CN115347537A - 柔性直流输电系统线路保护方法、装置和设备及存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种柔性直流输电系统线路保护方法、装置和设备及存储介质，方法包括：获取线路的电压，以及线模电流；在保护装置进入启动状态的情况下，根据电压的电压方向、线模电流的电流方向以及保护装置的位置判定发生故障的线路的故障方向，故障方向包括正向或者反向，正向是指整流侧指向逆变侧的方向；在保护装置临近整流侧且故障方向为正向，或者在保护装置临近逆变侧且故障方向为反向时，根据线模电流的首个本征模态函数信号判定故障是否为区内故障；若是区内故障，根据线路和对端线路的电流幅值判定发生故障的线路的电极；在发生故障的线路的电极与线路的电极相同的情况下，通过保护装置动作进行线路保护。

Description

柔性直流输电系统线路保护方法、装置和设备及存储介质

技术领域

本发明涉及一种继电保护技术领域，尤其涉及一种柔性直流输电系统线路保护方法、装置和设备及存储介质。

背景技术

随着社会的进步发展，人们对能源的需求持续增长，由于化石能源属于不可再生能源，加上大量使用该类能源带来的环境污染问题，人们开始大力发展新型清洁能源，考虑到清洁能源分布广，随机性强，传统的电网无法满足其大规模接入，柔性直流输电成为当下的不二之选。

柔性直流输电系统接入点和落点数量多，线路阻尼小，当输电线路发生故障后，故障电流在几毫米内迅速增大，严重影响到输电系统的正常运行，甚至导致电网崩溃，因此柔性直流输电系统的继电保护十分重要。

现有的继电保护方法保护灵敏度较差，动作速度差，不能保证将故障电路及时切除，造成线路损害的严重后果，因此，需要一种继电保护方法以解决上述的技术问题。

发明内容

本发明实施例提供了一种柔性直流输电系统线路保护方法、装置和设备及存储介质，解决了上述的至少一个技术问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种柔性直流输电系统线路保护方法，方法括：

获取线路的电压，以及线模电流；所述线模电流为所述线路的电流与对端线路的电流解耦而得到的电流；所述对端线路为与所述线路具有相同的整流侧和逆变侧，并与所述线路的电极相反的线路；

在保护装置进入启动状态的情况下，根据所述电压的电压方向、所述线模电流的电流方向以及所述保护装置的位置判定发生故障的线路的故障方向，所述故障方向包括正向或者反向，所述保护装置的位置包括临近所述线路的整流侧或者所述逆变侧，正向是指所述整流侧指向所述逆变侧的方向；

在所述保护装置临近所述整流侧且所述故障方向为正向，或者在所述保护装置临近所述逆变侧且所述故障方向为反向时，根据所述线模电流的首个本征模态函数信号判定故障是否为区内故障；所述本征模态函数信号由所述线模电流分解而得到；

若是区内故障，根据所述线路和所述对端线路的电流幅值判定发生故障的线路的电极；

在发生故障的线路的电极与所述线路的电极相同的情况下，通过保护装置动作进行线路保护。

第二方面，本发明实施例提供了一种柔性直流输电系统线路保护装置，装置包括：

数据获取模块，用于获取线路的电压，以及线模电流；所述线模电流为所述线路的电流与对端线路的电流解耦而得到的电流；所述对端线路为与所述线路具有相同的整流侧和逆变侧，并与所述线路的电极相反的线路；

故障方向判定模块，用于在保护装置进入启动状态的情况下，根据所述电压的电压方向、所述线模电流的电流方向以及所述保护装置的位置判定发生故障的线路的故障方向，所述故障方向包括正向或者反向，所述保护装置的位置包括临近所述线路的整流侧或者所述逆变侧，正向是指所述整流侧指向所述逆变侧的方向；

区内故障判定模块，用于在所述保护装置临近所述整流侧且所述故障方向为正向，或者在所述保护装置临近所述逆变侧且所述故障方向为反向时，根据所述线模电流的首个本征模态函数信号判定故障是否为区内故障；所述本征模态函数信号由所述线模电流分解而得到；

电极确定模块，用于若是区内故障，根据所述线路和所述对端线路的电流幅值判定发生故障的线路的电极；

线路保护模块，用于在发生故障的线路的电极与所述线路的电极相同的情况下，通过保护装置动作进行线路保护。

第三方面，本发明实施例还提供了一种电子设备，设备包括：

一个或多个处理器；

存储装置，用于存储一个或多个程序，

当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如本发明任意实施例中的柔性直流输电系统线路保护方法。

第四方面，本发明实施例还提供了一种包含计算机可执行指令的存储介质，其特征在于，所述计算机可执行指令在由计算机处理器执行时用于执行如本发明任意实施例中的柔性直流输电系统线路保护方法。

本发明实施例的技术方案，通过获取线路的电压，以及线模电流，并在保护装置进入启动状态的情况下，根据电压的电压方向，线模电流的电流方向以及保护装置的位置判定发生故障的线路的故障方向。故障方向包括正向和负向，正向是指整流侧指向逆变侧的方向。在保护装置临近整流侧并且故障方向为正向，或者在保护装置临近逆变侧并且故障方向为反向时，根据线模电流的首个本征模态函数信号判定故障是否为区内故障。若是区内故障，根据线路和对端线路的电流幅值判定发生故障的线路的电极，在发生故障的线路的电机与线路的电极相同的情况下，通过保护装置动作进行线路保护。本发明实施例的技术方案，实现了通过对电压和电流的各种操作，可以知道故障方向、是否为区内故障以及是否是当前的线路发生故障，准确的定位，进而通过线路的保护装置的动作，对线路进行保护，提高了保护的准确度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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的附图。

其中：

图1为一个实施例中的一种柔性直流输电系统线路保护方法的流程示意图；

图2a为另一个实施例中的一种保护装置位置示意图；

图2b为另一个实施例中的一种保护装置位置示意图；

图3为另一个实施例中的康宝-丰宁站正极输电线路的示意图；

图4a为另一个实施例中的整流侧母线发生单相接地故障时的电流方向示意图；

图4b为另一个实施例中的线路发生故障时的电流方向示意图；

图4c为另一个实施例中的逆变侧侧母线发生故障时的电流方向示意图；

图5为另一个实施例中的柔性直流输电系统线路保护装置的结构示意图；

图6为另一个实施例中的电子设备的结构示意图。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在阐述本发明实施例的技术方案之前，首先对本发明实施例的应用场景进行示例性说明：

柔性直流输电线路的故障电流具有上升速度快、峰值大的特点，对换流器和绝缘设备容易造成损坏，并且柔性直流系统无法通过调节触发角实现故障自清除，因此，为了解决上述的至少一种技术问题，本发明实施例提出一种柔性直流输电系统线路保护方法，可以实现在故障发生时的短时间内确定故障电极以及是否在保护区内，若是在线路的保护区内，通过保护装置动作，即可断开线路，避免线路损坏。

在一本发明实施例中，提出一种柔性直流输电系统的线路保护方法，可适用于对柔性直流输电系统进行线路保护的情况，该方法可以由柔性直流输电系统线路保护装置来执行，该装置可以通过软件和/或硬件的形式实现。

图1为本发明实施例所提供的一种柔性直流输电系统线路保护方法的流程示意图，本发明实施例柔性直流输电系统线路保护方法具体包括：

S110、获取线路的电压，以及线模电流。

其中，线模电流为所述线路的电流与对端线路的电流解耦而得到的电流。由于线路和对端线路之间的互感，所以获取的线路的电流和对端线路的电流之间存在耦合关系，对两个电流进行解耦操作，得到线模电流。对端线路为与所述线路具有相同的整流侧和逆变侧，并与所述线路的电极相反的线路。比如，线路为正极线路，对端线路为负极线路。保护装置用于保护线路，当线路出现故障时，保护装置动作将线路断开，以确保该线路连接的设备不会因为线路故障而损坏。保护装置中可以包括测量电压和电流的数据采集设备，用于测量保护装置处的电流和电压。由对端线路的保护装置获取对端线路的电流，并通过当前的线路的保护装置与对端线路的保护装置之间的通信线路，获取对端线路的保护装置采集到的电流。可选地，设置采集周期，周期性的采集电压和电流。

具体的，获取线路电压，以及线模电流，为后续进行故障方向的判断做准备工作。可选地，可以通过保护装置中的数据采集设备测量保护装置处的电压和电流。

S120、在保护装置进入启动状态的情况下，根据电压的电压方向、线模电流的电流方向以及保护装置的位置判定发生故障的线路的故障方向。

其中，故障方向包括正向或者反向，保护装置的位置包括临近所述线路的整流侧或者所述逆变侧，正向是指所述整流侧指向所述逆变侧的方向。在本发明实施例定义正向是指整流侧指向逆变侧的方向，当然，也可以定义为正向是指逆变侧指向整流侧，则后续步骤S130中的在所述保护装置临近所述整流侧且所述故障方向为反向，或者在所述保护装置临近所述逆变侧且所述故障方向为正向时，根据所述线模电流的首个本征模态函数信号判定故障是否为区内故障。

需要说明的是，在本发明实施例中，保护区域是指保护装置可以进行线路保护的区域，在线路上设置有两个限流电抗器，两个限流电抗器之间线路为线路保护区内的线路，也即输电线路。保护装置设置在两个限流电抗器之间，并且，临近整流侧一侧或者逆变侧一侧。在实际应用中，由于模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)输出多电平阶梯波，输出波形质量高，因此，只需要在线路两端安装限流电抗器，两个限流阻抗器构成柔性直流输电系统的物理边界。本发明实施例中的MMC由三个换流单元构成，每个单元分为上下两个桥臂，每个桥臂都是由n个子模块SM以及电阻电容级联构成。在本发明实施例中子模块SM为半桥子模块HBSM。

具体的，在保护装置进入启动状态的情况下，根据电压的电压方向、线模电流的电流方向以及保护装置的位置判定发生故障的线路的故障方向属于正向还是负向。

示例性的，正向是指整流侧指向逆变侧。参见图2a，在整流侧和逆变侧之间的线路，保护装置设置在限流电抗器1和限流电抗器2之间，当保护装置位于限流电抗器1附近时，故障方向为正向，则故障包括正向区内故障和正向区外故障。参见图2b，在整流侧和逆变侧之间的线路，保护装置设置在限流电抗器1和限流电抗器2之间，当保护装置位于限流电抗器2附近时，若故障方向为反向，则故障包括反向区内故障和反向区外故障。

S130、在保护装置临近整流侧且故障方向为正向，或者在保护装置临近逆变侧且故障方向为反向时，根据线模电流的首个本征模态函数信号判定故障是否为区内故障。

其中，所述本征模态函数信号由所述线模电流分解而得到。

具体的，在保护装置临近整流侧且故障方向为正向，也即故障包括正向区内故障和正向区外故障，保护装置临近逆变侧且故障方向为反向，也即故障包括反向区内故障和反向区外故障，根据线模电流的首个本征模态函数信号判定故障是否为区内故障。

可选地，所述根据所述线模电流的首个本征模态函数信号判定故障是否为区内故障，包括：通过经验模态分解方式，将线模电流分解出多个本征模态函数信号，获得首个本征模态函数信号，将首个本征模态函数信号进行转化，得到波形能量；

其中，S表示所述波形能量，t₁为时间窗开始的时刻，t₂为时间窗结束的时刻，y(x)为首个本征模态函数信号；根据波形能量与预设能量阈值的比较结果，判定所述故障是否为区内故障。

其中，经验模态分解(Empirical Mode Decomposition,EMD)是依据数据自身的时间尺度特征来进行信号分解，无需预先设定任何基函数，是一种时频域信号处理方式。EMD在处理非平稳及非线性数据上具有明显的优势，适合分析非线性非平稳的信号序列，具有较高的信噪比。

具体的，利用经验模态分解方式，将线模电流分解为有限个本征模态函数信号和一个残差余量，分解得到的本征模态函数信号包含了获取的线模电流的不同时间尺度的局部特征信号，并且按照高频到低频自动排序，限流电抗器对于高频分量有强烈的衰减作用，因此，在本发明实施例中只需要比较线模电流的高频部分就可以判断故障是否属于区内故障。

可选地，所述根据波形能量与预设能量阈值的比较结果，判定所述故障是否为区内故障，包括：在保护装置临近所述整流侧，且波形能量大于预设能量阈值的情况下，判定所述故障为正向区内故障；在保护装置临近所述逆变侧，且波形能量小于预设能量阈值的情况下，判定所述故障为反向区内故障。

具体的，取线模电流分解后得到的首个本征模态函数信号，并将其转换为波形能量，这部分的波形代表了线模电流的高频部分。之后通过波形能量与预设能量阈值进行比较。由于在柔性直流线路区外发生故障的情况下，线路电流经过限流电抗器的衰减后到达保护装置处，保护装置检测到的线路电流高频能量较小，此时计算得到的首个本征模态函数信号的能量小于预设能量阈值；当柔性直流线路区内发生故障时，线路电流不经过边界衰减直接到达保护装置处，保护装置检测到的故障暂态电流高频能量较大，此时计算得到的首个本征模态函数信号波形能量大于预设能量阈值。也即通过首个本征模态函数信号的波形能量与预设能量阈值的关系，可以确定故障是否为区内故障。这里的线路电流，可以是故障暂态电流。由于正极线路和负极线路相邻，只要有一条线路发生故障，另一条线路也会收到影响，因此，这里所说的保护装置检测到的故障暂态电流是指在电压大于预设电压阈值的情况下，保护装置检测到的电流，至于保护装置所在的线路是否真实发生了故障，需要下述步骤的验证。

S140、若是区内故障，根据线路和对端线路的电流幅值判定发生故障的线路的电极。

其中，电流幅值可以是低频暂态电流幅值，当然，也可以是其他的电流幅值。

具体的，根据线路和对端线路的电流幅值判定发生故障的线路的电极。由于整流侧和逆变侧之间包括两条线路，分别为正极线路和负极线路。当一条线路发生故障时，会影响到另一条线路，两条线路上的保护装置都会启动，并测量电压和电流确定故障方向以及是否为区内故障。通过发生故障的线路的电极与保护装置所在的线路的电极之间进行比较，可以确定是否为保护装置所在的线路发生了故障。比如，发生故障的线路的电极为正极，保护装置所在的线路为正极，则保护装置所在的线路发生故障。

可选地，所述电流幅值为低频暂态电流幅值，所述根据所述线路和所述对端线路的电流幅值判定发生故障的线路的电极，包括：计算两个低频暂态电流幅值比值，根据所述比值与整定值，确定故障线路的电极；

其中，K表示所述比值，K₁表示正极故障整定值，K₂表示负极故障整定值，所述级间故障为线路和对端线路都发生故障；通过下述公式获得所述比值，

其中，i＝1,2,……n，n为时间窗内的采样点数，i_11i表示第i个采样点的正极线路的低频暂态电流幅值，i_22i表示第i个采样点的负极线路的低频暂态电流幅值，当所述线路为正极线路时，所述对端线路为负极线路，当所述线路为负极线路时，所述对端线路为正极线路，电极为正极的线路称为正极线路，电极为负极的线路称为负极线路。可选地，频率段选择可以为1000Hz以下的低频段。

在本发明实施例中，设置正极故障的整定值和负极故障整定值。计算线路的低频暂态电流幅值和对端线路的低频暂态电流幅值，计算他们的比值，根据比值与整定值，确定故障线路的电极。

S150、在发生故障的线路的电极与线路的电极相同的情况下，通过保护装置动作进行线路保护。

本发明实施例中，在发生故障的线路的电极与线路的电极相同的情况下，也就是说，保护装置所在的线路发生的故障，通过保护装置动作，进行线路保护。由于，在之前的步骤已经确定了是区内故障，所以在确定了是保护装置所在的线路发生的故障的情况下，可以通过保护装置动作，进行线路保护。可选地，通过保护装置断开线路。通过这样的方式，可以避免线路损坏。

本发明实施例的技术方案，通过获取线路的电压，以及线模电流，并在保护装置进入启动状态的情况下，根据电压的电压方向，线模电流的电流方向以及保护装置的位置判定发生故障的线路的故障方向。故障方向包括正向和负向，正向是指整流侧指向逆变侧的方向。在保护装置临近整流侧并且故障方向为正向，或者在保护装置临近逆变侧并且故障方向为反向时，根据线模电流的首个本征模态函数信号判定故障是否为区内故障。若是区内故障，根据线路和对端线路的电流幅值判定发生故障的线路的电极，在发生故障的线路的电机与线路的电极相同的情况下，通过保护装置动作进行线路保护。本发明实施例的技术方案，实现了通过对电压和电流的各种操作，可以知道故障方向、是否为区内故障以及是否是当前的线路发生故障，准确的定位，进而通过线路的保护装置的动作，对线路进行保护，提高了保护的准确度。

需要说明的是，本发明实施例的柔性直流输电系统可以包括多端，比如，参见图3，整流侧包括两端，分别为：康保站和张北站。逆变侧包括两端，分别为：丰宁站和北京站。因此，包括两条正极线路，在图中MMC1与MMC2之间的线路，MMC3和MMC4之间的线路。当然，每条正极线路都会有一条负极线路作为对端线路(图中未示出)。

在另一本发明实施例中，所述在保护装置进入启动状态的情况下，根据所述电压的电压方向、所述线模电流的电流方向以及所述保护装置的位置判定发生故障的线路的故障方向之前，还包括：当电压大于预设整定值时，判定启动保护装置，

其中，u为电压，t为时间，△s为预设整定值。

具体的，根据电压与时间的比值，可以得到电压变化率，根据电压变化率与预设整定值，判定是否启动保护装置。柔性直流输电系统线路发生故障，故障点的电压迅速跌落，此时线路的电压变化率大，与正常运行的电压有着非常大的区别，因此，可以通过电压变化率作为故障启动判据。在另一本发明实施例中，所述根据所述电压的电压方向、所述线模电流的电流方向以及所述保护装置的位置判定发生故障的线路的故障方向，包括：在所述保护装置临近所述整流侧且电压方向和电流方向不同的情况下，所述故障方向为正向；在所述保护装置临近所述逆变侧且电压方向和电流方向相同的情况下，所述故障方向为反向。

具体的，在保护装置临近整流侧且电压方向和电流方向不同，则故障为正向故障，包括正向区内故障和正向区外故障，在保护装置临近逆变侧并且电压和电流方向相同，则故障为反向故障，包括反向区内故障和反向区外故障。

可选地，在所述根据所述电压的电压方向、所述线模电流的电流方向以及所述保护装置的位置判定发生故障的线路的故障方向之前，还包括：确定电压方向和电流方向，具体包括：通过下述公式判定电压方向：

其中，m＝1，2，……，n，n为时间窗内的采样点数，k为可靠系数，U₁为额定电压，b为预设倍数，△u表示电压变化量；

通过下述公式判定电流方向：

其中，i为获取的线模电流，i₁为所述柔性直流输电系统正常运行时的线模电流，t₁为时间窗开始的时刻，t₂为时间窗结束的时刻。可选地，时间窗长度可以选择1ms。

本发明实施例中，每相邻两个时间窗的电压的之差形成子电压变化量，多个子电压变化量形成电压变化量。对于电压变化量来说，考虑到直流电压控制整定值通常设定为1.1倍额定电压值，低电压保护的启动值设定在0.75倍的额定电压左右，因此电压突变量方向的参考变化范围适合确定在0.1～0.25倍额定电压之间。本发明实施例中的b设置为0.2，即0.2倍的额定电压在1ms内的积分值作为电压突变量方向的门槛值。应当理解，门槛值是指knbU₁。

应当理解，本发明实施例中，获取的线模电流，每两个时间窗的线路电流之差，形成的线模电流的子电流变化量，至少一个子电流变化量得到电流变化量。对于电流变化量，根据叠加定理，可以将故障后的系统分解为正常运行和故障时刻两部分。正常运行是指系统中出现故障但是各个设备还在处于正常运行，未发生改变，而故障时刻是指设备根据故障情况出现相应的启动或者关闭等动作。在分析电流变化量时，通过分析故障时刻的电流流向来判断。

为了方便说明，本发明实施例对上述步骤进行示例性说明，参见图3和图4a-图4c，分别为康宝-丰宁站正极输电线路的示意图，整流侧母线发生单相接地故障时的电流方向示意图，线路发生故障时的电流方向示意图和逆变侧侧母线发生故障时的电流方向示意图，应当理解，图4a-图4c也是在图3的基础上的故障示意图。应当理解，负极输电线路与正极输电线路的线路排布相同。在图3中，左边的康宝和张北站是两个整流站，右边的丰宁和北京站是逆变站，所以对于康宝-丰宁这条线路来说，就是功率从康宝输送到丰宁，正向即为顺应功率输送的方向。整流侧每个端口设置有MMC，在图中可以看出分别标记为MMC1至MMC4。应当理解，本发明实施例中的所有的正向反向都是针对保护装置而言的，保护装置安装在靠近整流侧的限流电抗器的附近，位于两个限流电抗器内。因此从保护装置到整流侧这一小段对保护装置来说就是反向的，因为这个方向和功率传输方向相反，对于从保护装置到逆变侧这一段成为正向。

当图3中的f3处故障时，此时有Δu＝Δi(Z_eq+Z_L)，其中，Z_eq表示输电线路等效阻抗，Z_L表示限流电抗器等效阻抗△u与△i方向相同。当图3中f1处故障时，此时有：Δu＝-Δi(Z_eq+Z_L)，即△u与△i方向相反。当图3中f2处故障时，此时有：Δu＝-Δi(Z_eq+Z_L)，即△u与△i方向相反。因此，根据电压变化量方向和电流变化量方向可以判定故障的方向。

示例性的，当整流侧母线发生单相接地故障时(如图3中的f3处发生故障)，相当于在故障位置接入一个负极性的电压源，如附加图4a所示，此时附加电源U_f3作用在保护装置处的方向与规定的电压的正方向相反，即电流变化量I_f3的方向为负。当线路发生故障时(如图3中的f1处发生故障)，如附加图4b所示，此时附加电源U_f1作用在保护装置处的电流变化量方向I_f1与规定的正方向相同，即电流变化量I_f1方向为正。因为这个故障发生在线路上，相当于把线路分成了两段，一段是故障点到左边的限流电抗器，一段是故障点到右边的限流电抗器，这两段线路的等效阻抗分别为Z₁和Z₂这两个等效阻抗加起来就是图4a和图4b的线路中的Z₁₁。当逆变侧侧母线发生故障时(如图3中的f2处发生故障)，如附加图4c所示，此时附加电源U_f2作用在保护装置处的电流变化量I_f2方向与规定的正方向相同，即电流变化量I_f2方向为正。应当理解，因为在本发明实施例中只对康保站-丰宁站的正极线路进行了展开说明，而对于两站之间的负极线路其实是同样的原理。所以，这里电流变化量是指正极线路的电流变化量，而在实际应用中，可以是对正极线路和负极线路的电流都进行获取，根据两个电流得到线模电流，则电流变化量也就是指线模电流的变化量。需要说明的是，图4a-图4c是指在图3的康宝-丰宁站正极输电线路的整流侧、输电线路和逆变侧出现故障时进行的示例性说明。

通过上述确定电流方向的公式得到电流方向，确定电压方向的公式得到电压方向。根据电压和电流方式是否相同，并且保护装置的位置临近整流侧还是逆变侧，判定故障方向，灵活的判定故障方向，提高故障方向判定的准确度。

在另一本发明实施例中，提供一种柔性直流输电系统线路保护装置，本发明实施例所提供的柔性直流输电系统线路保护装置可以执行本发明任意实施例所提供的柔性直流输电系统线路保护方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。参见图5，该装置包括：数据获取模块510、故障方向判定模块520、区内故障判定模块530、电极确定模块540和线路保护模块550，其中：

数据获取模块510，用于获取线路的电压，以及线模电流；所述线模电流为所述线路的电流与对端线路的电流解耦而得到的电流；所述对端线路为与所述线路具有相同的整流侧和逆变侧，并与所述线路的电极相反的线路；故障方向判定模块520，用于在保护装置进入启动状态的情况下，根据所述电压的电压方向、所述线模电流的电流方向以及所述保护装置的位置判定发生故障的线路的故障方向，所述故障方向包括正向或者反向，所述保护装置的位置包括临近所述线路的整流侧或者所述逆变侧，正向是指所述整流侧指向所述逆变侧的方向；区内故障判定模块530，用于在所述保护装置临近所述整流侧且所述故障方向为正向，或者在所述保护装置临近所述逆变侧且所述故障方向为反向时，根据所述线模电流的首个本征模态函数信号判定故障是否为区内故障；所述本征模态函数信号由所述线模电流分解而得到；电极确定模块540，用于若是区内故障，根据所述线路和所述对端线路的电流幅值判定发生故障的线路的电极；线路保护模块550，用于在发生故障的线路的电极与所述线路的电极相同的情况下，通过保护装置动作进行线路保护。

进一步的，本发明实施例中，故障方向判定模块520还用于：在所述保护装置临近所述整流侧且电压方向和电流方向不同的情况下，所述故障方向为正向；在所述保护装置临近所述逆变侧且电压方向和电流方向相同的情况下，所述故障方向为反向。

进一步的，本发明实施例中，装置还包括：

方向确定模块，用于确定电压方向和电流方向，具体用于：

通过下述公式判定电压方向：

其中，m＝1，2，……，n，n为时间窗内的采样点数，k为可靠系数，U₁为额定电压，b为预设倍数，△u表示电压变化量；

通过下述公式判定电流方向：

其中，i为获取的线模电流，i₁为所述柔性直流输电系统正常运行时的线模电流，t₁为时间窗开始的时刻，t₂为时间窗结束的时刻。

进一步的，本发明实施例中，区内故障判定模块530还用于：

通过经验模态分解方式，将线模电流分解出多个本征模态函数信号，获得首个本征模态函数信号，将首个本征模态函数信号进行转化，得到波形能量；

其中，S表示所述波形能量，t₁为时间窗开始的时刻，t₂为时间窗结束的时刻，y(x)为首个本征模态函数信号；

根据波形能量与预设能量阈值的比较结果，判定所述故障是否为区内故障。

进一步的，本发明实施例中，区内故障判定模块530还用于：

在保护装置临近所述整流侧，且波形能量大于预设能量阈值的情况下，判定所述故障为正向区内故障；在保护装置临近所述逆变侧，且波形能量小于预设能量阈值的情况下，判定所述故障为反向区内故障。

进一步的，本发明实施例中，电流幅值为低频暂态电流幅值，电极确定模块540还用于：

计算两个低频暂态电流幅值比值，根据所述比值与整定值，确定故障线路的电极；

其中，K表示所述比值，K₁表示正极故障整定值，K₂表示负极故障整定值，所述级间故障为线路和对端线路都发生故障；

通过下述公式获得所述比值，

其中，i＝1,2,……n，n为时间窗内的采样点数，i_11i表示第i个采样点的正极线路的低频暂态电流幅值，i_22i表示第i个采样点的负极线路的低频暂态电流幅值，当所述线路为正极线路时，所述对端线路为负极线路，当所述线路为负极线路时，所述对端线路为正极线路，电极为正极的线路称为正极线路，电极为负极的线路称为负极线路。

进一步的，本发明实施例中，装置还包括：

保护装置启动模块，用于当电压大于预设整定值时，判定启动保护装置，

其中，u为电压，t为时间，△s为预设整定值。

本发明实施例的技术方案，通过获取线路的电压，以及线模电流，并在保护装置进入启动状态的情况下，根据电压的电压方向，线模电流的电流方向以及保护装置的位置判定发生故障的线路的故障方向。故障方向包括正向和负向，正向是指整流侧指向逆变侧的方向。在保护装置临近整流侧并且故障方向为正向，或者在保护装置临近逆变侧并且故障方向为反向时，根据线模电流的首个本征模态函数信号判定故障是否为区内故障。若是区内故障，根据线路和对端线路的电流幅值判定发生故障的线路的电极，在发生故障的线路的电机与线路的电极相同的情况下，通过保护装置动作进行线路保护。本发明实施例的技术方案，实现了通过对电压和电流的各种操作，可以知道故障方向、是否为区内故障以及是否是当前的线路发生故障，准确的定位，进而通过线路的保护装置的动作，对线路进行保护，提高了保护的准确度。

值得注意的是，上述装置所包括的各个模块只是按照功能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各功能模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明实施例的保护范围。

在另一个本发明实施例中提供的一种电子设备。参见图6，图6示出了适于用来实现本发明实施例实施方式的示例性电子设备60的框图。图6显示的电子设备60仅仅是一个示例，不应对本发明实施例的功能和使用范围带来任何限制。

如图6所示，电子设备60以通用计算设备的形式表现。电子设备60的组件可以包括但不限于：一个或者多个处理器或者处理单元601，系统存储器602，连接不同系统组件(包括系统存储器602和处理单元601)的总线603。

总线603表示几类总线结构中的一种或多种，包括存储器总线或者存储器控制器，外围总线，图形加速端口，处理器或者使用多种总线结构中的任意总线结构的局域总线。举例来说，这些体系结构包括但不限于工业标准体系结构(ISA)总线，微通道体系结构(MAC)总线，增强型ISA总线、视频电子标准协会(VESA)局域总线以及外围组件互连(PCI)总线。

电子设备60典型地包括多种计算机系统可读介质。这些介质可以是任何能够被电子设备60访问的可用介质，包括易失性和非易失性介质，可移动的和不可移动的介质。

系统存储器602可以包括易失性存储器形式的计算机系统可读介质，例如随机存取存储器(RAM)604和/或高速缓存存储器605。电子设备60可以进一步包括其它可移动/不可移动的、易失性/非易失性计算机系统存储介质。仅作为举例，存储系统606可以用于读写不可移动的、非易失性磁介质(图6未显示，通常称为“硬盘驱动器”)。尽管图6中未示出，可以提供用于对可移动非易失性磁盘(例如“软盘”)读写的磁盘驱动器，以及对可移动非易失性光盘(例如CD-ROM,DVD-ROM或者其它光介质)读写的光盘驱动器。在这些情况下，每个驱动器可以通过一个或者多个数据介质接口与总线603相连。存储器602可以包括至少一个程序产品，该程序产品具有一组(例如至少一个)程序模块，这些程序模块被配置以执行本发明各实施例的功能。

具有一组(至少一个)程序模块607的程序/实用工具608，可以存储在例如存储器602中，这样的程序模块607包括但不限于操作系统、一个或者多个应用程序、其它程序模块以及程序数据，这些示例中的每一个或某种组合中可能包括网络环境的实现。程序模块607通常执行本发明所描述的实施例中的功能和/或方法。

电子设备60也可以与一个或多个外部设备609(例如键盘、指向设备、显示器610等)通信，还可与一个或者多个使得用户能与该电子设备60交互的设备通信，和/或与使得该电子设备60能与一个或多个其它计算设备进行通信的任何设备(例如网卡，调制解调器等等)通信。这种通信可以通过输入/输出(I/O)接口611进行。并且，电子设备60还可以通过网络适配器612与一个或者多个网络(例如局域网(LAN)，广域网(WAN)和/或公共网络，例如因特网)通信。如图所示，网络适配器612通过总线603与电子设备60的其它模块通信。应当明白，尽管图6中未示出，可以结合电子设备60使用其它硬件和/或软件模块，包括但不限于：微代码、设备驱动器、冗余处理单元、外部磁盘驱动阵列、RAID系统、磁带驱动器以及数据备份存储系统等。

处理单元601通过运行存储在系统存储器602中的程序，从而执行各种功能应用以及数据处理，例如实现本发明实施例所提供的柔性直流输电系统线路保护方法。

在另一本发明实施例中，提供一种包含计算机可执行指令的存储介质，所述计算机可执行指令在由计算机处理器执行时用于执行一种柔性直流输电系统线路保护方法，所述方法包括：

获取线路的电压，以及线模电流；所述线模电流为所述线路的电流与对端线路的电流解耦而得到的电流；所述对端线路为与所述线路具有相同的整流侧和逆变侧，并与所述线路的电极相反的线路；在保护装置进入启动状态的情况下，根据所述电压的电压方向、所述线模电流的电流方向以及所述保护装置的位置判定发生故障的线路的故障方向，所述故障方向包括正向或者反向，所述保护装置的位置包括临近所述线路的整流侧或者所述逆变侧，正向是指所述整流侧指向所述逆变侧的方向；在所述保护装置临近所述整流侧且所述故障方向为正向，或者在所述保护装置临近所述逆变侧且所述故障方向为反向时，根据所述线模电流的首个本征模态函数信号判定故障是否为区内故障；所述本征模态函数信号由所述线模电流分解而得到；若是区内故障，根据所述线路和所述对端线路的电流幅值判定发生故障的线路的电极；在发生故障的线路的电极与所述线路的电极相同的情况下，通过保护装置动作进行线路保护。

本发明实施例的计算机存储介质，可以采用一个或多个计算机可读的介质的任意组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质。计算机可读存储介质例如可以是——但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本文件中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。

计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。

计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括——但不限于无线、电线、光缆、RF等等，或者上述的任意合适的组合。

可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本发明实施例操作的计算机程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如Java、Smalltalk、C++，还包括常规的过程式程序设计语言——诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络——包括局域网(LAN)或广域网(WAN)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。

以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种柔性直流输电系统线路保护方法，其特征在于，包括：

获取线路的电压，以及线模电流；所述线模电流为所述线路的电流与对端线路的电流解耦而得到的电流；所述对端线路为与所述线路具有相同的整流侧和逆变侧，并与所述线路的电极相反的线路；

在保护装置进入启动状态的情况下，根据所述电压的电压方向、所述线模电流的电流方向以及所述保护装置的位置判定发生故障的线路的故障方向，所述故障方向包括正向或者反向，所述保护装置的位置包括临近所述线路的整流侧或者所述逆变侧，正向是指所述整流侧指向所述逆变侧的方向；

在所述保护装置临近所述整流侧且所述故障方向为正向，或者在所述保护装置临近所述逆变侧且所述故障方向为反向时，根据所述线模电流的首个本征模态函数信号判定故障是否为区内故障；所述本征模态函数信号由所述线模电流分解而得到；

若是区内故障，根据所述线路和所述对端线路的电流幅值判定发生故障的线路的电极；

在发生故障的线路的电极与所述线路的电极相同的情况下，通过保护装置动作进行线路保护。

2.根据权利要求1所述的柔性直流输电系统线路保护方法，其特征在于，所述根据所述电压的电压方向、所述线模电流的电流方向以及所述保护装置的位置判定发生故障的线路的故障方向，包括：

在所述保护装置临近所述整流侧且电压方向和电流方向不同的情况下，所述故障方向为正向；

在所述保护装置临近所述逆变侧且电压方向和电流方向相同的情况下，所述故障方向为反向。

3.根据权利要求2所述的柔性直流输电系统线路保护方法，其特征在于，在所述根据所述电压的电压方向、所述线模电流的电流方向以及所述保护装置的位置判定发生故障的线路的故障方向之前，还包括：

确定电压方向和电流方向，具体包括：

通过下述公式判定电压方向：

其中，m＝1，2，……，n，n为时间窗内的采样点数，k为可靠系数，U₁为额定电压，b为预设倍数，△u表示电压变化量；

通过下述公式判定电流方向：

其中，i为获取的线模电流，i₁为所述柔性直流输电系统正常运行时的线模电流，t₁为时间窗开始的时刻，t₂为时间窗结束的时刻。

4.根据权利要求2所述的柔性直流输电系统线路保护方法，其特征在于，所述根据所述线模电流的首个本征模态函数信号判定故障是否为区内故障，包括：

通过经验模态分解方式，将线模电流分解出多个本征模态函数信号，获得首个本征模态函数信号，将首个本征模态函数信号进行转化，得到波形能量；

其中，S表示所述波形能量，t₁为时间窗开始的时刻，t₂为时间窗结束的时刻，y(x)为首个本征模态函数信号；

根据波形能量与预设能量阈值的比较结果，判定所述故障是否为区内故障。

5.根据权利要求4所述的柔性直流输电系统线路保护方法，其特征在于，所述根据波形能量与预设能量阈值的比较结果，判定所述故障是否为区内故障，包括：

在保护装置临近所述整流侧，且波形能量大于预设能量阈值的情况下，判定所述故障为正向区内故障；

在保护装置临近所述逆变侧，且波形能量小于预设能量阈值的情况下，判定所述故障为反向区内故障。

6.根据权利要求1所述的柔性直流输电系统线路保护方法，其特征在于，所述电流幅值为低频暂态电流幅值，

所述根据所述线路和所述对端线路的电流幅值判定发生故障的线路的电极，包括：

计算两个低频暂态电流幅值比值，根据所述比值与整定值，确定故障线路的电极；

其中，K表示所述比值，K₁表示正极故障整定值，K₂表示负极故障整定值，所述级间故障为所述线路和所述对端线路都发生故障；

通过下述公式获得所述比值，

其中，i＝1,2,……n，n为时间窗内的采样点数，i_11i表示第i个采样点的正极线路的低频暂态电流幅值，i_22i表示第i个采样点的负极线路的低频暂态电流幅值，当所述线路为正极线路时，所述对端线路为负极线路，当所述线路为负极线路时，所述对端线路为正极线路，电极为正极的线路称为正极线路，电极为负极的线路称为负极线路。

7.根据权利要求1所述的柔性直流输电系统线路保护方法，其特征在于，所述在保护装置进入启动状态的情况下，根据所述电压的电压方向、所述线模电流的电流方向以及所述保护装置的位置判定发生故障的线路的故障方向之前，还包括：

当电压大于预设整定值时，判定启动保护装置，

其中，u为电压，t为时间，△s为预设整定值。

8.一种柔性直流输电系统线路保护装置，其特征在于，包括：

数据获取模块，用于获取线路的电压，以及线模电流；所述线模电流为所述线路的电流与对端线路的电流解耦而得到的电流；所述对端线路为与所述线路具有相同的整流侧和逆变侧，并与所述线路的电极相反的线路；

故障方向判定模块，用于在保护装置进入启动状态的情况下，根据所述电压的电压方向、所述线模电流的电流方向以及所述保护装置的位置判定发生故障的线路的故障方向，所述故障方向包括正向或者反向，所述保护装置的位置包括临近所述线路的整流侧或者所述逆变侧，正向是指所述整流侧指向所述逆变侧的方向；

区内故障判定模块，用于在所述保护装置临近所述整流侧且所述故障方向为正向，或者在所述保护装置临近所述逆变侧且所述故障方向为反向时，根据所述线模电流的首个本征模态函数信号判定故障是否为区内故障；所述本征模态函数信号由所述线模电流分解而得到；

电极确定模块，用于若是区内故障，根据所述线路和所述对端线路的电流幅值判定发生故障的线路的电极；

线路保护模块，用于在发生故障的线路的电极与所述线路的电极相同的情况下，通过保护装置动作进行线路保护。

9.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括：

一个或多个处理器；

存储装置，用于存储一个或多个程序，

当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如权利要求1-7中任一所述的柔性直流输电系统线路保护方法。

10.一种包含计算机可执行指令的存储介质，其特征在于，所述计算机可执行指令在由计算机处理器执行时用于执行如权利要求1-7中任一所述的柔性直流输电系统线路保护方法。

Images