CN114465211B - 基于平波电感电压首波时间的柔直线路保护方法及系统 - Google Patents

基于平波电感电压首波时间的柔直线路保护方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种基于平波电感电压首波时间的柔直线路保护方法及系统，所述方案包括获取柔性直流电网运行电压和电流数据，判断是否发生故障；若线路发生故障，利用正极或负极暂态故障电流的变化符号判别是否发生正向故障；若线路发生正向故障，基于故障电压电流行波在直流线路的传播特征，利用线路参数，计算区外金属性双极短路故障时平波电感暂态电压首波时间的大小；基于区内外故障时平波电感暂态电压首波时间的差异，建立保护门槛值，利用所保存的电压电流数据与保护门槛值进行比较，对区内故障进行识别；基于识别出的区内故障，通过保护装置动作实现柔性直流电网的快速保护。

Description

基于平波电感电压首波时间的柔直线路保护方法及系统
技术领域
本发明属于柔性直流电网快速保护技术领域，尤其涉及一种基于平波电感电压首波时间的柔直线路保护方法及系统。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
柔性直流输电具有可向无源网络供电、无换相失败风险、能够实现有功无功独立控制等显著优势，是实现大规模可再生能源集中并网、资源优化配置的有效途径。然而，柔性直流电网在实际工程应用中也面临着许多挑战，当柔性直流电网直流侧发生故障时，由于直流线路的低阻尼特性，故障电流在极短的时间内将上升到很高的幅值，危害断路器、换流站设备的正常运行，对系统的安全稳定造成严重威胁。因此，为了使故障电流在短时间内得到有效限制，保证系统的安全稳定运行，需要提出满足快速性要求的柔性直流电网直流线路保护方案。
为了实现对直流线路发生故障时线路全长的有效保护，近年来，学者们提出了许多新的柔性直流电网直流侧故障保护方法。根据保护时所利用的信息来源不同，主要可以分为以下两类：一种是仅利用直流线路本地故障信息的单端量直流线路保护方案。另一种是同时利用直流线路本地与对端故障信息的双端量直流线路保护方案，如通过对比分析直流线路两端平波电感电气量信息的双端量直流线路保护方案。
发明人发现，现有技术提出了一种利用本地故障信息的单端量直流线路保护方案，将直流线路发生故障时，本地收集到的电气量信息作为故障判别基本信息，主要是通过对电压或电流的幅值或变化率进行分析，以此来对区内外故障进行识别。该方法原理简单，只需要利用本地单端量故障信息，无需两端通信，动作速度快，但该方案存在线路远端发生高阻接地故障时，保护灵敏度降低的问题，严重时会导致故障不能可靠识别；同时，现有技术还提出了一种利用本地与对端平波电感故障信息的双端量直流线路保护方案，通过收集故障时线路两端平波电感的电气量信息，对比分析两端故障信息的特征差异，以此来识别区内外故障。该保护原理具有绝对的选择性，可以有效保护线路全长，但是两端故障信息需要进行通信，动作速度差，不能保证对故障电流的及时切除。
由此可以发现，现有的柔性直流电网单端量保护方案可靠性和灵敏性受故障电阻影响较大，而双端量保护方案动作速度较差，无法快速识别故障线路。
发明内容
本发明为了解决上述问题，提供了一种基于平波电感电压首波时间的柔直线路保护方法及系统，所述方案基于区内外故障时平波电感暂态电压首极值时间的特征，故障识别判据可以使保护灵敏度、可靠性不受过渡电阻影响；同时，仅利用本地平波电感故障信息，具有动作速度快的特点，可在不同故障电阻、故障位置、故障类型情况下均能实现区内外故障的可靠识别。
根据本发明实施例的第一个方面，提供了一种基于平波电感电压首波时间的柔直线路保护方法，包括：
获取柔性直流电网运行电压和电流数据，判断是否发生故障；
若线路发生故障，利用正极或负极暂态故障电流的变化符号判别是否发生正向故障；
若线路发生正向故障，基于故障电压电流行波在直流线路的传播特征，利用线路参数，计算区外金属性双极短路故障时平波电感暂态电压首波时间的大小；
基于区内外故障时平波电感暂态电压首波时间的差异，建立保护门槛值，利用所保存的电压电流数据与保护门槛值进行比较，对区内故障进行识别；
基于识别出的区内故障，通过保护装置动作实现柔性直流电网的快速保护。
根据本发明实施例的第二个方面，提供了一种基于平波电感电压首波时间的柔直线路保护系统，包括：
故障发生判别模块，其用于获取柔性直流电网运行电压电流数据，判断是否发生故障；
故障方向判别模块，其用于若线路发生故障，利用正极或负极暂态故障电流的变化符号判别是否发生正向故障；
平波电感暂态电压首波时间计算模块，其用于若线路发生正向故障，基于故障电压电流行波在直流线路的传播特征，利用线路参数，计算区外金属性双极短路故障时平波电感暂态电压首波时间的大小；
区内故障判别模块，其用于基于区内外故障时平波电感暂态电压首波时间的差异，建立保护门槛值，利用所保存的电压电流数据与保护门槛值进行比较，对区内故障进行识别；
快速保护模块，其用于基于识别出的区内故障，通过保护装置动作实现柔性直流电网的快速保护。
根据本发明实施例的第三方面，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有程序，该程序被处理器执行时实现上所述的一种基于平波电感电压首波时间的柔直线路保护方法。
根据本发明实施例的第四方面，提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序，所述处理器执行所述程序时实现如上所述的一种基于平波电感电压首波时间的柔直线路保护方法。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明提供了一种基于平波电感电压首波时间的柔直线路保护方法及系统，所述方案根据计算出的平波电感暂态电压首波时间来识别区内故障，仅利用本地暂态电气量信息，原理简单可靠，动作速度快，无需专用通信通道和额外的对时设备，经济性高，易于实现。
(2)本发明所述方案充分保留了直流线路单端量保护动作速度快的良好性能，且具有保护可靠性和灵敏度不受故障电阻值的影响的显著优势，故障识别准确，在不同故障位置、故障类型时均具有较高的灵敏度和绝对的选择性，工程实用性高。
(3)本发明所述方案利用线路两端平波电感电压作为保护判据的依据，同时，所述方案通过数学分析的方式，准确推导出了区内外故障时，平波电感暂态电压解析表达式,并根据表达式的理论解，确定了区内外故障时的首波时间差异，从而建立保护判据；有效解决了现有方法中保护判据的提出完全建立在仿真的基础上，缺乏理论支撑依据，若系统参数变化，其适应性和准确性有待商榷的问题。
(4)本发明所述方案中用于判别正向区内外故障时的保护门槛值，通过线路参数计算得到，其不依赖仿真，且可以根据系统运行参数的变化进行调整，准确性高，适用性好。
(5)本发明所述方案中，当系统参数变化时，可直接将相关参数带入表达式对保护门槛值进行实时调整，适应性更强，不依赖仿真，解决了实际工程中参数变化对保护造成的影响。
(6)本发明所述方案仅利用暂态故障电流的变化符号进行故障方向的判定，原理简单有效，可以可靠判别故障方向。
本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明实施例一中所述的基于平波电感暂态电压首波时间的柔性直流电网快速保护方法流程图；
图2为本发明实施例一中所述的四端柔性直流电网结构示意图；
图3为本发明实施例一中所述的行波在线路首端折反射Peterson等效电路示意图；
图4为本发明实施例一中所述的区内F1点发生经500Ω过渡电阻单相接地故障时平波电感暂态电压波形图；
图5为本发明实施例一中所述的区外F2点发生金属性双极短路故障时平波电感暂态电压波形图；
图6为本发明实施例一中所述的不同故障电阻值时平波电感暂态电压的仿真波形图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例一：
本实施例的目的是提供一种基于平波电感电压首波时间的柔直线路保护方法。
首先，需要说明的是只有在电网发生正向区内故障时，继电保护装置才应该发跳闸信号，而反向故障和正向区外故障，不属于本线路跳闸的范畴，继电保护装置不应该发跳闸信号，应该由电力系统其余装置做处理。所以本公开线路保护方案需要做的是，把正向区内故障从其余故障类型中识别出来，根据本发明的步骤，可以精确定位到正向区内故障，保证只在发生正向区内故障时发跳闸信号，而反向故障和正向区外故障，不会误发跳闸信号。
基于上述目的，参照图1所示流程图，本实施例提供了一种基于平波电感暂态电压首波时间的柔性直流电网快速保护方法，包括以下步骤：
步骤1：获取柔性直流电网运行电压和电流数据，判断是否发生故障；
其中，所述步骤1具体包括：实时测量柔性直流电网正负极直流线路电压、电流，当直流线路线模故障电压大于正常运行电压的15％时，认为柔性直流电网发生故障，该判据表达式具体为：
u1＞0.15Udc
其中，u1为保护装置实时测量得到的线模故障电压，Udc为线路正常运行时的额定电压。
u1由线路采集到的电压电流数据计算得到，具体为：
Figure BDA0003508972280000061
其中，uP'和uN'分别为线路不正常运行状态下采集到的正极和负极电压数据，uP和uN分别为线路正常运行状态下采集到的正极和负极电压数据。
步骤2：判断出柔性直流电网发生故障后，将故障发生后采集计算到的正负极故障电压电流数据进行保存，基于正极或负极暂态故障电流的变化符号判别是否发生正向故障。
在图2所示的柔性直流电网中，以线路L12保护为例进行说明，其中R12为本端保护装置，R21为对端保护装置(所述保护装置可以为电压或电流互感器)，保护装置R12和R21之间的线路为保护区域，全长为205.9km，F1为线路区内故障点，F2为线路正向区外故障点，F3为线路反方向故障点，L为安装于直流线路两端的平波电感，针对于本实施例，在本步骤中，需要判别线路故障方向，将正方向故障点从反方向故障点区分出来。
具体地，判别故障方向的原理为：
首先规定保护的参考方向，由母线流向线路为正，由线路流向母线为负，由电路定理可知，当线路正方向发生正极故障时，暂态故障电流的起始变化方向为正，当线路正方向发生负极故障时，暂态故障电流的起始变化方向为负，而当反方向发生故障时，正负极暂态故障电流的起始变化方向与上述结论相反，因此通过正负极暂态故障电流的起始变化方向可以有效判别故障方向，故障方向判据的具体表达式为：
Figure BDA0003508972280000071
Figure BDA0003508972280000072
其中，IPmin为正极暂态故障电流从突变点开始，起始数据连续三个采样点变化率的最小值，INmax为负极暂态故障电流从突变点开始，起始数据连续三个采样点变化率的最大值，Ith为一个很小的正实数，避免扰动的影响，i(k1)、i(k2)、i(k3)分别为第一个采样点、第二个采样点、第三个采样点的电流数据。
步骤3：若线路发生正向故障，基于故障电压电流行波在直流线路的传播特征(其中，所述传播特征指行波在从故障点传播到达线路首端保护装置的过程中，会发生衰减和畸变，而正向区外故障会额外受到平波电感衰减的影响)，利用线路参数，计算区外金属性双极短路故障时平波电感暂态电压首波时间的大小。
以图2所示的柔性直流电网为例，对步骤3中区外故障时平波电感暂态电压首波时间的计算原理进行介绍：
当线路区内F1点发生单相接地故障时，根据行波理论(行波理论指：针对分布参数电路，电压电流在线路传播的过程中，既是时间的函数，又是空间的函数)，可以得到故障点处的线模故障电压行波表达式，具体为：
Figure BDA0003508972280000081
其中，Z1和Z0分别为线模和地模波阻抗，Udc为直流线路正常运行状态时的额定电压，Rf为故障电阻。
当线路区外F2点发生金属性双极短路故障时，根据行波理论，可以得到行波经过平波电感L到达F1点时的线模故障电压行波表达式，具体为：
Figure BDA0003508972280000082
行波在由F1点经线路传播到达线路首端测量装置R12的过程中，将受到线路分布参数的影响，发生时延，畸变、衰减等现象，根据行波在直流线路上的传播理论，可以得到行波经过直流线路作用的影响，到达线路首端的表达式，具体为：
ΔUi(s)＝H(s)·ΔUFi(s)
其中，i分别取1或2时，代表故障位置为F1或F2，
Figure BDA0003508972280000083
代表直流线路对行波在传播过程中造成的影响，Ta为线路色散时间常数，Ka为线路衰减系数，e-sT代表行波的传播时延。
当行波到达线路首端测量装置R12后，由于换流站与线路波阻抗特性的差异，行波将发生折反射，根据直流输电系统传输理论，将换流器等效为电容CR和电感LR的串联组合，其表达式具体为：
Figure BDA0003508972280000084
其中，n代表每个桥臂子模块的数量，CSM代表换流器子模块电容，Larm代表换流器桥臂电感。
由此可以得到换流站等效阻抗为:
Figure BDA0003508972280000091
图3为由Peterson法则得到的行波在线路首端的折反射等效电路，在图3中,ILFi代表故障电流首行波，ULFi代表平波电感故障暂态电压，其表达式具体为：
Figure BDA0003508972280000092
Figure BDA0003508972280000093
通过以上推导分析，将各表达式联立，可以分别得到区内外故障时，平波电感暂态电压表达式，具体为：
Figure BDA0003508972280000094
Figure BDA0003508972280000095
其中，ULF1为区内故障点F1时平波电感暂态电压表达式，ULF2为区外故障点F2时平波电感暂态电压表达式，Z1和Z0主要表现为电阻特性，为便于计算可近似为常数，在行波的传播过程中，行波高频分量成分远大于低频分量，在此频段，换流站等效电容可以近似作短路处理，ZM等效用sLR表示，线路色散时间常数Ta数值极小，为10-6数量级，为简化计算可将其等效为0，综合上述数学分析，利用拉普拉斯变换，可以得到区内外故障时，平波电感时域表达式，具体为：
Figure BDA0003508972280000096
Figure BDA0003508972280000097
根据上述公式，区内F1点发生故障时的平波电感暂态电压表达式ULF1为单调函数，因此，其首波出现的时间理论值为t1＝0时刻，但由于在上述推导过程中进行了近似处理，同时忽略了线路畸变的影响，因此，其首波实际出现的时间略大于0。
对于区外F2点发生金属性双极短路故障时的平波电感暂态电压表达式ULF1进行求导可以得到其首波时间，具体为：
Figure BDA0003508972280000101
根据上述公式，可以得到区外故障时平波电感首波时间为：
Figure BDA0003508972280000102
步骤4：基于区内外故障时平波电感暂态电压首波时间的差异，建立保护门槛值，利用所保存的电压电流数据与保护门槛值进行比较，对区内故障进行识别。其原理为：
由步骤3可知，区内故障时，平波电感暂态电压首波时间约等于0，区外故障时平波电感暂态电压首波时间大于0，因此，可以基于区内外故障时平波电感暂态电压首波时间的差异建立判据，具体为：
若为区内故障：VT<VTth；
若为正向区外故障：VT>VTth；
其中，VT为由步骤2中保存的正负极故障电压电流数据计算得到的平波电感暂态电压首波时间，VTth为保护门槛值，由区外最严重故障类型即金属性双极短路故障时计算得到的首波时间整定得到，具体为：
Figure BDA0003508972280000103
其中，VT0＝t2，为步骤3中计算得到的区外F2点金属性双极短路故障时的平波电感暂态电压首波时间，Krel为可靠系数。
步骤5：基于识别出的区内故障，通过保护装置动作实现柔性直流电网的快速保护。
以下利用电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC搭建四端柔性直流电网模型，对本发明提出的基于平波电感暂态电压首波时间的柔性直流电网快速保护方法进行验证：
1)仿真模型
仿真模型如图2所示。该模型为四端柔性直流电网输电结构，系统额定电压为±500kV，输电线路采用分布参数依频模型，每条线路的长度均在图中标注，根据直流输电系统的传输特性，取线模波阻抗Z1＝280Ω，L为位于直流线路两端的平波电感，取值为200mH，Rij为位于线路各端点的测量装置，换流站为对称双极主接线形式，采用半桥型MMC，每个桥臂子模块的数量n为101，换流器桥臂电感Larm为150mH，F1、F2和F3为位于线路L12的故障点，分别代表区内故障、正向区外故障和反向故障。
2)仿真验证
a)基于本发明所提方向判据的有效性
分别设置正向F1点和反向F3点发生金属性正极接地故障、负极接地障和正负极间短路故障，仿真结果如表1所示。
表1正反向故障时方向判据仿真结果
Figure BDA0003508972280000111
表1为当线路正向和反向发生各种类型故障时方向判据的仿真动作结果。以线路发生正极故障为例进行说明，由表1可以看出，故障暂态电流起始数据连续三个采样点变化率的最小值IPmin在正方向故障时大于0，满足正极故障方向判据，判定为正方向故障，IPmin在反方向故障时小于0，不满足正极故障方向判据，判定为反方向故障，类似的当线路发生负极故障和正负极间故障时，故障暂态电流起始数据连续三个采样点变化率在正方向故障和反方向故障时符号均相反，因此，本发明所提故障方向判据可以可靠有效的识别故障方向。
b)基于本发明所提正向区内外故障判据的有效性和精度
在本实施例中，正向区内外故障时，平波电感暂态电压首波时间均是根据行波传播特性和线路参数推导得到，由理论计算公式可知，区内故障时，平波电感首波时间约等于0，区外金属性双极短路故障时，将线路参数代入推导出的平波电感暂态电压首波时间计算公式，得到其值为0.87ms，远大于0。
为了验证其有效性和精度，该仿真实验设置故障类型分别为区内F1点发生经500Ω过渡电阻单相接地故障和区外F2点发生金属性双极短路故障，平波电感暂态电压仿真波形分别如图4和图5所示，其中t1’和t2’分别代表区内外故障时平波电感首波时间的仿真值。
由仿真结果可知，区内故障时，平波电感暂态电压首波仿真时间仿真结果为0.05ms，约等于0，区外故障时，平波电感暂态电压首波时间仿真结果为0.84ms，与理论计算公式仅存在3.4％的相对误差，因此，本发明保护门槛值的确定可以通过线路参数计算得到，不依赖仿真，方法有效可靠，精度较高。
c)过渡电阻对基于本发明所提正向区内外故障判据的影响
取可靠系数Krel的值为2，由前述分析可知，本实施例通过理论分析计算出的区外金属性双极短路故障时限流电感暂态电压首波时间为0.87ms，则保护门槛值为0.435ms。
现有的柔性直流电网单端量保护方法在故障电阻较大时存在灵敏度降低的问题，而基于本发明所提的平波电感首波时间可解决该问题，因此该仿真实验在正向故障点F1设置了不同故障电阻值的正极接地故障，故障电阻大小分别设置为0Ω，100Ω，300Ω，500Ω，不同故障电阻值时正向区内外故障判据仿真动作结果如表2所示，图6为不同故障电阻值下，平波电感暂态电压的仿真波形图。
表2不同故障电阻值时正向区内外故障判据动作结果
故障电阻 VT 判定结果
0Ω 0.05ms 区内故障
100Ω 0.05ms 区内故障
300Ω 0.05ms 区内故障
500Ω 0.05ms 区内故障
由表2和图6的仿真结果可以看出，当故障电阻变大时，平波电感暂态电压首波大小逐渐降低，导致现有的单端量保护方法灵敏度随之下降，但限流电感暂态电压首波时间始终保持不变，远小于保护门槛值0.435ms，具有稳定的灵敏性，因此，基于本发明所提的正向区内外故障判据可以对不同故障电阻下的区内故障进行可靠识别，具有灵敏度不受过渡电阻影响的显著优势。
d)故障位置对基于本发明所提正向区内外故障判据的影响
分别设置线路5％，50％，100％位置发生金属性正极接地故障，正向区内外故障判据的仿真动作结果如表3所示。
表3不同故障位置时正向区内外故障判据动作结果
故障位置 VT 判定结果
5％ 0.01ms 区内故障
50％ 0.02ms 区内故障
100％ 0.05ms 区内故障
由表3仿真结果可以看出，当故障位置距离首端越近，由于行波在线路上的传播距离变短，受到线路畸变影响减小，平波电感暂态电压首波时间随之减小，逐渐趋近于理论分析值0，无论故障位置在线路何处，始终保持VT值远小于保护门槛值，因此，本发明所提正向区内外故障判据可以可靠的保护线路的全长。
e)故障类型对基于本发明所提正向区内外故障判据的影响
设置F1点和F2点分别发生正极金属性接地故障、负极金属性接地故障和正负极间金属性故障，正向区内外故障判据的仿真动作结果如表4所示。
表4不同故障位置时正向区内外故障判据动作结果
Figure BDA0003508972280000141
由表4可以看出，无论是区内故障还是正向区外故障，故障类型对平波电感首波时间均无影响，本发明所提正向区内外故障判据对任何故障类型均能可靠识别。
实施例二：
本实施例的目的是提供一种基于平波电感电压首波时间的柔直线路保护系统。
一种基于平波电感电压首波时间的柔直线路保护系统，包括：
故障发生判别模块，其用于获取柔性直流电网运行电压电流数据，判断是否发生故障；
故障方向判别模块，其用于若线路发生故障，利用正极或负极暂态故障电流的变化符号判别是否发生正向故障；
平波电感暂态电压首波时间计算模块，其用于若线路发生正向故障，基于故障电压电流行波在直流线路的传播特征，利用线路参数，计算区外金属性双极短路故障时平波电感暂态电压首波时间的大小；
区内故障判别模块，其用于基于区内外故障时平波电感暂态电压首波时间的差异，建立保护门槛值，利用所保存的电压电流数据与保护门槛值进行比较，对区内故障进行识别；
快速保护模块，其用于基于识别出的区内故障，通过保护装置动作实现柔性直流电网的快速保护。
需要说明的是，上述各模块的具体实现方式已经在实施例一中进行了详细的说明，此处不再详述。
在更多实施例中，还提供：
一种电子设备，包括存储器和处理器以及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机指令，所述计算机指令被处理器运行时，完成实施例一中所述的方法。为了简洁，在此不再赘述。
应理解，本实施例中，处理器可以是中央处理单元CPU，处理器还可以是其他通用处理器、数字信号处理器DSP、专用集成电路ASIC，现成可编程门阵列FPGA或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
存储器可以包括只读存储器和随机存取存储器，并向处理器提供指令和数据、存储器的一部分还可以包括非易失性随机存储器。例如，存储器还可以存储设备类型的信息。
一种计算机可读存储介质，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，完成实施例一中所述的方法。
实施例一中的方法可以直接体现为硬件处理器执行完成，或者用处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器、闪存、只读存储器、可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器，处理器读取存储器中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。为避免重复，这里不再详细描述。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本实施例描述的各示例的单元即算法步骤，能够以电子硬件或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
上述实施例提供的一种基于平波电感电压首波时间的柔直线路保护方法及系统可以实现，具有广阔的应用前景。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (7)

1.一种基于平波电感电压首波时间的柔直线路保护方法，其特征在于，包括：
获取柔性直流电网运行电压和电流数据，判断是否发生故障；
若线路发生故障，利用正极或负极暂态故障电流的变化符号判别是否发生正向故障；
若线路发生正向故障，基于故障电压电流行波在直流线路的传播特征，利用线路参数，计算区外金属性双极短路故障时平波电感暂态电压首波时间的大小；
基于区内外故障时平波电感暂态电压首波时间的差异，建立保护门槛值，利用所保存的电压电流数据与保护门槛值进行比较，对区内故障进行识别；
基于识别出的区内故障，通过保护装置动作实现柔性直流电网的快速保护；
所述基于故障电压电流行波在直流线路的传播特征，利用线路参数，计算区外金属性双极短路故障时平波电感暂态电压首波时间的大小，具体为：
Figure FDA0003811128430000011
其中，t2为区外故障时平波电感暂态电压首波时间，L为平波电感，LR为换流器等效电感，Z1为线模波阻抗；
所述故障电压电流行波在直流线路的传播特征，具体为：从故障点传播到达线路首端保护装置的过程中，会发生衰减和畸变，而正向区外故障会额外受到平波电感衰减；
所述基于区内外故障时平波电感暂态电压首波时间的差异，建立保护门槛值，利用所保存的电压电流数据与保护门槛值进行比较，对区内故障进行识别，具体为：
若为区内故障：VT<VTth；
若为正向区外故障：VT>VTth；
其中，VT为根据保存的正负极故障电压电流数据计算得到的平波电感暂态电压首波时间，VTth为保护门槛值，由区外金属性双极短路故障时计算得到的首波时间整定获得，具体为：
Figure FDA0003811128430000021
其中，VT0为利用线路参数计算得到的区外金属性双极短路故障时的平波电感暂态电压首波时间，Krel为可靠系数。
2.如权利要求1所述的一种基于平波电感电压首波时间的柔直线路保护方法，其特征在于，所述判断是否发生故障，具体为：
获取正极和负极线路的故障电压及电流数据，由此计算得到直流线路线模故障电压，当其值大于根据线路正常运行电压设定的数值时，判定柔性直流电网发生故障。
3.如权利要求1所述的一种基于平波电感电压首波时间的柔直线路保护方法，其特征在于，所述利用正极或负极暂态故障电流的变化符号判别是否发生正向故障，具体满足：当线路正方向发生正极故障时，暂态故障电流的起始变化方向为正，当线路正方向发生负极故障时，暂态故障电流的起始变化方向为负。
4.如权利要求3所述的一种基于平波电感电压首波时间的柔直线路保护方法，其特征在于，所述利用正极或负极暂态故障电流的变化符号判别是否发生正向故障，其故障方向判据的具体表达式为：
Figure FDA0003811128430000031
Figure FDA0003811128430000032
其中，IPmin为正极暂态故障电流从突变点开始，起始数据连续三个采样点变化率的最小值，INmax为负极暂态故障电流从突变点开始，起始数据连续三个采样点变化率的最大值，Ith为一个很小的正实数，避免扰动的影响，i(k1)、i(k2)、i(k3)分别为第一个采样点、第二个采样点、第三个采样点的电流数据。
5.一种基于平波电感电压首波时间的柔直线路保护系统，其特征在于，包括：
故障发生判别模块，其用于获取柔性直流电网运行电压电流数据，判断是否发生故障；
故障方向判别模块，其用于若线路发生故障，利用正极或负极暂态故障电流的变化符号判别是否发生正向故障；
平波电感暂态电压首波时间计算模块，其用于若线路发生正向故障，基于故障电压电流行波在直流线路的传播特征，利用线路参数，计算区外金属性双极短路故障时平波电感暂态电压首波时间的大小；
区内故障判别模块，其用于基于区内外故障时平波电感暂态电压首波时间的差异，建立保护门槛值，利用所保存的电压电流数据与保护门槛值进行比较，对区内故障进行识别；
快速保护模块，其用于基于识别出的区内故障，通过保护装置动作实现柔性直流电网的快速保护；
所述基于故障电压电流行波在直流线路的传播特征，利用线路参数，计算区外金属性双极短路故障时平波电感暂态电压首波时间的大小，具体为：
Figure FDA0003811128430000041
其中，t2为区外故障时平波电感暂态电压首波时间，L为平波电感，LR为换流器等效电感，Z1为线模波阻抗；
所述故障电压电流行波在直流线路的传播特征，具体为：从故障点传播到达线路首端保护装置的过程中，会发生衰减和畸变，而正向区外故障会额外受到平波电感衰减；
所述基于区内外故障时平波电感暂态电压首波时间的差异，建立保护门槛值，利用所保存的电压电流数据与保护门槛值进行比较，对区内故障进行识别，具体为：
若为区内故障：VT<VTth；
若为正向区外故障：VT>VTth；
其中，VT为根据保存的正负极故障电压电流数据计算得到的平波电感暂态电压首波时间，VTth为保护门槛值，由区外金属性双极短路故障时计算得到的首波时间整定获得，具体为：
Figure FDA0003811128430000042
其中，VT0为利用线路参数计算得到的区外金属性双极短路故障时的平波电感暂态电压首波时间，Krel为可靠系数。
6.一种计算机可读存储介质，其上存储有程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现上如权利要求1-4任一项所述的一种基于平波电感电压首波时间的柔直线路保护方法。
7.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1-4任一项所述的一种基于平波电感电压首波时间的柔直线路保护方法。
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105790239A (zh) * 2016-05-19 2016-07-20 山东大学 一种基于s变换的高压直流输电线路单端量保护方法
CN106253240A (zh) * 2016-07-27 2016-12-21 天津大学 基于边界特性的多端柔性直流电网系统单端量保护方法
WO2021129822A1 (zh) * 2019-12-26 2021-07-01 南京南瑞继保电气有限公司 高压直流输电系统直流侧接地故障控制方法及控制装置
CN113381391A (zh) * 2021-05-21 2021-09-10 广西大学 一种新型的高压直流输电线路单端量保护方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105790239A (zh) * 2016-05-19 2016-07-20 山东大学 一种基于s变换的高压直流输电线路单端量保护方法
CN106253240A (zh) * 2016-07-27 2016-12-21 天津大学 基于边界特性的多端柔性直流电网系统单端量保护方法
WO2021129822A1 (zh) * 2019-12-26 2021-07-01 南京南瑞继保电气有限公司 高压直流输电系统直流侧接地故障控制方法及控制装置
CN113381391A (zh) * 2021-05-21 2021-09-10 广西大学 一种新型的高压直流输电线路单端量保护方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
基于HB-MMC的直流电网直流线路保护技术研究综述;黄强等;《电网技术》;20180930;第42卷(第9期);第2830-2838页 *

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