CN113381390B - 直流电网站间通信失效时控制本地直流断路器动作的方法 - Google Patents

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CN113381390B CN202110522217.9A CN202110522217A CN113381390B CN 113381390 B CN113381390 B CN 113381390B CN 202110522217 A CN202110522217 A CN 202110522217A CN 113381390 B CN113381390 B CN 113381390B
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Abstract

本发明涉及直流电网站间通信失效时控制本地直流断路器动作的方法，包括以下步骤，实时合成本地线模反行波和本地零模反行波；当故障发生时，判断故障是否为待判断故障；若故障为待判断故障时，则立即控制本地保护安装处的直流断路器将直流电流从线路转移至转移支路；当故障发生后，根据时间窗内的熵值判断故障是为区内故障还是为区外故障；若故障为区内故障时，则立即控制本地保护安装处的直流断路器执行串入MOA的动作；若故障为区外故障时，则立即控制本地保护安装处的直流断路器将直流电流从转移支路转移至线路上。本发明可以在直流电网通信失效且发生区内故障的情况下，仅通过本地测量电气量就实现远端故障的快速切除，不依赖对端信息。

Description

直流电网站间通信失效时控制本地直流断路器动作的方法
技术领域
本发明涉及直流输电系统继电保护领域，具体涉及直流电网站间通信失效时控制本地直流断路器动作的方法。
背景技术
柔性直流电网采用半桥子模块型MMC作为换流器时，需要考虑直流线路的故障清除问题。直流线路发生故障时故障电流迅速增大，即使闭锁换流站，交流系统也将与绝缘栅双极型晶体管的反向并联二极管构成三相不控整流电路，持续地向故障点馈入极大的故障电流。
传统上，对于柔性直流电网的线路故障采用交流断路器进行隔离，典型的方法如“握手法”：故障发生后首先跳开所有换流站的交流断路器，同时将同一换流站中若干条出线上流过较大电流的直流开关设定为预跳闸状态；在线路电流自然衰减完毕后，再利用检线路有压的原理实现非故障线路的重合闸。优势是对柔直电网故障隔离设备的硬件条件要求低，但由于缺乏可快速清除故障电流的设备，其劣势在于：停电时间长、复电缓慢，且换流器的停运缺乏选择性。
随着直流断路器技术的日趋成熟，其开断电流能力、开断时间等指标都有了显著提高，并逐步走向工程实践，张北四端柔直电网拟采用的直流断路器能够达到353kV/3ms/3kA。目前，依托张北四端直流工程，结合了目前“边界保护”的技术路线，利用多判据融合的方法提高了短窗算法的可靠性，其快速判据包括：直流欠压判据、直流电压行波保护判据、直流电流行波保护判据、雷击干扰识别判据。基于上述原理的“直流电网快速行波保护装置”已经成功研制，其对线路故障的保护动作出口时间小于1.2ms，是一种可行的技术路线。但是，本地保护的保护区远端抗过渡电阻能力大大下降。在通信正常的情况下，仅有对侧保护动作、本地保护未感受到故障存在时，可以依靠通信加速本地保护动作；然而一旦通信失败，本地保护将失去独立动作能力，导致直流线路故障清除的失败。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供直流电网站间通信失效时控制本地直流断路器动作的方法，可以在直流电网通信失效且发生区内故障的情况下，使得本地保护拥有不依赖对端保护动作信息、对端测量信息的独立故障位置判断能力。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：直流电网站间通信失效时控制本地直流断路器动作的方法，包括以下步骤，
步骤1，实时测量本地保护安装处的正极电压、正极电流、负极电压和负极电流，并通过所述正极电压、所述正极电流、所述负极电压和所述负极电流，实时合成本地线模反行波和本地零模反行波；
步骤2，当故障发生时，分别记录所述本地线模反行波和所述本地零模反行波的达到时刻，并根据所述本地线模反行波和所述本地零模反行波的到达时间差，判断所述故障是否为待判断故障；
步骤3，若所述故障为待判断故障时，则立即控制本地保护安装处的直流断路器将直流电流从线路转移至直流断路器的转移支路；
步骤4，当故障发生后，以本地保护感受到所述线模反行波波头的时刻为零时刻，滑动预设的时间窗，并分析所述时间窗内的熵值，且根据所述时间窗内的熵值判断所述故障是为区内故障还是为区外故障；
步骤5，若所述故障为区内故障时，则立即控制本地保护安装处的直流断路器执行串入MOA的动作；若所述故障为区外故障时，则立即控制本地保护安装处的直流断路器将直流电流从直流断路器的转移支路转移至线路上。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，所述步骤4具体为，
步骤41，当故障发生后，以本地保护感受到所述线模反行波波头的时刻为零时刻，向后推移第一预设时段，并从所述第一预设时段结束时刻开始向前截取长度为第二预设时段的时间窗，并不断向后滑动所述时间窗，直至到达第一预设时刻为止；
步骤42，在所述时间窗滑动的每个步长内，分析所述时间窗内的熵值，并根据所述时间窗内的熵值判断所述故障是为区内故障还是为区外故障。
进一步，在所述步骤41中，不断向后滑动所述时间窗的具体过程为，
以所述第一预设时段结束时刻的采样数据为所述时间窗内采样数据的终点，以所述第二预设时段为长度向前寻找已记录的历史采样数据，选择预设采样频率进行数据采样，每经过一个时刻，所述时间窗的起点和所述时间窗的终点均加1，且所述时间窗内采样数据的总点数保持不变。
进一步，所述步骤42具体包括如下步骤，
步骤421，利用小波变换将所述时间窗内采样数据分为K个频带，将各频带的频带系数记为Dm，m＝1,2,...,K；
步骤422，选取频带系数DK-3、频带系数DK-2和频带系数DK-1，并分别将所述频带系数DK-3、所述频带系数DK-2和所述频带系数DK-1重构为对应的波形 WK-3、波形WK-2和波形WK-1；
步骤423，将波形Wj的纵坐标在预设电压区间内平均划分为G个分区，将各分区记为Zi-j，i＝1,2,...,G，j＝K-3，K-2，K-1；
步骤424，在所述时间窗内分别统计各分区Zi-j所包含的采样数据的点数，将各分区Zi-j所包含的采样数据的点数记为ni-j；
步骤425，根据所述时间窗内各分区Zi-j所包含的采样数据的点数ni-j，计算出所述时间窗内采样数据分别落在各分区Zi-j内的概率，将所述时间窗内采样数据落在各分区Zi-j内的概率记为Pi-j，则Pi-j＝ni-j/N，其中，N为所述时间窗内采样数据的总点数；
步骤426，根据所述时间窗内采样数据分别落在各分区Zi-j内的概率Pi-j，计算出所述波形Wj在所述时间窗内的熵值Hj，其中，所述波形Wj在所述时间窗内的熵值Hj的计算公式为：
Figure RE-RE-GDA0003177131480000041
进一步，在所述步骤4中，根据所述时间窗内的熵值判断所述故障是为区内故障还是为区外故障的判据为，
若所述熵值HK-3、所述熵值HK-2和所述熵值HK-1满足
Figure RE-RE-GDA0003177131480000042
或
Figure RE-RE-GDA0003177131480000043
或
Figure RE-RE-GDA0003177131480000044
或
Figure RE-RE-GDA0003177131480000045
则判定所述故障为区内故障；
若所述熵值HK-3、所述熵值HK-2和所述熵值HK-1满足
Figure RE-RE-GDA0003177131480000046
或
Figure RE-RE-GDA0003177131480000047
或
Figure RE-RE-GDA0003177131480000048
或
Figure RE-RE-GDA0003177131480000049
则判定所述故障为区外故障；
其中，H为预设熵值。
进一步，所述步骤5具体为，
若任一时刻判定的所述故障为区内故障时，则立即控制本地保护安装处的直流断路器执行串入MOA的动作；
若当前时刻判定的所述故障为区外故障时，则继续判断故障判断次数 Ndec是否大于预设次数阈值；若所述故障判断次数Ndec不大于预设次数阈值，则将所述时间窗滑动至下一时刻，并令Ndec＝Ndec+1，且重复循环执行所述步骤421至所述步骤426；若所述故障判断次数Ndec大于预设所述次数阈值，则立即控制本地保护安装处的直流断路器将直流电流从直流断路器的转移支路转移至线路上。
进一步，在所述步骤1中，通过所述正极电压、所述正极电流、所述负极电压和所述负极电流，实时合成本地线模反行波和本地零模反行波的具体过程为，
根据所述正极电压和所述负极电压合成本地零模电压和本地线模电压，根据所述正极电流和所述负极电流合成本地零模电流和本地线模电流；其中，
Figure RE-RE-GDA0003177131480000051
具体的，u0和u1分别为所述本地零模电压和所述本地线模电压；u+和u-分别为所述正极电压和所述负极电压，i0和i1分别为所述本地零模电流和所述本地线模电流，i+和i-分别为所述正极电流和所述负极电流；
根据零模波阻抗、所述本地零模电压和所述本地零模电流合成所述本地零模反行波，根据线模波阻抗、所述本地线模电压和所述本地线模电流合成所述本地线模反行波；其中，
Figure RE-RE-GDA0003177131480000052
具体的，s0和s1分别为所述本地零模反行波和所述本地线模反行波，z0和 z1分别为所述零模波阻抗和所述线模波阻抗。
进一步，将当前时刻的所述本地线模反行波与上一时刻的所述本地线模反行波之间的差值的绝对值作为本地线模反行波突变量，将当前时刻的所述本地零模反行波与上一时刻的所述本地零模反行波之间的差值的绝对值作为本地零模反行波突变量；
当所述本地线模反行波突变量大于预设突变门槛值，则判定故障发生且所述本地线模反行波达到，记录此时时刻为t1，则t1为所述本地线模反行波达到的时刻，记录在所述本地线模反行波之后达到的所述本地零模反行波到达的时刻t0，且所述本地零模反行波达到的判据为所述本地零模反行波突变量大于预设突变门槛值，则判定所述本地零模反行波达到。
进一步，在所述步骤3中，判断所述故障为待判断故障的判据为，
所述本地零模反行波到达的时刻t0与所述本地线模反行波达到的时刻t1之间的差值在预设时间范围内。
基于上述直流电网站间通信失效时控制本地直流断路器动作的方法，本发明还提供一种直流电网站间通信失效时控制本地直流断路器动作的系统。
直流电网站间通信失效时控制本地直流断路器动作的系统，包括以下模块，
反行波实时合成模块，其用于实时测量本地保护安装处的正极电压、正极电流、负极电压和负极电流，并通过所述正极电压、所述正极电流、所述负极电压和所述负极电流，实时合成本地线模反行波和本地零模反行波；
故障判断模块，其用于当故障发生时，分别记录所述本地线模反行波和所述本地零模反行波的达到时刻，并根据所述本地线模反行波和所述本地零模反行波的到达时间差，判断所述故障是否为待判断故障；
直流断路器控制模块，其用于当所述故障为待判断故障时，则立即控制本地保护安装处的直流断路器将直流电流从线路转移至直流断路器的转移支路；
所述故障判断模块，其还用于以本地保护感受到所述线模反行波波头的时刻为零时刻，滑动预设的时间窗，并分析所述时间窗内的熵值，且根据所述时间窗内的熵值判断所述故障是为区内故障还是为区外故障；
所述直流断路器控制模块，其还用于当所述故障为区内故障时，则立即控制本地保护安装处的直流断路器执行串入MOA的动作；当所述故障为区外故障时，则立即控制本地保护安装处的直流断路器将直流电流从直流断路器的转移支路转移至线路上。
本发明的有益效果是：本发明直流电网站间通信失效时控制本地直流断路器动作的方法及系统可以在直流电网通信失效且发生区内故障的情况下，仅通过本地测量电气量就实现远端故障的快速切除，不依赖对端信息，能够使直流电网拥有更高水平的安全性，使得本地保护拥有不依赖对端保护动作信息、对端测量信息的独立故障位置判断能力，可良好解决远端故障工况下本地保护灵敏性低、通信失效场景下可能无法正确动作于区内故障的问题；且在直流电网失效并发生区内故障的情况下，大大提升本地保护对于远端故障的抗过渡电阻能力。
附图说明
图1为张北四端柔性直流输电系统及故障位置的示意图；
图2为本发明直流电网站间通信失效时控制本地直流断路器动作的方法的流程框图；
图3为本发明直流电网站间通信失效时控制本地直流断路器动作的方法的原理图；
图4为为本地保护安装处实时测量得到的正极电压、正极电流、负极电压和负极电流随时间变化的曲线图；
图5为本地保护安装处合成得到的本地线模电压、本地线模电流、本地零模电压和本地零模电流随时间变化的曲线图；
图6为本地保护安装处合成得到的本地线模反行波和本地零模反行波随时间变化的曲线图；
图7为本地保护安装处合成得到的线模反行波突变量、零模反行波突变量以及两者的到达时刻的示意图；
图8为初始截取的时间窗的示意图；
图9为首个移动时间窗内波形小波变换所得到的频带系数D4、频带系数 D5和频带系数D6的曲线图；
图10为首个移动时间窗内波形小波重构所得到的波形W4、波形W5和波形W6的波形图；
表1为初始的时间窗未滑动时，重构的波形在各分区内采样数据的点数、概率以及时间窗内熵值的记录表；
图11为时间窗滑动后，时间窗内熵值的变化曲线。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
本实施例以张北四端柔性直流输电系统为实施例进行具体说明。图1为张北四端柔性直流输电系统及故障位置的说明示意图。在图1中，S1代表康保，S2代表丰宁，S3代表北京，S4代表张北，B12、B21、B14、B41、B23、 B32、B34和B43，分别为对应区域内本地保护安装处的本地直流断路器。假设某一时刻在F1的位置发生故障，F1与B21之间的距离为12km。
在直流电网中，对侧直流断路器在区内故障场景下开断所引起的二次行波将在直流电网内部多次折射、反射；区内故障场景下，本地保护安装处测量得到的线模行波的熵值较大，而区外故障场景下，本地保护安装处测量得到的线模行波的熵值在1附近。基于此，本申请直流电网站间通信失效时控制本地直流断路器动作的方法具体如下。
如图2和图3所示，直流电网站间通信失效时控制本地直流断路器动作的方法，包括以下步骤1-步骤5：
步骤1，实时测量本地保护安装处的正极电压、正极电流、负极电压和负极电流，并通过所述正极电压、所述正极电流、所述负极电压和所述负极电流，实时合成本地线模反行波和本地零模反行波。
所述步骤1具体为，
步骤11，利用本地保护安装处的电压测量装置和电流测量装置实时测量本地保护安装处的正极电压、正极电流、负极电压和负极电流；本地保护安装处实时测量得到的正极电压、正极电流、负极电压和负极电流如图4所示。
步骤12，根据所述正极电压和所述负极电压合成本地零模电压和本地线模电压，根据所述正极电流和所述负极电流合成本地零模电流和本地线模电流；其中，
Figure RE-RE-GDA0003177131480000091
具体的，u0和u1分别为所述本地零模电压和所述本地线模电压；u+和u-分别为所述正极电压和所述负极电压，i0和i1分别为所述本地零模电流和所述本地线模电流，i+和i_分别为所述正极电流和所述负极电流；本地保护安装处合成得到的本地线模电压、本地线模电流、本地零模电压和本地零模电流如图5所示。
步骤13，根据零模波阻抗、所述本地零模电压和所述本地零模电流合成所述本地零模反行波，根据线模波阻抗、所述本地线模电压和所述本地线模电流合成所述本地线模反行波；其中，
Figure RE-RE-GDA0003177131480000092
具体的，s0和s1分别为所述本地零模反行波和所述本地线模反行波，z0和 z1分别为所述零模波阻抗和所述线模波阻抗，在预设的直流电网中，z0和z1的取值分别为254.44Ω和665.28Ω。本地保护安装处合成得到的本地线模反行波和本地零模反行波如图6所示。
在所述步骤1中，本地保护不断地将实时(当前时刻)合成的所述本地零模反行波和所述本地线模反行波，对应与上一时刻合成的所述本地零模反行波和所述本地线模反行波进行对比，作为突变量，以感受到本地线模反行波突变量超过门槛值判定故障的发生且所述线模线模反行波到达。
步骤2，当故障发生时，分别记录所述本地线模反行波和所述本地零模反行波的达到时刻，并根据所述本地线模反行波和所述本地零模反行波的到达时间差，判断所述故障是否为待判断故障。
具体的，将当前时刻的所述本地线模反行波与上一时刻的所述本地线模反行波之间的差值的绝对值作为本地线模反行波突变量，将当前时刻的所述本地零模反行波与上一时刻的所述本地零模反行波之间的差值的绝对值作为本地零模反行波突变量；当所述本地线模反行波突变量大于预设突变门槛值，则判定故障发生且所述本地线模反行波达到，记录此时时刻为t1，则时刻t1为所述本地线模反行波达到的时刻，记录在所述本地线模反行波之后达到的所述本地零模反行波到达的时刻t0，且所述本地零模反行波达到的判据为所述本地零模反行波突变量大于预设突变门槛值，则判定所述本地零模反行波达到。
例如，判定故障发生且线模反行波到达的判据为：|Δs1|＞s1_a(s1_a为预设突变门槛值，其取值为100)，其中，Δs1为所述本地线模反行波突变量，且Δs1＝s1(t1)-s1(t1-1)，s1(t1)为当前时刻t1的本地线模反行波s1，s1(t-1)为当前时刻t1的上一时刻t1-1的本地线模反行波s1；若|Δs1|＞100成立，则将当前时刻t1记为所述时刻t1。判定本地零模反行波到达的判据为：|Δs0|＞s0_a(s0_a为预设突变门槛值，其取值为100)，其中，Δs0为所述本地零模反行波突变量，且Δs0＝s0(t0)-s0(t0-1)，s0(t0)为当前时刻t0的本地零模反行波s0，s0(t0-1)为当前时刻t0 的上一时刻t0-1的本地零模反行波s0；若|Δs0|＞100成立，则将当前时刻t0记为所述时刻t0。本地保护安装处合成得到的线模反行波突变量、零模反行波突变量以及两者的到达时刻判断如图7所示。
步骤3，若所述故障为待判断故障时，则立即控制本地保护安装处的直流断路器将直流电流从线路转移至直流断路器的转移支路。
在所述步骤3中，判断所述故障为待判断故障的判据为，
所述本地零模反行波到达的时刻t0与所述本地线模反行波达到的时刻t1之间的差值在预设时间范围内。
例如，判断所述故障为待判断故障的判据为，Ta≤t0-t1≤Tb，其中，Ta 的值为52μs，Tb的值为66.3μs。
步骤4，当故障发生后，以本地保护感受到所述线模反行波波头的时刻为零时刻，滑动预设的时间窗，并分析所述时间窗内的熵值，且根据所述时间窗内的熵值判断所述故障是为区内故障还是为区外故障。
所述步骤4具体为，
步骤41，当故障发生后，以本地保护感受到所述线模反行波波头的时刻为零时刻(0ms时刻)，向后推移第一预设时段(第一预设时段为2.9ms时长)，并从所述第一预设时段结束时刻(第一预设时段结束时刻即2.9ms时刻)开始向前截取长度为第二预设时段(第二预设时段为0.4ms时长)的时间窗，并不断向后滑动所述时间窗，直至到达第一预设时刻(第一预设时刻为5ms时刻)为止。截取的所述时间窗如图8所示。
其中，不断向后滑动所述时间窗的具体过程为，以所述第一预设时段结束时刻的采样数据为所述时间窗内采样数据的终点，以所述第二预设时段为长度向前寻找已记录的历史采样数据，选择预设采样频率进行数据采样，每经过一个时刻，所述时间窗的起点和所述时间窗的终点均加1，且所述时间窗内采样数据的总点数保持不变。
例如，当故障发生后，以本地保护感受到线模反行波波头的时刻为零时刻(0ms)，向后推移2.9ms(2.9ms时刻的采样数据为时间窗内所含采样数据的终点)，并从2.9ms时刻开始向前截取长度为0.4ms的时间窗(2.5 ms时刻的采样数据为时间窗内所含采样数据的起点)，选择200kHz的采样频率(采样间隔为5μs)，时间窗内总共包含81个采样数据(即时间窗内采样数据的点数为81)；每经过一个采样时刻，时间窗起点和时间窗终点均加1，时间窗内采样数据的总点数保持不变，称之为时间窗向后滑动一次，滑动420次后结束，不再滑动。将故障判断次数Ndec初始化为Ndec＝1。
步骤42，在所述时间窗滑动的每个步长内，分析所述时间窗内的熵值，并根据所述时间窗内的熵值判断所述故障是为区内故障还是为区外故障。
所述步骤42具体包括如下步骤，
步骤421，利用小波变换将所述时间窗内采样数据分为K个频带，将各频带的频带系数记为Dm，m＝1,2,...,K；其中，K＝7；小波变换时采用的小波函数为Daubechies 8。首个移动时间窗内波形小波变换所得到的频带系数 D4、频带系数D5和频带系数D6如图9所示。
步骤422，选取频带系数DK-3、频带系数DK-2和频带系数DK-1，并分别将所述频带系数DK-3、所述频带系数DK-2和所述频带系数DK-1重构为对应的波形 WK-3、波形WK-2和波形WK-1；具体的，选取频带系数D4并将其重构为波形W4，选取频带系数D5并将其重构为波形W5，选取频带系数D6并将其重构为波形 W6。其中，首个移动时间窗内波形小波重构所得到的波形W4、波形W5和波形W6如图10所示。
步骤423，将波形Wj的纵坐标在预设电压区间内平均划分为G个分区，将各分区记为Zi-j，i＝1,2,...,G，j＝K-3，K-2，K-1；其中，预设电压区间为[-100kV，+100kV]，G＝40。
步骤424，在所述时间窗内分别统计各分区Zi-j所包含的采样数据的点数，将各分区Zi-j所包含的采样数据的点数记为ni-j，i＝1,2,...,G， j＝K-3，K-2，K-1。
步骤425，根据所述时间窗内各分区Zi-j所包含的采样数据的点数ni-j，计算出所述时间窗内采样数据分别落在各分区Zi-j内的概率，将所述时间窗内采样数据落在各分区Zi-j内的概率记为Pi-j，i＝1,2,...,G，j＝K-3，K-2，K-1，则Pi-j＝ni-j/N，其中，N为所述时间窗内采样数据的总点数；其中，N＝81。
步骤426，根据所述时间窗内采样数据分别落在各分区Zi-j内的概率Pi-j，计算出所述波形Wj在所述时间窗内的熵值Hj，其中，所述波形Wj在所述时间窗内的熵值Hj的计算公式为：
Figure RE-RE-GDA0003177131480000131
初始的时间窗未滑动时，步骤423-步骤426计算的熵值如下表1所示。
表一
Figure RE-RE-GDA0003177131480000141
时间窗滑动后，时间窗内的熵值Hj的变化曲线如图11所示。
在所述步骤4中，根据所述时间窗内的熵值判断所述故障是为区内故障还是为区外故障的判据为，
若所述熵值HK-3、所述熵值HK-2和所述熵值HK-1满足
Figure RE-RE-GDA0003177131480000142
或
Figure RE-RE-GDA0003177131480000151
或
Figure RE-RE-GDA0003177131480000152
或
Figure RE-RE-GDA0003177131480000153
则判定所述故障为区内故障；
若所述熵值HK-3、所述熵值HK-2和所述熵值HK-1满足
Figure RE-RE-GDA0003177131480000154
或
Figure RE-RE-GDA0003177131480000155
或
Figure RE-RE-GDA0003177131480000156
或
Figure RE-RE-GDA0003177131480000157
则判定所述故障为区外故障；
其中，H为预设熵值，具体的，H＝1.56。
步骤5，若所述故障为区内故障时，则立即控制本地保护安装处的直流断路器执行串入MOA的动作；若所述故障为区外故障时，则立即控制本地保护安装处的直流断路器将直流电流从直流断路器的转移支路转移至线路上。
所述步骤5具体为，
若任一时刻判定的所述故障为区内故障时，则立即控制本地保护安装处的直流断路器执行串入MOA的动作；
若当前时刻判定的所述故障为区外故障时，则继续判断故障判断次数 Ndec是否大于预设次数阈值；若所述故障判断次数Ndec不大于预设次数阈值(预设次数阈值为420)，则将所述时间窗滑动至下一时刻(在时间窗滑动的过程中，保持时间窗大小不变，时间窗的起点和终点均加1)，并令 Ndec＝Ndec+1，且重复循环执行所述步骤421至所述步骤426；若所述故障判断次数Ndec大于预设所述次数阈值，则立即控制本地保护安装处的直流断路器将直流电流从直流断路器的转移支路转移至线路上。
本发明直流电网站间通信失效时控制本地直流断路器动作的方法可以在直流电网通信失效且发生区内故障的情况下，仅通过本地测量电气量就实现远端故障的快速切除，不依赖对端信息，能够使直流电网拥有更高水平的安全性，使得本地保护拥有不依赖对端保护动作信息、对端测量信息的独立故障位置判断能力，可良好解决远端故障工况下本地保护灵敏性低、通信失效场景下可能无法正确动作于区内故障的问题；且在直流电网失效并发生区内故障的情况下，大大提升本地保护对于远端故障的抗过渡电阻能力。
基于上述直流电网站间通信失效时控制本地直流断路器动作的方法，本发明还提供一种直流电网站间通信失效时控制本地直流断路器动作的系统。
直流电网站间通信失效时控制本地直流断路器动作的系统，包括以下模块，
反行波实时合成模块，其用于实时测量本地保护安装处的正极电压、正极电流、负极电压和负极电流，并通过所述正极电压、所述正极电流、所述负极电压和所述负极电流，实时合成本地线模反行波和本地零模反行波；
故障判断模块，其用于当故障发生时，分别记录所述本地线模反行波和所述本地零模反行波的达到时刻，并根据所述本地线模反行波和所述本地零模反行波的到达时间差，判断所述故障是否为待判断故障；
直流断路器控制模块，其用于当所述故障为待判断故障时，则立即控制本地保护安装处的直流断路器将直流电流从线路转移至直流断路器的转移支路；
所述故障判断模块，其还用于以本地保护感受到所述线模反行波波头的时刻为零时刻，滑动预设的时间窗，并分析所述时间窗内的熵值，且根据所述时间窗内的熵值判断所述故障是为区内故障还是为区外故障；
所述直流断路器控制模块，其还用于当所述故障为区内故障时，则立即控制本地保护安装处的直流断路器执行串入MOA(金属氧化物避雷器)的动作；当所述故障为区外故障时，则立即控制本地保护安装处的直流断路器将直流电流从直流断路器的转移支路转移至线路上。
本发明直流电网站间通信失效时控制本地直流断路器动作的系统可以在直流电网通信失效且发生区内故障的情况下，仅通过本地测量电气量就实现远端故障的快速切除，不依赖对端信息，能够使直流电网拥有更高水平的安全性，使得本地保护拥有不依赖对端保护动作信息、对端测量信息的独立故障位置判断能力，可良好解决远端故障工况下本地保护灵敏性低、通信失效场景下可能无法正确动作于区内故障的问题；且在直流电网失效并发生区内故障的情况下，大大提升本地保护对于远端故障的抗过渡电阻能力。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.直流电网站间通信失效时控制本地直流断路器动作的方法，其特征在于：包括以下步骤，
步骤1，实时测量本地保护安装处的正极电压、正极电流、负极电压和负极电流，并通过所述正极电压、所述正极电流、所述负极电压和所述负极电流，实时合成本地线模反行波和本地零模反行波；
步骤2，当故障发生时，分别记录所述本地线模反行波和所述本地零模反行波的达到时刻，并根据所述本地线模反行波和所述本地零模反行波的到达时间差，判断所述故障是否为待判断故障；
步骤3，若所述故障为待判断故障时，则立即控制本地保护安装处的直流断路器将直流电流从线路转移至直流断路器的转移支路；
步骤4，当故障发生后，以本地保护感受到所述线模反行波波头的时刻为零时刻，滑动预设的时间窗，并分析所述时间窗内的熵值，且根据所述时间窗内的熵值判断所述故障是为区内故障还是为区外故障；
步骤5，若所述故障为区内故障时，则立即控制本地保护安装处的直流断路器执行串入MOA的动作；若所述故障为区外故障时，则立即控制本地保护安装处的直流断路器将直流电流从直流断路器的转移支路转移至线路上。
2.根据权利要求1所述的直流电网站间通信失效时控制本地直流断路器动作的方法，其特征在于：所述步骤4具体为，
步骤41，当故障发生后，以本地保护感受到所述线模反行波波头的时刻为零时刻，向后推移第一预设时段，并从所述第一预设时段结束时刻开始向前截取长度为第二预设时段的时间窗，并不断向后滑动所述时间窗，直至到达第一预设时刻为止；
步骤42，在所述时间窗滑动的每个步长内，分析所述时间窗内的熵值，并根据所述时间窗内的熵值判断所述故障是为区内故障还是为区外故障。
3.根据权利要求2所述的直流电网站间通信失效时控制本地直流断路器动作的方法，其特征在于：在所述步骤41中，不断向后滑动所述时间窗的具体过程为，
以所述第一预设时段结束时刻的采样数据为所述时间窗内采样数据的终点，以所述第二预设时段为长度向前寻找已记录的历史采样数据，选择预设采样频率进行数据采样，每经过一个时刻，所述时间窗的起点和所述时间窗的终点均加1，且所述时间窗内采样数据的总点数保持不变。
4.根据权利要求2所述的直流电网站间通信失效时控制本地直流断路器动作的方法，其特征在于：所述步骤42具体包括如下步骤，
步骤421，利用小波变换将所述时间窗内采样数据分为K个频带，将各频带的频带系数记为Dm，m＝1,2,...,K；
步骤422，选取频带系数DK-3、频带系数DK-2和频带系数DK-1，并分别将所述频带系数DK-3、所述频带系数DK-2和所述频带系数DK-1重构为对应的波形WK-3、波形WK-2和波形WK-1；
步骤423，将波形Wj的纵坐标在预设电压区间内平均划分为G个分区，将各分区记为Zi-j，i＝1,2,...,G，j＝K-3，K-2，K-1；
步骤424，在所述时间窗内分别统计各分区Zi-j所包含的采样数据的点数，将各分区Zi-j所包含的采样数据的点数记为ni-j；
步骤425，根据所述时间窗内各分区Zi-j所包含的采样数据的点数ni-j，计算出所述时间窗内采样数据分别落在各分区Zi-j内的概率，将所述时间窗内采样数据落在各分区Zi-j内的概率记为Pi-j，则Pi-j＝ni-j/N，其中，N为所述时间窗内采样数据的总点数；
步骤426，根据所述时间窗内采样数据分别落在各分区Zi-j内的概率Pi-j，计算出所述波形Wj在所述时间窗内的熵值Hj，其中，所述波形Wj在所述时间窗内的熵值Hj的计算公式为：
Figure FDA0003064482940000031
5.根据权利要求4所述的直流电网站间通信失效时控制本地直流断路器动作的方法，其特征在于：在所述步骤4中，根据所述时间窗内的熵值判断所述故障是为区内故障还是为区外故障的判据为，
若所述熵值HK-3、所述熵值HK-2和所述熵值HK-1满足
Figure FDA0003064482940000032
或
Figure FDA0003064482940000033
或
Figure FDA0003064482940000034
或
Figure FDA0003064482940000035
则判定所述故障为区内故障；
若所述熵值HK-3、所述熵值HK-2和所述熵值HK-1满足
Figure FDA0003064482940000036
或
Figure FDA0003064482940000037
或
Figure FDA0003064482940000038
或
Figure FDA0003064482940000039
则判定所述故障为区外故障；
其中，H为预设熵值。
6.根据权利要求5所述的直流电网站间通信失效时控制本地直流断路器动作的方法，其特征在于：所述步骤5具体为，
若任一时刻判定的所述故障为区内故障时，则立即控制本地保护安装处的直流断路器执行串入MOA的动作；
若当前时刻判定的所述故障为区外故障时，则继续判断故障判断次数Ndec是否大于预设次数阈值；若所述故障判断次数Ndec不大于预设次数阈值，则将所述时间窗滑动至下一时刻，并令Ndec＝Ndec+1，且重复循环执行所述步骤421至所述步骤426；若所述故障判断次数Ndec大于预设所述次数阈值，则立即控制本地保护安装处的直流断路器将直流电流从直流断路器的转移支路转移至线路上。
7.根据权利要求1至6任一项所述的直流电网站间通信失效时控制本地直流断路器动作的方法，其特征在于：在所述步骤1中，通过所述正极电压、所述正极电流、所述负极电压和所述负极电流，实时合成本地线模反行波和本地零模反行波的具体过程为，
根据所述正极电压和所述负极电压合成本地零模电压和本地线模电压，根据所述正极电流和所述负极电流合成本地零模电流和本地线模电流；其中，
Figure FDA0003064482940000041
具体的，u0和u1分别为所述本地零模电压和所述本地线模电压；u+和u-分别为所述正极电压和所述负极电压，i0和i1分别为所述本地零模电流和所述本地线模电流，i+和i-分别为所述正极电流和所述负极电流；
根据零模波阻抗、所述本地零模电压和所述本地零模电流合成所述本地零模反行波，根据线模波阻抗、所述本地线模电压和所述本地线模电流合成所述本地线模反行波；其中，
Figure FDA0003064482940000042
具体的，s0和s1分别为所述本地零模反行波和所述本地线模反行波，z0和z1分别为所述零模波阻抗和所述线模波阻抗。
8.根据权利要求1至6任一项所述的直流电网站间通信失效时控制本地直流断路器动作的方法，其特征在于：将当前时刻的所述本地线模反行波与上一时刻的所述本地线模反行波之间的差值的绝对值作为本地线模反行波突变量，将当前时刻的所述本地零模反行波与上一时刻的所述本地零模反行波之间的差值的绝对值作为本地零模反行波突变量；
当所述本地线模反行波突变量大于预设突变门槛值，则判定故障发生且所述本地线模反行波达到，记录此时时刻为t1，则t1为所述本地线模反行波达到的时刻，记录在所述本地线模反行波之后达到的所述本地零模反行波到达的时刻t0，且所述本地零模反行波达到的判据为所述本地零模反行波突变量大于预设突变门槛值，则判定所述本地零模反行波达到。
9.根据权利要求8所述的直流电网站间通信失效时控制本地直流断路器动作的方法，其特征在于：在所述步骤3中，判断所述故障为待判断故障的判据为，
所述本地零模反行波到达的时刻t0与所述本地线模反行波达到的时刻t1之间的差值在预设时间范围内。
10.直流电网站间通信失效时控制本地直流断路器动作的系统，其特征在于：包括以下模块，
反行波实时合成模块，其用于实时测量本地保护安装处的正极电压、正极电流、负极电压和负极电流，并通过所述正极电压、所述正极电流、所述负极电压和所述负极电流，实时合成本地线模反行波和本地零模反行波；
故障判断模块，其用于当故障发生时，分别记录所述本地线模反行波和所述本地零模反行波的达到时刻，并根据所述本地线模反行波和所述本地零模反行波的到达时间差，判断所述故障是否为待判断故障；
直流断路器控制模块，其用于当所述故障为待判断故障时，则立即控制本地保护安装处的直流断路器将直流电流从线路转移至直流断路器的转移支路；
所述故障判断模块，其还用于以本地保护感受到所述线模反行波波头的时刻为零时刻，滑动预设的时间窗，并分析所述时间窗内的熵值，且根据所述时间窗内的熵值判断所述故障是为区内故障还是为区外故障；
所述直流断路器控制模块，其还用于当所述故障为区内故障时，则立即控制本地保护安装处的直流断路器执行串入MOA的动作；当所述故障为区外故障时，则立即控制本地保护安装处的直流断路器将直流电流从直流断路器的转移支路转移至线路上。
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