CN113162002A - 一种计及宽频测量环节的直流行波保护方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种计及宽频测量环节的直流行波保护方法及系统。方法包括：采集工程现场的直流互感器数据，根据最小二乘时域反卷积方法求逆运算，得到宽频处理环节的时域传递函数；所述时域传递函数进行傅里叶变换，搭建直流线路行波保护算法模型；根据直流输电闭环仿真系统，验证直流线路行波保护算法模型的有效性和直流行波保护定值的适应性。系统包括：采集模块，用于采集直流互感器数据，根据最小二乘时域反卷积方法求逆运算，得到宽频处理环节的时域传递函数；模型搭建模块，用于对所述时域传递函数进行傅里叶变换，搭建直流线路行波保护算法模型。本发明提高了直流输电行波保护的灵敏性和准确性，保证直流输电系统的安全、可靠、稳定运行。

Description

一种计及宽频测量环节的直流行波保护方法及系统

技术领域

本发明涉及直流输电及电力电子技术领域，特别涉及一种计及宽频测量环节的直流行波保护方法及系统。

背景技术

超/特高压直流输电具有传输功率大、稳定性高、控制响应快速等优点，目前被广泛应用于远距离、大容量输电和电力系统联网中。截止目前，我国已建成复奉、锦苏、宾金、天中、灵绍、祁韶、雁淮、锡泰、昭沂、鲁固等14条特高压直流输电工程，以及若干条1000kV交流特高压工程，在建特高压直流输电工程4条，最高电压等级达到了±1100kV。为配合西北地区风电、火电以及西南地区特别是云南和四川水电的外送，尚有6条特高压输电工程等待核准和建设。这些特高压输电工程的投运为实现电网互联、跨区电力资源优化配置发挥了重要作用。

直流互感器为直流控制保护系统提供一次电压、电流信号，其测量准确性直接关系到直流输电系统的安全稳定运行。直流互感器除了互感器本体外，还包括信号转换、传输的二次系统，测量链路环节较多，实际运行中的极端环境可能导致二次系统参数变化、性能下降，进而影响直流互感器的宽频传递特性。在直流互感器的宽频域传递特性发生变化后，其变比将随着频率的改变而改变，这一特性势必导致互感器二次侧在传递宽频带波形时出现失真情况，无法准确反映一次侧的实际波形。然而，由于直流输电的控制与保护均是基于互感器二次侧的量测值，因此如果在控制、保护系统设计及参数配合时未能考虑互感器的宽频传递特性，势必导致控制保护性能下降。

目前，直流输电工程中，直流行波保护的定值整定均是基于仿真试验获得；然而，直流输电仿真模型中对于直流互感器的处理均是按照理想传变元件，并未考虑直流互感器的宽频带传变特性。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例的目的在于提供一种计及宽频测量环节的直流行波保护方法及系统，能够提高直流输电行波保护的灵敏性和准确性，保证直流输电系统的安全、可靠、稳定运行。

第一方面，本发明实施例提供了一种计及宽频测量环节的直流行波保护方法，包括：

采集直流互感器数据，根据最小二乘时域反卷积方法求逆运算，得到宽频处理环节的时域传递函数。

对所述时域传递函数进行傅里叶变换，搭建直流线路行波保护算法模型。

根据直流输电闭环仿真系统，验证直流线路行波保护算法模型的有效性和直流行波保护定值的适应性。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，所述根据最小二乘时域反卷积方法求逆运算，包括：

根据直流互感器一次高压侧输入数据x(n)，得到直流互感器二次低压侧输出数据y(n)，x(n)*h(n)＝y(n)，其中h为单位冲击响应，n为采样的离散化间隔；

根据Ah＝b，

进行矩阵变换并求解。

其中，参数矩阵

单位冲击响应h＝(h[0],h[1],h[2],…,h[n-1])^T。

对应向量b＝(y[0],y[1],y[2],…,y[m-1])^T。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，计算得到的所述时域传递函数的求解方程为

其中，y(t)为直流互感器二次侧输出数据，x(t)为直流互感器一次侧输入数据，h(t)为线性时不变系统的单位冲击响应函数，t为采样的时阈间隔。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，所述直流线路行波保护算法模型包括宽频测量预处理和直流行波保护主判据。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，所述直流行波保护主判据采用已有的直流输电线路行波保护判据、极模波判据和地模波判据。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，

极模波判据为：极波＝直流线路电流*差模波阻抗-直流线路对地电压。

地模波判据为：地波＝直流接地极线路电流*共模波阻抗-直流中性线对地电压。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，所述根据直流输电闭环仿真系统，验证直流线路行波保护算法模型的有效性和直流行波保护定值的适应性，包括：

采用离线电磁暂态仿真软件或实时仿真软件，搭建直流行波保护算法仿真验证环境。

对直流行波保护定值适应性进行验证及重新整定优化。

第二方面，本发明实施例提供了一种计及宽频测量环节的直流行波保护系统，包括：

采集模块，用于采集直流互感器数据，根据最小二乘时域反卷积方法求逆运算，得到宽频处理环节的时域传递函数。

模型搭建模块，用于对所述时域传递函数进行傅里叶变换，搭建直流线路行波保护算法模型。

优化模块，用于根据直流输电闭环仿真系统，验证直流线路行波保护算法模型的有效性和直流行波保护定值的适应性。

结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第一种可能的实施方式，其中，所述优化模块包括：

验证搭建单元，用于采用离线电磁暂态仿真软件或实时仿真软件，搭建直流行波保护算法仿真验证环境。

验证单元，用于对直流行波保护定值适应性进行验证及重新整定优化。本发明实施例的有益效果是：

本发明通过工程现场的直流互感器对象进行测试，根据一次高压侧输入数据得到直流互感器二次低压侧输出数据，其次，基于直流互感器时域线性时不变系统的特点，利用最小二乘法，根据公式直接进行反卷积求解，进而得到宽频测量处理环节的单位冲击响应函数，然后，根据以上所得到的直流互感器宽频测量处理环节，搭建详细的直流行波保护算法模型，保护算法主要有宽频测量预处理环节和直流行波主判据环节组成，直流行波保护算法主判据可采用极模波和地模波方法；最后，在离线或实时电磁暂态仿真软件中，验证工程直流行波保护定值的适应性及重整定优化。提高了直流输电行波保护的灵敏性和准确性，保证了直流输电系统的安全、可靠、稳定运行。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明计及宽频测量环节的直流行波保护方法的流程图；

图2为本发明直流输电双极拓扑结构示意图；

图3为本发明直流分压器整体结构示意图；

图4为本发明直流互感器输入输出数据测试示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件能够以各种不同的配置来布置和设计。

请参照图1至图4，本发明的第一个实施例提供一种计及宽频测量环节的直流行波保护方法，主要应用于如图2所示的直流输电双极拓扑结构场景。如图3所示，工程现场的直流分压器互感器一般分为一次阻容分压部分、二次分压板部分和隔离放大器等结构，从而完成直流一次侧高压信号到二次侧低电压小信号的变换；隔离放大器输出的小信号直接供直流控制保护系统使用。以工程现场实际在运直流互感器为对象，在其一次高压侧注入测试输入信号，在其二次低压侧测量所得输出信号，如图4所示。

计及宽频测量环节的直流行波保护方法如图1所示，包括：

采集工程现场的直流互感器数据，根据最小二乘时域反卷积方法求逆运算，得到宽频处理环节的时域传递函数。

所述时域传递函数进行傅里叶变换，搭建直流线路行波保护算法模型。

根据直流输电闭环仿真系统，验证直流线路行波保护算法模型的有效性和直流行波保护定值的适应性。

其中，所述根据最小二乘时域反卷积方法求逆运算，包括：

根据工程现场直流互感器一次高压侧输入数据x(n)，得到直流互感器二次低压侧输出数据y(n)，x(n)*h(n)＝y(n)，其中h为单位冲击响应，n为采样的离散化间隔；

根据Ah＝b，

进行矩阵变换并求解。

其中，参数矩阵

单位冲击响应h＝(h[0],h[1],h[2],…,h[n-1])^T。

对应向量b＝(y[0],y[1],y[2],…,y[m-1])^T。

其中，计算得到的所述时域传递函数的求解方程为

其中，y(t)为直流互感器二次侧输出数据，x(t)为直流互感器一次侧输入数据，h(t)为线性时不变系统的单位冲击响应函数，t为采样的时阈间隔。

其中，所述直流线路行波保护算法模型包括宽频测量预处理和直流行波保护主判据。

其中，所述直流行波保护主判据采用已有的直流输电线路行波保护判据、极模波判据和地模波判据。

其中，极模波判据为：极波＝直流线路电流*差模波阻抗-直流线路对地电压。

地模波判据为：地波＝直流接地极线路电流*共模波阻抗-直流中性线对地电压。

其中，所述根据直流输电闭环仿真系统，验证直流线路行波保护算法模型的有效性和直流行波保护定值的适应性，包括：

采用离线电磁暂态仿真软件或实时仿真软件，搭建直流行波保护算法仿真验证环境。

对直流行波保护定值适应性进行验证及重新整定优化。

本发明的第二个实施例提供一种计及宽频测量环节的直流行波保护系统，包括：

采集模块，用于采集直流互感器数据，根据最小二乘时域反卷积方法求逆运算，得到宽频处理环节的时域传递函数。

模型搭建模块，用于对所述时域传递函数进行傅里叶变换，搭建直流线路行波保护算法模型。

优化模块，用于根据直流输电闭环仿真系统，验证直流线路行波保护算法模型的有效性和直流行波保护定值的适应性。

其中，所述优化模块包括：

验证搭建单元，用于采用离线电磁暂态仿真软件或实时仿真软件，搭建直流行波保护算法仿真验证环境。

验证单元，用于对直流行波保护定值适应性进行验证及重新整定优化。

本发明实施例旨在保护一种计及宽频测量环节的直流行波保护方法及系统，具备如下效果：

本发明提出了一种计及宽频测量环节的直流行波保护方法。该方法通过构建宽频测量预处理环节，充分考虑了直流互感器的宽频域传递特性，由直流宽频测量预处理环节与直流行波极模波、地模波判据构成新的直流行波保护算法。该方法可通过仿真手段对直流行波保护的定值进行准确整定，提高了直流输电线路行波保护的灵敏性及可靠性。

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 (9)

1.一种计及宽频测量环节的直流行波保护方法，其特征在于，包括：

采集直流互感器数据，根据最小二乘时域反卷积方法求逆运算，得到宽频处理环节的时域传递函数；

对所述时域传递函数进行傅里叶变换，搭建直流线路行波保护算法模型；

根据直流输电闭环仿真系统，验证直流线路行波保护算法模型的有效性和直流行波保护定值的适应性。

2.根据权利要求1所述的计及宽频测量环节的直流行波保护方法，其特征在于，所述根据最小二乘时域反卷积方法求逆运算，包括：

根据直流互感器一次高压侧输入数据，得到直流互感器二次低压侧输出数据，，其中h为单位冲击响应，n为采样的离散化间隔；

根据，

，进行矩阵变换并求解；

其中，参数矩阵；

单位冲击响应

；

对应向量

。

3.根据权利要求2所述的计及宽频测量环节的直流行波保护方法，其特征在于，计算得到的所述时域传递函数的求解方程为

，其中，

为直流互感器二次侧输出数据，

为直流互感器一次侧输入数据，为线性时不变系统的单位冲击响应函数，t为采样的时阈间隔。

4.根据权利要求1所述的计及宽频测量环节的直流行波保护方法，其特征在于，所述直流线路行波保护算法模型包括宽频测量预处理和直流行波保护主判据。

5.根据权利要求4所述的计及宽频测量环节的直流行波保护方法，其特征在于，所述直流行波保护主判据采用直流输电线路行波保护判据、极模波判据和地模波判据。

6.根据权利要求5所述的计及宽频测量环节的直流行波保护方法，其特征在于，

极模波判据为：极波 = 直流线路电流 * 差模波阻抗–直流线路对地电压；

地模波判据为：地波 = 直流接地极线路电流 * 共模波阻抗–直流中性线对地电压。

7.根据权利要求1所述的计及宽频测量环节的直流行波保护方法，其特征在于，所述根据直流输电闭环仿真系统，验证直流线路行波保护算法模型的有效性和直流行波保护定值的适应性，包括：

采用离线电磁暂态仿真软件或实时仿真软件，搭建直流行波保护算法仿真验证环境；

对直流行波保护定值适应性进行验证及重新整定优化。

8.一种计及宽频测量环节的直流行波保护系统，其特征在于，包括：

采集模块，用于采集直流互感器数据，根据最小二乘时域反卷积方法求逆运算，得到宽频处理环节的时域传递函数；

模型搭建模块，用于对所述时域传递函数进行傅里叶变换，搭建直流线路行波保护算法模型；

优化模块，用于根据直流输电闭环仿真系统，验证直流线路行波保护算法模型的有效性和直流行波保护定值的适应性。

9.根据权利要求8所述的计及宽频测量环节的直流行波保护系统，其特征在于，所述优化模块包括：

验证搭建单元，用于采用离线电磁暂态仿真软件或实时仿真软件，搭建直流行波保护算法仿真验证环境；

验证单元，用于对直流行波保护定值适应性进行验证及重新整定优化。

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