一種基于分布參數模型下利用電流突變特性的特高壓直流線路保護方法技術

一種基于分布參數模型下利用電流突變特性的特高壓直流線路保護方法，該保護通過智能電子設備(IED)對直流線路兩端互感器測量到的電壓、電流信號進行處理，然后根據電流突變量極性來識別區內、區外故障。保護采用分布參數模型進行分布電容電流補償，消除了分布電容電流和數據不同步的影響。保護判據選取電流信息中頻段為[0，100]Hz的分量，避免了直流側特征諧波、雙極直流線路之間的電磁耦合以及雷擊干擾的影響。線路兩端電流突變量的極性為布爾量，縱聯信道通信量小。本發明專利技術一種基于分布參數模型下利用電流突變特性的特高壓直流線路保護方法，僅利用電流突變量的極性來識別區內、區外故障，原理簡單、通信量小、穩定可靠。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于電力系統繼電保護領域，特別涉及一種基于分布參數模型下利用電流突變特性的特高壓直流線路保護方法。
技術介紹
特高壓直流輸電在遠距離、大容量輸電和大區互聯中得到廣泛應用，但是目前特高壓直流輸電工程繼電保護的可靠性還明顯偏低，特別是直流線路的保護。因此，亟待研究新的穩定可靠、響應快速、耐過渡電阻能力強、抗雷電干擾、具有絕對選擇性的特高壓直流輸電線路保護方法。行波保護是現有特高壓直流線路保護的主保護，關于提高行波保護性能的方法主要集中在兩個方面：一是引入信號處理方法，更好地利用故障分量的頻率特性來識別故障；二是利用特高壓直流線路故障的暫態特征來識別故障。其中，利用特高壓直流線路故障的暫態特征來識別故障是提高行波保護性能的主要思路。例如，利用線路兩端電流的突變來識別區內外故障，就是一種簡單易行的特高壓直流線路保護方案(高淑萍,索南加樂,宋國兵,張健康,侯卓.利用電流突變特性的高壓直流輸電線路縱聯保護新原理[J].電力系統自動化,2011,35(05):52-56.)，但是該方案沒有考慮到長線路分布電容電流和數據不同步的影響，同時耐受過渡電阻能力有限且易受雷電干擾。
技術實現思路
為了克服上述現有技術的不足，本專利技術提供一種基于分布參數模型下利用電流突變特性的特高壓直流線路保護方法。該保護方法采用分布參數模型，即通過IED進行分布電容電流補償，消除了分布電容電流和數據不同步對保護的影響。保護判據選取電流信息中頻段為[0，100]Hz的分量，避免了直流側特征諧波、雙極直流線路之間的電磁耦合以及雷擊干擾的影響。線路兩端電流突變量的極性為布爾量，縱聯信道通信量小。本專利技術所采用的技術方案是：一種基于分布參數模型下利用電流突變特性的特高壓直流線路保護方法，根據特高壓直流線路區內、外故障時，線路兩端電流突變量極性來識別區內、外故障；區內故障時，線路兩端檢測到的電流突變量的極性相反；區外故障時，線路兩端檢測到的電流突變量的極性相同。一種基于分布參數模型下利用電流突變特性的特高壓直流線路保護方法，包括以下步驟：步驟一：利用安裝在直流線路兩端的電壓互感器和電流互感器，檢測線路兩端的電壓、電流；步驟二：通過IED對線路兩端電流互感器檢測到的電流進行分布電容電流補償；步驟三：對補償后的電流進行濾波，利用IED選取頻段為[0，100]Hz的分量；步驟四：由處理后的電流計算線路兩端電流的突變量ΔI；步驟五：用突變量的絕對值|ΔI|與整定值Iset進行比較，判斷是否有故障產生；步驟六：若判斷為有故障產生，則根據突變量的正負極性，判斷故障是在區內還是區外；步驟七：若判斷為直流線路區內故障，則保護動作。步驟四中，采用1ms的數據窗，用檢測到的第一個電流峰值與正常運行時的電流值之差，作為電流的突變量ΔI，門檻值Iset選取0.1pu。通過IED對電流互感器采集到的電流進行補償，消除了分布電容電流和數據不同步對保護的影響。保護判據選取電流信息中頻段為[0，100]Hz的分量，避免了直流側特征諧波、雙極直流線路之間的電磁耦合以及雷擊干擾的影響。線路兩端電流突變量的極性為布爾量，縱聯信道通信量小。本專利技術一種基于分布參數模型下利用電流突變特性的特高壓直流線路保護方法，有益效果為：(1)、僅利用電流突變量的極性來識別區內、區外故障，原理簡單、通信量小、穩定可靠。(2)、保護量采用特定低頻分量，排除了高頻特征諧波和同桿并架雙極直流線路之間電磁耦合的影響；(3)、采樣率低，易于工程實現；(4)、選擇性好，抗雷電干擾能力強；(5)、耐過度電阻能力強，可以實現全線保護。附圖說明圖1為直流傳輸線路示意圖。圖2為無損直流均勻傳輸線等值電路。圖3為正常運行時正極直流系統電路。圖4為正極直流線路區內故障時故障網絡圖。圖5為正極直流線路整流側故障時的故障網絡圖。圖6為正極直流線路逆變側故障時的故障網絡圖。圖7為本專利技術系統方案圖。圖8為正極直流線路區內故障結果圖。圖9為正極直流線路整流側故障結果圖。圖10為正極直流線路逆變側故障結果圖。具體實施方式一種基于分布參數模型下利用電流突變特性的特高壓直流線路保護方法，根據特高壓直流線路區內、外故障時，線路兩端電流突變量極性來識別區內、外故障；區內故障時，線路兩端檢測到的電流突變量的極性相反；區外故障時，線路兩端檢測到的電流突變量的極性相同。一種基于分布參數模型下利用電流突變特性的特高壓直流線路保護方法，包括以下步驟：步驟一：利用安裝在直流線路兩端的電壓互感器和電流互感器，檢測線路兩端的電壓、電流；步驟二：通過IED對線路兩端電流互感器檢測到的電流進行分布電容電流補償；步驟三：對補償后的電流進行濾波，利用IED選取頻段為[0，100]Hz的分量；步驟四：由處理后的電流計算線路兩端電流的突變量ΔI；步驟五：用突變量的絕對值|ΔI|與整定值Iset進行比較，判斷是否有故障產生；步驟六：若判斷為有故障產生，則根據突變量的正負極性，判斷故障是在區內還是區外；步驟七：若判斷為直流線路區內故障，則保護動作。步驟四中，采用1ms的數據窗，用檢測到的第一個電流峰值與正常運行時的電流值之差，作為電流的突變量ΔI，門檻值Iset選取0.1pu。通過IED對電流互感器采集到的電流進行補償，消除了分布電容電流和數據不同步對保護的影響。保護判據選取電流信息中頻段為[0，100]Hz的分量，避免了直流側特征諧波、雙極直流線路之間的電磁耦合以及雷擊干擾的影響。線路兩端電流突變量的極性為布爾量，縱聯信道通信量小。現有技術中傳輸是多個字節的測量值，現在只是一個字節的極性布爾量，即0/1，減少了通信量。原理分析：設特高壓直流系統整流側和逆變側分別為M側和N側，uM、uN分別表示M、N側互感器檢測到的電壓，iM、iN分別表示M、N側互感器檢測到的電流，電流的正方向規定為從換流站到直流線路為正。進行分布電容電流補償后的電流設為iM’、iN’，則：式(1)、(2)中，Zc為直流線路的波阻抗，τ為行波從M側傳輸到N側傳輸延時的一半，即采用“半補償”的模式。對補償后的電流進行濾波，通過IED提取頻段為[0，100]Hz的分量，主要考慮到四個因素：(1)特高壓直流系統的直流側存在12k(k為自然數)次和24k次特征諧波，即存在600Hz、1200Hz及其他高頻分量諧波；(2)特高壓直流線路故障時，其故障分量主要集中在低頻段(楊亞宇,邰能靈,劉劍,鄭曉冬.利用邊界能量的高壓直流線路縱聯保護方案[J].中國電機工程學報,2015,35(22):5757–5767.)；(3)高頻分量的采集對硬件要求較高，實際工程中難以實現，另外雷電波也是高頻脈沖，會干擾到保護判別(4)同桿并架的雙極直流線路之間會存在電磁耦合，且其耦合系數隨著頻率先增大后減小，并在[100，10000]Hz的范圍內較大(GangWang,MinWu,HaifengLi,etal.TransientbasedprotectionforHVDClinesusingwavelet-multiresolutionsignaldecomposition[C].TransmissionandDistributionConferenceandExhibition:AsiaandPacific.Dalian,Chi本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于分布參數模型下利用電流突變特性的特高壓直流線路保護方法，其特征在于：根據特高壓直流線路區內、外故障時，線路兩端電流突變量極性來識別區內、外故障；區內故障時，線路兩端檢測到的電流突變量的極性相反；區外故障時，線路兩端檢測到的電流突變量的極性相同。

【技術特征摘要】
1.一種基于分布參數模型下利用電流突變特性的特高壓直流線路保護方法，其特征在于：根據特高壓直流線路區內、外故障時，線路兩端電流突變量極性來識別區內、外故障；區內故障時，線路兩端檢測到的電流突變量的極性相反；區外故障時，線路兩端檢測到的電流突變量的極性相同。2.一種基于分布參數模型下利用電流突變特性的特高壓直流線路保護方法，其特征在于包括以下步驟：步驟一：利用安裝在直流線路兩端的電壓互感器和電流互感器，檢測線路兩端的電壓、電流；步驟二：通過IED對線路兩端電流互感器檢測到的電流進行分布電容電流補償；步驟三：對補償后的電流進行濾波，利用IED選取頻段為[0，100]Hz的分量；步驟四：由處理后的電流計算線路兩端電流的突變量ΔI；步驟五：用突變量的絕對值|ΔI|與整定值Iset進行比較，判斷是否有故障產生；步驟六：若判斷為有故障產生，則根據突變量的正負極性，判斷故障是在區內還是區外；步驟七：若判斷為直流線路區內故障，則保護動作。3.根據權利要求2所述一種基于分布參數模型下利用電流突變特性的特高壓直流線路保護方法，其特征在于：步驟四中，采用1ms的數據窗，用檢測到的第一個電流峰值與正常運行時的電流值之差，作為電流的突變量ΔI，門檻值Iset選取0.1pu。4.根據權利要求2所述的一種基于分布參數模型下利用電流突變特性的特高壓直流線路保護方法，其特征在于：保護判據選取電流信息中頻段為[0，100]Hz的分量。5.根據權利要求2所述的一種基于分布參數模型下利用電流突變特性的特高壓直流線路保護方法，其特征在于：線路兩端電流突變量的極性為布爾量，縱聯信道通信量小。6.根據權利要求1所述一種基于分布參數模型下利用電流突變特性的特高壓直流線路保護方法，其特征在于包括以下步驟：步驟一：利用安裝在直流線路兩端的電壓互感器和電流互感器，檢測線路兩端的電壓、電流，特高壓直流系統整流側和逆變側分別為M側和N側，uM、uN分別表示M、N側互感器檢測到的電壓，iM、iN分別表示M、N側互感器檢測到的電流；步驟二：利用IED對線路兩端檢測到的電流進行分布電容電流補償，u、i分別為線路的電壓和電流，L0、C0分別為單位長度線路的等效電感、對地電容，則線路的傳輸方程為：-∂u∂x=L0∂i∂t---(1)]]>-∂i∂x=C0∂u∂t---(2)]]>對式(3)、(4)兩邊分別對x和t求導得到波動方程為：∂2u∂x2=L0C0∂2u∂t2---(3)]]>∂2i∂x2=L0C0∂2u∂t2---(4)]]>設從M端到N端方向為行波傳輸的正方向，從N端到M端方向為行波傳輸的反方向，解波動方程得到M、N兩點正反向電流行波為：iM+(t)=12[iM(t)+uM(t)Zc]---(5)]]>iM-(t)=12[-iM(t)+uM(t)Zc]---(6)]]>iN+(t)=12[iN(t)+uN(t)Zc]---(7)]]>iN-(t)=12[-iN(t)+uN(t)Zc]---(8)]]>式(6)、(7)、(8)、(9)中，iM+(t)為M點處正向電流行波，iM-(t...

【專利技術屬性】
技術研發人員：李振興，譚洪，孟曉星，王玲，葉詩韻，李振華，翁漢琍，姚遠，龍子琦，
申請(專利權)人：三峽大學，
類型：發明
國別省市：湖北;42