[发明专利]经金属回线接地的柔性直流电网反向行波差动保护方法

说明书

本发明提供一种经金属回线接地的柔性直流电网反向行波差动保护方法，包括下列步骤：基于Marti频变参数线路模型和架空线杆塔拓扑，利用有理函数对传播函数和特征阻抗进行拟合，得到传播函数和特征阻抗的时域表达式；对于多端柔性直流电网，采集直流线路两端正极、负极、接地极的电压和电流时域值，正极、负极和接地极线路之间存在电磁耦合，通过解耦矩阵解耦成相互独立的0模、1模和2模分量；计算得到线路两端的前向行波和反向行波；利用计算得到的线路两端的前向行波和反向行波，计算得到反向行波差动值的0模、1模和2模分量；根据不同故障类型下反向行波差动值的变化规律，利用启动判据实现故障的检测。

技术领域

本发明属于电力系统继电保护领域，具体涉及一种适用于经金属回线接地的柔性直流电网反向行波差动保护方法。

背景技术

经金属回线接地的柔性直流电网由模块化多电平换流器(Modular MultilevelConverter,MMC)、正极的直流输电线路环网、负极的直流输电线路环网以及接地极的金属回线接地线路环网组成。柔性直流电网存在低阻尼特性，使得故障电流快速上升并且没有自然的过零点。受限于直流断路器发展水平，直流线路故障必须在毫秒级的时间内清除，快速、可靠地识别直流线路故障成为关键问题。

传统的高压直流输电系统以行波保护和微分欠压保护作为主保护，但对于多端柔性直流电网，传统的主保护方案已无法满足保护速动性和可靠性的高要求。近年来，研究人员提出了许多改进的直流线路保护方法：一是基于故障暂态电压和电流，将小波变换和Park变换等信号处理方法引入行波保护中。但是，极高采样率和反射波识别困难会影响保护可靠性。二是基于线路直流电感的边界保护方法。但是，该类需要在很短的时间内提取特定的频率信息，并且保护设置值取决于仿真结果。三是基于人工神经网络和支持向量机等人工智能的方法。但是，这些方法严重依赖于训练过程，并且在实际中大量训练数据难以获得。

上述改进方法大多数采用分布参数线路模型，忽略了输电线路的频变特性。此外，柔性直流电网接地极的接地方式也将对直流保护配置产生关键影响。与经大地回路接地方式相比，金属回线接地方式会带来更多的故障类型和不同的故障特性，需要进一步研究。因此，弥补以上两点不足具有工程实际意义，是柔性直流电网发展的迫切需求。

发明内容

本发明针对经金属回线接地的柔性直流电网，设计一种适用于直流线路的反向行波差动保护方法。相较传统的保护方法，该方法考虑输电线路的频变参数特性和柔性直流电网金属回线接地方式，提取双端采集的电流信息，以Marti频变参数模型和行波理论为基础，计算反向行波差动值，构造不同直流故障类型下的保护判据。本发明可以满足快速性要求，在采样频率、抗过渡电阻能力和抗干扰能力等方面的具有突出优势，易于整定，具有广泛的适用性。本发明的技术方案如下：

一种经金属回线接地的柔性直流电网反向行波差动保护方法，包括下列步骤：

(1)基于Marti频变参数线路模型和架空线杆塔拓扑，利用有理函数对传播函数和特征阻抗进行拟合，得到传播函数和特征阻抗的时域表达式。

(2)对于多端柔性直流电网，采集直流线路两端正极、负极、接地极的电压和电流时域值，正极、负极和接地极线路之间存在电磁耦合，通过解耦矩阵解耦成相互独立的0模、1模和2模分量。

(3)在Marti频变模型中，结合递归卷积公式，计算得到线路两端的前向行波和反向行波。

(4)利用计算得到的线路两端的前向行波和反向行波，计算得到反向行波差动值的0模、1模和2模分量。

(5)根据不同故障类型下反向行波差动值的变化规律，利用启动判据实现故障的检测：

启动判据利用反向行波差动值的0模、1模和2模分量的瞬时值作为启动判据，用于检测电网直流线路是否发生故障，启动判据如式(1)所示：