CN112564065B - 一种直流输电线路伪同步差动保护方法及系统 - Google Patents

一种直流输电线路伪同步差动保护方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种直流输电线路伪同步差动保护方法系统，包括：确定伪同步差动保护的目标对象；分别对所述目标对象的第一线路电流和与所述目标对象处于同极的线路另一侧的第二线路电流进行采集，并分别根据所述第一线路电流和第二线路电流确定每个采样时刻的第一电流突变量和第二电流突变量；根据每个采样时刻的第一电流突变量和第二电流突变量确定极化电流和工作电流；当所述极化电流和工作电流满足预设的伪同步差动保护判据时，所述目标对象的伪同步差动保护动作。本发明能够大幅提升高阻故障时的保护动作速度。

Description

一种直流输电线路伪同步差动保护方法及系统
技术领域
本发明涉及继电保护技术领域，并且更具体地，涉及一种直流输电线路伪同步差动保护方法及系统。
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将同步电流差动保护作为后备保护。现行同步电流差动保护由两侧电流采样值之和的绝对值构成差动电流，由两侧电流采样值之差的绝对值构成制动电流，制动系数为常数，一般为0.5。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，设置较长延时(百毫秒甚至秒级)故而仅作后备保护。
为了大幅提升高阻故障时的保护动作速度，必须配置快速直流输电线路差动保护。
发明内容
本发明提出一种直流输电线路伪同步差动保护方法及系统，以解决如何提升高阻故障时的保护动作速度的问题。
为了解决上述问题，根据本发明的一个方面，提供了一种直流输电线路伪同步差动保护方法，所述方法包括：
确定伪同步差动保护的目标对象；
分别对所述目标对象的第一线路电流和与所述目标对象处于同极的线路另一侧的第二线路电流进行采集，并分别根据所述第一线路电流和第二线路电流确定每个采样时刻的第一电流突变量和第二电流突变量；
根据每个采样时刻的第一电流突变量和第二电流突变量确定极化电流和工作电流；
当所述极化电流和工作电流满足预设的伪同步差动保护判据时，所述目标对象的伪同步差动保护动作。
优选地，其中所述目标对象，包括：
极I线路整流侧、极I线路逆变侧、极II线路整流侧和极II线路逆变侧。
优选地，其中所述根据每个采样时刻的第一电流突变量和第二电流突变量确定极化电流和工作电流，包括：
其中，iJ(t)为极化电流，iOP(t)为工作电流；t为保护计算的当前时刻；k为采样时刻；ΔiM(k)为k时刻的第一电流突变量；ΔiN(k)为k时刻的第二电流突变量；T为计算窗长；Tran为直流线路传输通道延时；Δt为伪同步时间差。
优选地，其中所述预设的伪同步差动保护判据，包括：
iJ(t)+iOP(t)＞|αiJ(t)-iOP(t)|+βisetL，
其中，iJ(t)为极化电流，iOP(t)为工作电流；；α为极化系数，为小于1的常数；β为固定系数，为小于1的常数；isetL为预设阈值，按照线路末端高阻故障时的灵敏度整定。
根据本发明的另一个方面，提供了一种直流输电线路伪同步差动保护系统，所述系统包括：
目标对象确定单元，用于确定伪同步差动保护的目标对象；
电流突变量计算单元，用于分别对所述目标对象的第一线路电流和与所述目标对象处于同极的线路另一侧的第二线路电流进行采集，并分别根据所述第一线路电流和第二线路电流确定每个采样时刻的第一电流突变量和第二电流突变量；
极化和工作电流确定单元，用于根据每个采样时刻的第一电流突变量和第二电流突变量确定极化电流和工作电流；
伪同步差动保护动作单元，用于当所述极化电流和工作电流满足预设的伪同步差动保护判据时，所述目标对象的伪同步差动保护动作。
优选地，其中所述目标对象，包括：
极I线路整流侧、极I线路逆变侧、极II线路整流侧和极II线路逆变侧。
优选地，其中所述极化和工作电流确定单元，根据每个采样时刻的第一电流突变量和第二电流突变量确定极化电流和工作电流，包括：
其中，iJ(t)为极化电流，iOP(t)为工作电流；t为保护计算的当前时刻；k为采样时刻；ΔiM(k)为k时刻的第一电流突变量；ΔiN(k)为k时刻的第二电流突变量；T为计算窗长；Tran为直流线路传输通道延时；Δt为伪同步时间差。
优选地，其中所述预设的伪同步差动保护判据，包括：
iJ(t)+iOP(t)＞|αiJ(t)-iOP(t)|+βisetL，
其中，iJ(t)为极化电流，iOP(t)为工作电流；t为保护计算的当前时刻；α为极化系数，为小于1的常数；β为固定系数，为小于1的常数；isetL为预设阈值，按照线路末端高阻故障时的灵敏度整定。
本发明提供了一种直流输电线路伪同步差动保护方法及系统，根据采集的目标对象的第一线路电流和与所述目标对象处于同极的线路另一侧的第二线路电流确定每个采样时刻的第一电流突变量和第二电流突变量；根据每个采样时刻的第一电流突变量和第二电流突变量确定极化电流和工作电流；当所述极化电流和工作电流满足预设的伪同步差动保护判据时，所述目标对象的伪同步差动保护动作。本发明能够大幅提升高阻故障时的保护动作速度，当直流线路区内金属性或高阻故障时，伪同步差动保护在启动后30ms内可靠动作；直流线路区外故障转区内故障时，伪同步差动保护在转为区内故障后20ms内可靠动作；直流线路区外故障时，伪同步差动保护可靠不动作。
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为根据本发明实施方式的直流输电线路伪同步差动保护方法100的流程图；
图2为根据本发明实施方式的直流系统的示意图；
图3为根据本发明实施方式的异步差动保护时序图；
图4为根据本发明实施方式的直流输电线路伪同步差动保护系统400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为根据本发明实施方式的直流输电线路伪同步差动保护方法100的流程图。如图1所示，本发明实施方式提供的直流输电线路伪同步差动保护方法，能够大幅提升高阻故障保护动作速度，当直流线路区内金属性或高阻故障时，伪同步差动保护在启动后30ms内可靠动作；直流线路区外故障转区内故障时，伪同步差动保护在转为区内故障后20ms内可靠动作；直流线路区外故障时，伪同步差动保护可靠不动作。本发明实施方式提供的直流输电线路伪同步差动保护方法100，从步骤101处开始，在步骤101确定伪同步差动保护的目标对象。
优选地，其中所述目标对象，包括：
极I线路整流侧、极I线路逆变侧、极II线路整流侧和极II线路逆变侧。
图2为根据本发明实施方式的直流系统的示意图。如图2所示，设置整流侧为M侧，逆变侧为N侧。在进行伪同步差动保护时，可以以极I线路M侧、极I线路N侧、极II线路M侧和极II线路N侧直流保护作为研究对象。当目标对象为极I线路或极II线路时，第一线路电流iM即为直流线路M侧电流值，第二线路电流iN即为直流线路N侧电流值，电流正方向均为极母线指向线路。
在步骤102，分别对所述目标对象的第一线路电流和与所述目标对象处于同极的线路另一侧的第二线路电流进行采集，并分别根据所述第一线路电流和第二线路电流确定每个采样时刻的第一电流突变量和第二电流突变量。
在步骤103，根据每个采样时刻的第一电流突变量和第二电流突变量确定极化电流和工作电流。
优选地，其中所述根据每个采样时刻的第一电流突变量和第二电流突变量确定极化电流和工作电流，包括：
其中，iJ(t)为极化电流，iOP(t)为工作电流；t为保护计算的当前时刻；k为采样时刻；ΔiM(k)为k时刻的第一电流突变量；ΔiN(k)为k时刻的第二电流突变量；T为计算窗长；Tran为直流线路传输通道延时；Δt为伪同步时间差。
在步骤104，当所述极化电流和工作电流满足预设的伪同步差动保护判据时，所述目标对象的伪同步差动保护动作。
优选地，其中所述预设的伪同步差动保护判据，包括：
iJ(t)+iOP(t)＞|αiJ(t)-iOP(t)|+βisetL，
其中，iJ(t)为极化电流，iOP(t)为工作电流；t为保护计算的当前时刻；α为极化系数，为小于1的常数；β为固定系数，为小于1的常数；isetL为预设阈值，按照线路末端高阻故障时的灵敏度整定。
在本发明的实施方式中，如图2所示，以极I线路M侧直流保护作为研究对象，此时伪同步差动保护时序如图3所示，伪同步差动保护的过程包括：
(1)采集k时刻极I线路M侧线路电流iM(k)，计算k时刻极I线路M侧电流突变量ΔiM(k)，计算采集k时刻极I线路N侧线路电流iN(k)，计算k时刻极I线路N侧电流突变量ΔiN(k)，计算/>
(2)比较的大小，若则/>若则/>
(3)若满足iJ(t)+iOP(t)＞|αiJ(t)-iOP(t)|+βisetL，则保护动作出口，否则，保护返回。
其中，iJ(t)为极化电流，iOP(t)为工作电流；t为保护计算的当前时刻；k为采样时刻；ΔiM(k)为k时刻的第一电流突变量；ΔiN(k)为k时刻的第二电流突变量；T为计算窗长；Tran为直流线路传输通道延时；Δt为伪同步时间差；iJ(t)为极化电流，iOP(t)为工作电流；α为极化系数，为小于1的常数；β为固定系数，为小于1的常数；isetL为预设阈值，按照线路末端高阻故障时的灵敏度整定。例如，500kV系统的isetL按照线路末端500欧姆过渡电阻故障时有灵敏度整定。
以极II线路M侧直流保护作为研究对象时，其过程和极I线路M侧相同，不再赘述。
以极I线路N侧直流保护作为研究对象，其过程和极I线路M侧原理相同，区别在于利用如下公式确定极化电流和工作电流，包括：
以极II线路N侧直流保护作为研究对象时，其过程和极I线路N侧相同，不再赘述。
图4为根据本发明实施方式的直流输电线路伪同步差动保护系统400的结构示意图。如图4所示，本发明实施方式提供的直流输电线路伪同步差动保护系统400，包括：目标对象确定单元401、电流突变量计算单元402、极化和工作电流确定单元403和伪同步差动保护动作单元404。
优选地，所述目标对象确定单元401，用于确定伪同步差动保护的目标对象。
优选地，其中所述目标对象，包括：
极I线路整流侧、极I线路逆变侧、极II线路整流侧和极II线路逆变侧。
优选地，所述电流突变量计算单元402，用于分别对所述目标对象的第一线路电流和与所述目标对象处于同极的线路另一侧的第二线路电流进行采集，并分别根据所述第一线路电流和第二线路电流确定每个采样时刻的第一电流突变量和第二电流突变量。
优选地，所述极化和工作电流确定单元403，用于根据每个采样时刻的第一电流突变量和第二电流突变量确定极化电流和工作电流。
优选地，其中所述极化和工作电流确定单元403，根据每个采样时刻的第一电流突变量和第二电流突变量确定极化电流和工作电流，包括：
其中，iJ(t)为极化电流，iOP(t)为工作电流；t为保护计算的当前时刻；k为采样时刻；ΔiM(k)为k时刻的第一电流突变量；ΔiN(k)为k时刻的第二电流突变量；T为计算窗长；Tran为直流线路传输通道延时；Δt为伪同步时间差。
优选地，所述伪同步差动保护动作单元404，用于当所述极化电流和工作电流满足预设的伪同步差动保护判据时，所述目标对象的伪同步差动保护动作。
优选地，其中所述预设的伪同步差动保护判据，包括：
iJ(t)+iOP(t)＞|αiJ(t)-iOP(t)|+βisetL，
其中，iJ(t)为极化电流，iOP(t)为工作电流；t为保护计算的当前时刻；α为极化系数，为小于1的常数；β为固定系数，为小于1的常数；isetL为预设阈值，按照线路末端高阻故障时的灵敏度整定。
本发明的实施例的直流输电线路伪同步差动保护系统400与本发明的另一个实施例的直流输电线路伪同步差动保护方法100相对应，在此不再赘述。
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。
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。
最后应当说明的是：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换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (4)

1.一种直流输电线路伪同步差动保护方法，其特征在于，所述方法包括：
确定伪同步差动保护的目标对象；
分别对所述目标对象的第一线路电流和与所述目标对象处于同极的线路另一侧的第二线路电流进行采集，并分别根据所述第一线路电流和第二线路电流确定每个采样时刻的第一电流突变量和第二电流突变量；
根据每个采样时刻的第一电流突变量和第二电流突变量确定极化电流和工作电流；
当所述极化电流和工作电流满足预设的伪同步差动保护判据时，所述目标对象的伪同步差动保护动作；
其中，所述根据每个采样时刻的第一电流突变量和第二电流突变量确定极化电流和工作电流，包括：
其中，iJ(t)为极化电流，iOP(t)为工作电流；t为保护计算的当前时刻；k为采样时刻；ΔiM(k)为k时刻的第一电流突变量；ΔiN(k)为k时刻的第二电流突变量；T为计算窗长；Tran为直流线路传输通道延时；Δt为伪同步时间差；
其中，所述预设的伪同步差动保护判据，包括：
iJ(t)+iOP(t)＞|αiJ(t)-iOP(t)|+βisetL，
其中，iJ(t)为极化电流，iOP(t)为工作电流；t为保护计算的当前时刻；α为极化系数，为小于1的常数；β为固定系数，为小于1的常数；isetL为预设阈值，按照线路末端高阻故障时的灵敏度整定。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述目标对象，包括：
极I线路整流侧、极I线路逆变侧、极II线路整流侧和极II线路逆变侧。
3.一种直流输电线路伪同步差动保护系统，其特征在于，所述系统包括：
目标对象确定单元，用于确定伪同步差动保护的目标对象；
电流突变量计算单元，用于分别对所述目标对象的第一线路电流和与所述目标对象处于同极的线路另一侧的第二线路电流进行采集，并分别根据所述第一线路电流和第二线路电流确定每个采样时刻的第一电流突变量和第二电流突变量；
极化和工作电流确定单元，用于根据每个采样时刻的第一电流突变量和第二电流突变量确定极化电流和工作电流；
伪同步差动保护动作单元，用于当所述极化电流和工作电流满足预设的伪同步差动保护判据时，所述目标对象的伪同步差动保护动作；
其中，所述极化和工作电流确定单元，根据每个采样时刻的第一电流突变量和第二电流突变量确定极化电流和工作电流，包括：
其中，iJ(t)为极化电流，iOP(t)为工作电流；t为保护计算的当前时刻；k为采样时刻；ΔiM(k)为k时刻的第一电流突变量；ΔiN(k)为k时刻的第二电流突变量；T为计算窗长；Tran为直流线路传输通道延时；Δt为伪同步时间差；
其中，所述预设的伪同步差动保护判据，包括：
iJ(t)+iOP(t)＞|αiJ(t)-iOP(t)|+βisetL，
其中，iJ(t)为极化电流，iOP(t)为工作电流；t为保护计算的当前时刻；α为极化系数，为小于1的常数；β为固定系数，为小于1的常数；isetL为预设阈值，按照线路末端高阻故障时的灵敏度整定。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述目标对象，包括：
极I线路整流侧、极I线路逆变侧、极II线路整流侧和极II线路逆变侧。
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