一种基于反行波的高压直流输电线路区内外故障识别方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电力系统领域，具体是一种基于反行波的高压直流输电线路区内外故 障识别方法。
【背景技术】
[0002] 目前，直流线路以行波保护作为线路的主保护，以微分欠压保护、电流纵联差动保 护等作为后备保护来识别直流线路上是否发生故障。其中，行波保护和微分欠压保护依据 电压变化率构成保护判据，在线路发生高阻故障时，由于电压变化率不能达到定值而容易 拒动。
[0003] 电流纵联差动保护作为行波保护和微分欠压保护的后备保护，可以有效检测高阻 故障，但差动保护为避免区外交流侧故障导致的线路分布电容充放电电流和采样值波动造 成的误动，其动作速度慢，动作时间为秒级，有可能在差动保护动作前，整流侧极控中的低 电压保护或最大触发角保护动作将故障极闭锁，使得差动保护常常起不到对线路的后备保 护作用。同时，电流差动保护为保证可靠性，需要线路两端数据精确同步，对通讯设备要求 较高。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是克服现有直流输电线路区内外故障识别方法的不足之处，提出了 一种基于反行波的高压直流输电线路区内外故障识别方法，该方法能够可靠快速地识别出 线路的区内外故障，对于高阻接地故障也能快速反应。
[0005] 为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案来实现:一种基于反行波的高压 直流输电线路区内外故障识别方法，包括以下步骤：
[0006] (a)安装在直流输电系统整流站和逆变站线路侧的电压、电流互感器分别采集正 极和负极线路两端的电压、电流；
[0007] (b)利用采集到的线路两端的电压电流，计算正极线路和负极线路两端的电压突 变量和电流突变量；
[0008] (c)利用相模变换方法，将得到的每一极线路的电压突变量和电流突变量转换成 相应的线模电压分量和线模电流分量；
[0009] (d)利用线模电压分量和线模电流计算出直流线路两端的电压反行波，并在特定 的时间内对反行波幅值进行积分；
[0010] (e)计算直流线路整流侧与逆变侧反行波幅值积分结果的比值，若该比值大于门 槛值，判断故障发生在线路外;若该比值小于门槛值，判断故障发生在线路上。
[0011] 进一步地，作为优选方案，所述步骤(b)的具体过程为：
[0012] (bl)通过式(1)，计算出正极线路和负极线路整流侧的电压突变量与电流突变量，
[0014] 式（1)中，Δ URp、Δ iRp*别为正极线路和负极线路整流侧的电压突变量和电流突 变量;uRpS正极线路和负极线路整流侧的电压，其中p = l，2，l代表正极线路，2代表负极线 路;N为采样点个数，η为10ms内的采样点数，uRp(N)表示正极线路和负极线路整流侧电压的 采样值，i Rp(N)表示正极线路和负极线路整流侧电流的采样值。
[0015] (b2)同理，采用式（1)，计算出正极线路和负极线路逆变侧的电压突变量与电流突 变量。
[0016] 进一步地，作为优选方案，所述步骤(c)的具体过程为：
[0017] (c 1)通过式(2 )，计算出直流线路整流侧的线模电压和线模电流分量，
[0019]式中，Δ urn与Δ iR11分别为直流线路整流侦啲线模电压和线模电流。
[0020] (c2)同理，通过式（2)，计算出直流线路逆变侧的线模电压Aum和线模电流Δ inio
[0021] 进一步地，作为优选方案，所述步骤(d)的具体过程为：
[0022] (dl)利用线模电压分量和线模电流，计算出直流线路整流侧和逆变侧的电压反行 波。
[0024] 式中，uRb与uIb分别为直流线路整流侧和逆变侧的电压反行波，Zc为直流线路波阻 抗；
[0025] (d2)在特定的时间Td内对反行波幅值进行积分，如式(4)所示
[0027] 式(4)中，bR和匕分别是一段时间内直流线路整流侧和逆变侧反行波的幅值积分， t#Pt2分别为直流线路整流侧和逆变侧检测到故障的时间，Td的范围取值为 1为线路长度，v为行波传播速度。
[0028] (d3)对式(4)进行离散化，可得
[0030]式(5)中，i = l表不检测到故障后的第一个米样点，Ns为一个积分窗长内的米样点 数，At为采样间隔。
[0031] 进一步地，作为优选方案，所述步骤(e)的具体过程为：
[0032] (el)将直流线路整流侧和逆变侧反行波的幅值积分值中，较大的积分值比上较小 的积分值，得到积分比值Ratio为：
[0034]式(6)中，ε为区内外故障识别判据的门槛值；
[0035] (e2)当积分比值Ratio小于门槛值ε时，判断故障发生在线路上，否则，判断故障发 生在线路外。
[0036] 进一步地，作为优选方案，所述门槛值ε为5。
[0037] 进一步地，作为优选方案，所述步骤(d)之后、步骤(e)之前还包括步骤(f)，所述步 骤(f)的具体过程为:将逆变站得到的线路反行波幅值积分结果传递至整流站。
[0038] 与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
[0039] 一、本发明所需的数据窗短，不受控制系统作用的影响，可以快速准确识别区内、 外故障，在线路末端高阻故障和噪声干扰下也能正确动作，可靠性和灵敏性高。
[0040] 二、本发明仅需传输逆变侧的反行波幅值积分的结果，不用实时传递电压、电流采 样值，对通讯速率和两端数据同步要求低，能够适应现有的通信手段。
[0041] 三、较之现有的基于暂态量的区内外故障识别方法，本发明提取反行波的采样频 率为10kHz，与实际直流系统控保装置的采样率相同，方便工程实施。
[0042] 说明书附图
[0043]图1为直流输电工程中的双极线路接线方式。
【具体实施方式】
[0044] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本 发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作 为对本发明的限定。
[0045] 实施例
[0046] 本发明所述的一种基于反行波的高压直流输电线路区内外故障识别方法，包括以 下步骤：
[0047] (a)安装在直流输电系统整流站和逆变站线路侧的电压、电流互感器分别采集正 极和负极线路两端的电压、电流;直流输电工程通常采用的接线方式是双极线路方式，通过 两根不同极性（即正、负极)的导线进行电能传输，这两根导线简称为正极线路和负极线路。 其中，换流站出线端对地电位为正的称为正极，为负的称为负极，如图1所示。
[0048] (b)利用采集到的线路两端的电压电流，计算正极线路和负极线路两端的电压突 变量和电流突变量；
[0049] (c)利用相模变换方法，将得到的每一极线路的电压突变量和电流突变量转换成 相应的线模电压分量和线模电流分量，这里的每一极线路指的是正极线路和负极线路，相 模变换为一种输电线路中常用的现有技术，在此不再赘述。
[0050] (d)利用线模电压分量和线模电流计算出直流线路两端的电压反行波，并在特定 的时间内对反行波幅值进行积分，这里的直流线路两端指的是线路的整流侧和线路的逆变 侧。
[0051] (e)计算直流线路整流侧与逆变侧反行波幅值积分结果的比值，若该比值大于门 槛值，判断故障发生在线路外;若该比值小于门槛值，判断故障发生在线路上。
[0052] 具体地，步骤(b)的具体过程为：
[0053] (bl)通过式（1)，计算出正极线路和负极线路整流侧的电压突变量与电流突变量，
[0055]式（1)中，AURp、Δ、分别为正极线路和负极线路整流侧的电压突变量和电流突 变量;1^为正极线路和负极线路整流侧的电压，其中p = l，2，l代表正极线路，2代表负极线 路;N为采样点个数，η为10ms内的采样点数，uRp(N)表示正极线路和负极线路整流侧电压的 采样值，i Rp(N)表示正极线路和负极线路整流侧电流的采样值。
[0056] (b2)同理，采用式（1)，计算出正极线路和负极线路逆变侧的电压突变量与电流突 变量。
[0057]具体地，步骤(c)的具体过程为：
[0058] (cl)通过式(2)，计算出直流线路整流侧的线模电压和线模电流分量，
[0060]式中，Δ urn与Δ iR11分别为直流线路整流侧的线模电压和线模电流。
[0061] (c2)同理，通过式（2)，计算出直流线路逆变侧的线模电压AUI11和线模电流Δ inio
[0062] 具体地，步骤(d)的具体过程为：
[0063] (dl)利用线模电压分量和线模电流，计算出直流线路整流侧和逆变侧的电压反行 波。
[0065] 式中，uRb与uIb分别为