混合直流输电系统的故障检测方法及系统与流程

本发明涉及输电保护，具体为混合直流输电系统的故障检测方法及系统。

背景技术：

1、本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

2、混合直流输电技术能够实现远距离、大容量的多端电能输送，运行期间需要采取相应的保护方案，从而确定故障发生的位置，而针对直流输电系统实现的保护方案可分为基于时域分析和基于频域分析的保护方案。基于时域分析的行波保护方案通过检测电压微分、变化量和电流梯度进行故障识别。然而，此类保护方案存在近距离故障难检测、耐故障电阻和干扰能力差等问题。基于频域的保护方案多利用区内、外故障信息的频率差异构造保护原理。直流输电系统存在限流电抗器和直流滤波器等边界元件。此类边界元件对高频信号的衰减作用和对波形的平滑作用使得区内、外故障信息出现较大的差异。

3、基于上述问题，一些针对混合直流输电系统的保护方案利用初始行波相位特征建立的故障检测方法，以及加入了基于行波低频相位特征的雷击干扰判据，从而依靠行波相位识别故障，这类方案将两条线路均认定为区内故障，任意故障全切除的故障处理方式不利于系统的稳定性。一些保护方案根据三端混合直流输电系统的测量波阻抗表达式及其故障特征，建立了双端保护方案，但由于依赖双端量信息，虽然增加了近端故障识别率，但也增加了通信时间。

技术实现思路

1、为了解决上述背景技术中存在的技术问题，本发明提供混合直流输电系统的故障检测方法及系统，通过折射系数的相位识别故障区域，可以耐故障电阻、噪声干扰的能力，且无需通信时间，为直流输电的安全可靠运行提供技术支撑。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、本发明的第一个方面提供混合直流输电系统的故障检测方法，包括以下步骤：

4、获取故障数据中的极电流和极电压，通过比较电流幅值判断故障发生情况；

5、在发生故障后，极电压和极电流经极模转换，根据得到的线模电压和线模电流，确定折射系数相位，根据等值电路确定折射系数相位与频率的对应关系；

6、第一频率对应的折射系数相位在第二阈值范围内，发生正向区内故障；

7、第二频率对应的折射系数相位小于第一阈值，发生反向区外故障；

8、第三频率对应的折射系数相位小于第一阈值，发生正向区外故障。

9、进一步的，发生正向区内故障、反向区外故障和正向区外故障中的任意一种时，发出动作信号。

10、进一步的，通过比较电流幅值判断故障发生情况，具体为：当额定电流超过极电流与阈值之间的乘积时，发生故障，如下式所示：

11、|iδ|＞ksetin；

12、式中：iδ，in和kset分别为极电流、额定电流和阈值。

13、进一步的，极电压和极电流经极模转换，根据得到的线模电压和线模电流，确定折射系数相位；如下式所示：

14、

15、式中：αph.为折射系数的相位，u1为线模电压，i1为线模电流，zc1为线模阻抗。

16、进一步的，根据等值电路确定折射系数相位与频率的对应关系，具体为：

17、根据混合直流输电系统拓扑结构，将换流器部分划分为若干区域，分别得到对应的彼得逊等值电路；

18、依据得到的彼得逊等值电路确定对应区域的折射系数相位表达式；

19、根据各区域彼得逊等值电路中的参数，得到对应的折射系数的相位特征，根据相位特征确定折射系数相位与频率的对应关系。

20、进一步的，第一频率为在设定频率范围内选取的测量点对应的频率点。

21、进一步的，第二频率为高于设定值的频率点。

22、进一步的，第三频率为设定的定值频率点。

23、进一步的，采用下式实现基于折射系数相位的故障检测：

24、

25、其中，kset1和kset2分别为第一阈值和第二阈值，αph.(m1\m2\m3\m4\...\mn)为第一频率，m1-mn均为测量点，αph.(＞x)为第二频率，αph.(y)为第三频率。

26、本发明的第二个方面提供实现上述方法所需的系统，包括：

27、数据采集模块，被配置为：获取故障数据中的极电流和极电压，通过比较电流幅值判断故障发生情况；

28、数据处理模块，被配置为：在发生故障后，极电压和极电流经极模转换，根据得到的线模电压和线模电流，确定折射系数相位，根据等值电路确定折射系数相位与频率的对应关系；

29、故障识别模块，被配置为：第一频率对应的折射系数相位在第二阈值范围内，发生正向区内故障；

30、故障识别模块，还被配置为：第二频率对应的折射系数相位小于第一阈值，发生反向区外故障；

31、故障识别模块，还被配置为：第三频率对应的折射系数相位小于第一阈值，发生正向区外故障。

32、与现有技术相比，以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：

33、根据混合直流系统折射系数的相频特征中，折射系数的相位不受故障电阻影响的特性，通过折射系数的相位识别故障区域，可以耐故障电阻、噪声干扰，且无需通信时间，能够提高对高阻故障的识别能力，并为直流输电的安全可靠运行提供技术支撑。与此同时，由于折射系数相位仅同边界相关，因此不受长线路影响，且可以提高近端故障识别能力。

技术特征：

1.混合直流输电系统的故障检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的混合直流输电系统的故障检测方法，其特征在于，发生正向区内故障、反向区外故障和正向区外故障中的任意一种时，发出动作信号。

3.如权利要求2所述的混合直流输电系统的故障检测方法，其特征在于，通过比较电流幅值判断故障发生情况，具体为：当额定电流超过极电流与阈值之间的乘积时，发生故障，如下式所示：

4.如权利要求1所述的混合直流输电系统的故障检测方法，其特征在于，极电压和极电流经极模转换，根据得到的线模电压和线模电流，确定折射系数相位，如下式所示：

5.如权利要求1所述的混合直流输电系统的故障检测方法，其特征在于，根据等值电路确定折射系数相位与频率的对应关系，具体为：

6.如权利要求1所述的混合直流输电系统的故障检测方法，其特征在于，所述第一频率为在设定频率范围内选取的测量点对应的频率点。

7.如权利要求1所述的混合直流输电系统的故障检测方法，其特征在于，所述第二频率为高于设定值的频率点。

8.如权利要求1所述的混合直流输电系统的故障检测方法，其特征在于，所述第三频率为设定的定值频率点。

9.如权利要求1所述的混合直流输电系统的故障检测方法，其特征在于，采用下式实现基于折射系数相位的故障检测：

10.混合直流输电系统的故障检测系统，其特征在于，包括：

技术总结
本发明涉及混合直流输电系统的故障检测方法及系统，通过获取故障数据中的极电流和极电压，通过比较电流幅值判断故障发生情况；在发生故障后，极电压和极电流经极模转换，根据得到的线模电压和线模电流，确定折射系数相位，根据等值电路确定折射系数相位与频率的对应关系。通过折射系数的相位识别故障区域，可以耐故障电阻、噪声干扰的能力，且无需通信时间，为直流输电的安全可靠运行提供技术支撑。

技术研发人员：武传健,张岩,曹文君,王华佳,于丹文,张青青,张高峰,王庆玉,李付存,张国辉,孙运涛
受保护的技术使用者：国网山东省电力公司电力科学研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/2/29