基于直流滤波器支路电流的直流输电线路横差保护方法与流程

本发明涉及电力系统继电保护及自动控制技术领域，具体是一种基于直流滤波器支路电流的直流输电线路横差保护方法。

背景技术：

随着近年来直流输电技术的快速发展在我国快速发展，一大批超高压、特高压直流输电工程的投运，交直流混联电网已在逐步取代传统交流电网，成为当前国内电网的重要特征。

在直流输电系统中，直流输电线路工作条件恶劣、故障概率高，因此配置高性能的继电保护系统是确保直流输电系统安全、可靠运行的重要前提。目前，直流输电线路多以行波保护以及微分欠压保护作为主保护，以低压保护、电流差动保护作为后备保护。主保护灵敏度低、缺乏整定依据，同时对装置的采样频率和处理能力要求极高；电流差动保护动作速度过慢，难以快速切除故障，并且对于直流输电线路经高阻接地故障的灵敏度不足，导致保护性能不能完全满足工程实际需求。为此，亟需研究提出灵敏、快速且易于工程实现的直流输电线路保护新原理。

本发明人在实现发明的过程中发现：直流输电线路两侧配置有直流滤波器组以及平波电抗器，形成了异构边界。在该边界内、外发生故障时，由于直流滤波器以及平波电抗器所体现的阻抗差异，流经滤波器支路的特定频带电流将有显著不同。因此，可基于此特征构建一种新原理的直流输电线路横差保护方法，可迅速、灵敏地反映直流线路高阻接地故障，显著提升直流输电线路后备保护的性能。

技术实现要素：

本发明提供一种基于直流滤波器支路电流的直流输电线路横差保护方法，该方法基于直流滤波器支路电流构成直流输电线路横差保护，仅通过判别直流输电线路单侧的直流滤波器支路电流的大小即可以快速、可靠地实现线路故障的判断以及故障区域的判别，对采样率要求低，易于工程实现。

本发明采用的技术方案如下：

一种基于直流滤波器支路电流的直流输电线路横差保护方法，包括如下步骤：

步骤1：测量直流输电系统单侧直流滤波器支路电流

每个采样周期(采样频率为10kHz)均测量直流输电系统整流侧流经极Ⅰ和极Ⅱ直流滤波器支路的电流瞬时值，分别记为i_Ⅰ(t)和i_Ⅱ(t)。

步骤2：计算保护差动电流

根据式(1)计算保护横差电流瞬时值，记为i_hc(t)：

i_hc(t)＝i_I(t)+i_II(t) (1)

以10ms为数据窗，计算横差电流、极Ⅰ和极Ⅱ直流滤波器支路电流的均方根值，分别记为I_hc、I_Ⅰ、I_Ⅱ。

步骤3：故障判别

当满足式(2)条件时，从0开始计时，计时结果记为t；当t满足式(3)条件时，置标志flag＝1，此时判断直流输电线路区域发生短路故障，并执行步骤4。

I_hc>I_set (2)

t>t_set (3)

其中I_set为电流动作整定值；t_set为延时整定值；

步骤4：故障发生区域判别

当满足式(4)动作条件时，判断故障发生在极Ⅰ线路区域，否则故障发生在极Ⅱ线路区域。

I_I/I_II>1 (4)

进一步的，步骤3中I_set根据工程经验设定为0.2kA，t_set设定为2ms。

进一步的，步骤3中当式(2)动作条件不满足时，保护判别结束，置标志flag＝0，置计时结果t＝0，下一个采样周期重新执行步骤1；当式(2)动作条件满足而式(3)条件不满足时，判别结束并在下一个采样周期重新执行步骤1。

本发明仅通过判别直流输电线路单侧的直流滤波器支路电流的大小即可以快速、可靠地实现线路故障的判断以及故障区域的判别，对采样率要求低，易于工程实现，可显著提升直流输电线路后备保护的性能。

附图说明

图1为本发明实施例中直流输电系统的一次系统仿真模型示意图，图中滤波器Ⅰ、滤波器Ⅱ分别为直流输电系统的整流侧极Ⅰ、极Ⅱ直流滤波器，直流输电线路长度为860km；f₁、f₂、f₃、f₄、f_l分别为故障点，其中f₁位于逆变侧换流站侧(线路区域内)极Ⅰ极线，f₂位于逆变侧换流站侧(线路区域外)极Ⅰ极线，f₃位于逆变侧换流站交流母线，f₄位于逆变侧换流站侧(线路区域内)极Ⅱ极线，f_l位于极Ⅰ极线中段；

图2为f₁点发生经150Ω过渡电阻接地故障时，仿真计算的差动电流瞬时值及均方根值；

图3为f₂点发生金属性接地故障(过渡电阻为0)时，仿真计算的差动电流瞬时值及均方根值；

图4为f₃点发生金属性接地故障(过渡电阻为0)时，仿真计算的差动电流瞬时值及均方根值。

具体实施方式

下面将结合具体实施例和本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。

建立如图1所示的数字仿真模型，编写采样算法(采样率为10kHz)，采样并计算相关电气量，通过设置不同的故障点以及经过不同电阻的接地短路故障，开展仿真来验证本发明的性能。

仿真过程中，在每个采样周期内均依次执行本发明的步骤1、步骤2、步骤3，分别计算得到直流输电系统单侧极Ⅰ、极Ⅱ直流滤波器支路电流以及保护横差电流的均方根值。当横差电流和计时时间满足式(2)和式(3)条件时，执行步骤4，判断直流输电线路发生故障，并确定故障区域。当式(2)条件不满足时，清除动作标志flag＝0，将计时器t数值清零，判别结束，并在下一采样周期重新执行步骤1。当式(2)条件满足，式(3)条件不满足时，判别结束，并在下一采样周期重新执行步骤1。

发明实施效果

表1为图1中各故障点分别发生经不同过渡电阻故障时，差动电流(均方根值)的计算结果以及故障区域判断结果，表1中I_hc的数值为最大值。

表1针对不同故障的保护判别结果

当直流输电线路发生故障，以图2为例，在仿真后2ms时f₁点发生经150Ω过渡电阻的接地故障，差动电流的均方根值在5ms-17ms期间大于整定值I_set(0.2kA)；根据表1可知，；I_I/I_II的比值远大于1，因此保护能够准确判断故障以及发生区域。此外，随着过渡电阻的减小，差动电流的均方根值增加，保护更加灵敏。由表1数据可知，无论故障点位于线路两侧(f₁、f₄)，还是线路中段(f_l)，本发明均能够灵敏、准确的判断故障及发生区域。

当直流输电线路区域外部发生故障(f₂、f₃)，图3、图4以及表1中数据显示，差动电流的均方根值远小于整定值I_set，保护可靠不动作。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何属于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。