Dc电网电流差动保护方法及其系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本申请设及DC电网电流差动保护方法及其系统。
【背景技术】
[0002] 在现有HVDC系统中，通常基于本地测量值的行波前的保护被用作主保护，经典电 流差动保护用作备用保护。然而他们的缺点在于：主保护对高电阻故障的灵敏度差，并且可 能在LCC DC电网中误动；而备用保护具有非常慢的动作速度。
[0003] 在现有的两终端HVDC系统中，用于输电线的主保护主要基于方向行波前的变化 速率和振幅。运类保护具有明显的优点，就是它只使用本地测量值并且对金属故障具有非 常快的动作速度。
[0004] 但是运类保护的一个缺点是它对高电阻故障的灵敏度非常低（差）。通常〉2000hm 的故障电阻可能会导致动作失败，因为波前的振幅很大程度上依赖于故障电阻。因此，高电 阻故障不得不由其动作速度非常慢（例如〉〇. 5s)的备用电流差动保护清除。运明显是不 合理的。
[00化]此外，该保护基于HVDC系统中的平波电抗器的物理特征，平波电抗器能够减慢电 流变化。在一些类型的DC电网系统（例如，一些类型的串联MTDC系统）中，外部故障引起 的行波将不会流经平波电抗器，上述的基于行波的HVDC保护将不会动作或误动。在最坏的 情况下，如果外部DC故障发生在具有较高电压水平的线路上，那么它的行波前甚至会大于 由内部故障引起的行波前。运会给现有的基于行波的HVDC保护带来大麻烦。
[0006] 图1是示出LCC DC电网中的内部和外部DC故障的行波前的图表。
[0007] 如图1所示，来自内部故障和外部故障的波前的变化速率在开始时是绝对相同 的。同时，外部故障的行波前甚至比内部故障的行波前大得多，因为外部线路的电压水平较 局。
[0008] 在传统的行波保护装置中，如图2所示，=个不同的测量值将开始确定是否该波 在指定时间内具有足够的振幅。第一个测量值计算正好在波前之前和正好在10次采样 (0.2ms)之后之间的波差。第二个和第S个测量值计算正好在波前之前和正好在25次和 35次采样（0.5ms和0.7ms)之后之间的波差。如果S个测量值都大于阔值，则检测到线路 故障。
[0009] 鉴于图1中的外部故障的波前甚至大于内部故障的波前，并且外部与内部故障两 者的变化速率具有相同的速率，因此在运种情况下现有HVDC主保护将在LCC DC电网中误 动。换句话说，现有的HVDC行波保护不能直接用于LCC DC电网中。
[0010] 在现有的HVDC系统中，通常用于输电线的备用保护是线路电流差动保护。经典电 流差动保护算法被用在运类保护中。运类保护在主保护（行波保护）不能工作时（例如高 电阻故障）动作。
[0011] 下面示出了电流差动保护的典型判据， 阳01引 Idl-Idl-Fos〉max (120A, 0. 1 X Idl+Idl_f〇s 阳01引其中Id鹿本地侧的电流，I DLJDS是远程侧的电流。
[0014] 下面示出了电流差动保护的另一典型判据，
[001 引 I0L - IdL-FOS 〉90A
[0016] 通常，如果设定恰当则电流差动保护的灵敏度会相当好。但是它的动作速度太慢。 它的动作时间通常为数百毫秒或甚至数秒。主要原因在于故障瞬态和充电电流将极大地影 响该保护算法。因此，长的延迟是必须的W确保可靠性。
[0017] 主保护和备用保护都可能被高阻抗故障影响。 阳01引 1)对行波保护的影响
[0019] 现有的行波判据是：
[0020] KJ = |Zc〇MWUc〇J> 350kV 阳02"1] WpoLE - ZdifIdiF-UdiF〉210kV 阳0巧其中，Zcdm是共模波阻抗，Z DIF是差模波阻抗，W隱是极波，W CDMM是地波。 阳023] IWM是共模电流，U WM是共模电压，I DIP是差模电流，U DIP是差模电压。
[0024] 该保护使用地波的变化速率来检测波头。 阳0巧] I dWcoMM/dt I > 396kV/ms
[00%] 当线路通过大阻抗接入大地时，DC电压W小的变化速率下降，导致现有的基于行 波的保护的误动作。
[0027] 如果行波保护误动作，控制和保护系统将延迟W消除故障。 阳02引 2)对电压变化速率和低压保护的影响
[0029] 电压变化速率的判据是：
[0030] Dut=加 di/化< -396kV/ms&Udi< 200kV，其中U di是线路电压，D UT是对应的变化 速率。
[0031] 当线路通过大阻抗接入大地时，小的DC电压下降将导致电压变化速率保护误动 作。
[0032] 3)对电流差动保护的影响
[0033] 下面示出了电流差动保护的典型判据：
[0034] Idl-IdL-Fos〉max (IsET, k X Idl+Idl_fos
[00对其中Iset是固定的电流设定值，通常设定成120A，k是比率系数，通常设定成0. 1。
[0036] 为了确保在大阻抗故障的条件下的动作，设定值Iset和k通常设定成一小值。因 此延迟时间必须设定得足够长W避免由电容充电电流引起的误动作。
[0037] 如果快速保护（行波保护）误动作，后备保护将延迟工作。并且延迟时间太长而 不能保证电力系统的稳定运行。
【发明内容】
[0038] 因此，本发明的一方面提供一种DC电网电流差动保护方法，包括W下步骤：
[0039] 采样值获得步骤：获得DC线路的本地终端和远程终端的极电压采样值和极电流 采样值；
[0040] 故障分量提取步骤：根据本地终端和远程终端的极电压采样值分别计算故障分量 极电压值；W及根据本地终端和远程终端的极电流采样值分别计算故障分量极电流值；
[0041] 贝杰龙模型计算步骤：通过基于贝杰龙模型计算在故障分量提取步骤中计算的本 地终端和远程终端的故障分量极电压值和故障分量极电流值，获得本地终端和远程终端之 间的DC线路上的选定点处的故障分量极电流值；
[0042] 电流差动保护判定步骤：如果在贝杰龙模型计算步骤中获得的本地终端和远程终 端的选定点处的故障分量极电流值满足预设电流差动保护判据，则判定内部故障。
[0043] 优选地，DC电网是双极的，并且DC线路包括正极DC线路和负极DC线路，本地终 端包括正极本地终端和正极远程终端，远程终端包括负极本地终端和负极远程终端，正极 DC线路电连接正极本地终端和正极远程终端，并且负极DC线路电连接负极本地终端和负 极远程终端，从选定点到正极本地终端的距离和从选定点到负极本地终端的距离相同，并 且从选定点到正极远程终端的距离和从选定点到负极远程终端的距离相同；还包括：
[0044] 极模变换步骤：通过对正极本地终端、正极远程终端、负极本地终端和负极远程终 端中的每个的所述故障分量极电压值进行极模变换，获得本地终端和远程终端的每一模量 的故障分量模电压值；W及通过对正极本地终端、正极远程终端、负极本地终端和负极远程 终端中的每个的所述故障分量极电流值进行极模变换，获得本地终端和远程终端的每一模 量的故障分量模电流值；
[0045] 贝杰龙模型计算步骤还包括：
[0046] 通过基于贝杰龙模型计算本地终端和远程终端的每一模量的故障分量模电压值 和故障分量模电流值，分别获得本地终端和远程终端的每一模量的故障分量模行波电压 值；
[0047] 分别将本地终端和远程终端的故障分量模行波电压值转换成本地终端和远程终 端的故障分量模行波电流值；
[0048] 分别根据本地终端和远程终端的故障分量模行波电流值确定DC线路上的选定点 处的本地终端和远程终端的故障分量模电流值；
[0049] 通过对在选定点处的本地终端的每一模量的故障分量模电流值进行模极变换，获 得在DC线路上的选定点处的正极本地终端和负极本地终端中的每个的故障分量极电流 值，W及通过对在选定点处的远程终端的每一模量的故障分量模电流值进行模极变换，获 得在选定点处的正极远程终端和负极远程终端的故障分量极电流值。
[0050] 方便地，极电压采样值包括叫P(t)，即正极本地终端的电压采样值；Uw(t)，即负 极本地终端的电压采样值；Uw(t)，即正极远程终端的电压采样值；UKw(t)，即负极远程终端 的电压采样值；其中t指的是时间；
[0051] 极电流采样值包括：iw(t)，即正极本地终端的电流采样值；iwa)，即负极本地终 端的电流采样值；iw(t)，即正极远程终端的电流采样值；iKw(t)，即负极远程终端的电流采 样值； 阳05引故障分量极电压值包括：Auw(t)，即和Uw(t)相对应的正极本地终端的故障分 量电压值；A Uw (t)，即和Uw (t)相对应的负极本地终端的故障分量电压值；A Ukp (t)，即和 URp(t)相对应的正极远程终端的故障分量电压值；AllRNa)，即和URN(t)相对应的负极远程 终端的故障分量电压值； W53] 故障分量极电流值包括：A iw(t)，即和iw(t)相对应的正极本地终端的故障分 量电流值；A iw(t)，即和iw(t)相对应的负极本地终端的故障分量电流值；A iw(t)，即和 iw(t)相对应的正极远程终端的故障分量电流值；A i,w(t)，即和iKw(t)相对应的负极远程 终端的故障分量电流值； W54] 故障分量模电压值包括：A Uu (t)，即本地终端的故障分量共模电压值；A Uu (t)， 即本地终端的故障分量差模电压值；Auw(t)，即远程终端的故障分量共模电压值； A Uui (t)，即远程终端的故障分量差模电压值； 阳化5] 故障分量模电流值包括：A iu(t)，即本地终端的故障分量共模电流值；A iu (t)， 即本地终端的故障分量差模电流值；A iw(t)，即远程终端的故障分量共模电流值； A (t)，即远程终端的故障分量差模电流值；
[0056] 故障分量行波电压值包括：Au^ (t)，即本地终端的故障分量共模正向行波电 压值；A Uu (t)，即本地终端的故障分量共模反向行波电压值；A Uu+(t)，即本地终端的故 障分量差模正向行波电压值；A Au^ (t)，即本地终端的故障分量差模反向行波电压值； A Uw+(t)，即远程终端的故障分量共模正向行波电压值；A Uw (t)，即远程终端的故障分量 共模反向行波电压值；A UKi+(t)，远程终端的故障分量差模正向行波电压值；A Uki (t)，远 程终端的故障分量差模反向行波电压值；
[0057] 故障分量行波电流值包括：A it。+(t)，即本地终端的故障分量共模正向行波电 流值；A (t)，即本地终端的故障分量共模反向行波电流值；A iu+(t)，即本地终端的 故障分量差模正向行波电流值；A iu (t)，即本地终端的故障分量差模反向行波电流值； A iw+(t)，即远程终端的故障分量共模正向行波电流值；A iw (t)，即远程终端的故障分量 共模反向行波电流值；A iui+(t)，即远程终端的故障分量差模正向行波电流值；A iui (t)， 即远程终端的故障分量差模反向行波电流值；
[005引在选定点处的故障分量模电流值包括：A iu(x，t)，即本地终端的选定点处的故障 分量共模电流值；A iu (X，t)，即本地终端的选定点处的故障分量差模电流值；A i,。(X，t)， 即远程终端的选定点处的故障分量共模电流值；A iui (X，t)，即远程终端的选定点处的故障 分量差模电流值，其中X是选定点；
[0059] 在选定点处的故障分量极电流值包括：A iw(x，t)，即正极本地终端的选定点 处的故障分量极电流值；A iw(x，t)，即负极本地终端的选定点处的故障分量极电流值； A iw(x，t)，即正极远程终端的选定点处的故障分量极电流值；A iuw(x，t)，即负极远程终 端的选定点处的故障分量极电流值。
[0060] 方便地，在故障分量提取步骤中，采用W下方式计算故障分量极电压值和故障分 量极电压值：
[0062] 其中T表示预设时间延迟；
[0063] 在极模变换步骤中，采用W下方式计算故障分量模电压值和故障分量模电流值：
阳0化]在贝杰龙模型计算步骤中包括：
[0066] 采用W下方式计算故障分量模行波电压值：
W側其中Zcd是共模波阻抗；Z Cl是差模波阻抗；
[0069]采用W下方式计算故障分量模行波电流值：
[0071] 采用W下方式计算在选定点处的故障分量模电流值：
[0073] 其中，V。是故障分量共模行波的行进速度，V I是故障分量差模行波的行进速度；<