817，与公式(4)比较可以发现为正极故障，相应线路保护动作。
本发明的原理是：MMC直流输电线路发生区内故障时，线模电压和电流表现出很强的负相关性，相关系数接＜0；发生线路外部故障时，线模电压和电流之间表现出很强的正相关性，相关系数接近于＞0；同时正极故障零模、线模电压呈正相关，负极故障时为负相关，双极故障无相关性的特点。
实施例2：建立如附图2所示的MMC高压直流输电系统作为仿真模型。联接变压器阀侧绕组采用三角形联结，无中性点，联接变压器交流侧均采用星形联结，其中性点直接接地。直流侧经钳位电阻接地，钳位电阻阻值很大，主要功能是钳位两极电压和正常运行时可提供直流系统的电位参考点。直流电压为±320kV，输电线路360km，输送有功1200MW，设在线路距离整流侧300km处发生两极短路故障，过渡电阻为200Ω。
Step1：MMC直流输电系统故障后，根据双端保护安装处量测点测得的电压和电流(为满足速动性要求，选取采样窗口为3ms)，根据相模变换得到各模量电压和电流。
Step2：根据公式(2)求得的整流侧相关系数RMui＝-0.3012，逆变侧相关系数RNui＝-0.3984，与设定的门槛值Rset＝-0.3比较，得到Rui＜-0.3，判断为线路内部故障。
Step3：根据公式(3)求得线模电压与零模电压的相关系数Ru10＝0，与公式(4)比较可以发现为正极故障，相应线路保护动作。
实施例3：建立如附图2所示的MMC高压直流输电系统作为仿真模型。联接变压器阀侧绕组采用三角形联结，无中性点，联接变压器交流侧均采用星形联结，其中性点直接接地。直流侧经钳位电阻接地，钳位电阻阻值很大，主要功能是钳位两极电压和正常运行时可提供直流系统的电位参考点。直流电压为±320kV，输电线路360km，输送有功1200MW，设在整流侧发生交流系统单相短路故障。
Step1：MMC直流输电系统故障后，根据双端保护安装处量测点测得的电压和电流(为满足速动性要求，选取采样窗口为3ms)，根据相模变换得到各模量电压和电流。
Step2：根据公式(2)求得的整流侧相关系数RMui＝0.6675，与设定的门槛值Rset＝-0.3比较，得到0.3＜Rui；逆变侧相关系数RNui＝-0.3650，与设定的门槛值Rset＝-0.3比较，得到 Rui＜-0.3，判断为线路整流侧故障，线路保护不应动作。
以上结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (1)

1.一种基于模量相关性的MMC直流输电线路纵联保护方法，其特征在于：当MMC直流输电线路发生故障时，首先收集线路两端的正、负极电压和电流，根据相模变换得到线模电压和线模电流，从而计算线路两端的线模电压和线模电流的相关系数，然后利用相关系数进行区内外故障识别，若判断结果为一端为正，另一端为负，则为区外故障，若双端都为负，则为区内故障；
具体步骤为：
Step1：当MMC直流输电线路发生故障时，通过线路双端保护安装处量测点测得的正、负极电压U和正、负极电流I，根据相模变换得到线模电压和线模电流：
Figure FDA0003209286720000011
式(1)中，U(x,s)为线路两端的正、负极电压，I(x,s)为线路两端的正、负极电流，T为相模变换矩阵，
Figure FDA0003209286720000012
变换后可以得到线模电压
Figure FDA0003209286720000013
线模电流
Figure FDA0003209286720000014
Step2：求取双端的线模电压和线模电流的相关系数Rui：
Figure FDA0003209286720000015
式中，u1i表示线模电压的第i个值，
Figure FDA0003209286720000016
表示所采样的线模电压的平均值，m表示信号的长度，i1i表示线模电流的第i个值，
Figure FDA0003209286720000017
表示所采样的线模电流的平均值；
Step3：设相关系数的门槛值Rset＝±0.3，并进行判定：
若Rui＞0.3，则判定为本侧发生区外故障；
若-0.3＜Rui＜0.3，则判定线路出现干扰，并非故障，线路保护不动作；
Step4：若Rui＜-0.3时，则判定线路内部发生故障，再求取双端线模电压、零模电压的相关系数Ru10：
Figure FDA0003209286720000021
式中，u0i表示零模电压的第i个值，
Figure FDA0003209286720000022
表示所采样的零模电压的平均值；
Step5：根据Step4计算得到的相关系数得到选极判据：
Figure FDA0003209286720000023
根据以上判据可以正确识别出故障极，从而相应线路保护动作。
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