CN115425626A - 基于故障电压行波补偿的混合直流线路保护方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于故障电压行波补偿的混合直流线路保护方法及系统，仅需利用直流线路单端测量点的电压、电流信息作为直流线路故障判据，与双端保护方法相比，避免了因线路较长导致的高通信延时问题，保护动作速度快；利用直流线路故障时线模故障电压与过渡电阻之间呈线性负相关关系对线模故障电压进行补偿，消除了过渡电阻对线模故障电压的影响，一定程度上提高了保护动作的灵敏性；利用线模故障电流和线模故障电流的连续变化率双重判据作为线路故障保护启动判据，降低了噪声等外界干扰因素导致保护误动的风险。

Description

基于故障电压行波补偿的混合直流线路保护方法及系统

技术领域

本发明涉及混合直流线路保护技术领域，具体涉及基于故障电压行波补偿的混合直流线路保护方法及系统。

背景技术

高压直流输电技术因其输电容量大、输电距离长、损耗低等优点而被广泛使用。高压直流输电线路具有输电距离远、输送容量大、运行环境复杂等特点，一般采用架空线作为电能传输的媒介。然而，实际运行情况表明，高压直流输电线路极易发生短路故障，是高压直流输电系统中故障率最高的设备之一。因此，研究高灵敏度和可靠性的高压直流输电线路保护方法对确保直流系统的安全稳定运行至关重要。

目前，在实际直流工程中，高压直流线路保护一般以行波保护作为主保护，如现有的行波保护以电压、电流行波的突变量和电压变化率作为检测直流线路故障的特征量。虽然行波保护具有故障检测速度快的优点，但根据现场运行情况表明，随着故障电阻的增加，行波保护中的电压、电流幅值都会降低，不利于故障的辨识。当直流线路发生高阻故障时保护灵敏度不足，导致行波保护存在一定的拒动风险。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：当直流线路发生高阻故障时，现有单端行波保护方法存在判据量变化微弱的问题，不能有效解决直流线路发生高阻故障时保护灵敏度不足的问题，行波保护存在拒动风险；本发明目的在于提供基于故障电压行波补偿的混合直流线路保护方法及系统，基于直流线路参数和直流系统运行参数对线模故障电压进行补偿的单端量保护方法，消除了过渡电阻对线模故障电压的影响，提高了保护动作的灵敏性。

本发明通过下述技术方案实现：

本方案提供基于故障电压行波补偿的混合直流线路保护方法，包括步骤：

S1，获取直流线路参数和直流系统运行参数，采样直流线路保护安装处运行参数；

S2，基于直流线路保护安装处运行参数计算采样点的零模故障电流、线模故障电流、零模故障电压、线模故障电压和线模故障电流的连续变化率；

S3，以线模故障电流和线模故障电流的连续变化率判断是否启动线路故障保护；

S4，判定启动线路故障保护后，基于直流线路参数、直流系统运行参数和线模故障电压首峰值对线模故障电压进行补偿；

S5，以补偿后的线模故障电压判断混合直流线路是否发生故障；在判定混合直流线路发生故障的情形下，基于零模故障电压判断线路故障极性。

进一步优化方案为，所述直流线路参数包括：直流线路总长度L，直流线路单位长度的电感L₀、直流线路单位长度的电容C₀、直流线路单位长度的电导R₀、直流线路单位长度的电纳G₀、直流线路线模波阻抗Z_c1、直流线路零模波阻抗Z_c0、直流线路单位长度的线模衰减系数k_a1和线模色散时间常数τ_a1；

所述直流系统运行参数：直流系统整流侧直流电压U_r、直流系统逆变侧直流电压U_i；

直流线路保护安装处运行参数包括：正极直流电压u_p(k)、负极直流电压u_n(k)、正极直流电流i_p(k)和负极直流电流i_n(k)，采样周期T_s，k表示离散采样点序列。

进一步优化方案为，步骤二包括以下子步骤：

S21，基于直流线路保护安装处运行参数计算采样点k的正极线路故障电流分量Δi_p(k)＝i_p(k)-i_p(k-n₀)，负极线路故障电流分量Δi_n(k)＝i_n(k)-i_n(k-n₀)，正极线路故障电压分量Δu_p(k)＝u_p(k)-u_p(k-n₀)，负极线路故障电压分量Δu_n(k)＝u_n(k)-u_n(k-n₀)；i_p(k-n₀)为采样点k前的n₀个采样点的正极电流分量，u_p(k-n₀)为采样点k前的n₀个采样点的正极电压分量，i_n(k-n₀)为采样点k前的n₀个采样点的负极电流分量，u_n(k-n₀)为采样点k前的n₀个采样点的负极电压分量；

S22，对正极线路故障电流分量和负极线路故障电流分量进行相模变换得到采样点k的零模故障电流Δi₀(k)和线模故障电流Δi₁(k)：

对正极线路采样点k的故障电压分量和负极线路采样点k的故障电压分量进行相模变换得到采样点k的零模故障电压Δu₀(k)和线模故障电压Δu₁(k)：

S23，计算采样点k的线模故障电流Δi₁(k)在采样点k后连续3个采样点的变化率：

进一步优化方案为，是否启动线路故障保护的判断过程包括：

用线模故障电流越限启动与线模故障电流的连续变化率启动双重判据作为线路故障保护启动判据：

判据1，Δi₁(k)＞Δi_1set；其中Δi1_set为线模故障电流越限启动阈值；

判据2，

当判据1与判据2同时满足时，启动线路故障保护，记录启动线路故障保护时对应采样点k为k_s，故障时刻t_s＝k_sT_s并进入S4；否则判定线路未发生故障并返回S1。

进一步优化方案为，线模故障电流越限启动阈值Δi_1set＝0.01pu。

进一步优化方案为，步骤四包括以下子步骤：

S41，计算直流系统正常运行时直流线路中点位置x_mid＝L/2处的直流电压U_fmid：

S42，计算直流线路中点位置x_mid＝L/2处接地电阻R_f＝0Ω发生接地故障时保护安装处的线模故障电压分量u_1mid：

计算线路故障保护动作后线模故障电压分量u_1mid在60个采样点中的最大值u_1midmax，并将线模故障电压分量u_1midmax作为补偿参考值；

S43，对于混合直流线路任意位置发生故障，计算线路故障保护动作后线模故障电压分量u_1mid在60个采样点中的最大值u_1max，记录u_1max对应采样点为k_max，u_1max对应到达时刻为t_u1max＝k_maxT_s，u_1max表示为：

u_1max＝max([Δu₁(k_s)，Δu₁(k_s+60)])，

S44，计算混合直流线路任意位置xkm处发生故障时，线模故障电压的补偿系数k_comp为：

S45，在采样点区间[k_s,k_s+k_max]中，将每个采样点对应的线模故障电压均乘以补偿系数k_comp，得到补偿后的线模故障电压u_1comp[k_max-k_s+1]：

u_1comp[k_max-k_s+1]＝k_comp·(Δu₁(k_s),Δu₁(k_s+1),…,Δu₁(k_max))。

进一步优化方案为，混合直流线路是否发生故障的判断方法包括：

以补偿后的线模故障电压u_1comp(k)构造直流线路内外故障的判据：

判据a，|u_1comp(k_s+1)|-|u_1comp(k_s)|＞Δ_set1；其中Δ_set1是直流线路故障区内整定值；

判据b，|u_1comp(k_s+2)|-|u_1comp(k_s)|＞Δ_set2；其中Δ_set2是直流线路故障区内整定值；

判据c，k_comp＜k_rel·k_set；其中k_rel为可靠系数，k_set为直流线路末端发生接地电阻R_f＝500Ω接地故障时的补偿系数；

当判据a、判据b和判据c同时满足时，判定混合直流线路发生故障；否则判定混合直流线路未发生故障。

进一步优化方案为，Δ_set1＝0.08125pu，Δ_set2＝0.125pu，k_set＝5.43且可靠系数k_rel为1.1。

进一步优化方案为，混合直流线路故障的极性判断方法包括：

以零模故障电压Δu₀(k_s)构造故障极性判据：

当Δu₀(k_s)＞u_0set时，判定为正极故障；

当Δu₀(k_s)＜-u_0set时，判定为负极故障；

当-u_0set＜Δu₀(k_s)＜u_0set时，判定为双极故障；

其中，u_0set为故障极判定阈值，按照躲过双极混合系统直流线路发生双极故障时的最大不平衡电压进行整定。本方案中直流线路故障判定阈值依靠实际工程可靠性要求进行整定，提高了线路故障保护动作的可靠性。

本方案还提供基于故障电压行波补偿的混合直流线路保护系统，包括：采集模块、计算模块、第一判定模块、补偿模块和第二判定模块；

所述采集模块用于获取直流线路参数和直流系统运行参数，并采样直流线路保护安装处运行参数；

所述计算模块用于基于直流线路保护安装处运行参数计算采样点的零模故障电流、线模故障电流、零模故障电压、线模故障电压和线模故障电流的连续变化率；

所述第一判定模块用于以线模故障电流和线模故障电流的连续变化率判断是否启动线路故障保护；

所述补偿模块用于在判定启动线路故障保护后，基于直流线路参数和直流系统运行参数对线模故障电压进行补偿；

所述第二判定模块用于以补偿后的线模故障电压判断混合直流线路是否发生故障；在判定混合直流线路发生故障的情形下，基于零模故障电压判断线路故障的极性。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

本发明提供的基于故障电压行波补偿的混合直流线路保护方法及系统，仅需利用直流线路单端测量点的电压、电流行波信息作为故障判据，与双端保护方法相比，避免了因线路较长导致的高通信延时问题，保护动作速度快；利用直流线路故障时线模故障电压与过渡电阻之间呈线性负相关关系对线模故障电压进行补偿，消除了过渡电阻对线模故障电压的影响，一定程度上提高了保护动作的灵敏性；利用线模故障电流和线模故障电流的连续变化率双重判据作为线路故障保护启动判据，降低了噪声等外界干扰因素导致保护误动的风险。

附图说明

为了更清楚地说明本发明示例性实施方式的技术方案，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。在附图中：

图1为基于故障电压行波补偿的混合直流线路保护方法流程示意图；

图2为实施例3混合级联直流输电系统全压运行方式的双极结构示意图；

图3为实施例3混合级联直流输电系统低阀半压运行方式的单极结构示意图。

图4为双极全压运行方式下直流线路不同位置发生故障时整流侧线模故障电压分量的补偿前与补偿后示意图。

图5为双极低阀半压运行下直流线路1500km处发生故障时逆变侧线模故障电压分量的补偿前与补偿后示意图。

图6为双极全压运行方式下直流线路区外故障时整流侧线模故障电压分量的补偿前与补偿后示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

本发明以特高压混合级联直流输电工程作为验证保护方法的对象。该工程首次提出在整流站采用LCC，逆变站高压端采用LCC、低压端采用3个MMC并联的新型混合直流输电结构，其充分利用了传统电流源LCC和电压源MMC输电系统各自的优点，在提高系统运行经济性、控制灵活性、受端电网稳定性等方面具有重要的应用价值。

本发明通过以下实施例解决现有单端行波保护方法存在高阻故障时点气量特征变化微弱，行波保护灵敏度不足的技术问题；

实施例1

本实施例提供基于故障电压行波补偿的混合直流线路保护方法，如图1所示,包括步骤：

S1，获取直流线路参数和直流系统运行参数，采样直流线路保护安装处运行参数；

直流线路参数包括：直流线路长度L，直流线路单位长度的电感L₀、直流线路单位长度的电容C₀、直流线路单位长度的电导R₀、直流线路单位长度的电纳G₀、直流线路线模波阻抗Z_c1、直流线路零模波阻抗Z_c0、直流线路行波线模分量单位长度线路的衰减系数k_a1和畸变系数τ_a1；

直流系统运行参数：直流系统整流侧直流电压U_r、直流系统逆变侧直流电压U_i；

直流线路保护安装处运行参数包括：正极直流电压u_p(k)、负极直流电压u_n(k)、正极直流电流i_p(k)和负极直流电流i_n(k)，采样周期T_s，k表示离散采样点序列；采样周期T_s＝0.01ms，k＝3001,3002,3003…；

S2，基于直流线路保护安装处运行参数计算采样点的零模故障电流、线模故障电流、零模故障电压、线模故障电压和线模故障电流的连续变化率；

步骤二包括以下子步骤：

S21，基于直流线路保护安装处运行参数计算采样点k的正极线路故障电流分量Δi_p(k)＝i_p(k)-i_p(k-n₀)，负极线路故障电流分量Δi_n(k)＝i_n(k)-i_n(k-n₀)，正极线路故障电压分量Δu_p(k)＝u_p(k)-u_p(k-n₀)，负极线路故障电压分量Δu_n(k)＝u_n(k)-u_n(k-n₀)；i_p(k-n₀)为采样点k前的n₀个采样点的正极电流分量，u_p(k-n₀)为采样点k前的n₀个采样点的正极电压分量，i_n(k-n₀)为采样点k前的n₀个采样点的负极电流分量，u_n(k-n₀)为采样点k前的n₀个采样点的负极电压分量；

S22，对正极线路故障电流分量和负极线路故障电流分量进行相模变换得到采样点k的零模故障电流Δi₀(k)和线模故障电流Δi₁(k)：

对正极线路采样点k的故障电压分量和负极线路采样点k的故障电压分量进行相模变换得到采样点k的零模故障电压Δu₀(k)和线模故障电压Δu₁(k)：

S23，计算采样点k的线模故障电流Δi₁(k)在采样点k后连续3个采样点的变化率：

S3，以线模故障电流和线模故障电流的连续变化率判断是否启动线路故障保护；

是否启动线路故障保护的判断过程包括：

用线模故障电流越限启动与线模故障电流的连续变化率启动双重判据作为线路故障保护启动判据：

判据1，Δi₁(k)＞Δi_1set；其中Δi_1set为线模故障电流越限启动阈值；

判据2，

当判据1与判据2同时满足时，启动线路故障保护，记录启动线路故障保护时对应采样点k为k_s，故障时刻t_s＝k_sT_s并进入S4；否则判定线路未发生故障并返回S1。

线模故障电流越限启动阈值Δi_1set＝0.01pu。

S4，判定启动线路故障保护后，基于直流线路参数、直流系统运行参数和线模故障电压首峰值对线模故障电压进行补偿；步骤四包括以下子步骤：

S41，计算直流系统正常运行时直流线路中点位置x_mid＝L/2处的直流电压U_fmid：

S42，计算直流线路中点位置x_mid＝L/2处接地电阻R_f＝0Ω发生接地故障时保护安装处的线模故障电压分量u_1mid：

计算线路故障保护动作后线模故障电压分量u_1mid在60个采样点中的最大值u_1midmax，并将线模故障电压分量u_1midmax作为补偿参考值；

S43，对于混合直流线路任意位置发生故障，计算线路故障保护动作后线模故障电压分量u_1mid在60个采样点中的最大值u_1max，记录u_1max对应采样点为k_max，u_1max对应到达时刻为t_u1max＝k_maxT_s，u_1max表示为：

u_1max＝max([Δu₁(k_s)，Δu₁(k_s+60)])，

S44，计算混合直流线路任意位置xkm处发生故障时，线模故障电压的补偿系数k_comp为：

S45，在采样点区间[k_s,k_s+k_max]中，将每个采样点对应的线模故障电压均乘以补偿系数k_comp，得到补偿后的线模故障电压u_1comp[k_max-k_s+1]：

u_1comp[k_max-k_s+1]＝k_comp·(Δu₁(k_s),Δu₁(k_s+1),…,Δu₁(k_max))。

S5，以补偿后的线模故障电压判断混合直流线路是否发生故障；在判定混合直流线路发生故障的情形下，基于零模故障电压判断线路故障极性。

混合直流线路是否发生故障的判断方法包括：

以补偿后的线模故障电压u_1comp(k)构造直流线路内外故障的判据：

判据a，|u_1comp(k_s+1)|-|u_1comp(k_s)|＞Δ_set1；其中Δ_set1是直流线路故障区内整定值；

判据b，|u_1comp(k_s+2)|-|u_1comp(k_s)|＞Δ_set2；其中Δ_set2是直流线路故障区内整定值；

判据c，k_comp＜k_rel·k_set；其中k_rel为可靠系数，k_set为直流线路末端发生接地电阻R_f＝500Ω接地故障时的补偿系数；

当判据a、判据b和判据c同时满足时，判定混合直流线路发生故障；否则判定混合直流线路未发生故障。

混合直流线路故障的极性判断方法包括：

以零模故障电压Δu₀(k_s)构造故障极性判据：

当Δu₀(k_s)＞u_0set时，判定为正极故障；

当Δu₀(k_s)＜-u_0set时，判定为负极故障；

当-u_0set＜Δu₀(k_s)＜u_0set时，判定为双极故障；

其中，u_0set为故障极判定阈值，按照躲过双极混合系统直流线路发生双极故障时的最大不平衡电压进行整定。

实施例2

本实施例提供基于故障电压行波补偿的混合直流线路保护系统，包括：采集模块、计算模块、第一判定模块、补偿模块和第二判定模块；

所述采集模块用于获取直流线路参数和直流系统运行参数，并采样直流线路保护安装处运行参数；

所述计算模块用于基于直流线路保护安装处运行参数计算采样点的零模故障电流、线模故障电流、零模故障电压、线模故障电压和线模故障电流的连续变化率；

所述第一判定模块用于以线模故障电流和线模故障电流的连续变化率判断是否启动线路故障保护；

所述补偿模块用于在判定启动线路故障保护后，基于直流线路参数和直流系统运行参数对线模故障电压进行补偿；

所述第二判定模块用于以补偿后的线模故障电压判断混合直流线路是否发生故障；在判定混合直流线路发生故障的情形下，基于零模故障电压判断线路故障的极性。

实施例3

为验证本发明设计的混合直流线路保护方法的正确性，在PSCAD/EMTDC中搭建了如图2所示的混合直流输电系统全压运行方式的双极仿真模型、低阀半压运行方式的双极仿真模型。全压双极仿真模型中任意一极的整流站采用双12脉动LCC串联，逆变站高压侧为单个12脉动LCC、低压侧采用三个MMC并联；低阀半压双极仿真模型中任意一极的整流站采用单12脉动LCC，逆变站采用三个MMC并联。直流线路采用频变参数模型，线路总长度设置为2086km，并在LCC换流器出线端与直流线路之间、接地极与换流器之间各自串联连接150mH的平波电抗器。f₁代表直流线路区内故障、f₂、f₃分别代表直流线路反向、正向区外故障。

图3显示了直流线路保护区内分别在100km、1000km位置处发生接地故障，故障电阻R_f＝0、50、100、200、500Ω时线模故障电压分量的补偿效果，从仿真结果可知，随着过渡电阻的增大，线模故障电压分量幅值明显减小，从补偿效果可知，随着过渡电阻的增大，补偿系数也随之增加；随着故障距离的增大，线模故障电压增速更加缓慢，线模故障电压到达峰值的时间也有所增加。同时，不同过渡电阻情况下补偿后的线模故障电压完全重合，表明过渡电阻与线模故障电压之间呈线性关系，经过补偿后线模故障电压幅值与线路中点处金属性故障时线模故障电压幅值相等，降低了过渡电阻对行波保护灵敏度的影响。

图4为双极全压运行方式下直流线路不同位置发生故障时整流侧线模故障电压分量的补偿前与补偿后示意图，其中，图4-a为直流线路100km处故障，图4-b为直流线路1000km处故障，故障电阻R_f＝0、50、100、200、500Ω时线模故障电压分量的补偿效果。从仿真结果可知，补偿前线模故障电压分量幅值随着过渡电阻的增大明显减小；补偿后线模故障电压分量幅值随着过渡电阻的增大而不发生变化。从补偿结果可知，随着过渡电阻的增大，补偿系数也随之增加；随着故障距离的增大，线模故障电压增速变得缓慢，线模故障电压到达峰值的时间也有所增加。同时，不同过渡电阻情况下补偿后的线模故障电压完全重合，表明过渡电阻与线模故障电压之间呈线性关系，经过补偿后线模故障电压幅值与线路中点处金属性故障时线模故障电压幅值相等，降低了过渡电阻对行波保护灵敏度的影响。

图5为双极低阀半压运行下直流线路1500km处发生故障时逆变侧线模故障电压分量的补偿前与补偿后示意图。图6为双极全压运行方式下直流线路区外故障时整流侧线模故障电压分量的补偿前与补偿后示意图，其中，图6-a为直流线路反向区外故障，图6-b为直流线路正向区外故障。在直流线路区外发生接地故障后，受平波电抗器和直流滤波器边界作用导致线模故障电压分量与过渡电阻不再满足线性关系，且经过补偿后线模故障电压分量的变化十分平缓。因此，通过补偿后的线模故障电压变化量的增量及补偿系数可直接进行直流线路区内外故障的判断。

进一步的，为了验证所设计的混合直流线路保护方法在不同位置发生接地故障时保护算法的适应性，分别设置全压双极直流正极线路100、700、1000、1200、2000km处，负极线路1000km处发生接地故障，接地电阻R_f＝100Ω，同时分别在正极线路正向区外和负极线路反向区外设置金属性接地故障(R_f＝0Ω)，在应用本发明所设计的保护方法后，得到故障识别仿真结果如表1所示。其中P表示正极线路、N代表负极线路，其中“f₁-P-100”表示正极直流线路距离整流侧100km处发生故障。

表1 考虑不同故障位置的仿真结果

故障位置	ΔU<sub>bc1</sub>/kV	ΔU<sub>bc2</sub>/kV	k<sub>comp</sub>	Δu<sub>0</sub>/kV	判断结果
						f<sub>1</sub>-P-100	112.89	110.78	1.30	-534.0	区内/正极
f<sub>1</sub>-P-700	154.03	287.5	1.60	-384.3	区内/正极
						f<sub>1</sub>-P-1000	123.17	230.64	1.70	-361.0	区内/正极
f<sub>1</sub>-P-1200	108.37	215.42	1.78	-322.7	区内/正极
						f<sub>1</sub>-P-2000	75.1	140.1	2.02	-242.6	区内/正极
f<sub>1</sub>-N-1000	123.17	230.64	1.70	361.3	区内/负极
						f<sub>2</sub>-N	12.7	25.6	4.48	261.6	区外/负极
f<sub>3</sub>-P	40.8	78.5	6.21	-70.89	区外/正极

从表1的仿真结果可以看出，HVDC系统的内部故障和外部故障都可以通过所提出的方案正确检测出来。内部故障的最大补偿系数为2.02。但当直流电线的前向外部故障发生时，其补偿系数为6.21。对于发生在同一地点不同极的故障，线路模式电压的变化量是相同的，使用零模电压可以正确识别故障极。

进一步的，为了验证所设计的直流线路单端行波保护方法在不同故障过渡电阻情况下的耐受性能，分别设置了在全压双极直流线路正极100km处和正向区外分别发生0、100、200、500Ω接地故障，得到故障识别仿真结果如表2所示。

表2 考虑不同故障电阻的仿真结果

从表2仿真结果可知，在不同过渡电阻接地故障情况下，对于同一保护启动时刻，经过补偿后的线模故障电压与在相同位置故障后的线模故障电压差值相同，而对于不同的保护启动时刻，在不同的过渡电阻情况下，由于补偿系数是以保护启动后0.6ms内线模故障电压的最大值作为补偿对象，将导致补偿后的线模故障电压增量存在差异。仿真结果表明，利用补偿后的线模故障电压可以消除故障电阻的影响。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、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.基于故障电压行波补偿的混合直流线路保护方法，其特征在于，包括步骤：

S1，获取直流线路参数和直流系统运行参数，采样直流线路保护安装处运行参数；

S2，基于直流线路保护安装处运行参数计算采样点的零模故障电流、线模故障电流、零模故障电压、线模故障电压和线模故障电流的连续变化率；

S3，以线模故障电流和线模故障电流的连续变化率判断是否启动线路故障保护；

S4，判定启动线路故障保护后，基于直流线路参数、直流系统运行参数和线模故障电压首峰值对线模故障电压进行补偿；

S5，以补偿后的线模故障电压判断混合直流线路是否发生故障；在判定混合直流线路发生故障的情形下，基于零模故障电压判断线路故障极性。

2.根据权利要求1所述的基于故障电压行波补偿的混合直流线路保护方法，其特征在于，所述直流线路参数包括：直流线路总长度L，直流线路单位长度的电感L₀、直流线路单位长度的电容C₀、直流线路单位长度的电导R₀、直流线路单位长度的电纳G₀、直流线路线模波阻抗Z_c1、直流线路零模波阻抗Z_c0、直流线路单位长度的线模衰减系数k_a1和线模色散时间常数τ_a1；

所述直流系统运行参数：直流系统整流侧直流电压U_r、直流系统逆变侧直流电压U_i；

直流线路保护安装处运行参数包括：正极直流电压u_p(k)、负极直流电压u_n(k)、正极直流电流i_p(k)和负极直流电流i_n(k)，采样周期T_s，k表示离散采样点序列。

3.根据权利要求2所述的基于故障电压行波补偿的混合直流线路保护方法，其特征在于，步骤S2包括以下子步骤：

S21，基于直流线路保护安装处运行参数计算采样点k的正极线路故障电流分量Δi_p(k)＝i_p(k)-i_p(k-n₀)，负极线路故障电流分量Δi_n(k)＝i_n(k)-i_n(k-n₀)，正极线路故障电压分量Δu_p(k)＝u_p(k)-u_p(k-n₀)，负极线路故障电压分量Δu_n(k)＝u_n(k)-u_n(k-n₀)；i_p(k-n₀)为采样点k前的n₀个采样点的正极电流分量，u_p(k-n₀)为采样点k前的n₀个采样点的正极电压分量，i_n(k-n₀)为采样点k前的n₀个采样点的负极电流分量，u_n(k-n₀)为采样点k前的n₀个采样点的负极电压分量；

S22，对正极线路故障电流分量和负极线路故障电流分量进行相模变换得到采样点k的零模故障电流Δi₀(k)和线模故障电流Δi₁(k)：

对正极线路采样点k的故障电压分量和负极线路采样点k的故障电压分量进行相模变换得到采样点k的零模故障电压Δu₀(k)和线模故障电压Δu₁(k)：

S23，计算采样点k的线模故障电流Δi₁(k)在采样点k后连续3个采样点的变化率：

4.根据权利要求3所述的基于故障电压行波补偿的混合直流线路保护方法，其特征在于，是否启动线路故障保护的判断过程包括：

用线模故障电流越限启动与线模故障电流的连续变化率启动双重判据作为线路故障保护启动判据：

判据1，Δi₁(k)＞Δi_1set；其中Δi_1set为线模故障电流越限启动阈值；

判据2，

当判据1与判据2同时满足时，启动线路故障保护，记录启动线路故障保护时对应采样点k为k_s，故障时刻t_s＝k_sT_s并进入S4；否则判定线路未发生故障并返回S1。

5.根据权利要求4所述的基于故障电压行波补偿的混合直流线路保护方法，其特征在于，线模故障电流越限启动阈值Δi_1set＝0.01pu。

6.根据权利要求4所述的基于故障电压行波补偿的混合直流线路保护方法，其特征在于，步骤S4包括以下子步骤：

S41，计算直流系统正常运行时直流线路中点位置x_mid＝L/2处的直流电压U_fmid：

S42，计算直流线路中点位置x_mid＝L/2处接地电阻R_f＝0Ω发生接地故障时保护安装处的线模故障电压分量u_1mid：

计算线路故障保护动作后线模故障电压分量u_1mid在60个采样点中的最大值u_1midmax，并将线模故障电压分量u_1midmax作为补偿参考值；

S43，对于混合直流线路任意位置发生故障，计算线路故障保护动作后线模故障电压分量u_1mid在60个采样点中的最大值u_1max，记录u_1max对应采样点为k_max，u_1max对应到达时刻为t_u1max＝k_maxT_s，u_1max表示为：

u_1max＝max([Δu₁(k_s)，Δu₁(k_s+60)])，

S44，计算混合直流线路任意位置xkm处发生故障时，线模故障电压的补偿系数k_comp为：

S45，在采样点区间[k_s,k_s+k_max]中，将每个采样点对应的线模故障电压均乘以补偿系数k_comp，得到补偿后的线模故障电压u_1comp[k_max-k_s+1]：

u_1comp[k_max-k_s+1]＝k_comp·(Δu₁(k_s),Δu₁(k_s+1),…,Δu₁(k_max))。

7.根据权利要求5所述的基于故障电压行波补偿的混合直流线路保护方法，其特征在于，混合直流线路是否发生故障的判断方法包括：

以补偿后的线模故障电压u_1comp(k)构造直流线路内外故障的判据：

判据a，|u_1comp(k_s+1)|-|u_1comp(k_s)|＞Δ_set1；其中Δ_set1是直流线路故障区内整定值；

判据b，|u_1comp(k_s+2)|-|u_1comp(k_s)|＞Δ_set2；其中Δ_set2是直流线路故障区内整定值；

判据c，k_comp＜k_rel·k_set；其中k_rel为可靠系数，k_set为直流线路末端发生接地电阻R_f＝500Ω接地故障时的补偿系数；

当判据a、判据b和判据c同时满足时，判定混合直流线路发生故障；否则判定混合直流线路未发生故障。

8.根据权利要求7所述的基于故障电压行波补偿的混合直流线路保护方法，其特征在于，Δ_set1＝0.08125pu，Δ_set2＝0.125pu，k_set＝5.43且可靠系数k_rel＝1.1。

9.根据权利要求7所述的基于故障电压行波补偿的混合直流线路保护方法，其特征在于，混合直流线路故障的极性判断方法包括：

以零模故障电压Δu₀(k_s)构造故障极性判据：

当Δu₀(k_s)＞u_0set时，判定为正极故障；

当Δu₀(k_s)＜-u_0set时，判定为负极故障；

当-u_0set＜Δu₀(k_s)＜u_0set时，判定为双极故障；

其中，u_0set为故障极判定阈值，按照躲过双极混合系统直流线路发生双极故障时的最大不平衡电压进行整定。

10.基于故障电压行波补偿的混合直流线路保护系统，其特征在于，包括：采集模块、计算模块、第一判定模块、补偿模块和第二判定模块；

所述采集模块用于获取直流线路参数和直流系统运行参数，并采样直流线路保护安装处运行参数；

所述计算模块用于基于直流线路保护安装处运行参数计算采样点的零模故障电流、线模故障电流、零模故障电压、线模故障电压和线模故障电流的连续变化率；

所述第一判定模块用于以线模故障电流和线模故障电流的连续变化率判断是否启动线路故障保护；

所述补偿模块用于在判定启动线路故障保护后，基于直流线路参数和直流系统运行参数对线模故障电压进行补偿；

所述第二判定模块用于以补偿后的线模故障电压判断混合直流线路是否发生故障；在判定混合直流线路发生故障的情形下，基于零模故障电压判断线路故障的极性。

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