[发明专利]基于电压高低频比值差异的MMC-HVDC保护方法

说明书

本发明涉及一种基于电压高低频比值差异的MMC‑HVDC保护方法，包括以下步骤：将保护测量点设置在线路始端；定义偏差电压以及正常稳定电压，设定启动判据；对正负极电压进行解耦，确定选极判据，在本极故障和双极故障时保护动作；利用时频分析方法S变换提取最低频分量和最高频分量，计算最低频分量与最高频分量的比值；根据区外故障确定保护动作阈值，判断线路区内是否发生。

技术领域

本发明涉及电力系统继电保护和自动化领域，具体涉及一种基于测量电压高低频比值差异来实现区内外故障识别的保护方法。

背景技术

能源是人类社会发展的主要动力，化石能源的使用给全球环境造成了严重的影响，为了有效利用风能和太阳能等清洁能源，必须采用新型电网技术以满足未来能源的发展方向。柔性直流输电相比于传统的直流输电技术来说，没有换相失败问题和无功补偿问题，无功有功可独立调节，受端系统可以是无源网络，谐波水平低，克服了传统系统的电流单向流动，可实现多端直流系统。模块化换流器(MMC)的出现更是推动了柔性直流输电的发展。但是基于模块化换流器的柔性直流输电技术(MMC-HVDC)的发展需要完善相应的继电保护理论，从而保证直流侧故障的可靠切除。

目前直流系统中的保护方法可以分为基于单端量的保护以及基于双端量的保护。其中，基于单端量的保护无需考虑通信延迟以及通信同步的问题，动作速度较快，在直流系统中一般可作为主保护。有些方法利用限流电抗器对电压变化率的衰减作用识别区内外故障，或是利用限流电抗器电压构造保护方案，也有些方法利用限流电抗器电压的变化率构成保护方法，但是他们在高阻故障时灵敏度不足。基于频域的保护方法有着更好地反应故障的本质特性，比如利用边界元件的高频阻滞特征来实现故障的判定，但是他们在也面临区内高阻故障和区外故障难以区分的问题，且易受噪声干扰的影响。双端量保护相比于单端量保护有着更好的可靠性，主要利用线路两侧的电气量在信息上的交互实现故障的判别，常常作为交流系统中的主保护。有方法利用两端反行波幅值识别故障，或是根据线路两端电压电流关系构成纵联保护，再或是利用两侧的固有频率差异构成频差保护，但是由于柔性直流电网的快速动作要求，这些保护方法不能作为长线路输电系统中的主保护。

柔性直流输电技术的发展需要继电保护方面理论的完善，基于频域分析的保护可以更好地反应故障的本质特性，同时也是继电保护亟待突破的难关。线路两侧边界元件对高频分量的阻滞作用是当前保护研究的重要切入点，但是在高阻接地时，仅利用高频幅值或能量的保护是难以辨别区内高阻故障和区外故障，且对噪声干扰也十分敏感。

发明内容

本发明提出了一种基于电压高低频比值差异的MMC-HVDC保护方法，所提方法考虑了线路的频变特性以及行波传输过程，并构造了基于高低频差异的保护方案，有效解决了目前单端量保护面临的高阻接地拒动问题，并具备较强的抗噪能力。技术方案如下：

一种基于电压高低频比值差异的MMC-HVDC保护方法，包括以下步骤：

步骤(1)：将保护测量点设置在线路始端。

步骤(2)：定义偏差电压ΔU₁、ΔU₂以及正常稳定电压U_a如下：

其中j＝p,n，分别代表正、负极测量点，N为用于计算正常稳态电压的点数；u_j(k)为当前采样时刻k的电压值，启动判据如下：

ΔU₁＜ΔU_setΔU₂＜ΔU_set

ΔU_set为保护启动阈值，根据正常运行时的偏差电压来确定；

步骤(3)：对正负极电压进行解耦，并计算故障后N₀个采样点的0模分量平均值Q₀；