CN114759529A - 一种交直流混联系统逆变侧交流线路的保护方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种交直流混联系统逆变侧交流线路的保护方法及装置，属于交直流混联系统逆变侧继电保护技术领域，用以解决换相失败导致的交直流混联系统中逆变侧交流线路保护不正确动作的难题。方法包括：当监测到交直流混联系统故障发生时，采集交流线路中两端母线处的电压及电流、逆变侧换流器中换流阀的导通状态、流过逆变侧直流输电线的电流，以及，流经逆变侧滤波器和无功补偿装置的电流；基于采集的信息得到所述交流线路两端的复合模电感；根据所述复合模电感，确定是否发生交流线路的区内故障；若是，则启动交流线路的纵联保护。本发明解决了换相失败可能导致的受端交流系统保护不正确动作的问题。

Description

一种交直流混联系统逆变侧交流线路的保护方法及装置

技术领域

本发明涉及交直流混联系统逆变侧继电保护技术领域，尤其涉及一种交直流混联系统逆变侧交流线路的保护方法及装置。

背景技术

随着电力系统的发展，高压直流输电在实际工程中的应用越来越广泛。与此同时，电力电子设备的应用也使得电网运行更加复杂。尤其是电网电源换流器(LCC)，容易受受端交流系统故障而引发换相失败，由此改变了其电磁暂态特性，造成传统交流线路保护拒动、误动。因此，考虑换相失败发生的情况下，快速准确地隔离交流侧故障，对保障电网的安全稳定运行具有重要意义。

目前，交流线路纵联保护根据所利用电气量的不同，主要分为两类：暂态量纵联保护和工频量纵联保护。暂态量纵联保护主要包括行波方向保护和行波差动保护。行波方向保护利用故障初始行波的极性、幅值等信息构成保护判据，速动性好，但受故障初始角、行波检测等因素影响，可靠性较差。行波差动保护基于分布参数线路模型上行波传输不变性，通过线路两端行波电流之差判断线路故障，具有超高速的动作特性。然而由于行波是电压和电流的组合电气量，因此对两侧时间同步要求较高。工频量纵联保护包括纵联方向保护、纵联距离保护和纵联差动保护，采用全周傅氏算法提取电压电流的工频量构造判据，在纯受端交流系统中应用广泛，性能稳定。但当直流系统接入时，交流侧故障所引发的直流系统换相失败，将导致直流系统馈入受端交流系统的等值工频电流特性发生改变，对于传统工频纵联方向保护，这会导致区内故障时方向元件感受到的背侧系统等值工频变化量阻抗呈容性。而对于传统工频电流差动保护而言，动作量与制动量大小直接受直流侧馈入电流的影响，保护可能会出现拒动、误动的情况。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明实施例旨在提供一种交直流混联系统逆变侧交流线路的保护方法及装置，用以解决换相失败导致的交直流混联系统中逆变侧交流线路保护不正确动作的难题。

一方面，本发明公开了一种交直流混联系统逆变侧交流线路的保护方法，包括：

当监测到交直流混联系统故障发生时，采集所述交流线路中两端母线处的电压及电流、逆变侧换流器中换流阀的导通状态、流过逆变侧直流输电线的电流，以及，流经逆变侧滤波器和无功补偿装置的电流；

基于所采集的信息，得到所述交流线路两端的复合模电感；

根据所述复合模电感，确定是否发生所述交流线路的区内故障；若是，则启动所述交流线路的纵联保护。

在上述方案的基础上，本发明还做出了如下改进：

进一步，所述基于所采集的信息，得到所述交流线路两端的复合模电感，包括：

根据采集的交流线路中两端母线处的电压及电流的1模分量、2模分量，获取交流线路中两端母线处的复合模分量电压及电流；

根据采集的流经逆变侧滤波器和无功补偿装置的电流的1模分量、2模分量，获取流经滤波器和无功补偿装置的复合模分量电流；

根据采集逆变侧换流器中换流阀的导通状态，获取换流器等效瞬时电感及换流器等效电流源电流；

根据所获取的信息，得到所述交流线路两端的复合模电感。

进一步，将所述交流线路中与逆变侧换流器相连的一端母线处作为M端，所述交流线路的另一端母线处作为N端；M、N端的复合模电感L_Fm(q)、L_Fn(q)表示为：

其中，l_m(q)、l_n(q)分别表示M、N端的第q个采样点的测量电感，l_m(q)、l_n(q)分别由第q-q₀+1到第q个采样点的M、N端复合模分量电压和电流拟合得到；q₀为拟合过程所需的最少采样点数，Q为采样点总个数；k_m(q)、k_n(q)分别表示M、N端的测量电感补偿系数；Δl_m(q)、Δl_n(q)分别表示M、N端附加电感。

进一步，根据以下公式得到k_m(q)、k_n(q)：

其中，l_m(p)、l_n(p)分别表示M、N端的第p个采样点的测量电感，l_m(p)、l_n(p)分别由第p-q₀+1到第p个采样点的M、N端复合模分量电压和电流拟合得到；

分别表示第q-N₁+1到q个采样点在M、N端的测量电感平均值，

N₁表示计算k_m(q)、k_n(q)采用的测量电感个数，q的取值范围为从q₀+N₁到Q。

进一步，根据公式(3)拟合得到l_m(q)、l_m(p)：

根据公式(4)拟合得到l_n(q)、l_n(p)：

其中，i_Fm、i_Fn分别为流过M端、N端的复合模分量电流，u_Fm、u_Fn分别为M端、N端的复合模分量电压。

进一步，根据公式(5)和(6)得到Δl_m(q)：

Δl_m(q)＝Δl_mi(q)+Δl_mc(q) (5)

其中，

i_Fdci(q)＝[i_Fdci(p-q₀+1) ... i_Fdci(q)]^T；

i_Fc(q)＝[i_Fc(p-q₀+1) ... i_Fc(q)]^T；

i_Fm(q)为第q个采样点的流过M端的复合模分量电流；

i_Fdci(q)为第q个采样点的换流器等效电流源电流；

i_Fc(q)为第q个采样点的流经滤波器和无功补偿装置的复合模分量电流；

L_i(q)表示第q个采样点的换流器等效瞬时电感；

根据公式(7)得到Δl_n(q)：

其中，

i_Fdcl(q)＝[i_Fdcl(p-q₀+1) ... i_Fdcl(q)]^T；

i_Fn(q)为第q个采样点的流过N端的复合模分量电流；

i_Fdcl(q)为第q个采样点的流过换流器等效瞬时电感的复合模分量电流。

进一步，根据公式(8)得到u_Fm、u_Fn、i_Fm、i_Fn、i_Fc：

其中，u_m1、u_m2分别为M端电压的1模分量、2模分量，u_n1、u_n2分别为N端电压的1模分量、2模分量；i_m1、i_m2分别为M端电流的1模分量、2模分量；i_n1、i_n2分别为N端电流的1模分量、2模分量；i_c1、i_c2分别为流经滤波器和无功补偿装置的1模分量、2模分量，ω表示受端交流系统的角频率。

进一步，根据公式(9)得到i_Fdci(q)：

其中，t₀表示故障初始时刻，t_q表示第q个采样点所在时刻，i_d(q)表示第q个采样点流过逆变侧直流输电线的电流，U_m(q)表示第q个采样点的M端的电压，S_D1(q)、S_D2(q)分别表示第q个采样点的D桥换流器各换流阀对应的导通状态1、2模系数矩阵；S_Y1(q)、S_Y2(q)表示第q个采样点的Y桥换流器各换流阀对应的导通状态1、2模系数矩阵；X_D1(q)、X_D2(q)表示第q个采样点的D桥换流器中各换流阀导通状态对应的1、2模电流导通系数；X_Y1(q)、X_Y2(q)表示第q个采样点的D桥换流器中各换流阀导通状态对应的1、2模电流导通系数；S_D2(t)表示第q个及之前采样点的S_D2连续化后在第t时刻的取值；S_Y2(t)表示第q个及之前采样点的S_Y2连续化后在第t时刻的取值；U_m(t)表示第q个及之前采样点的M端的电压连续化后在第t时刻的取值。

进一步，所述根据所述复合模电感，确定是否发生所述交流线路的区内故障，包括：

若q从N₁-1到Q过程中，均满足L_Fm(q)＞0且L_Fn(q)＞0，则发生所述交流线路的区内故障。

另一方面，本发明还提供了一种交直流混联系统逆变侧交流线路的保护装置，包括：

数据采集模块，用于当监测到交直流混联系统故障发生时，采集所述交流线路中两端母线处的电压及电流、逆变侧换流器中换流阀的导通状态、流过逆变侧直流输电线的电流，以及，流经逆变侧滤波器和无功补偿装置的电流；

复合模电感获取模块，用于基于所采集的信息，得到所述交流线路两端的复合模电感；

区内故障判断模块，用于根据所述复合模电感，确定是否发生所述交流线路的区内故障；

交流线路纵联保护模块，用于当发生所述交流线路的区内故障时，启动所述交流线路的纵联保护。

与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：

本发明公开了一种交直流混联系统逆变侧交流线路的保护方法及装置，

首先，通过分析故障后不同导通状态，构造换相失败时各工况下换流器1模、2模等效瞬时模型，并根据各工况组合下等效瞬时电感差异，将其归纳为5种运行模式下的换流器等效模型，并进一步建立了交直流混联系统逆变侧1模、2模复合模分量等效模型，在此基础上还构建了交直流混联系统逆变侧的复合模分量等效模型。通过对交直流混联系统逆变侧的复合模分量等效模型进行分析，形成了本发明中的M、N端的复合模电感，还基于区内外故障模型差异构造判据，进行故障定位。最后，RT-LAB平台的试验结果验证了本方法的正确性和有效性。

本发明能够有效解决换相失败可能导致的受端交流系统保护不正确动作的问题，克服了交直流混联系统中换相失败导致交流侧保护拒动、误动。本发明能够准确识别区内外故障，耐过渡电阻能力强，不受换相失败影响，具有较高的实用性。

本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为本发明实施例1中交直流混联系统逆变侧交流线路的保护方法流程图；

图2为本发明实施例1中交直流混联系统结构示意图；其中，

图2(a)表示交直流混联系统结构图；

图2(b)表示交直流混联系统中逆变侧12脉波换流器的原理接线图；

图3为本发明实施例1中换流器在运行工况1下的等效瞬时模型对应的等效电路图；

图3(a)、3(b)分别表示运行工况1下D桥、Y桥换流器的等效瞬时模型对应的等效电路图；

图4为本发明实施例1中换流器在运行工况2下的等效瞬时模型对应的等效电路图；

图4(a)、4(b)分别表示运行工况2下D桥、Y桥换流器的等效瞬时模型对应的等效电路图；

图5为本发明实施例1中交直流混联系统逆变侧的复合模分量等效模型电路图；

图6为本发明实施例1中发生交流线路的区内故障时的复合模分量等效网络；

图7为本发明实施例1中发生M端背侧故障时的复合模分量网络；

图8为本发明实施例1中发生N端背侧故障时的复合模分量网络；

图9为本发明实施例2中交直流混联系统逆变侧交流线路的保护装置结构示意图；

图10为本发明实施例3中交流线路区内B相、AB两相经不同过渡电阻接地故障M、N端复合模电感；

图10(a)、10(b)分别为交流线路区内B相经不同过渡电阻接地故障M端、N端复合模电感；

图10(c)、10(d)分别为交流线路区内AB两相经不同过渡电阻接地故障M端、N端复合模电感；

图11为本发明实施例3中交流线路不同位置处发生B相接地故障和ABC三相接地故障时M、N端复合模电感；

图11(a)、11(b)分别为交流线路不同位置处发生B相接地故障时M端、N端复合模电感；

图11(c)、11(d)分别为交流线路不同位置处发生ABC三相接地故障时M端、N端复合模电感；

图12(a)、12(b)分别为本发明实施例3中M端背侧系统发生B相经不同过渡电阻接地故障时M、N两端复合模电感；

图13(a)、13(b)分别为本发明实施例3中N端背侧系统发生B相经不同过渡电阻接地故障时M、N两端复合模电感。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。

实施例1

本发明实施例1公开了一种交直流混联系统逆变侧交流线路的保护方法，流程图如图1所示，交直流混联系统结构图如图2(a)所示，在本实施例中，首先通过以下过程推导出交流线路两端母线处的复合模电感的计算公式，并通过分析计算出的复合模电感与零之间的关系确定是否发生交流线路的区内故障：

第一，建立交直流混联系统逆变侧的复合模分量等效电路模型；具体过程描述如下：

首先，对逆变侧换流器可能存在的导通工况做如下说明：

逆变侧换流器采用12脉波换流器，其用于将直流输电线路输出的直流电逆变为交流电后传输至受端交流系统；逆变侧换流器的结构示意图如图2(b)所示，其由D桥换流器和Y桥换流器组成；其中，D桥换流器包括换流阀VTD1-VTD6；其中，由VTD1和VTD4、VTD3和VTD6以及VTD5和VTD2形成三条串联支路，VTD1、VTD3及VTD5的阴极相连，VTD4、VTD6及VTD2的阳极相连；Y桥换流器包括换流阀VTY1-VTY6；其中，由VTY1和VTY4、VTY3和VTY6以及VTY5和VTY2形成三条串联支路，VTY1、VTY3及VTY5的阴极相连，VTY4、VTY6及VTY2的阳极相连。

本实施例中，对D桥换流器和Y桥换流器中换流阀的导通工况做如下说明，并以D桥换流器为例列写各导通工况下换流阀的具体导通状态，包括：

(1)无换流阀导通；

(2)1个换流阀导通；

此时，D桥换流器中的换流阀包括以下导通状态：VTD1；VTD2；VTD3；VTD4；VTD5；VTD6；

(3)2个换流阀导通；具体地，包括：

1)不同支路的2个换流阀导通、且2个换流阀非共阳极或共阴极；

此时，D桥换流器中的换流阀包括以下导通状态：VTD1和VTD2；VTD2和VTD3；VTD3和VTD4；VTD4和VTD5；VTD5和VTD6；VTD6和VTD1；

2)同一支路的2个换流阀导通；

此时，D桥换流器中的换流阀包括以下导通状态：VTD1和VTD4；VTD2和VTD5；VTD3和VTD6；

3)共阳极或共阴极的2个换流阀导通；

此时，D桥换流器中的换流阀包括以下导通状态：VTD1和VTD3；VTD1和VTD5；VTD3和VTD5；VTD2和VTD4；VTD2和VTD6；VTD4和VTD6；

(3)3个换流阀导通；具体地，包括：

1)每一条支路各有1个换流阀导通，且导通的3个换流阀非共阳极或共阴极；

此时，D桥换流器中的换流阀包括以下导通状态：VTD1、VTD2和VTD3；VTD2、VTD3和VTD4；VTD3、VTD4和VTD5；VTD4、VTD5和VTD6；VTD5、VTD6和VTD1；VTD6、VTD1和VTD2；

2)共阳极或共阴极的3个换流阀导通；

此时，D桥换流器中的换流阀包括以下导通状态：VTD1、VTD3和VTD5；VTD2、VTD4和VTD6；

3)2条支路中的3个换流阀导通；

此时，D桥换流器中的换流阀包括以下导通状态：VTD1、VTD4和VTD2；VTD1、VTD4和VTD3；VTD1、VTD4和VTD5；VTD1、VTD4和VTD6；VTD2、VTD5和VTD3；VTD2、VTD5和VTD4；VTD2、VTD5和VTD6；VTD3、VTD6和VTD2；VTD3、VTD6和VTD1；VTD3、VTD6和VTD2；VTD3、VTD6和VTD4；VTD3、VTD6和VTD5；

(4)4个换流阀导通；具体地，包括：

1)2条支路中的4个换流阀导通；

此时，D桥换流器中的换流阀包括以下导通状态：VTD1、VTD2、VTD4和VTD5；VTD1、VTD3、VTD4和VTD6；VTD2、VTD3、VTD5和VTD6；

2)3条支路中的4个换流阀导通；

此时，D桥换流器中的换流阀包括以下导通状态：VTD1、VTD2、VTD3和VTD4；VTD1、VTD3、VTD4和VTD6；VTD2、VTD3、VTD5和VTD6；

(5)5个换流阀导通；

此时，D桥换流器中的换流阀包括以下导通状态：VTD1、VTD2、VTD3、VTD4和VTD5；VTD1、VTD2、VTD3、VTD4和VTD6；VTD1、VTD2、VTD3、VTD5和VTD6；VTD1、VTD2、VTD4、VTD5和VTD6；VTD1、VTD3、VTD4、VTD5和VTD6；VTD2、VTD3、VTD4、VTD5和VTD6；

(6)6个换流阀导通；

此时，D桥换流器中的换流阀包括以下导通状态：

VTD1、VTD2、VTD3、VTD4、VTD5和VTD6。

在以上导通状态中，未说明的其他换流阀均处于关断状态。

上述导通状态可划分为逆变侧12脉波换流器的D桥/Y桥换流器的5种运行工况，各种运行工况下的导通状态如表1所示。

表1 D桥/Y桥换流器在运行工况下的导通状态

本实施例中基于模电气量构建电路模型，因此，需要对交直流混联系统中的三相电气量进行解耦，解耦运算公式如下：

式中，F_a，F_b，F_c分别表示三相电气量，F₁，F₂，F₀分别表示解耦后的1模、2模和0模电气量。根据公式(1)可将三相电气量转换为1、2模分量。首先，对各运行工况下换流器的1模等效模型进行分析。

1)运行工况1

以D桥换流器中VTD1与VTD2导通为例，根据图2(b)可得D桥换流器馈入受端交流系统的电流表达式为：

I_mD＝k_D∫A_DU_mdt+k_DB_Di_d (2)

其中，

I_mD表示D桥换流器馈入受端交流系统的电流，i_maD、i_mbD、i_mcD分别为D桥换流器馈入受端交流系统的各相电流，将交流线路中与逆变侧换流器相连的一端母线处作为M端(又称“逆变侧换流母线”)，交流线路的另一端母线处作为N端，U_m表示M端的电压(为交流电压)，u_ma、u_mb、u_mc为M端的各相电压；i_d为逆变侧直流输电线路上的直流电流；k_D为Y/△换流变压器的变比；L_Dr为Y/△换流变压器折算至换流阀侧的电感。

基于公式(1)的解耦公式，对公式(2)进行解耦，可得VTD1与VTD2导通状态下D桥换流器馈入受端交流系统的1模电流表达式为：

当D桥换流器处于运行工况1中的其他导通情况时，通过类似的推导过程，可以得到相应导通状态下D桥换流器馈入受端交流系统的1模电流表达式，表达式的形式类似公式(3)，但是i_d前的电流导通系数不一定相同；

通用地，在运行工况1下，D桥换流器馈入受端交流系统的1模电流表达式为：

i_mD1＝X_D1i_d (4)

式中，i_mD1表示D桥换流器馈入受端交流系统的1模电流，X_D1表示D桥换流器中各换流阀导通状态对应的1模电流导通系数。运行工况1中不同的D桥换流器换流阀导通状态，X_D1的取值不一定相同，可通过计算得到。示例性地，经上述计算可知，VTD1与VTD2导通时的X_D1取值为

由公式(4)可知，在运行工况1下，D桥换流器馈入受端交流系统的1模电流i_mD1为直流电流i_d的函数。此时，D桥换流器的1模等效瞬时模型是输出为X_D1i_d的电流源。D桥换流器的1模等效瞬时模型对应的等效电路图如图3(a)所示。

同理，运行工况1下Y桥换流器馈入受端交流系统的1模电流表达式为：

i_mY1＝X_Y1i_d (5)

式中，X_Y1表示Y桥换流器中各换流阀导通状态对应的1模电流导通系数。运行工况1中不同的Y桥换流器换流阀导通状态，X_Y1的取值不一定相同，可通过计算得到。

由公式(5)可知，在运行工况1下，Y桥换流器馈入受端交流系统的1模电流i_mY1为直流电流i_d的函数。此时，Y桥换流器的1模等效瞬时模型是输出为X_Y1i_d的电流源。Y桥换流器的1模等效瞬时模型对应的等效电路图如图3(b)所示。

2)运行工况2

在运行工况2下，D桥、Y桥换流器正常换相，此时，列写D桥、Y桥换流器中三相电压及电流关系，并对其进行解耦，可得：

运行工况2下D桥换流器馈入受端交流系统的1模电流表达式为：

运行工况2下Y桥换流器馈入受端交流系统的1模电流表达式为：

其中，u_m1表示U_m对应的1模电压，S_D1表示D桥换流器各换流阀对应的导通状态1模系数矩阵；S_Y1表示Y桥换流器各换流阀对应的导通状态1模系数矩阵；

由公式(6)-(7)可知，在运行工况2下，D桥、Y桥换流器各自馈入受端交流系统的1模电流均包括两部分：1模电压积分项和一个附加的直流电流函数。

由此可以构造出D桥换流器和Y桥换流器在运行工况2下的1模等效瞬时模型；D桥换流器的1模等效瞬时模型为：数值为

的等效瞬时电感并联输出为∫S_D1U_mdt+X_D1i_d的电流源。Y桥换流器的1模等效瞬时模型为：数值为

的等效瞬时电感并联输出为∫S_Y1U_mdt+X_Y1i_d的电流源。D桥、Y桥换流器的1模等效瞬时模型对应的等效电路图分别如图4(a)、4(b)所示。

3)运行工况3

对于各换流器交流侧断路的情况，由图2拓扑可得，D桥、Y桥换流器馈入受端交流系统的1模电流表达式分别为：

i_mD1＝0 (8)

i_mY1＝0 (9)

由上式可知，D桥、Y桥换流器馈入受端交流系统的1模电流恒为0。因此，在运行工况3下，换流器1模的瞬时模型为开路模型。

4)运行工况4

此时，D桥、Y桥换流器馈入受端交流系统的1模电流表达式分别为：

由公式(10)-(11)可知，在运行工况4下，D桥、Y桥换流器各自馈入受端交流系统的1模电流均包括两部分：1模电压积分项和一个附加的直流电流函数。由此可以构造出D桥换流器和Y桥换流器在运行工况4下的1模等效瞬时模型；D桥换流器的1模等效瞬时模型为：数值为

的等效瞬时电感并联输出为∫S_D1U_mdt的电流源。Y桥换流器的1模等效瞬时模型为：数值为

的等效瞬时电感并联输出为∫S_Y1U_mdt的电流源。

5)运行工况5

此时，D桥、Y桥换流器馈入受端交流系统的1模电流表达式分别为：

由公式(12)-(13)可知，在运行工况5下，D桥、Y桥换流器各自馈入受端交流系统的1模电压积分项与1模电流之间存在线性关系。由此构造出D桥换流器和Y桥换流器在运行工况5下的1模等效瞬时模型；D桥换流器的1模等效瞬时模型为：数值为

的等效瞬时电感；Y桥换流器的1模等效瞬时模型为：数值为

的等效瞬时电感。

综上，本实施例构建了D桥、Y桥换流器运行在5种工况下的1模等效瞬时模型。将D桥、Y桥换流器模型按上述工况任意组合并联，即可得到12脉波换流器的1模等效瞬时模型。在各种工况组合下，换流器的1模等效模型均包括两部分：等效瞬时电感L_i和输出为∫(S_D1+S_Y1)U_mdt+(X_D1+X_Y1)i_d的电流源。其中，L_i、S_D1、S_Y1、X_D1、X_Y1均由D桥、Y桥换流器工况共同决定。D桥、Y桥换流器各工况组合与对应的L_i的取值如表2所示。

表2 D桥、Y桥换流器各工况组合与对应的L_i取值的对应关系

再者，对于交流线路与无功补偿装置，其数学模型分别为：

I_c＝f(U_m) (15)

其中，U_x为距逆变侧换流母线x％*l处的三相电压，l表示受端交流系统中的交流线路的全长；U_n为受端交流系统侧的交流母线N端的三相电压，U_s为受端交流系统的等效电压源电压，I_m、I_n分别为流过M端、N端的三相电流，R_L、L_L为交流线路的电阻、电感，R_s、L_s分别为受端交流系统的等效电阻、电感，I_c为流经滤波器和无功补偿装置的电流。

对以上模型进行解耦，得到交流滤波器与无功补偿装置的1模等效电路模型：

i_c1＝f(u_m1) (17)

u_s1＝u_sA＝U_msinωt (18)

其中，u_sA为受端交流系统的等效电压源中的A相电压。

联立公式(16)-(18)，可得交直流混联系统逆变侧的1模等效电路模型为：

其中，u_x1为距逆变侧换流母线x％*l处的1模电压，R_l1、L_l1分别为交流线路的1模电阻、1模电感，R_s1、L_s1分别为受端交流系统的等效1模电阻、电感，i_m1、i_n1分别为流过M端、N端的1模电流，i_dcl1为换流器的1模等效瞬时电感电流，i_dci1为换流器的1模等效电流源电流，i_c1为流经滤波器和无功补偿装置的1模电流。

与换流器的1模等效瞬时模型推导过程相似，通过分析各种导通状态，可构造换流器的2模等效瞬时模型。在2模等效瞬时模型中，每种运行工况下的等效瞬时模型也均包括并联的两部分：数值为L_i的等效瞬时电感和输出为∫(S_D2+S_Y2)U_mdt+(X_D2+X_Y2)i_d的电流源。X_D2表示D桥换流器中各换流阀导通状态对应2模的电流导通系数，X_Y2表示Y桥换流器中各换流阀导通状态对应2模的电流导通系数，S_D2表示D桥换流器各换流阀对应的导通状态2模系数矩阵；S_Y2表示Y桥换流器各换流阀对应的导通状态2模系数矩阵；L_i、S_D2、S_Y2、X_D2、X_Y2均由两桥工况共同决定。由于2模等效模型中等效瞬时电感L_i与5种工况的对应关系与1模模型相同，因此，2模等效模型中等效瞬时电感L_i，仍可基于表2进行确定。分析可得，交直流混联系统逆变侧的2模等效电路模型为：

u_m2表示U_m对应的2模电压，u_x2为距逆变侧换流母线x％*l处的2模电压，R_l2、L_l2分别为交流线路的2模电阻、2模电感，R_s2、L_s2分别为受端交流系统的等效2模电阻、电感，i_m2、i_n2分别为流过M端、N端的2模电流，i_dcl2为换流器的2模等效瞬时电感电流，i_dci2为换流器等效电流源电流，i_c2为流经滤波器和无功补偿装置的2模电流。

为了消除受端交流系统中等效电源的影响，将交直流混联系统逆变侧的1、2模表达式联立，建立1模、2模分量复合模型。设交流线路1模电阻、电感与2模电阻、电感相等，且受端交流系统的等效1模电阻、电感与等效2模电阻、电感相等，可得交直流混联系统逆变侧的复合模分量等效电路模型为：

式中，u_Fx为距逆变侧换流母线x％*l处的复合模分量电压，l表示受端交流系统中的交流线路的全长，i_Fm、i_Fn分别为流过M端、N端的复合模分量电流，i_Fdcl为流过换流器等效瞬时电感的复合模分量电流，i_Fdci为换流器等效电流源电流，R_l、L_l分别为交流线路的复合模分量电阻、复合模分量电感，R_s、L_s分别为受端交流系统的复合模分量等效电阻、复合模分量等效电感，L_l＝L_l1＝L_l2，R_l＝R_l1＝R_l2，L_s＝L_s1＝L_s2，R_s＝R_s1＝R_s2。L_i的取值如表2所示。

特殊地，当x取100时，u_Fx即为u_Fn，由于i_Fm、i_Fn满足i_Fm+i_Fn＝0，因此，根据公式(21)可知，以下关系成立：

因此，可得交直流混联系统逆变侧的复合模分量等效模型电路图如图5所示。在图5所示的复合模分量网络中，复合模分量电压、电流表达式为：

其中，i_Fm、i_Fn分别为流过M端、N端的复合模分量电流，u_Fm、u_Fn分别为M端、N端的复合模分量电压，i_Fc为流经滤波器和无功补偿装置的复合模分量电流。

第二，在得到交直流混联系统逆变侧的复合模分量等效模型电路后，即可求取复合模电感；具体过程描述如下：

首先，推导区内外故障下的测量电感。

定义复合模分量网络中M端的测量电阻、测量电感分别为r_m、l_m。此时，r_m、l_m与M端复合模分量电压u_Fm、电流i_Fm之间满足以下关系：

定义复合模分量网络中N端的测量电阻、测量电感分别为r_n、l_n。此时，r_n、l_n与N端复合模分量电压u_Fn、电流i_Fn之间满足以下关系：

基于公式(23)-(24)，分析区内外故障模型差异特征。

1)交流线路区内故障

当交流线路M-N发生交流线路区内故障时，此时，复合模分量等效网络如图6所示。由图6可知，此时，M端复合模分量电压u_Fm还满足以下关系：

将M端复合模分量电压表达式(25)代入式(23)，求解得到交流线路区内故障时，M端的测量电感l_m还满足以下关系：

l_m＝l'_m+Δl_mi+Δl_mc (26)

l'_m＝L_i (27)

式中，A_m为流过M端的复合模分量电流i_Fm、di_Fm/dt的采样值构成的系数矩阵，A_m＝[i_Fm,di_Fm/dt]。[di_Fdci/dt]和[di_Fc/dt]分别为多个时间断面的i_Fdci、i_Fc的数值构成的矩阵。

对于N端，与M端推导过程相似，由图6可知，N端复合模分量电压u_Fn、电流i_Fn还满足以下关系：

将N端复合模分量电压u_Fn、电流i_Fn关系式(29)带入式(24)，求解得到交流线路区内故障时，N端的测量电感l_n还满足以下关系：

l_n＝L_s (30)

2)M端背侧系统故障

当交流线路M端背侧系统故障时，复合模分量等效网络如图7所示。由图7可知，此时，M端、N端复合模分量电压、电流关系式：

将式(31)、(32)分别代入公式(23)、(24)，可求解得：

l_m＝-(L_l+L_s) (33)

l_n＝L_s (34)

3)N端背侧系统故障

当交流线路N端背侧故障时，系统复合模分量等效网络如图8所示。与区内故障推导过程相同，根据式(23)、(25)推导可得当N端背侧系统故障时l_m、l_n满足以下关系：

l_m＝l'_m+Δl_mi+Δl_mc (35)

l_n＝l′_n+Δl_n (36)

l'_n＝-L_l (37)

式中，A_n为流过N端复合模分量电流i_Fn、di_Fn/dt的采样值构成的系数矩阵，A_n＝[i_Fn,di_Fn/dt]。

由上可知，对于M端测量电感，当交流线路发生区内故障或N端背侧系统故障时，l_m除反映M背侧等效电感l'_m外，还包括换流器等效电流源i_Fdci和无功补偿装置i_Fc产生的附加量Δl_mi、Δl_mc，该附加量受M端电流影响；当交流线路发生M端背侧系统故障时，l_m仅反映线路及受端交流系统的等效电感。同理，对于N端测量电感，当发生N端背侧系统故障时，l_n＝l′_n+Δl_n，附加值Δl_n受流过换流器等效瞬时电感的电流影响。当发生区内故障或M端背侧系统故障时，l_n仅反映受端交流系统的等效电感。

因此，M、N端的复合模电感L_Fm(q)、L_Fn(q)表示为：

其中，l_m(q)、l_n(q)分别表示M、N端的第q个采样点的测量电感，l_m(q)、l_n(q)分别由第q-q₀+1到第q个采样点的M、N端复合模分量电压和电流拟合得到；q₀为拟合过程所需的最少采样点数，Q为采样点总个数；k_m(q)、k_n(q)分别表示M、N端的测量电感补偿系数；Δl_m(q)、Δl_n(q)分别表示M、N端附加电感。

根据以下公式得到k_m(q)、k_n(q)：

其中，l_m(p)、l_n(p)分别表示M、N端的第p个采样点的测量电感，l_m(p)、l_n(p)分别由第p-q₀+1到第p个采样点的M、N端复合模分量电压和电流拟合得到；

分别表示第q-N₁+1到q个采样点在M、N端的测量电感平均值，

N₁表示表示计算k_m(q)、k_n(q)采用的测量电感个数，q的取值范围为从q₀+N₁到Q。

根据公式(23)拟合得到l_m(q)、l_m(p)；具体地，将第p-q₀+1到第p中的每一组M端复合模分量电压和电流均带入公式(23)，得到多组关于r_m、l_m的表达式，对多组表达式进行拟合，即可得到l_m(q)，基于同样的思路l_m(p)，拟合得到l_m(p)。根据公式(24)拟合得到l_n(q)、l_n(p)；拟合思路与上述过程类似。

在上述公式(39)中，Δl_m(q)＝Δl_mi(q)+Δl_mc(q)，其中，Δl_mi、Δl_mc、的计算过程参考公式(28)；Δl_n(q)的计算过程参考公式(38)。

1)区内故障

当交流线路M-N发生内部故障时，将测量电感l_m代入复合模电感公式(39)中可得：

由前述分析可知，换流器交替运行在4种运行模式下，不同运行模式对应l'_m的不同取值，即：

式中，n₁，n₂，n₃，n₄分别为换流器运行在模式1，模式2，模式3，模式4时的采样点个数，n₁+n₂+n₃+n₄＝N₁，L_{i_1}，L_{i_2}，L_{i_3}，L_{i_4}分别为模式1，模式2，模式3，模式4下的换流器等效瞬时电感。

式中l'_m的方差σ总大于当所取的N₁个采样点中(N₁-1)个点处于运行模式a，1个点处于运行模式b(a＝4,b∈{2,3})时计算得到的方差。将上述情况代入式(40)可得：

因此，k_m＝1，L_Fm＝l'_m＝L_i，M端复合模电感大于零，其值等于换流器等效瞬时电感。

区内故障时，N端测量电感l_n恒为L_s，将其代入复合模电感公式，得L_Fn＝l_n＝L_s，N端复合模电感大于零，其值等于受端交流系统的等效电感。

2)M端背侧系统故障

M端背侧系统故障时，将l_m、l_n代入复合模电感公式(40)，由于M端测量电感l_m恒为-(L_l+L_s)，此时M端复合模电感L_Fm＝l_m＝-(L_l+L_s)<0。同理，N端复合模电感L_Fn＝l_n＝L_s>0。

3)N端背侧系统故障

当N端背侧系统发生故障时，根据l_m、l_n表达式，l_m包括三部分，M背侧等效电感l'_m，以及换流器等效电流源i_Fdci和无功补偿装置i_Fc产生的附加量Δl_mi、Δl_mc，该附加量受i_Fm、i_Fdci、i_Fc影响，因此l_m会随M端电流的改变而改变。同理l_n可分为l′_n和Δl_n两部分，Δl_n受流过换流器等效瞬时电感的电流i_Fdcl和N端复合模分量电流i_Fn影响，因此l_n会随上述电流的改变而改变。与区内故障时推导过程相同，此时两端测量电感方差很大，则k_M＝1，k_N＝1。故此时L_Fm＝l'_m＝L_i，L_Fn＝l′_n＝-L_l。M端复合模电感大于零，其值等于换流器等效瞬时电感；N端复合模电感小于零，其绝对值等于线路的等效电感。

根据区内外故障模型差异特征，构建保护判据。

由步骤2可知，当发生区内故障时，M端、N端复合模分量电感均大于0。当发生区外故障时，故障端的复合模分量电感小于0。因此，构建保护判据：

当L_Fm＞0、L_Fn＞0，此时发生区内故障；

当L_Fm＞0、L_Fn＜0，此时发生N端背侧系统故障；

当L_Fm＜0、L_Fn＞0，此时发生M端背侧系统故障。

基于以上推导过程，确定出本实施例中的交直流混联系统逆变侧交流线路的保护方法，流程图如图1所示，该方法包括以下步骤：

步骤S1：当监测到交直流混联系统故障发生时，采集所述交流线路中两端母线处的电压及电流、逆变侧换流器中换流阀的导通状态、流过逆变侧直流输电线的电流，以及，流经逆变侧滤波器和无功补偿装置的电流；优选地，在步骤S1中，通过故障启动元件确定交直流混联系统是否故障；

步骤S2：基于所采集的信息，得到所述交流线路两端的复合模电感；

在该步骤中，包括：

步骤S21：根据采集的交流线路中两端母线处的电压及电流的1模分量、2模分量，获取交流线路中两端母线处的复合模分量电压及电流；

步骤S22：根据采集的流经逆变侧滤波器和无功补偿装置的电流的1模分量、2模分量，获取流经滤波器和无功补偿装置的复合模分量电流；

步骤S23：根据采集逆变侧换流器中换流阀的导通状态，获取换流器等效瞬时电感及换流器等效电流源电流；

步骤S24：根据所获取的信息，得到所述交流线路两端的复合模电感。

将所述交流线路中与逆变侧换流器相连的一端母线处作为M端，所述交流线路的另一端母线处作为N端；M、N端的复合模电感L_Fm(q)、L_Fn(q)表示为：

其中，l_m(q)、l_n(q)分别表示M、N端的第q个采样点的测量电感，l_m(q)、l_n(q)分别由第q-q₀+1到第q个采样点的M、N端复合模分量电压和电流拟合得到；q₀为拟合过程所需的最少采样点数，Q为采样点总个数；k_m(q)、k_n(q)分别表示M、N端的测量电感补偿系数；Δl_m(q)、Δl_n(q)分别表示M、N端附加电感。

根据以下公式得到k_m(q)、k_n(q)：

其中，l_m(p)、l_n(p)分别表示M、N端的第p个采样点的测量电感，l_m(p)、l_n(p)分别由第p-q₀+1到第p个采样点的M、N端复合模分量电压和电流拟合得到；

分别表示第q-N₁+1到q个采样点在M、N端的测量电感平均值，

N₁表示表示计算k_m(q)、k_n(q)采用的测量电感个数，q的取值范围为从q₀+N₁到Q。

根据公式(48)拟合得到l_m(q)、l_m(p)：

根据公式(49)拟合得到l_n(q)、l_n(p)：

其中，i_Fm、i_Fn分别为流过M端、N端的复合模分量电流，u_Fm、u_Fn分别为M端、N端的复合模分量电压。

根据公式(50)和(51)得到Δl_m(q)：

Δl_m(q)＝Δl_mi(q)+Δl_mc(q) (50)

其中，

i_Fdci(q)＝[i_Fdci(p-q₀+1) ... i_Fdci(q)]^T；

i_Fc(q)＝[i_Fc(p-q₀+1) ... i_Fc(q)]^T；

i_Fm(q)为第q个采样点的流过M端的复合模分量电流；

i_Fdci(q)为第q个采样点的换流器等效电流源电流；

i_Fc(q)为第q个采样点的流经滤波器和无功补偿装置的复合模分量电流；

L_i(q)表示第q个采样点的换流器等效瞬时电感；

根据公式(52)得到Δl_n(q)：

其中，

i_Fdcl(q)＝[i_Fdcl(p-q₀+1) ... i_Fdcl(q)]^T；i_Fn(q)为第q个采样点的流过N端的复合

模分量电流；i_Fdcl(q)为第q个采样点的流过换流器等效瞬时电感的复合模分量电流。

根据公式(53)得到u_Fm、u_Fn、i_Fm、i_Fn、i_Fc：

其中，u_m1、u_m2分别为M端电压的1模分量、2模分量，u_n1、u_n2分别为N端电压的1模分量、2模分量；i_m1、i_m2分别为M端电流的1模分量、2模分量；i_n1、i_n2分别为N端电流的1模分量、2模分量；i_c1、i_c2分别为流经滤波器和无功补偿装置的1模分量、2模分量，ω表示受端交流系统的角频率。

根据公式(54)得到i_Fdci(q)：

其中，t₀表示故障初始时刻，t_q表示第q个采样点所在时刻，i_d(q)表示第q个采样点流过逆变侧直流输电线的电流，U_m(q)表示第q个采样点的M端的电压，S_D1(q)、S_D2(q)分别表示第q个采样点的D桥换流器各换流阀对应的导通状态1、2模系数矩阵；S_Y1(q)、S_Y2(q)表示第q个采样点的Y桥换流器各换流阀对应的导通状态1、2模系数矩阵；X_D1(q)、X_D2(q)表示第q个采样点的D桥换流器中各换流阀导通状态对应的1、2模电流导通系数；X_Y1(q)、X_Y2(q)表示第q个采样点的D桥换流器中各换流阀导通状态对应的1、2模电流导通系数；S_D2(t)表示第q个及之前采样点的S_D2连续化后在第t时刻的取值；S_Y2(t)表示第q个及之前采样点的S_Y2连续化后在第t时刻的取值；U_m(t)表示第q个及之前采样点的M端的电压连续化后在第t时刻的取值。

步骤S3：根据所述复合模电感，确定是否发生所述交流线路的区内故障；若是，则启动所述交流线路的纵联保护。

在该步骤中，若q从N₁-1到Q过程中，均满足L_Fm(q)＞0且L_Fn(q)＞0，则发生所述交流线路的区内故障。

优选地，启动交流线路故障的线路保护可以为断路器跳闸。

实施例2

本发明的实施例2，提供了一种交直流混联系统逆变侧交流线路的保护装置；结构示意图如图9所示，包括：

数据采集模块，用于当监测到交直流混联系统故障发生时，采集所述交流线路中两端母线处的电压及电流、逆变侧换流器中换流阀的导通状态、流过逆变侧直流输电线的电流，以及，流经逆变侧滤波器和无功补偿装置的电流；

复合模电感获取模块，用于基于所采集的信息，得到所述交流线路两端的复合模电感；

区内故障判断模块，用于根据所述复合模电感，确定是否发生所述交流线路的区内故障；

交流线路纵联保护模块，用于当发生所述交流线路的区内故障时，启动所述交流线路的纵联保护。

本发明实施例的具体实施过程参见上述方法实施例即可，本实施例在此不再赘述。

由于本实施例与上述方法实施例原理相同，所以本系统也具有上述方法实施例相应的技术效果。

实施例3

本实施例RT-LAB平台，对上述实施例中的方案进行试验验证。表3给出了交直流混联系统主要参数。

表3交直流混联系统主要参数

本实施例设置场景1为：交流线路M-N的50％处分别发生B相接地故障和AB两相接地故障，过渡电阻的变化范围为0～300Ω。

故障发生时刻，D桥换流器VTD2与VTD3导通，Y桥换流器VTY3、VTY4导通。在VTD4和VTY5的触发信号作用下，D桥换流器与Y桥换流器先后进行换相。当下一触发脉冲到来时，上述换相过程已完成。若换流器正常换相，此时VTD3、VTD4、VTY4和VTY5导通。VTD5触发时刻D桥和Y桥换流器的导通状态如表4所示。

表4 B相、AB两相发生经不同过渡电阻接地故障时的换流器导通状态

由表4可知，与正常换相时的导通状态相比可知，当交流线路发生B相接地故障且过渡电阻为0～250Ω时，换流器发生换相失败。过渡电阻300Ω时，换流器正常换相。当发生AB两相接地故障时，当过渡电阻的变化范围为0～250Ω时，换流器发生换相失败，当过渡电阻为300Ω时，换流器正常换相。无论换流器是否发生换相失败，本文构建的复合模分量模型均能反映当前换流阀的实际导通状态。根据换流阀导通状态可确定换流器的运行模式。两种情况下复合模电感获取模块的运行结果如图10所示。

当发生B相经不同过渡电阻接地故障时，M端复合模电感反映换流器等效瞬时电感。N端复合模电感反映受端交流系统S₁的等效电感。由图10(a)可知，随着过渡电阻的变化，同一时间断面上的换流器运行模式发生变化。同一模式下，M端电感仿真结果波动很小，接近该模式下的电感理论值。当过渡电阻为200Ω，t＝2.6ms时L_Fm有最小值23.66mH，仍远大于0。因此，不同运行模式下，M端复合模电感均大于0。由图10(b)可知，随着过渡电阻的变化，N端复合模电感波动很小。当过渡电阻0Ω，t＝12.8ms时，L_Fm有最小值25.76mH，远大于0。因此，N端复合模电感均大于0。

当发生AB两相经不同电阻接地故障时，与上述分析相似，由图10(c)可知，当过渡电阻为200Ω，t＝2.75ms时L_Fm有最小值23.75mH。由图10(d)可知，当过渡电阻0Ω，t＝19.95ms时L_Fm有最小值22.27mH。

上述两种故障情况下的M、N两端电感均恒为正值，因此可判定交流线路M-N区内发生故障，保护正确动作。由以上分析可知，本方法在交流线路区内发生经不同过渡电阻故障时，均能准确识别，不受换相失败和故障类型的影响。

本实施例设置场景2为：交流线路区内不同位置处分别发生B相接地故障和ABC三相接地故障，过渡电阻为300Ω。

故障发生时刻，VTD2、VTD3、VTY3与VTY4导通，在VTD4和VTY5的触发信号作用下，D桥换流器与Y桥换流器先后进行换相，VTD5触发时刻，D桥和Y桥换流器的导通状态如表5所示。

表5不同位置处发生B相、ABC三相接地故障时的换流器导通状态

由表5可知，当发生ABC三相接地故障且故障位置在0％～50％范围内变化时，发生换相失败。当故障位置的变化范围为75％～100％时，换流器正常换相。当线路出口处发生B相接地故障时，换流器发生换相失败。当故障位置为25％～100％时，换流器正常换相。无论换流器是否发生换相失败，本文构建的复合模分量模型均能反映当前换流阀的实际导通状态。根据换流阀导通状态可确定换流器的运行模式。两种情况下复合模电感获取模块的运行结果如图11所示。

当发生交流线路不同位置B相接地故障时，M端复合模电感反映换流器等效瞬时电感。N端复合模电感反映受端交流系统S₁的等效电感。由图11(a)可知，随着过渡电阻的变化，同一时间断面上的换流器运行模式发生变化。同一模式下，M端电感仿真结果波动很小，接近该模式下的电感理论值。当M端保护出口处故障，t＝2.65ms时，L_Fm有最小值23.72mH。因此，不同运行模式下，M端复合模电感均大于0。由图11(b)可知，不同故障情况下，N端复合模电感波动很小。当M端保护出口处故障，t＝1.35ms时，L_Fn有最小值24.29mH。因此，N端复合模电感均大于0。

当发生交流线路不同位置三相接地故障时，与上述分析相似，由图11(c)可知，当线路25％处故障时，t＝2.65ms时，L_Fm有最小值23.75mH。由图11(d)可知，当线路25％处故障，t＝17.9ms时，L_Fn有最小值24.29mH。M、N两端电感均恒为正值。

由以上分析可知，保护判据不受故障位置和换相失败的影响，当线路末端发生故障时，仍具有较高的灵敏度。

本实施例设置场景3为：交流线路区外M端背侧f₁处和N端背侧f₂处分别发生B相接地故障，过渡电阻的变化范围为0～300Ω。VTD5触发时刻，D桥和Y桥换流器的导通状态如表6所示。

表6交流线路区外经不同过渡电阻B相接地故障时的换流器导通状态

由表6可知，M背侧B相经0～300Ω过渡电阻单相接地故障时，Y桥换流器VTY3在反向电压期间均未能恢复阻断能力，换流器发生换相失败。N背侧B相接地故障，且过渡电阻为0～150Ω时，换流器换相失败。当过渡电阻在150～300Ω范围内时，换流器正常换相。两种情况下复合模电感获取模块的运行结果分别如图12和图13所示。

由图12(a)、图12(b)可知，该故障情况下，随着过渡电阻增加，两端复合模电感波动很小。其中，当过渡电阻250Ω，t＝17.8ms时，M端电感有最大值为-66.98mH，仍远小于0。因此，M端复合模电感均小于0。N端电感在过渡电阻250Ω，t＝17.8ms时，有最小值为24.26mH。因此，N端复合模电感均大于0。说明交流线路M-N区内未发生故障，保护可靠不动作。

由图13(a)可知，该故障情况下，M端复合模电感反映换流器等效瞬时电感。随着过渡电阻的变化，同一时间断面上的换流器运行模式发生变化。同一模式下，电感值波动很小。当过渡电阻0Ω，t＝0ms时，换流器处于运行模式4，此时M端复合模电感有最小值22.01mH。因此，M端复合模电感均大于0。由图13(b)可知，N端复合模电感波动很小。当过渡电阻为250Ω，t＝17.8ms时，有最大值-42.75mH，仍远小于0。因此，N端复合模电感均小于0。说明交流线路M-N区内未发生故障，保护可靠不动作。

本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法的全部或部分流程，可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于计算机可读存储介质中。其中，所述计算机可读存储介质为磁盘、光盘、只读存储记忆体或随机存储记忆体等。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种交直流混联系统逆变侧交流线路的保护方法，其特征在于，包括：

当监测到交直流混联系统故障发生时，采集所述交流线路中两端母线处的电压及电流、逆变侧换流器中换流阀的导通状态、流过逆变侧直流输电线的电流，以及，流经逆变侧滤波器和无功补偿装置的电流；

基于所采集的信息，得到所述交流线路两端的复合模电感；

根据所述复合模电感，确定是否发生所述交流线路的区内故障；若是，则启动所述交流线路的纵联保护。

2.根据权利要求1所述的交直流混联系统逆变侧交流线路的保护方法，其特征在于，所述基于所采集的信息，得到所述交流线路两端的复合模电感，包括：

根据采集的交流线路中两端母线处的电压及电流的1模分量、2模分量，获取交流线路中两端母线处的复合模分量电压及电流；

根据采集的流经逆变侧滤波器和无功补偿装置的电流的1模分量、2模分量，获取流经滤波器和无功补偿装置的复合模分量电流；

根据采集逆变侧换流器中换流阀的导通状态，获取换流器等效瞬时电感及换流器等效电流源电流；

根据所获取的信息，得到所述交流线路两端的复合模电感。

3.根据权利要求2所述的交直流混联系统逆变侧交流线路的保护方法，其特征在于，将所述交流线路中与逆变侧换流器相连的一端母线处作为M端，所述交流线路的另一端母线处作为N端；M、N端的复合模电感L_Fm(q)、L_Fn(q)表示为：

其中，l_m(q)、l_n(q)分别表示M、N端的第q个采样点的测量电感，l_m(q)、l_n(q)分别由第q-q₀+1到第q个采样点的M、N端复合模分量电压和电流拟合得到；q₀为拟合过程所需的最少采样点数，Q为采样点总个数；k_m(q)、k_n(q)分别表示M、N端的测量电感补偿系数；Δl_m(q)、Δl_n(q)分别表示M、N端附加电感。

4.根据权利要求3所述的交直流混联系统逆变侧交流线路的保护方法，其特征在于，根据以下公式得到k_m(q)、k_n(q)：

其中，l_m(p)、l_n(p)分别表示M、N端的第p个采样点的测量电感，l_m(p)、l_n(p)分别由第p-q₀+1到第p个采样点的M、N端复合模分量电压和电流拟合得到；

分别表示第q-N₁+1到q个采样点在M、N端的测量电感平均值，

N₁表示计算k_m(q)、k_n(q)采用的测量电感个数，q的取值范围为从q₀+N₁到Q。

5.根据权利要求4所述的交直流混联系统逆变侧交流线路的保护方法，其特征在于，根据公式(3)拟合得到l_m(q)、l_m(p)：

根据公式(4)拟合得到l_n(q)、l_n(p)：

其中，i_Fm、i_Fn分别为流过M端、N端的复合模分量电流，u_Fm、u_Fn分别为M端、N端的复合模分量电压。

6.根据权利要求5所述的交直流混联系统逆变侧交流线路的保护方法，其特征在于，根据公式(5)和(6)得到Δl_m(q)：

Δl_m(q)＝Δl_mi(q)+Δl_mc(q) (5)

其中，

i_Fdci(q)＝[i_Fdci(p-q₀+1)...i_Fdci(q)]^T；

i_Fc(q)＝[i_Fc(p-q₀+1)...i_Fc(q)]^T；

i_Fm(q)为第q个采样点的流过M端的复合模分量电流；

i_Fdci(q)为第q个采样点的换流器等效电流源电流；

i_Fc(q)为第q个采样点的流经滤波器和无功补偿装置的复合模分量电流；

L_i(q)表示第q个采样点的换流器等效瞬时电感；

根据公式(7)得到Δl_n(q)：

其中，

i_Fdcl(q)＝[i_Fdcl(p-q₀+1)...i_Fdcl(q)]^T；

i_Fn(q)为第q个采样点的流过N端的复合模分量电流；

i_Fdcl(q)为第q个采样点的流过换流器等效瞬时电感的复合模分量电流。

7.根据权利要求6所述的交直流混联系统逆变侧交流线路的保护方法，其特征在于，根据公式(8)得到u_Fm、u_Fn、i_Fm、i_Fn、i_Fc：

其中，u_m1、u_m2分别为M端电压的1模分量、2模分量，u_n1、u_n2分别为N端电压的1模分量、2模分量；i_m1、i_m2分别为M端电流的1模分量、2模分量；i_n1、i_n2分别为N端电流的1模分量、2模分量；i_c1、i_c2分别为流经滤波器和无功补偿装置的1模分量、2模分量，ω表示受端交流系统的角频率。

8.根据权利要求6所述的交直流混联系统逆变侧交流线路的保护方法，其特征在于，根据公式(9)得到i_Fdci(q)：

其中，t₀表示故障初始时刻，t_q表示第q个采样点所在时刻，i_d(q)表示第q个采样点流过逆变侧直流输电线的电流，U_m(q)表示第q个采样点的M端的电压，S_D1(q)、S_D2(q)分别表示第q个采样点的D桥换流器各换流阀对应的导通状态1、2模系数矩阵；S_Y1(q)、S_Y2(q)表示第q个采样点的Y桥换流器各换流阀对应的导通状态1、2模系数矩阵；X_D1(q)、X_D2(q)表示第q个采样点的D桥换流器中各换流阀导通状态对应的1、2模电流导通系数；X_Y1(q)、X_Y2(q)表示第q个采样点的D桥换流器中各换流阀导通状态对应的1、2模电流导通系数；S_D2(t)表示第q个及之前采样点的S_D2连续化后在第t时刻的取值；S_Y2(t)表示第q个及之前采样点的S_Y2连续化后在第t时刻的取值；U_m(t)表示第q个及之前采样点的M端的电压连续化后在第t时刻的取值。

9.根据权利要求8所述的交直流混联系统逆变侧交流线路的保护方法，其特征在于，所述根据所述复合模电感，确定是否发生所述交流线路的区内故障，包括：

若q从N₁-1到Q过程中，均满足L_Fm(q)＞0且L_Fn(q)＞0，则发生所述交流线路的区内故障。

10.一种交直流混联系统逆变侧交流线路的保护装置，其特征在于，包括：

数据采集模块，用于当监测到交直流混联系统故障发生时，采集所述交流线路中两端母线处的电压及电流、逆变侧换流器中换流阀的导通状态、流过逆变侧直流输电线的电流，以及，流经逆变侧滤波器和无功补偿装置的电流；

复合模电感获取模块，用于基于所采集的信息，得到所述交流线路两端的复合模电感；

区内故障判断模块，用于根据所述复合模电感，确定是否发生所述交流线路的区内故障；

交流线路纵联保护模块，用于当发生所述交流线路的区内故障时，启动所述交流线路的纵联保护。

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