[发明专利]一种直流输电线路方向故障判别元件及判别方法

权利要求书

1.一种基于单端暂态信号的超高速直流输电线路方向故障判别元件，其特征在于：该元件包括故障分量计算单元、前行波、反行波能量计算单元、比较及发令单元；其中故障分量计算单元在直流输电系统发生故障后，通过延时模块，将故障时刻电压、电流与正常运行时刻电压、电流相减，得到电压、电流故障分量；前行波与反行波能量计算单元基于前行波与反行波的计算公式，利用故障分量计算单元提供的故障电压、电流分量信息，计算得到前行波与反行波的瞬时值，并通过对所得前行波与反行波瞬时值平方的积分，得到前行波与反行波的能量值；比较及发令单元通过比较计算得到的前行波与反行波能量值，判断故障为正方向故障或反方向故障，并发出相应命令。

2.权利要求1所述方向故障判别元件的故障判别方法，其特征在于，按照如下步骤：

(A)针对不同直流输电工程线路的具体参数，计算得到线路波阻抗的归一化值，作为后续计算的参考值；线路波阻抗计算公式如式(1)所示、归一化波阻抗计算公式如式(2)所示：

Z=138lg2hpreq---(1)]]>

式中，h_p为导线对地平均高度，h为导线悬挂点高度，f为导线的弧垂，r_eq为导线的等效半径，r为单根导线的半径，d为导线之间的几何均距，单位均为m，n为每极导线分裂导线数；

Z*=Z×P2U2---(2)]]>

式中，Z为线路计算波阻抗，单位Ω，U为直流系统额定运行电压，单位kV，P为双极额定输送功率，单位MW；

(B)在直流输电工程发生故障后，将当前时刻线路的电压u_dl、电流i_dl，即故障电压和故障电流，与10ms前的电压u^[0]、i^[0]，即未发生故障时的正常电压和正常电流相减，得到直流输电工程线路的电压、电流故障分量Δu_dl、Δi_dl，计算公式如式(3)、式(4)所示：

Δu_dl＝u_dl-u^[0]             (3)

Δi_dl＝i_dl-i^[0]             (4)

(C)利用得到的电压故障分量Δu_dl、电流故障分量Δi_dl、归一化的波阻抗Z^*计算得到前行波Δu_f与反行波Δu_b，计算公式如式(5)、式(6)所示：

Δu_f＝(Δu_dl+Z^*·Δi_dl)/2   (5)

Δu_b＝(Δu_dl-Z^*·Δi_dl)/2   (6)

(D)对从故障发生时刻起至故障发生后5ms的前行波Δu_f、反行波Δu_b的平方和进行积分，得到前行波暂态能量E_f和反行波暂态能量E_b，公式如式(7)所示：

Ef=Σk=NsNs+N-1Δuf2(k)ΔTEb=Σk=NsNs+N-1Δub2(k)ΔT---(7)]]>

式中，Ns为启动时刻对应的采样点，N为数据窗宽度，ΔT为采样间隔，k为数据窗内对应的采样点；

(E)比较前行波暂态能量E_f和反行波暂态能量E_b的大小，若满足E_f＜E_b，则判断为线路正方向故障，若满足E_f＞E_b，则判断为线路反方向故障。

(F)根据方向元件判别结果，保护装置进行相应动作。

3.如权利要求2所述的故障判别方法，其特征在于，所述步骤(F)是指：

a：若判定结果为线路正方向故障，则结合线路保护装置其余元件共同判断是否动作；

b：若判定结果为线路反方向故障，则线路保护装置不动作。