本发明一般涉及输电系统领域，例如可以包括高压直流(hvdc)电力系统。特别地，本发明涉及一种在输电线路中故障检测的方法，该输电线路包括多个部分，该多个部分包括至少一个架空线部分以及至少一个电缆部分，并且其中在该输电线路中发生故障的情况下，具有在该输电线路中产生的行波信号。
背景技术：
可以采用故障保护或者检测单元，用于监测输电系统或者输电网络或者输电电网的一条或者几条输电线路。在输电线路中发生故障的情况下，该故障保护单元可以使位于该输电线路每一端处的断路器跳闸或者断开，以便将发生故障的输电线路与输电系统中的其余部分断开连接。因此，在输电系统中传播故障的风险可以被减小或者甚至被消除。随后，根据故障类型，该断路器可以被自动合上，以便快速恢复通过之前与输电系统的其余部分断开连接的输电线路的电力传输。这可以被称为自动重合闸。因此，一旦暂时或者暂态的故障已被清除，或者在基于熄弧时间选定或者预定的某个时间段之后，该熄弧时间例如可以基于当断路器断开中断电流时熄灭可能出现在断路器中的电弧所估计的需要的时间来设置，自动重合闸可以例如在跳闸信号被传输到(多个)断路器的情况下被启动。
因此，在架空输电线路或者架空线(ohl)中，可以利用自动重合闸保护。在ohl中，大多数故障是暂时或者暂态故障，例如由于雷击和/或闪络。由于故障的暂时或者暂态本质，可以因此应用自动重合闸保护方案。另一方面，在仅基于电缆的输电线路中，几乎所有可能发生的故障都是永久性故障，例如可能是由于导体之间的短路。在那种情况下，不应该应用自动重合闸。在某些情况下，永久性故障也可以发生在ohl中。在永久性故障的情况下，自动重合闸动作不成功之后，故障线路通常将必须再次由保护设备跳闸(隔离)。然后，带有永久性故障的线路将由维修人员维修。
在高压直流(hvdc)电力系统中，dc断路器可以在hvdc输电线路中发生dc故障后跳闸，并且在此之后通常通过重合闸该dc断路器使该hvdc输电线路重新上电。如果该故障是暂时的，hvdc变流器将升高它们的功率输出，回到所需的hvdc输电线路负载。如果该故障是永久性的，则hvdc输电线路将再次被跳闸，然后断电用于维修。考虑一个基于多端电压源变流器(vsc)的hvdc电力系统作为示例。在这样的电力系统中，dc电缆或者dcohl上的故障通常通过使用dc断路器来暂时关闭该dc线路或者暂时使该dc线路停止运行，而从电力系统的其余部分被隔离。对于ohl，dc线路在基于熄弧时间的选定或者预定的重合闸等待时间之后，可以被重新投入运行，以允许在暂时故障情况下被恢复绝缘。然而，如果故障是永久性故障，则dc线路将在重合闸之后再次被关闭。在那种情况下，该dc线路可能必须被关闭相对较长的时间，以便允许维修人员定位以及消除故障。导致dc线路故障的事件主要出现在当该dc线路被上电时的正常运行期间。对dcohl中的故障，dc断路器通常被设计成在某个选定或者预定时间段之后自动重合闸，该时间段的长度是基于用于恢复故障位置处的绝缘所花费的熄弧时间。在暂时故障的情况下，dc断路器将首先跳闸，然后dc线路将在自动重合闸成功之后被恢复到正常运行。然而，在永久性故障的情况下，dc断路器需要在自动重合闸之后再次跳闸，因为该dc线路中仍然可能有故障存在。
在hvdc电网中，仅有故障的电力系统的(多个)部件或者(多个)构件应该优选地与该电力系统的其余部分隔离，以使得保证hvdc电网继续运行并且减少或者最小化故障的停机时间。(多个)故障部件或者(多个)故障构件的隔离通常通过操作断路器的方式来完成。为了维持电力系统的稳定以及快速功率恢复，通常在断路器断开后相对快速地重合闸该断路器。例如，用于基于可再生能源电源所产生电能的传输、分配等功能的hvdc电网被预期包括输电线路，该输电线路包括不同类型的输电线路部分或分段，例如以便包括电缆部分和架空线部分。所述输电线路在下文中可以被称为混合输电线路，或者混合配置输电线路。预期将越来越多被利用的这样的输电线路的一个应用是将海上风力发电场发出的电能传输或者分配到陆上位置。
技术实现要素：
检测或者识别混合hvdc输电线路中发生故障的位置或者部分通常会对hvdc链路的操作者构成挑战。通过确定在混合hvdc输电线路中的故障部分，可以避免在永久性故障情况下对该hvdc输电线路重新上电。这可以在具有半桥vsc的hvdc电网中是特别有利的，因为在那种情况下dc线路侧的故障电流可能相对较高。基本上可以发生在电缆中的所有故障是永久性故障和固态故障，且可以发生在架空线中的故障是暂时的或者永久性故障。如果故障可以被确定位于在hvdc输电线路中的电缆部分，那么可以认为该故障是永久性故障。在那种情况下，不应该重新上电hvdc输电线路，因为这可能在连接到该hvdc输电线路的电力系统中造成进一步干扰，并且仍然可能再次将hvdc变流器暴露在故障电流下。在hvdc电网中，在混合hvdc输电线路中有电缆故障的情况下，避免对混合hvdc输电线路重新上电可以减少电缆上的损坏以及连接到该hvdc输电线路的电力系统中可能的进一步干扰，并且还可以减少或者最小化在开关设备(诸如断路器和/或hvdc变流器阀)上的磨损。
考虑到上述内容，本发明的关注点是提供装置用于确定可能在混合输电线路中发生的故障是否在该输电线路的电缆部分中。
为解决至少一个本关注点以及其他关注点，根据独立权利要求，提供了一种方法和一种设备。优选实施例由从属权利要求所限定。
在输电线路中发生故障的情况下，可以产生沿着输电线路传播的暂态波。也就是说，可能在输电线路中发生的故障可以引起通过输电线路向远离故障方向传播的行波。该行波可以以接近光速的速率通过输电线路传播(在ohl中的行波速度接近光速，并且在电缆中的行波速度是光速的约2/3)。每个行波可以是从几khz到几mhz范围内不同频率的组合，具有快速上升的前沿以及较慢的衰减尾部。该组合波可以以真空中光速的一部分或者接近真空中光速，从故障位置朝着输电线路终端行进。例如在dc电缆中，波可以以真空中光速的约三分之一的速度行进。该波可以继续在整个电力系统中行进，直到达到平衡状态。
输电线路的波阻抗zs可以表示为zs＝(l/c)1/2，其中l是输电线路的单位长度的输电线路电感，c是输电线路的单位长度的输电线路电容。输电线路中行波的速率可以表示为(lc)-1/2。当故障发生时的瞬间，行波电流itw和行波电压vtw通过vtw＝zsitw相关联。
在输电线路的波阻抗改变的输电线路中的点处(例如在输电线路不同类型的部分之间的结点处或者在总线处)，行波经历改变。在那些点或者结点处，行波可以被完全反射，或者行波可以被部分反射和部分折射，且该行波的被折射部分继续以同样的方向行进，该方向是当到达在输电线路中输电线路的波阻抗被改变的点或者结点处时该行波行进的方向。如果在输电线路中输电线路的波阻抗被改变的点之后(例如在输电线路不同类型的部分之间的结点处之后、或者在总线处)，该输电线路的波阻抗是zb，且入射行波的幅值是ai，则该行波被反射部分的幅值是areflect＝[(zb–zs)/(zb+zs)]ai。该行波被折射部分的幅值是arefract＝1+areflect＝[(2zb)/(zb+zs)]ai。
根据第一方面，提供了一种在输电线路中故障检测的方法，该输电线路包括多个部分，被布置在该输电线路的一端与该输电线路的另一端之间，或者更一般地，在该输电线路的第一端与该输电线路的第二端之间。该输电线路的多个部分包括至少一个架空线部分以及至少一个电缆部分。在故障发生在输电线路中的情况下，在该输电线路中产生至少一个行波。也就是说，如果故障发生在该输电线路中，故障引起的行波可以在该输电线路中产生。该方法包括在输电线路的一端处确定至少一个第一行波电压或者电流时间导数，以及在输电线路的另一端处确定至少一个第二行波电压或者电流时间导数。
根据第一方面的方法，在以下情况下，确定在输电线路的至少一个电缆部分中有故障发生：
至少一个第一行波电压或者电流时间导数的幅值、和/或至少一个第二行波电压或者电流时间导数的幅值分别超过第一阈值或者第二阈值，或者
至少一个第一行波电压或者电流时间导数的幅值、和至少一个第二行波电压或者电流时间导数的幅值分别超过第三阈值以及第四阈值。
第一阈值和第二阈值中的每个阈值都是基于额定的输电线路的电压或电流、以及所估计的输电线路的折射系数，该折射系数指示在至少一个电缆部分与相邻于该至少一个电缆部分的架空线部分之间的结点处的该至少一个行波的折射程度。
第三阈值和第四阈值的每个阈值都是基于额定的输电线路的电压或电流、所估计的输电线路折射系数、以及当至少一个行波通过至少一个电缆部分分别朝着输电线路的一端和输电线路的另一端行进时所估计的该至少一个行波的衰减。
第一阈值和第二阈值可以(基本上)相等，或者它们可以不同，例如根据混合输电线路部分的长度。第三阈值和第四阈值可以(基本上)相等，或者它们可以不同。该第一阈值可以与该第三阈值和该第四阈值不同，该第二阈值可以与该第三阈值和该第四阈值不同。
作为示例，考虑包括三个部分的输电线路，这三个部分布置在输电线路的一端(或者第一端)与输电线路的另一端(或者第二端)之间。这三个部分包括布置在该输电线路的两端的两个架空线部分、以及布置在该两个架空线部分之间的电缆部分。在输电线路中发生故障的情况下，至少一个行波在该输电线路中产生。在故障发生在电缆部分的情况下，该故障将(基本上)总是永久性的、固态故障。在电缆部分中的该故障会引起行波电压vtw，其从故障的位置沿着输电线路向两个方向行进，前向方向的行波电压是vtw,+，后向方向的行波电压是vtw,-。假设这两个架空线部分每一个都有波阻抗zoh并且电缆部分具有波阻抗zc，则行波电压vtw,+和vtw,-将以折射系数k＝[(2·zoh)/(zoh+zc)]被折射进入架空线部分。该行波电压的折射导致该行波电压的放大。例如，假设zoh＝350ω且zc＝20ω(特定的数值是示例性的且不被认为是限制性的)，则在电缆部分与架空线部分之间结点处的折射系数将约为1.9。在电缆部分中的故障还引起了行波电流itw。与行波电压vtw相同的原理适用于行波电流itw。本发明的实施例利用可以发生在电缆部分与相邻的架空线部分之间结点处的行波电压(和/或电流)的这样的放大，来识别或者确定在输电线路的电缆部分中是否发生故障。
进一步地参照上述输电线路的示例，该输电线路包括布置在输电线路的一端与输电线路的另一端之间的三个部分，位于在电缆部分中相对靠近电缆部分与架空线部分之间其中一个结点处的故障，可以基于被折射进入(多个)架空线部分中的行波的电压时间导数来确定，该架空线部分的行波电压时间导数在(多个)架空线部分中的各侧或者各端中被确定，例如在输电线路的两端的换流站处被确定。在电缆部分中的故障将产生等于、或者近似等于额定的输电线路电压乘以折射系数k的行波电压。相对靠近在电缆部分与邻近于发生故障的电缆部分的架空线部分之间的结点处，该行波电压通常将仍然没有遭受任何显著的衰减，且该行波通常将到达包括架空线部分的输电线路的一端并且仍然具有相对较大的幅值。因此，位于在电缆部分中相对靠近电缆部分与架空线部分之间的其中一个结点处的故障，可以通过将输电线路的一端处的行波电压或者电流时间导数的幅值或者绝对值与阈值进行比较来确定，其中在该输电线路的一端包括有相邻于故障发生的电缆部分的架空线部分，该阈值基于额定的输电线路电压或电流、以及折射系数k。在故障发生在电缆部分中相对靠近另一结点处的情况下，可以通过测量或者确定在输电线路的另一端处的行波电压或者电流时间导数的幅值或者绝对值来确定该故障。在后者情况下，行波电压或者电流时间导数的幅值或者绝对值可以与另一个阈值进行比较，该另一个阈值可以与在前者情况下的阈值相同或者不相同。可以根据具体情况来确定阈值，例如根据输电线路的特定配置，使用例如通过
进一步地参照上述输电线路的示例，该输电线路包括布置在混合输电线路各端之间的三个部分，位于在电缆部分中其他位置的故障(即不能被认为和前面描述的两种情况一样位于在电缆部分中相对靠近电缆部分与架空线部分之间其中一个结点处的故障)，也可以基于被折射进入(多个)架空线部分的行波的电压时间导数来识别，该架空线部分的行波电压时间导数在(多个)架空线部分中的各侧或者各端被确定，例如在输电线路的两端的换流站处被确定。然而，在这种情况下，在输电线路两端处的行波电压或者电流时间导数的幅值或者绝对值通常应该与其他阈值进行比较，该其他阈值与在故障位于在电缆部分中相对接近电缆部分与架空线部分之间其中一个结点处的情况下使用的那些阈值不同。例如，可以定义或者选择两个阈值，使得如果在输电线路的一端处的行波电压或者电流时间导数超过了其中一个该阈值，并且如果在输电线路的另一端处的行波电压或者电流时间导数超过了另一个该阈值，则这意味着该故障不在其中一个架空线部分中，并且因此该故障必定是在电缆部分中。为了达到该目的，该阈值可以例如是分别基于额定的输电线路电压或者电流、所估计的折射系数、以及当至少一个行波通过电缆部分分别朝着输电线路的一端以及朝着输电线路的另一端行进时所估计的该至少一个行波的衰减。对在电缆部分中有故障的情况，基于当至少一个行波通过电缆部分分别朝着输电线路的一端以及朝着输电线路的另一端行进时所估计的该至少一个行波的衰减，可以分别确定或者估计在输电线路的一端和另一端处的最小行波电压或者电流时间导数。然后可以根据所估计或者所确定的在输电线路的两端处的最小行波电压或者电流时间导数，来选择这两个阈值。因此，在输电线路的两端处的行波电压或者电流时间导数分别超过了该两个阈值中的相应的阈值的情况下，可以确定故障没有在架空线部分上，并且因此该故障必定是在电缆部分中。由于波沿着在输电线路中的电流路径的传播而带来的波衰减和波畸变通常会引起该波的幅值和伸长的下降。该衰减通常是由于能量损失，例如在输电线路导体上的电阻以及对地泄漏电容的损失。该畸变通常是由于与频率相关的波阻抗。当至少一个行波通过电缆部分分别朝着输电线路的一端以及朝着输电线路的另一端行进时，对该至少一个行波的衰减的估计以及因此对两个阈值的估计可以根据具体情况来确定，例如根据输电线路的特定配置，使用例如通过
因此，根据第一方面的方法可以利用可能发生在电缆部分与相邻架空线部分之间的结点处的行波电压(和/或电流)的任何修改形式(一般是放大)，用于在电缆部分中行进以及被折射进入相邻架空线部分中的行波。使用该行波电压(和/或电流)的修改来识别或者确定故障是否发生在输电线路的电缆部分中，并且该修改可以根据与前文所描述的、用于包括布置在混合输电线路两端之间的三个部分的输电线路的示例中相同或者相似的原则来执行。根据第一方面的方法在混合配置输电线路中可以相对较容易实施，因为该方法基本上只需要用于在输电线路的一端处确定或者接收至少一个第一行波电压或者电流时间导数，以及在输电线路的另一端处确定或者接收至少一个第二行波电压或者电流时间导数的装置。例如，在混合输电线路的两端的行波电压时间导数可以这样被确定：基于在相应端处线路电压的若干传感器采样，使用例如分流电阻器以获得不同时刻的一系列线路电压，并且基于线路电压随着时间(例如在线电压采用间隔期间)的变化来对在输电线路的两端的行波电压时间导数进行估计。
在本申请的上下文中，通过行波电压或者电流时间导数的幅值，这意味着该行波电压或者电流时间导数的绝对值，并且幅值和绝对值这两个术语在本文中被互换使用。
由上文中所表明的，在至少一个电缆部分与相邻于该至少一个电缆部分的架空线部分之间的结点处，至少一个行波的折射程度(或者折射系数)可以例如基于或者通过该至少一个电缆部分以及该相邻于该至少一个电缆部分的架空线部分的相应波阻抗或者波导纳(波导纳是波阻抗的倒数)来描述或者表征。波阻抗或者波导纳可以例如通过时域仿真技术的方式来确定或者估计，该时域仿真技术提供频率相关波阻抗的相对准确表示。这样的时域仿真技术可以例如基于或者由
混合输电线路的多个部分的每一部分都可以包括架空线部分或者电缆部分。
混合输电线路可以例如包括多个架空线部分和/或多个电缆部分。该混合输电线路的一端可以被包括在第一架空线部分中，并且该混合输电线路的另一端可以被包括在第二架空线部分中。因此，至少一个电缆部分可以被布置在第一架空线部分之间，且可以将第一架空线部分与第二架空线部分连接。
根据一个示例，混合输电线路可以包括至少两个架空线部分，以及被布置在该至少两个架空线部分之间的至少一个电缆部分。
响应于确定在该输电线路的该至少一个电缆部分中有故障发生，对该输电线路的至少一个保护动作可以被执行。
该输电线路可以通过分别布置在输电线路的一端处和输电线路的另一端处的至少一个断路器，分别在该输电线路的一端处和该输电线路的另一端处被选择地电连接到或者电断开到电力系统。该至少一个保护动作可以例如包括分别对在该输电线路的一端处和该输电线路的另一端处的至少一个断路器禁用自动重合闸。
该输电线路单元可以例如包括dc输电线路，诸如hvdc输电线路，或者例如布置在电网中的几条dc或hvdc输电线路。hvdc输电线路可以在诸如双极、对称单极或者单极的配置中被布置。例如，双极hvdc输电线路包括正极线、负极线、以及接地的金属回流线。可能发生在双极hvdc输电线路上的故障包括正极对负极短路、正极接地短路、以及负极接地短路。本发明的实施例可以例如在双极hvdc输电线路的正极线和/或负极线中被实施，或者在由本领域技术人员可以设想的其他混合输电线路配置中被实施。换句话说，该输电线路可以被包括在双极hvdc输电线路的正极线和/或负极线中，或者在另一个输电线路配置中。
根据本发明的一个实施例，该输电线路可以被布置在双极配置中。在该输电线路的一端处的该至少一个第一行波电压或者电流时间导数可以包括该输电线路的一端处的至少一个差模电压或者电流时间导数。在该输电线路的另一端处的该至少一个第二行波电压或者电流时间导数可以包括该输电线路的另一端处的至少一个差模电压或者电流时间导数。
根据本发明的又一实施例，该输电线路可以被布置在单极配置中。在该输电线路的一端处的该至少一个第一行波电压或者电流时间导数可以包括该输电线路的一端处的至少一个线路端子侧电压或者电流时间导数。在该输电线路的另一端处的该至少一个第二行波电压或者电流时间导数可以包括该输电线路的另一端处的至少一个线路端子侧电压或者电流时间导数。
确定在输电线路的一端处的至少一个第一行波电压或者电流时间导数可以例如包括：在该输电线路的一端处感测不同时间点下的多个行波电压或者电流。确定在输电线路的另一端处的至少一个第二行波电压或者电流时间导数可以例如包括：在该输电线路的另一端处感测不同时间点下的多个行波电压或者电流。根据本发明的一个或者多个实施例，在该输电线路的一端处感测多个行波电压或者电流以及在该输电线路的另一端处感测多个第二行波电压或者电流可以例如在基本上相同的时间段期间被实行。
该相同的时间段可以例如是这样的采样或者感测时间间隔：例如在约50μs与200μs之间，例如约100μs，在该间隔期间可以实行在该输电线路的一端处感测多个行波电压或者电流，以及在该输电线路的另一端处感测多个行波电压或者电流。
通过“基本上”相同的时间段，这意味着对于在该输电线路的一端处感测多个行波电压或者电流、以及在该输电线路的另一端处感测多个行波电压或者电流，不需要在完全相同的时间点实行该感测。这是由于故障引起的行波可能在不同的时刻到达该混合输电线路的各端。
对于在该输电线路中的选定位置处感测(行波)电压和/或电流，可以使用本领域已知的任何电压和/或电流感测装置。例如，对于在该输电线路中的选定位置处感测(行波)电压，可以采用至少一个分流电阻器。
在该输电线路的各端处的行波电压可以例如是在输电线路中的极导体与接地之间的行波电压。
在确定在输电线路的一端处的至少一个行波电压或者电流时间导数中，和/或在确定在输电线路的另一端处的至少一个行波电压或者电流时间导数中，可以采用滤波器(例如低通滤波器(诸如巴特沃斯滤波器))来帮助捕获行波中的高频率暂态信号。根据一个示例，该滤波器可以是带有约40khz截止频率的二阶低通滤波器。
根据本发明的实施例，该输电线路系统是基于dc的电力系统的一部分，或者可能是基于dc部件或者组分的电力系统的一部分。本发明实施例的原理可应用在基于dc的电力系统中，并且是基于对在输电线路中的行波电压和/或电流的等同物。
根据第二方面，提供了一种用于在输电线路中检测故障的设备，例如包括至少一个处理单元或者处理模块、或者由至少一个处理单元或者处理模块组成，该输电线路包括布置在该输电线路的一端与该输电线路的另一端之间的多个部分，其中该输电线路的多个部分包括至少一个架空线部分以及至少一个电缆部分。在故障发生在该输电线路中的情况下，在该输电线路中产生至少一个行波。该设备被配置成确定至少一个第一行波电压或者电流时间导数，例如基于在该输电线路的一端处在不同时间点下感测的多个行波电压或者电流。该设备被配置成确定至少一个第二行波电压或者电流时间导数，例如基于在该输电线路的另一端处在不同时间点下感测的多个所感测的行波电压或者电流。该设备被配置成在以下情况下确定在输电线路的至少一个电缆部分中有故障发生：
该至少一个第一行波电压或者电流时间导数的幅值、和/或该至少一个第二行波电压或者电流时间导数的幅值分别超过了第一阈值或者第二阈值，或者
该至少一个第一行波电压或者电流时间导数的幅值、和该至少一个第二行波电压或者电流时间导数的幅值分别超过了第三阈值以及第四阈值。
该第一阈值和该第二阈值中的每个阈值都是基于额定的输电线路电压或电流、以及所估计的输电线路折射系数，该折射系数指示在至少一个电缆部分与相邻于该至少一个电缆部分的架空线部分之间的结点处的该至少一个行波的折射程度。
该第三阈值和该第四阈值中的每个阈值都是基于额定的输电线路电压或电流、所估计的折射系数、以及当至少一个行波通过至少一个电缆部分分别朝着输电线路的一端和朝着输电线路的另一端行进时所估计的该至少一个行波的衰减。
该设备可以包括或者由任意适合的中央处理单元(cpu)、微控制器、数字信号处理器(dsp)、专用集成电路(asic)、现场可编程门阵列(fpga)等组成，或者由它们的任意组合组成。该设备可以可选地能够执行存储在计算机程序产品中(例如以存储器的形式)的软件指令。存储器可以例如是读写存储器(ram)和只读存储器(rom)的任意组合。该存储器可以包括永久性存储器，该永久性存储器例如可以是磁存储器、光存储器、固态存储器、或者远程安装的存储器，或者是它们的任意组合。
根据第三方面，提供了一种用于在输电线路中检测故障的故障检测系统，该输电线路包括被布置在该输电线路的一端与该输电线路的另一端之间的多个部分，其中该输电线路的多个部分包括至少一个架空线部分以及至少一个电缆部分，并且其中在故障发生在该输电线路中的情况下，在该输电线路中产生至少一个行波。该故障检测系统包括至少一个电压和/或电流感测单元，其被配置成感测或者测量在该输电线路的一端处所感测的不同时间点下的多个行波电压或者电流，并且感测在该输电线路的另一端处所感测的不同时间点下的多个行波电压或者电流。该故障检测系统包括根据第二个方面所述的设备，该设备被配置成基于所感测的或者所测量的行波电压或者电流来检测在该输电线路中是否有故障。
根据第四方面，提供了一种电力系统，其包括：至少一条输电线路，该输电线路与该电力系统的至少两个不同部分互相连接；以及根据第三方面所述的故障检测系统，其用于在该输电线路中检测故障或多个故障。
根据第五方面，提供了一种计算机程序产品，其被配置成当在根据第二方面所述的设备中被执行时，执行根据第一方面所述的方法。
根据第六方面，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序产品，该计算机程序产品被配置成当在根据第二方面所述的设备中被执行时，执行根据第一方面所述的方法。
本发明的其他目的和优点在下文中通过示例性实施例的方式被描述。需要注意的是，本发明涉及权利要求中所记载的所有可能的实施例。在研究所附权利要求和本文的描述时，本发明的其他特征和具有的优点将变得清楚。本领域的技术人员将意识到，可以组合本发明的不同特征来建立不同于本文中所描述实施例的其他实施例。
附图说明
在下文中，将参照附图描述本发明的示例性实施例。
图1是根据本发明实施例的电力系统的示意方框图，该电力系统包括混合输电线路以及根据本发明实施例的设备。
图2是示出了根据本发明实施例的方法的逻辑示意图。
图3是根据本发明实施例的方法的示意流程图。
图4是根据本发明实施例的载有计算机程序代码的计算机可读装置的示意图。
所有附图都是示意性的，不一定按照比例绘制，并且通常仅示出为了阐明本发明的实施例所必须示出的部分，其中其他部分可能被省略或者仅被暗示。
具体实施方式
在下文中将参照附图来描述本发明，其中示出了本发明的示例性实施例。然而，本发明可以以许多不同的形式被实施，并且不应被解释为限制于本文中提出的本发明的实施例；相反，这些实施例通过示例的方式被提供，以使得本公开将向本领域的技术人员传达本发明的范围。
图1是根据本发明实施例的电力系统100的一部分的示意方框图。该电力系统100包括：输电线路10，该输电线路10与该电力系统100的两个不同部分1、2互相连接；以及根据本发明实施例的设备20、23。根据图1中示出的本发明实施例，该设备20、23包括两个处理和保护模块20和23。
输电线路10是混合输电线路，通常包括多个部分，其中该输电线路10的多个部分包括至少一个架空线部分以及至少一个电缆部分。该输电线路10有两个端(左侧端和右侧端)，根据图1中示出的实施例，该两个端分别是在换流站s1和s2处、或者分别由换流站s1和s2组成、或者分别与换流站s1和s2连接。换流站s1与电力系统100的部分1连接，并且换流站s2与电力系统100的部分连接。
根据图1中示出的实施例，输电线路10的多个部分的每一个部分都可以包括架空线部分或者电缆部分。图1中示出的输电线路10包括三个部分11、12、13。输电线路10的部分11、13是架空线部分，并且输电线路10的部分12是电缆部分。
进一步地，根据图1中示出的实施例，输电线路10在s1处或者与s1连接的一端被包括在架空线部分11中，并且输电线路10在s2处或者与s2连接的另一端被包括在架空线部分13中。因此，电缆部分12被布置在架空线部分11与第二架空线部分13之间。
由图1所示，输电线路10包括在架空线部分11与电缆部分12之间的结点14，以及在架空线部分13与电缆部分12之间的结点15。
在故障发生在输电线路10中的情况下，在输电线路10中产生至少一个行波。
设备20、23可以被配置成在输电线路10中感测故障。处理和保护模块20可以被配置成在输电线路10的s1处或者与s1连接的一端处来确定至少一个第一行波电压或者电流时间导数。例如，处理和保护模块20可以被配置成：基于在输电线路10的s1处或者与s1连接的一端处所感测的不同时间点下的多个行波电压或者电流，来确定该至少一个第一行波电压或者电流时间导数。处理和保护模块23可以被配置成：在输电线路10的s2处或者与s2连接的另一端处，确定至少一个第二行波电压或者电流时间导数。例如，处理和保护模块23可以被配置成：基于在输电线路10的s2处或者与s2连接的另一端处所感测的不同时间点下的多个行波电压或者电流，来确定该至少一个第二行波电压或者电流时间导数。
分别在s1的一端处和在s2的另一端处所感测的多个行波电压或者电流可以例如分别通过处理和保护模块20、23从相应的电压和/或电流感测单元来接收或者取回，该电压和/或电流感测单元由图1中的元件21、22概要性地示出。电压和/或电流感测单元21可以被配置成：在输电线路10的一端s1处感测不同时间点下的多个行波电压或者电流，并且电压和/或电流检测单元22可以被配置成：在输电线路10的另一端s2处感测不同时间点下的多个行波电压或者电流。
在输电线路10的两端s1、s2处的行波电压可以例如是在输电线路10的极导体与接地之间的行波电压。
一个或者多个电压和/或电流感测单元21、22可以例如包括与输电线路串联连接的电流传感器，以及作为分流连接的电压传感器，该分流连接例如一端连接到该输电线路(极导体)且另一端连接到接地点。该电流传感器和电压传感器可以例如分别包括或者分别由本领域中已知的任意电流传感器和电压传感器组成。一个或者多个电压和/或电流感测单元21、22可以被配置成测量电流以及电压。
一个或者多个电压和/或电流感测单元21、22可以例如包括分流电阻器，这在本领域中是已知的。
由图1中所示，处理和保护模块20和23可以分别接收或者取回由电压和/或电流感测单元21和22感测的电压和/或电流值。为达到那个目的，处理和保护模块20和23可以分别被可通信地耦合到电压和/或电流感测单元21和22，以使得分别在处理和保护模块20和23与电压和/或电流检测单元21和22之间帮助或者允许数据、信号、命令、消息等的传输。数据、信号、命令、消息等可以在处理和保护模块20与23之间被传输，该传输例如可以通过通信单元30来实施。该通信单元30因此可以作为在处理和保护模块20与23之间的通信继电器。对于在处理和保护模块20和23分别与电压和/或电流感测单元21和22之间、和/或在处理和保护模块20与23之间实施或者提供通信链路，基本上可以例如采用本领域中已知的适合的任意通信技术或者装置。尽管图1中示出了在实体20、21、22之间的有线连接，应该明白的是，该通信技术或者装置可以是本领域中已知的有线和/或无线的技术或者装置。
设备20、23被配置成在以下情况下来确定在输电线路10的电缆部分12中有故障(发生)：
—至少一个该第一行波电压或者电流时间导数的幅值，和/或至少一个该第二行波电压或者电流时间导数的幅值分别超过第一阈值k1或者第二阈值k2，或者
—至少一个该第一行波电压或者电流时间导数的幅值、和至少一个该第二行波电压或者电流时间导数的幅值分别同时地或者基本上同时地超过第三阈值k3以及第四阈值k4。
该第一阈值k1和该第二阈值k2中的每个阈值都是基于额定的输电线路10的电压或者电流，以及所估计的输电线路10的折射系数，该折射系数指示在电缆部分12与架空线部分11之间或者在电缆部分12与架空线部分13之间的结点14处和/或结点15处的该至少一个行波的折射程度。
电缆部分12中的故障将产生等于或者近似等于额定的输电线路10的电压乘以折射系数的行波电压。分别在相对靠近在电缆部分12与架空线部分11和13之间的结点14和15处，该行波电压或电流通常将仍然没有遭受任何显著的衰减，并且该行波电压通常将分别在架空线部分11和13中到达输电线路10的各端s1、s2，同时仍然具有相对较大的幅值。因此，可以基于额定的输电线路10的电压或者电流以及所估计的折射系数来选择k1和k2。
该第三阈值k3和该第四阈值k4中的每个阈值都是基于额定的输电线路的电压或者电流、所估计的折射系数、以及当至少一个行波通过电缆部分12分别朝着输电线路10的一端s1和朝着输电线路的另一端s2行进时所估计的该至少一个行波的衰减。
在电缆部分12中电缆中其他位置(即不“相对靠近”在上文所讨论的结点14和15处)有故障的情况下，基于当至少一个行波通过电缆部分12分别朝着输电线路10的一端s1和朝着输电线路10的另一端s2行进时该至少一个行波的衰减，在输电线路10的一端s1和另一端s2处将有最小行波电压或者电流时间导数。因此，通过将在输电线路10的一端s1和另一端s2处的行波电压或者电路时间导数，分别与在输电线路10的一端s1和另一端s2处的所述最小行波电压或者电流时间导数进行比较，可以确定故障没有在任何架空线部分11、13中，因此该故障必定在电缆部分12中。因此，可以基于额定的输电线路10的电压或者电流、所估计的折射系数、以及当至少一个行波通过电缆部分12分别朝着输电线路10的一端s1和输电线路的另一端s2行进时所估计的该至少一个行波的衰减，来选择k3和k4。
考虑到上述部分，设备20、23以及电压和/或电流感测单元20、21因此可以组成或者被包括在故障检测系统中，用于检测在输电线路10中的故障或多个故障。
现在参照图2，示出了根据本发明实施例的方法的逻辑示意图。参照图1，图2中的逻辑示意图示出了可以采用的步骤，其用于确定在输电线路10的电缆部分12中有故障(发生)，例如通过处理和保护模块20、23可以被配置成采取诸如参照图1在上文所描述的步骤。
输入dv1是对应于在输电线路10的一端s1处至少一个第一行波电压或者电流时间导数的幅值，例如由处理和保护模块20(例如通过电压和/或电流感测单元21的电压和/或电流的测量值的方式)所确定的幅值。
输入dv2是对应于在输电线路10的另一端s2处至少一个第二行波电压或者电流时间导数的幅值，例如由处理和保护模块23(例如通过电压和/或电流检测单元22的电压和/或电流的测量值的方式)所确定的幅值。
图2中示出的逻辑示意图解释了本发明实施例的原理。如下文中所讨论的，该逻辑示意图中示出的步骤可以例如在处理和保护模块20和23处被实行或者被实施。
dv1被输入到判定块31和32中，该判定块分别评估dv1是否超过第一阈值k1和第三阈值k3。该判定块31和32可以例如在处理和保护模块20中被实施(也就是说，在判定块31和32中所作的评估可以由处理和保护模块20实行)。
dv1被输入到判定块33和34中，该判定块分别评估dv2是否超过第二阈值k2和第四阈值k4。该判定块33和34可以例如在处理和保护模块23中被实施(也就是说，在判定块33和34中所作的评估可以由处理和保护模块23实行)。
分别评估dv2是否超过第二阈值k2和第四阈值k4的判定块33和34的输出可以例如通过通信单元30的方式而从处理和保护模块23被传输到处理和保护模块20。
判定块31和32中的每个判定块在dv1分别超过第一阈值k1并且dv1超过第三阈值k3的情况下，输出1、true或者类似物(例如，“true”状态)，否则输出0、false或者类似物(例如，“false”状态)。判定块33和34中的每个判定块在dv2分别超过第二阈值k2并且dv2超过第四阈值k4的情况下，输出1、true或者类似物，否则输出0、false或者类似物。来自判定块32和34的输出是进入判定块35的输入，该判定块35是“与”运算块，其在到判定块35的两个输入都是1、true或者类似物的情况下，输出1、true或者类似物。来自判定块31、33和35的输出是进入判定块36的输入，该判定块36是“或”运算块，其在判定块36的(至少)一个输入是1、true或者类似物的情况下，输出1、true或者类似物。来自判定块36的输出等于1、true或者类似物意味着在输电线路10的电缆部分12中有故障，而来自判定块36的输出等于0、true或者类似物意味着在输电线路10的电缆部分12中没有故障。
进一步地，参照图1，可能发生在输电线路10中的故障在输电线路10中产生至少一个行波。在故障发生在电缆部分12中的情况下，该故障将(基本上)总是永久性的、固态故障。在电缆部分12中的该故障引起行波电压vtw，其从故障的位置沿着输电线路10在两个方向上行进，正向方向的行波电压是vtw,+，反向方向的行波电压是vtw,-。如果这两个架空线部分11，13各自都有阻抗zoh并且电缆部分12有阻抗zc，则行波电压vtw,+和vtw,-将以折射系数k＝[(2zoh)/(zoh+zc)]被折射进入架空线部分11、13中。该行波电压的折射可以导致该行波电压的放大。在电缆部分12中(或者在架空线部分11、13中的一个架空线部分中)的故障还引起了行波电流itw。与行波电压vtw相同的原理适用于行波电流itw。本发明的实施例利用可以发生在电缆部分12与架空线部分11、13之间结点处的行波电压(和/或电流)的所述放大，来识别或者确定在输电线路10中发生的故障是否在电缆部分12中。
根据本发明的实施例，输电线路10可以被布置在双极配置中，例如，其中在该双极配置中一个极在正极电压下工作，且另一个极在负极电压下工作。在该输电线路10的一端s1处的该至少一个第一行波电压或者电流时间导数可以包括：该输电线路10的一端s1处的至少一个差模电压或者电流时间导数。在该输电线路10的另一端s2处的该至少一个第二行波电压或者电流时间导数可以包括：该输电线路10的另一端s2处的至少一个差模电压或者电流时间导数。差模电压或者电流时间导数可以例如基于差模电压或者电流来确定，该差模电压或者电流可以被定义为在正极电压或者电流与负极电压或者电流之间的差值，该差值在本发明的一个或者多个实施例中可以乘以选定的系数，例如约0.7。使用差模电压或者电流，可以减少或者避免引入由接地模式电压影响所引起的任何人为电压或者电流。
根据本发明的又一实施例，输电线路10可以被布置在单极配置中。在该输电线路10的一端s1处的该至少一个第一行波电压或者电流时间导数可以包括：该输电线路10的一端s1处的至少一个线路端子侧电压或者电流时间导数。在该输电线路10的另一端s2处的该至少一个第二行波电压或者电流时间导数可以包括：该输电线路10的另一端s2处的至少一个线路端子侧电压或者电流时间导数。例如，可以基于输电线路10的各端s1、s2中的极电压，来确定在输电线路10的两端s1、s2处的行波电压时间导数。
根据图1中示出的实施例，输电线路10可以在该输电线路10的两端s1、s2中的相应一端处被选择地电连接到或者电断开到电力系统，例如通过在该输电线路10的一端s1和该输电线路10的另一端s2中的相应一端处布置断路器cb1、cb2的方式。该断路器cb1、cb2可以例如是dc断路器。
根据图1中示出的实施例，电力系统100包括两个处理和保护模块20、23。在故障发生在输电线路10中的情况下，该处理和保护模块20、23(或者其他某个实体)可以分别向断路器cb1、cb2传输控制信号，以便使它们跳闸或者使它们断开，从而使得将该输电线路10从电力系统100的另一部分或者其余部分断开。随后，根据故障的类型，该处理和保护模块20、23(或者其他某个实体)可以分别向断路器cb1、cb2传输控制信号来将它们闭合，以便恢复通过输电线路10的电力传输。这可以被称为自动重合闸。自动重合闸可以例如在用于引起断路器cb1、cb2断开的跳闸信号或者控制信号被传输到断路器cb1、cb2的情况下被启动，例如被相应的处理和保护模块20、23启动。
响应于确定在输电线路10的电缆部分12中有故障发生，可以执行对该输电线路10的至少一个保护动作。可以响应于确定在输电线路10的电缆部分12中有故障而被执行的该至少一个保护动作可以包括：对断路器cb1，cb2禁用对应的自动重合闸功能。由于基本上所有在电缆中发生的故障是永久性故障和固态故障，所以如果故障可以被确定位于输电线路10的电缆部分12中，那么该故障可以被认为是永久性故障。在那种情况下，该输电线路10不应该被重新上电，因为这可能在连接到该输电线路10的电力系统100的其余部分中造成进一步的干扰。在混合输电线路中有电缆故障的情况下，对该混合输电线路重新上电可能在电缆部分中引起损坏，并且还可能在连接到该输电线路的开关设备(诸如断路器和/或变流器阀)上引起显著的磨损。
由图1所示，处理和保护模块20可以被可通信地连接到或者耦合到断路器cb1以控制该断路器cb1的运行，并且处理和保护模块23可以被可通信地连接到或者耦合到断路器cb2以控制该断路器cb2的运行。在本申请的上下文中，被可通信地连接或者耦合的两个或者更多个实体意思是：这两个或者更多个实体被耦合，以使得帮助或者允许在两个或者更多个实体之间数据、信号、命令、消息等的传输。对于实施或者提供这样的通信性的耦合，基本上可以例如采用本领域已知的任意适合的通信技术或者通信装置。例如，可以采用任意适合的远程通信、数据传输、数字传输或者数字通信技术。尽管有线连接在图1中被示出(例如分别在通信单元30与处理和保护模块20和23中相应的处理和保护模块之间、以及在处理和保护模块20与23与断路器cb1、cb2之间)，应该明白的是，用于在两个实体之间实现可通信的耦合或者连接的通信技术或者装置可以根据本发明的一个或者多个实施例是本领域中已知的有线和/或无线的。
表1示出了使用
表1
下面的表2示出了对于在输电线路10中有故障(该故障不在输电线路10的电缆部分12中(即该故障是在一个架空线部分11或13中))的情况，通过仿真方式所确定的在输电线路10的各端s1和s2处的最小行波电压时间导数。
表2
基于表1，用于图1中示出的输电线路10配置的第一阈值k1和第二阈值k2，可以例如根据k1＝k2＝450kv/100μs或者附近的值而被选择。且进一步地，基于表2，用于图1中示出的输电线路10配置的第三阈值k3和第四阈值k4，可以例如根据k3＝k4＝20kv/100μs或者附近的值而被选择。
由上文所述，基于阈值k1、k2、k3和k4，可以确定(例如，通过处理和保护模块20和23)在输电线路10的电缆部分12中有故障。在输电线路10一端的s1处至少一个第一行波电压或者电流时间导数的幅值，和/或输电线路10另一端的s2处至少一个第二行波电压或者电流时间导数的幅值分别超过第一阈值k1或者第二阈值k2的情况下，或者，在至少一个第一行波电压或者电流时间导数的幅值、以及至少一个第二行波电压或者电流时间导数的幅值分别超过第三阈值k3以及第四阈值k4的情况下，确定在输电线路10的电缆部分12中有故障。
由上文所示，一旦在电缆部分12中有故障被识别或者被确定，可以对两个断路器cb1、cb2禁用自动重合闸。该禁用自动重合闸可以通过处理和保护模块20和23分别对断路器cb1和cb2控制操作的方式起到效果。
例如，对于发生在相对靠近结点14的电缆部分12中的故障，可以由在换流站s1的输电线路10的一端处的处理和保护模块20基于第一阈值k1来识别该故障，然后可以对断路器cb1禁用自动重合闸，并且关于所识别电缆故障的信息可以通过例如通信单元30被传输到在换流站s2的输电线路10的一端处的处理和保护模块23，该处理和保护模块23随后可以对断路器cb2禁用自动重合闸。
类似地，对于发生在相对靠近结点15的电缆部分12中的故障，可以由在换流站s2的输电线路10一端处的处理和保护模块23基于第二阈值k2来识别该故障，然后可以对断路器cb2禁用自动重合闸，并且关于所识别电缆故障的信息可以通过例如通信单元30被传输到在换流站s1的输电线路10的一端处的处理和保护模块23，该处理和保护模块23随后可以对断路器cb1禁用自动重合闸。
在电缆部分12中其他位置(其不“靠近”结点14或15)发生故障的情况下，可以通过或者在输电线路两端或者两个换流站s1和s2基于第三阈值k3和第四阈值k4来识别该故障。
由上文所示，关于所识别电缆故障的信息(例如由在换流站s1的输电线路10的一端处的处理和保护模块20所确定的信息(例如，判定块32或者判定块31的输出))可以被传输到在换流站s2的输电线路10的一端处的处理和保护模块23；并且关于所识别的电缆故障的信息(例如由在换流站s2的输电线路10的一端处的处理和保护模块23所确定的信息(例如，判定块34或者判定块33的输出))可以被传输到在换流站s1的输电线路10的一端处的处理和保护模块20。该信息的传输可以例如通过通信单元30的方式被实施或者被实现。随后，基于该信息，通过在处理和保护模块20中以及在处理和保护模块23中判定块35和判定块36的输出可以获得判定，该判定涉及对两个断路器cb1和cb2的最终自动重合闸动作，在电缆故障被检测出的情况下可以禁用该自动重合闸动作。
应该明白的是，对不同类型的故障，值k1、k2、k3和k4可以变化。例如，根据故障是否是极接地故障、极对极故障或者其他类型的故障，k1、k2、k3和/或k4可以变化，因为在这些故障与其他类型故障之间的故障电流或者电压可能不同。
应该明白的是，尽管上文中参照图1和图2以包括三个部分的混合输电线路的示例为背景(该混合输电线路包括一个电缆部分和两个架空线部分，并且在该两个架空线部分之间布置该电缆部分)已经对本发明实施例的原理予以描述，相同的或者类似的原理被预期用于其他混合配置输电线路，该其他混合配置输电线路例如可以包括多于一个电缆部分和多于两个架空线部分，它们可以以不同方式被布置，并且可能有不同的长度。
设备20、23或者任意一个处理和保护模块20、23可以包括或者由例如任何适合的cpu、微控制器、dsp、asic、fpga等组成，或者它们的任意组合组成。该设备20、23或者任意一个该处理和保护模块20、23可以可选地能够执行存储在计算机程序产品(例如以存储器的形式)中的软件指令。该存储器可以例如是ram和rom的任意组合。该存储器可以包括永久性存储器，该永久性存储器例如可以是磁存储器、光存储器、固态存储器、或者远程安装的存储器，或者它们的任意组合。
图3是根据本发明实施例的方法40的示意流程图。该方法40是在输电线路中故障检测的方法，该输电线路包括布置在输电线路一端与输电线路另一端之间的多个部分，其中该输电线路的多个部分包括至少一个架空线部分以及至少一个电缆部分。在故障发生在该输电线路中的情况下，在该输电线路中产生至少一个行波。该方法40包括在该输电线路的一端处确定41至少一个第一行波电压或者电流时间导数。在该输电线路的另一端处确定42至少一个第二行波电压或者电流时间导数。
在43，检查至少一个第一行波电压或者电流时间导数的幅值、和/或至少一个第二行波电压或者电流时间导数的幅值是否分别超过第一阈值或者第二阈值，或者检查至少一个第一行波电压或者电流时间导数的幅值、和至少一个第二行波电压或者电流时间导数的幅值是否分别超过第三阈值以及第四阈值。
如果该情况属实，则确定44在输电线路的至少一个电缆部分中有故障发生，然后该方法40可以结束。否则，该方法40可以在未确定在输电线路的至少一个电缆部分中有故障发生的情况下结束。
第一阈值和第二阈值中的每个阈值都是基于额定的输电线路的电压或者电流，以及所估计的输电线路的折射系数，该折射系数指示在至少一个电缆部分与相邻于该至少一个电缆部分的架空线部分之间的结点处的该至少一个行波的折射程度。第三阈值和第四阈值中的每个阈值都是基于额定的输电线路的电压或者电流、所估计的折射系数、以及当至少一个行波通过该至少一个电缆部分分别朝着输电线路的一端和输电线路的另一端行进时所估计的该至少一个行波的衰减。
现在参照图4，示出了根据本发明实施例的载有计算机程序代码的计算机可读装置51、52的示意图。该计算机可读装置51、52或者该计算机程序代码适于在根据本发明实施例的设备(的处理模块)中执行或者运行，例如，包括参照图1由上文描述的处理和保护模块20和23的设备20、23。该计算机可读装置51、52或者该计算机程序代码被配置成当在该设备中被执行时执行根据本发明实施例的方法，例如参照图2或图3由上文描述的方法。图4中示出的该计算机可读装置51、52或者该计算机程序代码包括数字多功能光盘(dvd)51以及软盘52。尽管只有两个不同类型的计算机可读装置51、52在图4中被示出，但是本发明包括采用其他任何适合类型的计算机可读装置或者计算机可读数字存储介质的实施例，诸如但不限于非易失性存储器、硬盘驱动器、cd、闪存、磁带、usb存储设备、zip驱动器等。
总之，本文公开了用于在混合配置输电线路中故障检测的方法和设备，该输电线路包括多个部分，该多个部分被布置在该输电线路一端与该输电线路另一端之间，并且包括至少一个架空线部分以及至少一个电缆部分。基于将在该输电线路的一端或者两端处的行波电压或者电流时间导数与选定的阈值进行比较，来确定在该输电线路的至少一个电缆部分中是否有故障发生。本发明的实施例利用在电缆部分与相邻架空线部分之间的结点处可能发生的行波电压和/或电流的放大，来确定在该输电线路的电缆部分中是否有故障发生。
尽管本发明已经在附图和上文描述中被阐述，但是这样的阐述应被认为是示意性的或者示例性的，而不是限制性的；本发明不限于公开的实施例。本领域技术人员通过研究附图、公开内容以及所附权利要求，可以在实施本要求保护的发明中理解和实现所公开实施例的其它变型。在所附权利要求中，词语“包括”并不排除其他要素或者步骤，并且非限定冠词“一”或者“一个”并不排除多个。在相互不同的从属权利要求中记载某些措施的这一事实并不表示这些措施的组合不能被有利地使用。权利要求中的任何附图标记不应被解释为限制本发明的范围。