專利名稱：基于電壓、電流突變方向的高壓直流輸電線路保護方法
技術領域：
本發明涉及電カ系統繼電保護方法，尤其是涉及ー種基于電壓、電流突變方向的高壓直流輸電線路保護方法。
背景技術：
直流輸電工程的線路長、跨越地形復雜，故障率較高，直流輸電線路保護作用重大?，F有直流輸電線路保護方法主要有行波保護、低電壓保護和差動保護。行波保護動作速度快，但易受干擾影響，其可靠性受波頭檢測結果影響很大。低電壓保護在線路內部發生高阻接地故障時可能拒動。電流差動保護易受故障暫態和負荷調整過程的影響，不能實現速動，其可靠性受通訊通道的影響較大。研究適用于直流輸電系統多種運行方式、易實現、具有可靠選擇性和在區內高阻抗接地時能準確動作的高壓直流輸電線路保護方法十分必要。目前提出的高壓直流輸電線路保護方法主要包括以下幾類1)利用線路兩端電·壓、電流突變量或是兩者乘積(即暫態能量)實現區內區外故障判斷；2)結合行波保護方法和邊界保護方法實現單極或雙極直流系統的線路保護；3)基于高壓直流輸電線路分布參數模型的新型電流差動保護方法或距離保護方法。以上保護方法在一定程度上解決了現有直流輸電線路保護的一些缺陷，但沒有討論是否可用于直流輸電系統的多種運行方式，且部分保護方法對采樣頻率、通信通道和硬件的要求較高。

發明內容
本發明為解決上述技術問題，提供ー種適用于直流輸電系統多種運行方式、易實現、具有可靠選擇性和在區內高阻抗接地和故障性雷擊時能準確動作的高壓直流輸電線路保護方法。為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案?；陔妷骸㈦娏魍蛔兎较虻母邏褐绷鬏旊娋€路保護方法，該方法的實現步驟如下步驟(I)對直流輸電線路保護安裝處的電壓、電流突變量的方向特征進行分析；步驟(2)提出判別電壓、電流突變量方向的判據將電壓突變量和電流突變量在一段時間內的積分值與設定門檻值比較，判別電壓突變量和電流突變量的方向；步驟(3)提出高壓直流輸電線路保護判據與方法。所述步驟(I)中，在發生故障的瞬間，即控制系統未啟動或控制系統開始調整但仍未調整到穩定狀態的暫態過程中I)正極或負極線路發生區內故障吋，該極線路上整流側保護測量處的電壓突變量與電流突變量的方向相反，逆變側兩者方向相同。2)發生極-極故障吋，整流側和逆變側保護測量處的電壓、電流突變量仍符合以上特征。
3)與區內故障時不同，正極和負極整流站和逆變站電抗器外側故障吋，線路兩端保護測量處的電壓、電流突變量的方向同時相同或同時相反。4)交流母線處故障時電壓、電流突變量的方向特征與對應的電抗器外側故障相同。所述步驟(2)中，I)由于以上電壓、電流突變量方向的暫態分析均為故障發生后至調節器的調節過程沒有完成前這段時間，研究表明該調節過程至少需要5ms，因此數據窗長度不宣大于5ms ;雷電干擾持續時間一般為3ms，因此數據窗長度宜大于3ms。綜上，積分計算的數據窗長度為5ms。2)直流電壓控制的整定值通常選取為1.05p.u.，高阻抗接地時低電壓保護判據定值取為O. 7p.u.，則判別電壓突變量方向的門檻值宜取在0.05、. 3p.u.之間。選取O. 15倍的額定電壓在5ms內的積分值作為判別電壓突變量方向的門檻值。直流系統電流控制特 性中，絕大多數高壓直流輸電工程所采用的電流裕度都是O. I倍的額定電流，故障穩態電流為O. I倍的額定電流，因此，判別電流突變量方向的門檻值可按O. I倍的額定電流在5ms內的積分值整定。3)電壓、電流突變量方向判別判據Dir(Au) = I, X (Δμ)> ^rMZsef jDir(Au) =-1, Yj(Au)K-^NU )
\m=l/Dir ( Λ i) = I，[ Σ(が)> KNIsa JDir(Ai) = -I, I X(Δ/) < -KNIset
V /^=IJ式中，Au、Δ i分別表示電壓、電流突變量，Db表示突變量方向。若文(鵬>krNUsel
m=l
成立，Λ U的方向為正，記為Dir ( Λ u) =1 ;若Yj(Aii) <-KNUset成立，Au的方向為負，
m=l
記為Dir(Au)=-Io同理，若成立，Δ i的方向為正，記為DilXA i)=l ;若$(Δ/)<-た,.Mst,成立，Δ 的方向為負，記為Dir(Ai)=-I15式中，m = N，N為所選數據窗內的采樣點個數，N為自然數；kr為可靠系數，可取I. 2^1. 5 ；Uset=0. 15Un，Un為直流輸電系統的額定電壓；Isrt=O. IIn, In為直流輸電系統的額定電流。4)電壓、電流突變量的計算間距為10ms。若保護采樣頻率為10kHz，Au和Λ i的計算公式分別為Au(K) = u (K) -U (K-100)Ai(K) = i ⑷-i (K-100)式中，K為采樣點個數，K為大于100的自然數；u(K)、i⑷分別表示電壓、電流的第K個采樣值，u(K-100)、i (K-100)分別表示電壓、電流的第(K-100)個采樣值，Au⑷、Δ i (K)分別表示計算得出的第K個電壓、電流突變量的值。所述步驟(3)中，高壓直流輸電線路保護判據線路區內故障時，整流側保護測量處的電壓突變量與電流突變量的方向相反，逆變側兩者的方向相同；此特征對正極線路和負極線路均適用；其他區外故障均不滿足此條件。由此可構成高壓直流輸電線路保 護判據極i線路區內故障
「00321 {Α,(Δ^)χΑ,.(Δγα-) = -1
Ia,. (δ λ) X a,. (A^i)=Ii為ρ或η，指正極或負極線路。Λ uEp和Λ iEp分別為正極線路整流側保護測量處的電壓、電流突變量，AuIP、Δ iIp為正極線路逆變側保護測量處的電壓、電流突變量。AuKn、Δ Isn, Δ uIn和Λ iIn分別為負極線路整流側和逆變側保護測量處的電壓、電流突變量?；谝陨媳Ｗo判據，直流系統每極均能単獨判斷是否線路保護區內故障，因此，本保護方法可適用于直流輸電系統的多種運行方式，且僅需對電壓突變量和電流突變量的方向進行判定，理論上不受過渡電阻影響，不需要進行采樣數據同步處理。步驟(3)中高壓直流輸電線路保護方法。在直流輸電系統中，識別線路故障后的電流關斷和系統重啟功能都是在整流側完成的。本發明的保護方法中，當整流側電壓突變量與電流突變量的方向相反，且接收到逆變側電壓突變量與電流突變量的方向相同的信息時，整流側才會發出保護動作命令，并傳遞給逆變側，然后兩側出ロ跳閘。在將逆變側方向信息傳遞給整流側時，站間通信時間約為20ms，考慮到同步時間補償，應將整流側方向信息輸出延時20ms。本發明的有益效果是I.保護方法簡單清晰，只需對端電壓、電流突變量的方向信息，對通信通道要求不聞;2.計算電壓、電流突變量在5ms數據窗內的積分值，對數據計算速度和采樣頻率要求低，不需要進行采樣數據同步處理；3.基于電壓、電流突變量的方向信息，在區內故障性雷擊、區內高阻抗接地故障和極-極故障時能夠快速準確動作；在雷擊干擾和線路保護區外故障等情況下不誤動； 4.基于電壓、電流突變量方向，與直流輸電系統的初始運行方式無關，因此該特征分析適用于直流輸電系統的多種運行方式，實用價值高。


圖I為雙極直流輸電系統結構圖。圖2為保護方法框圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明作進ー步說明。如圖I所示為本發明的所適用的雙極直流輸電系統結構圖，保護方法實現步驟如下步驟I :對直流輸電線路保護安裝處的電壓、電流突變量的方向特征進行分析
在發生故障的瞬間，即控制系統未啟動或控制系統開始調整但仍未調整到穩定狀態的暫態過程中I)正極或負極線路發生區內故障吋，該極線路上整流側保護測量處的電壓突變量與電流突變量的方向相反，逆變側兩者方向相同。2)發生極-極故障吋，整流側和逆變側保護測量處的電壓、電流突變量仍符合以上特征。3)與區內故障時不同，正極和負極整流站和逆變站電抗器外側故障吋，線路兩端保護測量處的電壓、電流突變量的方向同時相同或同時相反。4)交流母線處故障時電壓、電流突變量的方向特征與對應的電抗器外側故障相同。
步驟2 :提出判別電壓、電流突變量方向的判據將電壓突變量和電流突變量在一段時間內的積分值與設定門檻值比較，判別電壓突變量和電流突變量的方向。I)由于以上電壓、電流突變量方向的暫態分析均為故障發生后至調節器的調節過程沒有完成前這段時間，研究表明該調節過程至少需要5ms，因此數據窗長度不宣大于5ms ;雷電干擾持續時間一般為3ms，因此數據窗長度宜大于3ms。綜上，積分計算的數據窗長度為5ms。2)直流電壓控制的整定值通常選取為1.05p.u.，高阻抗接地時低電壓保護判據定值取為O. 7p.u.，則判別電壓突變量方向的門檻值宜取在0.05、. 3p.u.之間。選取O. 15倍的額定電壓在5ms內的積分值作為判別電壓突變量方向的門檻值。直流系統電流控制特性中，絕大多數高壓直流輸電工程所采用的電流裕度都是O. I倍的額定電流，故障穩態電流為O. I倍的額定電流，因此，判別電流突變量方向的門檻值可按O. I倍的額定電流在5ms內的積分值整定。3)電壓、電流突變量方向判別判據Dir(Au) = I, Yj(M) > UrNUse^Dir(Au) = -I, I YJM、く-k,.NUset |Dir ( Λ i) = I，〔Σ (間〉KNIset ]Dir(Ai) = -I, I Yd(M) < -KMset \式中，Au、Ai分別表示電壓、電流突變量，Db表示突變量方向。若公觸風冊如
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成立，Λ u的方向為正，記為Dir ( Λ u) =1 ;若YSAu、<-krNU城成立，Au的方向為負，記為Dir(Au)=-l。同理，若[(簡> Ww*成立，Ai的方向為正，記為Dir(Ai)=I ;若[(Δ/)<-も成立，Δ 的方向為負，記為Dir(Ai)=-Itj
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式中，m = N，N為所選數據窗內的采樣點個數，N為自然數屯為可靠系數，可取
I.2^1. 5 ；Uset=0. 15Un，Un為直流輸電系統的額定電壓；Isrt=O. IIn, In為直流輸電系統的額定電流。4)電壓、電流突變量的計算間距為10ms。若保護采樣頻率為10kHz，Au和Λ i的計算公式分別為Au(K) = u (K) -U (K-100)Ai(K) = i ⑷-i (K-100)式中，K為采樣點個數，K為大于100的自然數；u(K)、i⑷分別表示電壓、電流的第K個采樣值，u(K-100)、i (K-100)分別表示電壓、電流的第(K-100)個采樣值，Au⑷、Δ i (K)分別表示計算得出的第K個電壓、電流突變量的值。 步驟3 :提出高壓直流輸電線路保護判據與方法線路區內故障時，整流側保護測量處的電壓突變量與電流突變量的方向相反，逆變側兩者的方向相同；此特征對正極線路和負極線路均適用；其他區外故障均不滿足此條件。由此可構成高壓直流輸電線路保護判據極i線路區內故障 1i為ρ或n，指正極或負極線路。Λ uEp和Λ iEp分別為正極線路整流側保護測量處的電壓、電流突變量，Aulp, Δ iIp為正極線路逆變側保護測量處的電壓、電流突變量。AuKn、Δ Isn, Δ uIn和Λ iIn分別為負極線路整流側和逆變側保護測量處的電壓、電流突變量?；谝陨媳Ｗo判據，直流系統每極均能単獨判斷是否線路保護區內故障，因此，本保護方法可適用于直流輸電系統的多種運行方式，且僅需對電壓突變量和電流突變量的方向進行判定，理論上不受過渡電阻影響，不需要進行采樣數據同步處理。在直流輸電系統中，識別線路故障后的電流關斷和系統重啟功能都是在整流側完成的。本實施例的保護方法中，當整流側電壓突變量與電流突變量的方向相反，且接收到逆變側電壓突變量與電流突變量的方向相同的信息時，整流側才會發出保護動作命令，并傳遞給逆變側，然后兩側出ロ跳閘。在將逆變側方向信息傳遞給整流側時，站間通信時間約為20ms，考慮到同步時間補償，應將整流側方向信息輸出延時20ms。
權利要求
1.一種基于電壓、電流突變方向的高壓直流輸電線路保護方法，該方法的實現步驟如下 步驟(I)對直流輸電線路保護安裝處的電壓、電流突變量的方向特征進行分析； 步驟(2)提出判別電壓、電流突變量方向的判據 將電壓突變量和電流突變量在一段時間內的積分值與設定門檻值比較，判別電壓突變量和電流突變量的方向； 步驟(3)提出高壓直流輸電線路保護判據與方法。
2.如權利要求I所述的基于電壓、電流突變方向的高壓直流輸電線路保護方法，其特征是，所述步驟(I)中，在發生故障的瞬間，即控制系統未啟動或控制系統開始調整但仍未調整到穩定狀態的暫態過程中 1)正極或負極線路發生區內故障時，該極線路上整流側保護測量處的電壓突變量與電流突變量的方向相反，逆變側兩者方向相同； 2)發生極-極故障時，整流側和逆變側保護測量處的電壓、電流突變量仍符合以上特征； 3)與區內故障時不同，正極和負極整流站和逆變站電抗器外側故障時，線路兩端保護測量處的電壓、電流突變量的方向同時相同或同時相反； 4)交流母線處故障時電壓、電流突變量的方向特征與對應的電抗器外側故障相同。
3.如權利要求I所述的基于電壓、電流突變方向的高壓直流輸電線路保護方法，其特征是，所述步驟(2)中， 1)由于以上電壓、電流突變量方向的暫態分析均為故障發生后至調節器的調節過程沒有完成前這段時間，研究表明該調節過程至少需要5ms，因此數據窗長度不宜大于5ms ;雷電干擾持續時間一般為3ms，因此數據窗長度宜大于3ms ;綜上，積分計算的數據窗長度為5ms ； 2)直流電壓控制的整定值通常選取為I.05p. u.，高阻抗接地時低電壓保護判據定值取為O. 7p.u.，則判別電壓突變量方向的門檻值宜取在O. 05、. 3p.u.之間；選取O. 15倍的額定電壓在5ms內的積分值作為判別電壓突變量方向的門檻值；直流系統電流控制特性中，絕大多數高壓直流輸電工程所采用的電流裕度都是O. I倍的額定電流，故障穩態電流為O. I倍的額定電流，因此，判別電流突變量方向的門檻值按O. I倍的額定電流在5ms內的積分值整定； 3)電壓、電流突變量方向判別判據
4.如權利要求I所述的基于電壓、電流突變方向的高壓直流輸電線路保護方法，其特征是，所述步驟(3)中，高壓直流輸電線路保護判據 線路區內故障時，整流側保護測量處的電壓突變量與電流突變量的方向相反，逆變側兩者的方向相同；此特征對正極線路和負極線路均適用；其他區外故障均不滿足此條件；由此構成高壓直流輸電線路保護判據 極i線路區內故障
5.如權利要求I所述的基于電壓、電流突變方向的高壓直流輸電線路保護方法，其特征是，步驟(3)中高壓直流輸電線路保護方法 在直流輸電系統中，識別線路故障后的電流關斷和系統重啟功能都是在整流側完成的；本發明的保護方法中，當整流側電壓突變量與電流突變量的方向相反，且接收到逆變側電壓突變量與電流突變量的方向相同的信息時，整流側才會發出保護動作命令，并傳遞給逆變側，然后兩側出口跳閘；在將逆變側方向信息傳遞給整流側時，站間通信時間約為20ms，考慮到同步時間補償，應將整流側方向信息輸出延時20ms。
全文摘要
本發明公開了一種基于電壓、電流突變方向的高壓直流輸電線路保護方法。線路區內故障時，整流側保護測量處的電壓突變量與電流突變量的方向相反，逆變側兩者的方向相同；此特征對正極線路和負極線路均適用；其他區外故障均不滿足此條件。據此構成高壓直流輸電線路保護判據并提出保護方法。在直流輸電線路保護中采用本發明，能夠在區內故障性雷擊、區內高阻抗接地故障和極-極故障時能夠快速準確動作；在雷擊干擾和線路保護區外故障等情況下不誤動；保護方法簡單清晰，對通信通道要求不高；對數據計算速度和采樣頻率要求低，不需要進行采樣數據同步處理；適用于雙極直流輸電系統的多種運行方式，實用價值高。
文檔編號H02H7/26GK102820643SQ20121029551
公開日2012年12月12日 申請日期2012年8月20日 優先權日2012年8月20日
發明者陳青, 邢魯華, 高湛軍 申請人:山東大學