[发明专利]一种双端高压直流输电线路差动保护算法

说明书

本发明公开了一种双端高压直流输电线路差动保护方法，具体步骤为：步骤1：构建区外、区内故障直流输电线路等效线路模型步骤；2：描述各极直流线路两测量端的电压、电流以及与电压电流相关的时域数学表达式；步骤3：描述电压差的积分式、电流和的积分式的时域数学表达式，构建基于故障分量和故障全量的纵联阻抗积分式计算项，根据纵向阻抗保护思想，对故障状态结果进行定性分析；步骤4：根据定性分析结果，构造电流差动保护改进判据。本发明方法克服传统直流线路差动保护缺乏相对稳定制动量，易受线路分布电容以及电力电子器件操作等所产生的高频谐波干扰等问题。

技术领域

本发明属于直流输电线路继电保护技术领域，涉及一种双端高压直流输电线路差动保护方法。

背景技术

高压直流输电线路是我国实现能源配置格局的大动脉，它的安全稳定不仅会影响到整个直流系统的运行安全，也会对与直流系统相连的送、受两端交流电网造成冲击。由于高压直流输电线路较长，沿线地理环境和气候环境复杂多变，发生故障概率较高。因此，深入分析和研究高压直流输电线路保护存在的问题，并对其保护进行优化和改进，对加强线路抵抗风险的能力以及提高线路安全运行水平非常重要，具有一定的学术价值和实际工程价值。

目前，现有直流输电线路保护的主要技术来源于ABB公司和SIEMENS 公司，分为以行波保护、微分欠压保护等构成的主保护和以电流差动保护、低电压保护等构成的后备保护。

行波保护是通过利用故障发生时从故障点向外传送的暂态故障行波，达到鉴别故障状态的目的，主要用来进行接地故障或者弱过渡电阻接地故障的检测。该保护不受系统振荡、分布电容以及电流互感器饱和等的影响，能够快速利用故障暂态行波中的故障原始信息，因此它凭借优良的速动性，成为了直流线路的主保护。但是它抗干扰性较弱，易受雷击、换相失败以及交流侧故障等暂态过程的影响，可靠性相对较差；其次，它在耐过渡电阻、故障分辨灵敏度以及保护整定等方面存在着暂时无法解决的原理性缺陷；最后，它对数据的采样频率和测量精度都需附带较高的技术要求。

微分欠压保护既作为直流输电线路的主保护，又配置为行波保护的后备保护。它是通过检测电压微分值、电流微分值和电压幅值水平来实现故障检测，微分和欠压两种判据的有机结合，提高了保护的可靠性。它只在整流站有效。它的动作速度略逊于行波保护。但是耐过渡电阻的能力低、故障判别灵敏度差和缺乏必要理论支持是该保护的主要弱点。还存在着耐过渡电阻能力不理想、整定缺乏依据、定值整定困难以及灵敏度低等问题。

低压保护作为直流线路的后备保护，其主要是通过检测电压幅值水平来进行故障检测，主要用于识别高阻故障。它的实际使用效率并不高且理论研究也相对薄弱。低压保护的形式主要包括线路和极控两种，前者的整定值相对较高，它动作后将启动线路重启程序，而后者为动作后将闭锁故障极，因此已经超出线路保护的技术范畴。但是它的主要问题在于缺乏科学的整定依据、没有方向判别的功能及动作速度仍呈现较慢等。

电流差动保护是采集整流站和逆变站两端的极线电流进行比较，构造差动判据，理论上确保其具有绝对的故障判别选择性。但是在该方法中没有考虑到超长距离线路分布电容以及由电力电子运行所呈现高频谐波的影响，同时缺乏交流差动保护所设制动量的平衡，因此只能通过调节动作门槛或者增加等待延时等待两种方法确保相关保护的可靠性。通过调节动作门槛可以避免相关干扰所带来的影响，但是同时也降低了故障判别的灵敏度。通过增加等待延时可以获得干扰衰减后灵敏判别故障的效果，但是保护的速度将明显降低。实际动作速度比较交流差动保护要慢许多，根据分析等待延迟时间需要达到秒的数量级。由于在直流输电的调控过程中，电力电子操控的反应速度相对更快，因此多次引发极控低压保护及最大触发角的保护动作，造成闭锁故障极，线路因此被迫停运的事故；同时，该差动保护几乎不能判别所出现的高阻故障。

鉴于常规的直流线路主保护存在着可靠性不高、抗干扰能力弱等问题以及作为后备保护的差动保护存在动作速度慢，保护性能不高等问题，因此有必要对线路保护方法进行改进和优化。

发明内容