專利名稱：多端直流輸電系統(tǒng)的直流線路電流突變量縱聯(lián)保護(hù)方法
多端直流輸電系統(tǒng)的直流線路電流突變量縱聯(lián)保護(hù)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電力系統(tǒng)線路繼電保護(hù)方法，具體來說是一種多端直流輸電系統(tǒng)的直流輸電線路電流突變量縱聯(lián)保護(hù)方法。背景技術(shù)：
我國(guó)的能源分布和電網(wǎng)結(jié)構(gòu)決定了高壓直流輸電具有廣闊應(yīng)用前景。傳統(tǒng)的兩端直流僅能實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的直流功率傳送，當(dāng)多個(gè)交流系統(tǒng)間采用直流互聯(lián)時(shí)，需要多條直流輸電線路，這將極大提高投資成本和運(yùn)行費(fèi)用。隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和電網(wǎng)的建設(shè)，必然要求電網(wǎng)能夠?qū)崿F(xiàn)多電源供電以及多落點(diǎn)受電，因此多端直流輸電系統(tǒng)以其的經(jīng)濟(jì)、靈活、可靠等特點(diǎn)受到了越來越多的關(guān)注。隨著大功率電力電子全控開關(guān)器件技術(shù)以及新型直流輸電技術(shù)的成熟與發(fā)展，多端直流輸電在分布式發(fā)電、可再生能源發(fā)電、城市直流配電等領(lǐng)域中的發(fā)展?jié)摿θ找骘@現(xiàn)。
我國(guó)能源資源與生產(chǎn)力呈逆向分布，大型電源基地遠(yuǎn)離負(fù)荷中心，為將部分優(yōu)質(zhì)電源在受端電力市場(chǎng)進(jìn)行優(yōu)化配置，以及加強(qiáng)電網(wǎng)間的互聯(lián)，多端直流輸電在我國(guó)具有廣闊的應(yīng)用前景。研究表明，在“十二五”末或“十三五”期間，在金沙江二期水電、呼盟火電基地建設(shè)工程，甚至在更遠(yuǎn)景規(guī)劃中的西藏水電送出工程中都有多端直流輸電技術(shù)的應(yīng)用需求。因此，提高直流輸電線路運(yùn)行的安全與可靠性已成為迫切需要解決的問題。
目前直流線路保護(hù)主要有行波保護(hù)、低電壓保護(hù)以及縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)。目前運(yùn)行中的直流線路多以行波保護(hù)作為主保護(hù)，行波保護(hù)動(dòng)作速度快，不受接地電阻、負(fù)載、長(zhǎng)線分布電容等因素的影響，在直流輸電中得到了廣泛的應(yīng)用。然而，目前國(guó)內(nèi)外所投運(yùn)的行波保護(hù)普遍存在可靠性不高的問題，易誤動(dòng)，據(jù)統(tǒng)計(jì)資料分析，目前輸電線路故障仍然是導(dǎo)致直流輸電系統(tǒng)停運(yùn)的主要原因，直流線路保護(hù)的可靠性有待提高。對(duì)于多端系統(tǒng)而言，及時(shí)檢測(cè)和切除故障線路，對(duì)于健全線路的運(yùn)行和持續(xù)供電，意義更重大。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種動(dòng)作速度快、可靠性高的多端直流輸電系統(tǒng)的直流線路電流突變量縱聯(lián)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
—種多端直流輸電系統(tǒng)的直流線路電流突變量縱聯(lián)保護(hù)方法，其具體包括下列步驟
步驟一，采集多端直流輸電系統(tǒng)的直流線路端點(diǎn)處故障暫態(tài)電流量；
步驟二，利用步驟一采集得到的故障暫態(tài)電流量計(jì)算一段時(shí)間內(nèi)的電流突變量， 根據(jù)突變量的大小與整定值進(jìn)行對(duì)比，判斷故障方向；所述一段時(shí)間從故障起始時(shí)刻至M 時(shí)亥Ij，3ms彡M彡30ms ；
步驟三，通過線路端點(diǎn)處電流突變量方向元件的配合，區(qū)分區(qū)內(nèi)外故障；即各端點(diǎn)處方向元件若均判定為正向故障，則判為區(qū)內(nèi)故障；若至少有一個(gè)判為反向故障，則為區(qū)外
本發(fā)明更進(jìn)一步的改進(jìn)在于多端直流輸電系統(tǒng)的某一換流站安裝有直流線路保護(hù)裝置，各直流線路端點(diǎn)處電流突變量方向元件的動(dòng)作信息全部傳動(dòng)到該保護(hù)裝置，由保護(hù)裝置中的邏輯運(yùn)算進(jìn)行區(qū)內(nèi)外故障判別；各端點(diǎn)處方向元件若均判定為正向故障，則邏輯運(yùn)算輸出為正、判為區(qū)內(nèi)故障；若至少有一個(gè)判為反向故障，則邏輯運(yùn)算輸出為負(fù)、判為區(qū)外故障。
本發(fā)明更進(jìn)一步的改進(jìn)在于多端直流輸電系統(tǒng)的直流線路端點(diǎn)處故障暫態(tài)電流量，通過安裝在對(duì)應(yīng)直流線路端點(diǎn)處的分流器進(jìn)行采集；分流器采集得到的故障暫態(tài)電流量經(jīng)過低通濾波、A/D轉(zhuǎn)換，輸入對(duì)應(yīng)的方向元件。N
本發(fā)明更進(jìn)一步的改進(jìn)在于電流突變量為1,2,…N，N為故障起始k=\時(shí)刻至M時(shí)刻內(nèi)的采樣點(diǎn)個(gè)數(shù)，△ ik表示第k個(gè)采樣點(diǎn)的故障暫態(tài)電流量與故障前的電流量的差值；整定值為krXNXIsrt，kr為可靠系數(shù)，取為1. 2 1. 5 ；Iset為設(shè)定的門檻值，Iset =0. IXIn ；In是直流輸系統(tǒng)的額定電流；電流突變量大于整定值時(shí)，端點(diǎn)處方向元件判定為正向故障，否則為反向故障。
本發(fā)明更進(jìn)一步的改進(jìn)在于電流突變量計(jì)算的數(shù)據(jù)窗一般取為3 30ms。
本發(fā)明更進(jìn)一步的改進(jìn)在于保護(hù)安裝處的方向元件動(dòng)作后，保護(hù)開放10 20ms 等待其他換流站方向元件的信息；若各方向元件若均判定為正向故障，則判為區(qū)內(nèi)故障； 若至少有一個(gè)判為反向故障，則為區(qū)外故障。
本發(fā)明更進(jìn)一步的改進(jìn)在于步驟一中采集多端直流輸電系統(tǒng)中直流線路端點(diǎn)處故障暫態(tài)電流量時(shí)，采集的頻率大于1kHz。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明主要具有以下兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明方法根據(jù)多分支線路區(qū)內(nèi)故障時(shí)線路端點(diǎn)處電流突變量符號(hào)相同，區(qū)外故障時(shí)線路兩端電流突變量符號(hào)相反的故障特征，通過檢測(cè)故障暫態(tài)過程中線路端點(diǎn)處電流突變量符號(hào)和大小以區(qū)分區(qū)內(nèi)外故障。 本發(fā)明僅利用電流數(shù)據(jù)，所需采樣率低，計(jì)算簡(jiǎn)單，通訊量小，可快速檢測(cè)線路故障；本發(fā)明的方法使用故障暫態(tài)中所有能量信息，而非高頻信號(hào)，信號(hào)能量強(qiáng)，保護(hù)安全可靠；該方法適用于并聯(lián)式、串聯(lián)式以及混合式多端直流系統(tǒng)。

圖1為4端直流系統(tǒng)的直流線路保護(hù)裝置的硬件結(jié)構(gòu)框圖；本發(fā)明的硬件結(jié)構(gòu)包括分壓器和分流器數(shù)據(jù)采集和保護(hù)裝置組成。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述。
請(qǐng)參閱圖1所示，多分支線路區(qū)內(nèi)故障時(shí)線路端點(diǎn)處電流突變量符號(hào)相同，區(qū)外故障時(shí)線路兩端電流突變量符號(hào)相反的故障特征，通過檢測(cè)故障暫態(tài)過程中線路端點(diǎn)處電流突變量符號(hào)和大小以區(qū)分區(qū)內(nèi)外故障。本發(fā)明的方法使用故障暫態(tài)中所有能量信息，而非高頻信號(hào)，信號(hào)能量強(qiáng)，保護(hù)安全可靠。
本發(fā)明多端直流輸電系統(tǒng)的直流線路電流突變量縱聯(lián)保護(hù)方法，其建立在直流輸電線路暫態(tài)電流突變量故障特征的基礎(chǔ)上，具體包括下列步驟
1)在多端直流輸電系統(tǒng)的直流線路端點(diǎn)處安裝分流器，測(cè)得故障暫態(tài)電流量；分流器采集得到的故障暫態(tài)電流量經(jīng)過低通濾波、A/D轉(zhuǎn)換，輸入對(duì)應(yīng)的方向元件；采樣的頻率一般大于IkHz即可；
2)保護(hù)裝置利用故障暫態(tài)過程中檢測(cè)到的電流量計(jì)算一段時(shí)間內(nèi)的電流突變量， 根據(jù)突變量的符號(hào)和大小與整定值進(jìn)行比較，判斷故障方向；
由于直流線路正常運(yùn)行時(shí)，電流為恒定值。故障后電流會(huì)發(fā)生突變；正向故障時(shí)， 電流增加，突變量為正；反向故障時(shí)，電流減小，突變量為負(fù)值。
3)通過線路端點(diǎn)處電流突變量方向元件的配合，區(qū)分區(qū)內(nèi)外故障；即各端點(diǎn)處方向元件若均判定為正向故障，則判為區(qū)內(nèi)故障。若至少有一個(gè)判為反向故障，則為區(qū)外故障。
方向元件的配合方法將所有方向元件的動(dòng)作信息傳到一個(gè)換流站，如換流站A， 若換流站A方向元件動(dòng)作，則保護(hù)開放10 20ms等待其他換流站的信息，若其他換流站方向元件均判為正向故障，則保護(hù)動(dòng)作。
具體實(shí)現(xiàn)方法為
考慮突變量在一段時(shí)間的積分與設(shè)定門檻比較來實(shí)現(xiàn)電流故障方向的判別。這樣，要實(shí)現(xiàn)電流故障方向的判別就涉及以下兩個(gè)問題1)數(shù)據(jù)窗的選??；幻定值門檻的設(shè)定?？傮w來講，所選取的數(shù)據(jù)窗越長(zhǎng)，抗干擾能力就越強(qiáng)；定值門檻越大，選則性就越好。
考慮到發(fā)生故障后調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)過程一般不超過30ms，因此數(shù)據(jù)窗的長(zhǎng)度不宜超過30ms ；考慮到雷電干擾，數(shù)據(jù)窗的長(zhǎng)度不宜小于:3ms。綜合以上兩點(diǎn)，這里選擇IOms的數(shù)據(jù)窗。考慮到故障穩(wěn)態(tài)電流為0. 1倍的額定電流，建議門檻的整定按照0. 1倍的額定電流在IOms內(nèi)的積分來選擇。根據(jù)以上分析，有下式N
ΧΔ4 >krxNxIset(1)k=\ se
式中，k=l，2，…N，N為IOms內(nèi)的采樣點(diǎn)個(gè)數(shù)，kr為可靠系數(shù)，取為1.2 1.5 ；Δ ik表示第k個(gè)采樣點(diǎn)的故障暫態(tài)電流量與故障前的電流量的差值；
Iset為設(shè)定的門檻值，Isrt = 0. l*In ;In是直流輸系統(tǒng)的額定電流。如果公式(1) 成立，則判定為正向故障；否則判定為反向故障。
當(dāng)一側(cè)的方向元件起動(dòng)，保護(hù)開放10 20ms且收到其他分支線路的正方向的信息后，保護(hù)即可動(dòng)作。
權(quán)利要求
1.一種多端直流輸電系統(tǒng)的直流線路電流突變量縱聯(lián)保護(hù)方法，其特征在于，具體包括下列步驟步驟一，采集多端直流輸電系統(tǒng)的直流線路端點(diǎn)分流器處故障暫態(tài)電流量； 步驟二，利用步驟一采集得到的故障暫態(tài)電流量計(jì)算一段時(shí)間內(nèi)的電流突變量，根據(jù)突變量的大小與整定值進(jìn)行對(duì)比，判斷故障方向；所述一段時(shí)間從故障起始時(shí)刻至M時(shí)刻， 3ms ^ M ^ 30ms ；步驟三，通過線路端點(diǎn)處電流突變量方向元件的配合，區(qū)分區(qū)內(nèi)外故障；即各端點(diǎn)處方向元件若均判定為正向故障，則判為區(qū)內(nèi)故障；若至少有一個(gè)判為反向故障，則為區(qū)外故障。
2.如權(quán)利要求1所述的一種多端直流輸電系統(tǒng)的直流線路電流突變量縱聯(lián)保護(hù)方法， 其特征在于，多端直流輸電系統(tǒng)的某一換流站安裝有直流線路保護(hù)裝置，各直流線路端點(diǎn)處電流突變量方向元件的動(dòng)作信息全部傳動(dòng)到該保護(hù)裝置，由保護(hù)裝置中的邏輯運(yùn)算進(jìn)行區(qū)內(nèi)外故障判別；各端點(diǎn)處方向元件若均判定為正向故障，則邏輯運(yùn)算輸出為正、判為區(qū)內(nèi)故障；若至少有一個(gè)判為反向故障，則邏輯運(yùn)算輸出為負(fù)、判為區(qū)外故障。
3.如權(quán)利要求1所述的一種多端直流輸電系統(tǒng)的直流線路電流突變量縱聯(lián)保護(hù)方法， 其特征在于，多端直流輸電系統(tǒng)的直流線路端點(diǎn)處故障暫態(tài)電流量，通過安裝在對(duì)應(yīng)直流線路端點(diǎn)處的分流器進(jìn)行采集；分流器采集得到的故障暫態(tài)電流量經(jīng)過低通濾波、A/D轉(zhuǎn)換，輸入到對(duì)應(yīng)的方向元件。
4.如權(quán)利要求1所述的一種多端直流輸電系統(tǒng)的直流線路電流突變量縱聯(lián)保護(hù)方N法，其特征在于，電流突變量為ΣΔζλ，1 = 1,2,…N，N為故障起始時(shí)刻至M時(shí)刻內(nèi)的采k=\樣點(diǎn)個(gè)數(shù)，表示第k個(gè)采樣點(diǎn)的故障暫態(tài)電流量與故障前的電流量的差值；整定值為 kr XNX Iset，kr為可靠系數(shù)，取為1. 2 1. 5 ；Iset為設(shè)定的門檻值，Iset = 0. IX In;In是直流輸系統(tǒng)的額定電流；電流突變量大于整定值時(shí)，端點(diǎn)處方向元件判定為正向故障，否則為反向故障。
5.如權(quán)利要求1所述的一種多端直流輸電系統(tǒng)的直流線路電流突變量縱聯(lián)保護(hù)方法， 其特征在于，電流突變量計(jì)算的數(shù)據(jù)窗取為3 30ms。
6.如權(quán)利要求2所述的一種多端直流輸電系統(tǒng)的直流線路電流突變量縱聯(lián)保護(hù)方法， 其特征在于，保護(hù)安裝處的方向元件動(dòng)作后，保護(hù)開放10 20ms等待其他換流站方向元件的信息；若各方向元件若均判定為正向故障，則判為區(qū)內(nèi)故障；若至少有一個(gè)判為反向故障，則為區(qū)外故障。
7.如權(quán)利要求1所述的一種多端直流輸電系統(tǒng)的直流線路電流突變量縱聯(lián)保護(hù)方法， 其特征在于，步驟一中采集多端直流輸電系統(tǒng)的直流線路端點(diǎn)處故障暫態(tài)電流量時(shí)，采集的頻率大于IkHz。
全文摘要
本發(fā)明提供一種多端直流輸電系統(tǒng)的直流線路電流突變量縱聯(lián)保護(hù)方法，其具體包括下列步驟步驟一，采集故障暫態(tài)電流量；步驟二，利用采集得到的故障暫態(tài)電流量計(jì)算一段時(shí)間內(nèi)的電流突變量，根據(jù)突變量的大小與整定值進(jìn)行對(duì)比，判斷故障方向；步驟三，通過線路端點(diǎn)處電流突變量方向元件的配合，區(qū)分區(qū)內(nèi)外故障；即各端點(diǎn)處方向元件若均判定為正向故障，則判為區(qū)內(nèi)故障；若至少有一個(gè)判為反向故障，則為區(qū)外故障。本發(fā)明僅利用電流數(shù)據(jù)，所需采樣率低，計(jì)算簡(jiǎn)單，通訊量小，可快速檢測(cè)線路故障；使用故障暫態(tài)中所有能量信息，而非高頻信號(hào)，信號(hào)能量強(qiáng)，保護(hù)安全可靠；該方法適用于并聯(lián)式、串聯(lián)式以及混合式多端直流系統(tǒng)。
文檔編號(hào)H02H7/26GK102510050SQ20111035064
公開日2012年6月20日 申請(qǐng)日期2011年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月8日
發(fā)明者宋國(guó)兵, 索南加樂, 蔡新雷, 高淑萍 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)