[发明专利]柔性直流输电线路的电压行波差动保护时域计算方法

说明书

本发明涉及电力系统保护与控制领域，为提出一种考虑线路参数频变特性的电压行波差动保护方法，该方法能够保证更为准确和快速地检测区内故障。本发明采用的技术方案是，一种柔性直流输电线路的电压行波差动保护时域计算方法，考虑柔性直流线路频率相关参数的影响，在时域内计算频率相关输电线路的特征阻抗和传播系数，通过采集输电线路首端和末端的电压和电流信号，分别计算该输电线路首端和末端的正反向电压行波，并根据首端与末端电压行波差值与设定电压门槛值的大小进行对比，从而判断区内故障是否发生。本发明主要应用于电力系统保护与控制场合。

技术领域

本发明涉及电力系统保护与控制领域，尤其涉及柔性直流输电线路行波差动保护的研究，特别是涉及考虑频率相关参数影响的柔性直流输电线路的电压行波差动保护的原理及计算。

背景技术

柔性直流输电(VSC-HVDC)是以电压源型换流器(Voltage Source Converter,VSC)和全控型可关断电力电力电子器件为核心的新型直流输电方式(High VoltageDirect Current,HVDC)，具有经济、灵活和环保等突出优点，是智能电网研究及应用领域具有代表性的关键技术之一。柔性直流输电系统一般采用模块化多电平换流器(ModularMultilevel Converter,MMC)实现交直流转换，由于其直流侧阻尼小，当柔性直流输电线路侧发生短路时会出现电流急剧上升、电压迅速下降的情况，对系统及设备的安全性造成了严重威胁。因此，研究能够快速、可靠、有选择的切除故障的保护原理，对保障柔性直流输电系统的安全、稳定运行具有重要的实用意义。

目前，柔性直流输电线路保护一般仍沿用传统线换相型高压直流输电系统的线路保护配置，即行波保护作为快速主保护，电流差动保护作为后备保护的方案。传统的纵联差动保护具有选择性好、灵敏度高等优势，但是其延时较长，无法满足柔性直流系统对速动性的需要。此外，柔性直流输电系统的暂态电气量不像交流系统那样以工频为主频率，而是包含丰富的频率成分，且在直流线路的传输过程中受线路频率相关参数的影响很大。因此，在考虑柔性直流线路频率相关参数的影响的基础上，如何进一步挖掘纵联差动保护在速动性上的潜力，是该保护原理能否成功应用于柔性直流线路并发挥其固有优势的基本前提。

发明内容

为克服现有技术的不足，鉴于对柔性直流输电线路的纵联差动保护均未考虑线路参数频率相关特性的问题，以及存在延时较长不利于故障的快速识别的问题，本发明旨在提出一种考虑线路参数频变特性的电压行波差动保护方法，该方法能够保证更为准确和快速地检测区内故障。本发明采用的技术方案是，一种柔性直流输电线路的电压行波差动保护时域计算方法，考虑柔性直流线路频率相关参数的影响，在时域内计算频率相关输电线路的特征阻抗和传播系数，通过采集输电线路首端和末端的电压和电流信号，分别计算该输电线路首端和末端的正反向电压行波，并根据首端与末端电压行波差值与设定电压门槛值的大小进行对比，从而判断区内故障是否发生。

一个实例中的具体步骤细化为：

步骤A：在时域内计算频率相关输电线路的特征阻抗和传播系数；

步骤B：采集输电线路首端和末端的电压和电流信号是，采样输电线路首端电压u_m、电流i_m以及线路末端电压u_n、电流i_n，采样频率为f_s，采样点数为N_s。根据波形还原法，选择滤波器内核为M₂的滤波器进行滤波后截取，将电压和电流的采样频率提高为重采样后频率f_maxres(f_maxres>f_s)，则采样点数变为N_x-M₂/2，其中N_x＝N_sf_maxres/f_s；并进行相模变换；