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(hù)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電カ系統(tǒng)繼電保護(hù)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(hù)方法。
背景技術(shù)：
直流輸電工程的線路長(zhǎng)、跨越地形復(fù)雜，故障率較高，直流輸電線路保護(hù)作用重大?，F(xiàn)有直流輸電線路保護(hù)方法主要有行波保護(hù)、低電壓保護(hù)和差動(dòng)保護(hù)。行波保護(hù)動(dòng)作速度快，但易受干擾影響，其可靠性受波頭檢測(cè)結(jié)果影響很大。低電壓保護(hù)在線路內(nèi)部發(fā)生高阻接地故障時(shí)可能拒動(dòng)。電流差動(dòng)保護(hù)易受故障暫態(tài)和負(fù)荷調(diào)整過程的影響，不能實(shí)現(xiàn)速動(dòng)，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(tǒng)多種運(yùn)行方式、易實(shí)現(xiàn)、具有可靠選擇性和在區(qū)內(nèi)高阻抗接地時(shí)能準(zhǔn)確動(dòng)作的高壓直流輸電線路保護(hù)方法十分必要。目前提出的高壓直流輸電線路保護(hù)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(tài)能量)實(shí)現(xiàn)區(qū)內(nèi)區(qū)外故障判斷；2)結(jié)合行波保護(hù)方法和邊界保護(hù)方法實(shí)現(xiàn)單極或雙極直流系統(tǒng)的線路保護(hù)；3)基于高壓直流輸電線路分布參數(shù)模型的新型電流差動(dòng)保護(hù)方法或距離保護(hù)方法。以上保護(hù)方法在一定程度上解決了現(xiàn)有直流輸電線路保護(hù)的一些缺陷，但沒有討論是否可用于直流輸電系統(tǒng)的多種運(yùn)行方式，且部分保護(hù)方法對(duì)采樣頻率、通信通道和硬件的要求較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題，提供ー種適用于直流輸電系統(tǒng)多種運(yùn)行方式、易實(shí)現(xiàn)、具有可靠選擇性和在區(qū)內(nèi)高阻抗接地和故障性雷擊時(shí)能準(zhǔn)確動(dòng)作的高壓直流輸電線路保護(hù)方法。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案?；陔妷?、電流突變方向的高壓直流輸電線路保護(hù)方法，該方法的實(shí)現(xiàn)步驟如下步驟(I)對(duì)直流輸電線路保護(hù)安裝處的電壓、電流突變量的方向特征進(jìn)行分析；步驟(2)提出判別電壓、電流突變量方向的判據(jù)將電壓突變量和電流突變量在一段時(shí)間內(nèi)的積分值與設(shè)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(hù)判據(jù)與方法。所述步驟(I)中，在發(fā)生故障的瞬間，即控制系統(tǒng)未啟動(dòng)或控制系統(tǒng)開始調(diào)整但仍未調(diào)整到穩(wěn)定狀態(tài)的暫態(tài)過程中I)正極或負(fù)極線路發(fā)生區(qū)內(nèi)故障吋，該極線路上整流側(cè)保護(hù)測(cè)量處的電壓突變量與電流突變量的方向相反，逆變側(cè)兩者方向相同。2)發(fā)生極-極故障吋，整流側(cè)和逆變側(cè)保護(hù)測(cè)量處的電壓、電流突變量仍符合以上特征。
3)與區(qū)內(nèi)故障時(shí)不同，正極和負(fù)極整流站和逆變站電抗器外側(cè)故障吋，線路兩端保護(hù)測(cè)量處的電壓、電流突變量的方向同時(shí)相同或同時(shí)相反。4)交流母線處故障時(shí)電壓、電流突變量的方向特征與對(duì)應(yīng)的電抗器外側(cè)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(tài)分析均為故障發(fā)生后至調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)過程沒有完成前這段時(shí)間，研究表明該調(diào)節(jié)過程至少需要5ms，因此數(shù)據(jù)窗長(zhǎng)度不宣大于5ms ;雷電干擾持續(xù)時(shí)間一般為3ms，因此數(shù)據(jù)窗長(zhǎng)度宜大于3ms。綜上，積分計(jì)算的數(shù)據(jù)窗長(zhǎng)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(shí)低電壓保護(hù)判據(jù)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(nèi)的積分值作為判別電壓突變量方向的門檻值。直流系統(tǒng)電流控制特 性中，絕大多數(shù)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(wěn)態(tài)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(nèi)的積分值整定。3)電壓、電流突變量方向判別判據(jù)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?yàn)檎洖镈ir ( Λ u) =1 ;若Yj(Aii) <-KNUset成立，Au的方向?yàn)樨?fù)，
m=l
記為Dir(Au)=-Io同理，若成立，Δ i的方向?yàn)檎?，記為DilXA i)=l ;若$(Δ/)<-た,.Mst,成立，Δ 的方向?yàn)樨?fù)，記為Dir(Ai)=-I15式中，m = N，N為所選數(shù)據(jù)窗內(nèi)的采樣點(diǎn)個(gè)數(shù)，N為自然數(shù)；kr為可靠系數(shù)，可取I. 2^1. 5 ；Uset=0. 15Un，Un為直流輸電系統(tǒng)的額定電壓；Isrt=O. IIn, In為直流輸電系統(tǒng)的額定電流。4)電壓、電流突變量的計(jì)算間距為10ms。若保護(hù)采樣頻率為10kHz，Au和Λ i的計(jì)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(diǎn)個(gè)數(shù)，K為大于100的自然數(shù)；u(K)、i⑷分別表示電壓、電流的第K個(gè)采樣值，u(K-100)、i (K-100)分別表示電壓、電流的第(K-100)個(gè)采樣值，Au⑷、Δ i (K)分別表示計(jì)算得出的第K個(gè)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(hù)判據(jù)線路區(qū)內(nèi)故障時(shí)，整流側(cè)保護(hù)測(cè)量處的電壓突變量與電流突變量的方向相反，逆變側(cè)兩者的方向相同；此特征對(duì)正極線路和負(fù)極線路均適用；其他區(qū)外故障均不滿足此條件。由此可構(gòu)成高壓直流輸電線路保 護(hù)判據(jù)極i線路區(qū)內(nèi)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(fù)極線路。Λ uEp和Λ iEp分別為正極線路整流側(cè)保護(hù)測(cè)量處的電壓、電流突變量，AuIP、Δ iIp為正極線路逆變側(cè)保護(hù)測(cè)量處的電壓、電流突變量。AuKn、Δ Isn, Δ uIn和Λ iIn分別為負(fù)極線路整流側(cè)和逆變側(cè)保護(hù)測(cè)量處的電壓、電流突變量?；谝陨媳Ｗo(hù)判據(jù)，直流系統(tǒng)每極均能単獨(dú)判斷是否線路保護(hù)區(qū)內(nèi)故障，因此，本保護(hù)方法可適用于直流輸電系統(tǒng)的多種運(yùn)行方式，且僅需對(duì)電壓突變量和電流突變量的方向進(jìn)行判定，理論上不受過渡電阻影響，不需要進(jìn)行采樣數(shù)據(jù)同步處理。步驟(3)中高壓直流輸電線路保護(hù)方法。在直流輸電系統(tǒng)中，識(shí)別線路故障后的電流關(guān)斷和系統(tǒng)重啟功能都是在整流側(cè)完成的。本發(fā)明的保護(hù)方法中，當(dāng)整流側(cè)電壓突變量與電流突變量的方向相反，且接收到逆變側(cè)電壓突變量與電流突變量的方向相同的信息時(shí)，整流側(cè)才會(huì)發(fā)出保護(hù)動(dòng)作命令，并傳遞給逆變側(cè)，然后兩側(cè)出ロ跳閘。在將逆變側(cè)方向信息傳遞給整流側(cè)時(shí)，站間通信時(shí)間約為20ms，考慮到同步時(shí)間補(bǔ)償，應(yīng)將整流側(cè)方向信息輸出延時(shí)20ms。本發(fā)明的有益效果是I.保護(hù)方法簡(jiǎn)單清晰，只需對(duì)端電壓、電流突變量的方向信息，對(duì)通信通道要求不聞;2.計(jì)算電壓、電流突變量在5ms數(shù)據(jù)窗內(nèi)的積分值，對(duì)數(shù)據(jù)計(jì)算速度和采樣頻率要求低，不需要進(jìn)行采樣數(shù)據(jù)同步處理；3.基于電壓、電流突變量的方向信息，在區(qū)內(nèi)故障性雷擊、區(qū)內(nèi)高阻抗接地故障和極-極故障時(shí)能夠快速準(zhǔn)確動(dòng)作；在雷擊干擾和線路保護(hù)區(qū)外故障等情況下不誤動(dòng)； 4.基于電壓、電流突變量方向，與直流輸電系統(tǒng)的初始運(yùn)行方式無關(guān)，因此該特征分析適用于直流輸電系統(tǒng)的多種運(yùn)行方式，實(shí)用價(jià)值高。


圖I為雙極直流輸電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。圖2為保護(hù)方法框圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)ー步說明。如圖I所示為本發(fā)明的所適用的雙極直流輸電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，保護(hù)方法實(shí)現(xiàn)步驟如下步驟I :對(duì)直流輸電線路保護(hù)安裝處的電壓、電流突變量的方向特征進(jìn)行分析
在發(fā)生故障的瞬間，即控制系統(tǒng)未啟動(dòng)或控制系統(tǒng)開始調(diào)整但仍未調(diào)整到穩(wěn)定狀態(tài)的暫態(tài)過程中I)正極或負(fù)極線路發(fā)生區(qū)內(nèi)故障吋，該極線路上整流側(cè)保護(hù)測(cè)量處的電壓突變量與電流突變量的方向相反，逆變側(cè)兩者方向相同。2)發(fā)生極-極故障吋，整流側(cè)和逆變側(cè)保護(hù)測(cè)量處的電壓、電流突變量仍符合以上特征。3)與區(qū)內(nèi)故障時(shí)不同，正極和負(fù)極整流站和逆變站電抗器外側(cè)故障吋，線路兩端保護(hù)測(cè)量處的電壓、電流突變量的方向同時(shí)相同或同時(shí)相反。4)交流母線處故障時(shí)電壓、電流突變量的方向特征與對(duì)應(yīng)的電抗器外側(cè)故障相同。
步驟2 :提出判別電壓、電流突變量方向的判據(jù)將電壓突變量和電流突變量在一段時(shí)間內(nèi)的積分值與設(shè)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(tài)分析均為故障發(fā)生后至調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)過程沒有完成前這段時(shí)間，研究表明該調(diào)節(jié)過程至少需要5ms，因此數(shù)據(jù)窗長(zhǎng)度不宣大于5ms ;雷電干擾持續(xù)時(shí)間一般為3ms，因此數(shù)據(jù)窗長(zhǎng)度宜大于3ms。綜上，積分計(jì)算的數(shù)據(jù)窗長(zhǎng)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(shí)低電壓保護(hù)判據(jù)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(nèi)的積分值作為判別電壓突變量方向的門檻值。直流系統(tǒng)電流控制特性中，絕大多數(shù)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(wěn)態(tài)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(nèi)的積分值整定。3)電壓、電流突變量方向判別判據(jù)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(fēng)冊(cè)如
m—1
成立，Λ u的方向?yàn)檎?，記為Dir ( Λ u) =1 ;若YSAu、<-krNU城成立，Au的方向?yàn)樨?fù)，記為Dir(Au)=-l。同理，若[(簡(jiǎn)> Ww*成立，Ai的方向?yàn)檎?，記為Dir(Ai)=I ;若[(Δ/)<-も成立，Δ 的方向?yàn)樨?fù)，記為Dir(Ai)=-Itj
m-\
式中，m = N，N為所選數(shù)據(jù)窗內(nèi)的采樣點(diǎn)個(gè)數(shù)，N為自然數(shù)屯為可靠系數(shù)，可取
I.2^1. 5 ；Uset=0. 15Un，Un為直流輸電系統(tǒng)的額定電壓；Isrt=O. IIn, In為直流輸電系統(tǒng)的額定電流。4)電壓、電流突變量的計(jì)算間距為10ms。若保護(hù)采樣頻率為10kHz，Au和Λ i的計(jì)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(diǎn)個(gè)數(shù)，K為大于100的自然數(shù)；u(K)、i⑷分別表示電壓、電流的第K個(gè)采樣值，u(K-100)、i (K-100)分別表示電壓、電流的第(K-100)個(gè)采樣值，Au⑷、Δ i (K)分別表示計(jì)算得出的第K個(gè)電壓、電流突變量的值。 步驟3 :提出高壓直流輸電線路保護(hù)判據(jù)與方法線路區(qū)內(nèi)故障時(shí)，整流側(cè)保護(hù)測(cè)量處的電壓突變量與電流突變量的方向相反，逆變側(cè)兩者的方向相同；此特征對(duì)正極線路和負(fù)極線路均適用；其他區(qū)外故障均不滿足此條件。由此可構(gòu)成高壓直流輸電線路保護(hù)判據(jù)極i線路區(qū)內(nèi)故障 1i為ρ或n，指正極或負(fù)極線路。Λ uEp和Λ iEp分別為正極線路整流側(cè)保護(hù)測(cè)量處的電壓、電流突變量，Aulp, Δ iIp為正極線路逆變側(cè)保護(hù)測(cè)量處的電壓、電流突變量。AuKn、Δ Isn, Δ uIn和Λ iIn分別為負(fù)極線路整流側(cè)和逆變側(cè)保護(hù)測(cè)量處的電壓、電流突變量?；谝陨媳Ｗo(hù)判據(jù)，直流系統(tǒng)每極均能単獨(dú)判斷是否線路保護(hù)區(qū)內(nèi)故障，因此，本保護(hù)方法可適用于直流輸電系統(tǒng)的多種運(yùn)行方式，且僅需對(duì)電壓突變量和電流突變量的方向進(jìn)行判定，理論上不受過渡電阻影響，不需要進(jìn)行采樣數(shù)據(jù)同步處理。在直流輸電系統(tǒng)中，識(shí)別線路故障后的電流關(guān)斷和系統(tǒng)重啟功能都是在整流側(cè)完成的。本實(shí)施例的保護(hù)方法中，當(dāng)整流側(cè)電壓突變量與電流突變量的方向相反，且接收到逆變側(cè)電壓突變量與電流突變量的方向相同的信息時(shí)，整流側(cè)才會(huì)發(fā)出保護(hù)動(dòng)作命令，并傳遞給逆變側(cè)，然后兩側(cè)出ロ跳閘。在將逆變側(cè)方向信息傳遞給整流側(cè)時(shí)，站間通信時(shí)間約為20ms，考慮到同步時(shí)間補(bǔ)償，應(yīng)將整流側(cè)方向信息輸出延時(shí)20ms。
權(quán)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(hù)方法，該方法的實(shí)現(xiàn)步驟如下 步驟(I)對(duì)直流輸電線路保護(hù)安裝處的電壓、電流突變量的方向特征進(jìn)行分析； 步驟(2)提出判別電壓、電流突變量方向的判據(jù) 將電壓突變量和電流突變量在一段時(shí)間內(nèi)的積分值與設(shè)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(hù)判據(jù)與方法。
2.如權(quán)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(hù)方法，其特征是，所述步驟(I)中，在發(fā)生故障的瞬間，即控制系統(tǒng)未啟動(dòng)或控制系統(tǒng)開始調(diào)整但仍未調(diào)整到穩(wěn)定狀態(tài)的暫態(tài)過程中 1)正極或負(fù)極線路發(fā)生區(qū)內(nèi)故障時(shí)，該極線路上整流側(cè)保護(hù)測(cè)量處的電壓突變量與電流突變量的方向相反，逆變側(cè)兩者方向相同； 2)發(fā)生極-極故障時(shí)，整流側(cè)和逆變側(cè)保護(hù)測(cè)量處的電壓、電流突變量仍符合以上特征； 3)與區(qū)內(nèi)故障時(shí)不同，正極和負(fù)極整流站和逆變站電抗器外側(cè)故障時(shí)，線路兩端保護(hù)測(cè)量處的電壓、電流突變量的方向同時(shí)相同或同時(shí)相反； 4)交流母線處故障時(shí)電壓、電流突變量的方向特征與對(duì)應(yīng)的電抗器外側(cè)故障相同。
3.如權(quán)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(hù)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(tài)分析均為故障發(fā)生后至調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)過程沒有完成前這段時(shí)間，研究表明該調(diào)節(jié)過程至少需要5ms，因此數(shù)據(jù)窗長(zhǎng)度不宜大于5ms ;雷電干擾持續(xù)時(shí)間一般為3ms，因此數(shù)據(jù)窗長(zhǎng)度宜大于3ms ;綜上，積分計(jì)算的數(shù)據(jù)窗長(zhǎng)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(shí)低電壓保護(hù)判據(jù)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(nèi)的積分值作為判別電壓突變量方向的門檻值；直流系統(tǒng)電流控制特性中，絕大多數(shù)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(wěn)態(tài)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(nèi)的積分值整定； 3)電壓、電流突變量方向判別判據(jù)
4.如權(quán)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(hù)方法，其特征是，所述步驟(3)中，高壓直流輸電線路保護(hù)判據(jù) 線路區(qū)內(nèi)故障時(shí)，整流側(cè)保護(hù)測(cè)量處的電壓突變量與電流突變量的方向相反，逆變側(cè)兩者的方向相同；此特征對(duì)正極線路和負(fù)極線路均適用；其他區(qū)外故障均不滿足此條件；由此構(gòu)成高壓直流輸電線路保護(hù)判據(jù) 極i線路區(qū)內(nèi)故障
5.如權(quán)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(hù)方法，其特征是，步驟(3)中高壓直流輸電線路保護(hù)方法 在直流輸電系統(tǒng)中，識(shí)別線路故障后的電流關(guān)斷和系統(tǒng)重啟功能都是在整流側(cè)完成的；本發(fā)明的保護(hù)方法中，當(dāng)整流側(cè)電壓突變量與電流突變量的方向相反，且接收到逆變側(cè)電壓突變量與電流突變量的方向相同的信息時(shí)，整流側(cè)才會(huì)發(fā)出保護(hù)動(dòng)作命令，并傳遞給逆變側(cè)，然后兩側(cè)出口跳閘；在將逆變側(cè)方向信息傳遞給整流側(cè)時(shí)，站間通信時(shí)間約為20ms，考慮到同步時(shí)間補(bǔ)償，應(yīng)將整流側(cè)方向信息輸出延時(shí)20ms。
全文摘要
本發(fā)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(hù)方法。線路區(qū)內(nèi)故障時(shí)，整流側(cè)保護(hù)測(cè)量處的電壓突變量與電流突變量的方向相反，逆變側(cè)兩者的方向相同；此特征對(duì)正極線路和負(fù)極線路均適用；其他區(qū)外故障均不滿足此條件。據(jù)此構(gòu)成高壓直流輸電線路保護(hù)判據(jù)并提出保護(hù)方法。在直流輸電線路保護(hù)中采用本發(fā)明，能夠在區(qū)內(nèi)故障性雷擊、區(qū)內(nèi)高阻抗接地故障和極-極故障時(shí)能夠快速準(zhǔn)確動(dòng)作；在雷擊干擾和線路保護(hù)區(qū)外故障等情況下不誤動(dòng)；保護(hù)方法簡(jiǎn)單清晰，對(duì)通信通道要求不高；對(duì)數(shù)據(jù)計(jì)算速度和采樣頻率要求低，不需要進(jìn)行采樣數(shù)據(jù)同步處理；適用于雙極直流輸電系統(tǒng)的多種運(yùn)行方式，實(shí)用價(jià)值高。
文檔編號(hào)H02H7/26GK102820643SQ20121029551
公開日2012年12月12日 申請(qǐng)日期2012年8月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月20日
發(fā)明者陳青, 邢魯華, 高湛軍 申請(qǐng)人:山東大學(xué)