一种直流输电线路行波保护的方法与流程

本发明属于直流技术领域，尤其涉及一种直流输电线路行波保护的方法。

背景技术：

随着电力电子技术的飞速发展，高压直流输电系统在此基础上不断得到了新的突破。其具有的传输功率大、传输距离长、运行损耗小等诸多优势，受到越来越多学者们的关注。但在高压直流输电的大力发展中，直流输电线路的可靠性问题受到越来越多的关注。与交流系统保护方法相比,直流线路的短路保护方法还不尽完善。

针对上述问题，国内外学者进行了一系列研究并得出相应的解决方案。李书勇，田得良，郭琦等人针对电流计算量不足导致保护误动的问题，提出一种特高压直流输电线路行波保护电流变化量计算的优化方法(专利号：CN201510833642.4)，即利用“先微分，后积分”的电流判据计算方式，更为精准的描述电流变化量。刘杰，宁联辉，王秀丽等人提出一种特高压直流输电线路行波保护的实现方法(专利号：CN201410498641.4)，利用瞬时电流电压得极波，然后再通过Gabor变换对所述极波进行时频分析，得到S变换矩阵的模值并提出相应判据。以上方法实现相对复杂，本发明拟提出实现相对简单，且可靠性较高的方法。

技术实现要素：

为了解决现有技术的不足，本发明提出一种直流输电线路行波保护的方法，包括：

步骤1：将保护检测装置置于整流和逆变滤波器之间靠近整流侧一侧，检测故障电压和电流；分别在线路终端和平波电抗器以外各设置一个故障点；平波电抗器以外短路故障接地电阻值为零；将检测到的故障电压电流瞬时值转化成极波数据值并计算极波变化率，分别采集两个故障点发生故障时极波变化率最大的数据窗口中n个数据值的极波序列列向量分别记为Y和K；

步骤2：设置包含n个值的行向量A，求解A在非线性约束条件下满足AY/AK为极大值；

步骤3：移动数据窗口，重新获得数据窗口中n个数据值的极波序列列向量分别记为Y1和K1，令参考值Δ满足：AY1的最大值＞Δ＞AK1的最大值；

步骤4：消除两个故障点故障之后，根据行波波形实时数据计算n个极波数据值的列向量P，若AP＞Δ，则认为线路内部发生了短路故障；而AP≤Δ，则认为线路内部未发生短路故障。

所述非线性约束条件包括：A＝[a1,a2,…an]，a1+a2+…+an＝0，(a1)²+(a2)²+…+(an)²＝1，且AK＞X>0，X为非无穷小的数。

所述极波数据值通过下列公式计算获得：

p＝ZI-U

其中p为极波；Z为极波阻抗；I为线路整流侧的直流电流；U为线路整流侧的直流电压。

本发明的有益效果在于：采用本方法处理后，保护装置运算简单，故障指标更加显著，区分区内外故障更加明显，对保护的安全性和可靠性有了一定的提升，对实际保护具有一定的意义。

附图说明

图1为高压直流输电双端双极输电系统模型。

具体实施方式

下面结合附图，对实施例作详细说明。

步骤(1)：本例中，n的值为8。获得高压直流线路的电压瞬时值序列u(t)和电流瞬时值i(t)，根据公式p＝ZI-U得出极波p。其中p为极波；Z为极波阻抗；I为线路整流侧的直流电流；U为线路整流侧的直流电压。

图1为高压直流输电双端双极输电系统模型，分别在f1(区内)和f2(区外)设置短路故障，根据电压和电流瞬时值得出相应极波p。

以固定线路长度为1500km为例，设置故障点f1位于线路末端，即距离保护安装处1500km，短路过渡电阻为500Ω，获得相应的极波数据列向量Y，数据窗记为y1，y2…，y8。选择数据窗包含极波变化率最大的波形部分，此时数据窗的值如下

Y＝[y1，y2…，y8]’＝

[-691.451979214460；-691.933260403240；-692.489764194040；-693.100154469860；-693.807214991360；-548.755500406380；-539.234153803800；-533.537302834480]’

设置故障点f2位于线路末端区外故障，接地电阻为0Ω。获得相应的极波数据列向量K。数据窗记为[k1，k2…，k8]’。选择数据窗包含极波变化率最大的波形部分。此时数据窗的值如下

K＝[k1，k2…，k8]’

＝[-167.676231378920；-117.631415449800；-69.4153844570400；-23.3243884010200；21.1608778359200；64.7980957529599；107.973542237160；150.445504810780]’

步骤(2)：求解下列非线性约束下的极大值问题，获得向量A的值。

求A＝[a1，a2…，a8]使得

(a1×y1+a2×y2+a3×y3+a4×y4+a5×y5+a6×y6+a7×y7+a8×y8)/(a1×k1+a2×k2+a3×k3+a4×k4+a5×k5+a6×k6+a7×k7+a8×k8)获得极大值，

约束条件为

(a1×k1+a2×k2+a3×k3+a4×k4+a5×k5+a6×k6+a7×k7+a8×k8)>x>0.x避免分母接近零。

a1+a2+a3+a4+a5+a6+a7+a8＝0

a1²+a2²+a3²+a4²+a5²+a6²+a7²+a8²＝1

A＝[0.368 0.099-0.160-0.409-0.650 0.404 0.261 0.087]。

(a1×y1+a2×y2+a2×y2+a4×y4+a5×y5+a6×y6+a7×y7+a8×y8)/(a1×k1+a2×k2+a3×k3+a4×k4+a5×k5+a6×k6+a7×k7+a8×k8)

步骤(3)：移动数据窗口，重新获得数据窗口中n个数据值的极波序列列向量分别记为Y1和K1，令参考值△满足：(AY1)的最大值＞Δ＞(AK1)的最大值；

步骤(4)：消除两个故障点之后，根据行波波形实时数据计算n个极波数据值的列向量P，若AP＞Δ，则认为线路内部发生了短路故障；而AP≤Δ，则认为线路内部未发生短路故障。

下面为了体现本方法的优越性，进行本方法与经典的极波变化率方法的效果对比。

区内故障的指标值与区外金属性接地故障的区分度越大，则方法效果越好。

表1为本发明方法区内故障与区外金属性接地故障指标值及其比值，表2为经典的极波变化率方法。

表1中，区内故障与区外故障指标值比值明显大于表2中对应值。由此可知，本发明方法比经典的极波变化率方法有更高的灵敏性，和耐受过渡电阻的能力。

表1：

表2：

此实施例仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。