基于电压匹配因子的柔性直流系统纵联保护方法及系统

1.本发明属于电力系统继电保护技术领域，尤其涉及一种基于电压匹配因子的柔性直流系统纵联保护方法及系统。


背景技术：

2.基于模块化多电平换流站的直流输电技术在新能源发电、连接弱交流电网等方面有着广阔的应用前景。然而，柔性直流电网故障发展过程极快，在几个ms之内就会危及整个电网，严重影响直流电网运行的安全性与稳定性。因此，快速、有选择性的线路保护方案成为保障直流电网安全可靠运行的关键技术。
3.目前，柔性直流系统纵联保护主要分为纵联电流差动保护、纵联方向保护和纵联行波保护。其中，纵联电流差动保护通过通信通道检测线路两侧的差流进行故障判别，能有效检测高阻故障。但是这种方式需要大量的数据传输，要求通信严格同步，而且易受线路分布电容的影响。为躲避区外故障时线路对地电容产生的暂态电流，差动保护通过长延时来保证可靠性，大大降低了保护的速动性。纵联方向保护一般通过判别线路两端电流的正方向进行故障识别。该类保护的数据处理是在本站完成的，通信通道只需传输数据处理结果，无同步通讯要求。但该方法受过渡电阻影响较大，当直流侧发生较大过渡电阻接地故障时，保护难以可靠动作。纵联行波保护利用故障暂态行波中的方向、幅值等信息构成保护判据，动作速度快，不受线路分布电容的影响。然而，该方法存在采样频率和通信传输要求较高，在高阻故障情况下灵敏性较差，波头检测困难，抗干扰能力有限等问题。


技术实现要素：

4.鉴于上述的分析，本发明实施例旨在提供一种基于电压匹配因子的柔性直流系统纵联保护方法及系统，用以解决现有多端柔性直流系统线路保护难以快速、可靠识别故障区段的问题。
5.一方面，本发明公开了一种基于电压匹配因子的柔性直流系统纵联保护方法，包括：
6.采集故障发生后各条线路两端的电压和电流，以及流向各换流站的交流电流；
7.对于每条线路的每一端口，假设流经该端口的电流方向为流入，并基于流经相邻线路的电流、以及流向与该端口相连的换流站的交流电流，获取当前端口的电压理论计算值；
8.基于每条线路两端的电压、电流和电压理论计算值，获得相应线路两端的电压匹配因子，以及，相应线路两端的故障选极系数；
9.对于每条线路，判断该线路两端的电压匹配因子是否满足故障识别判据，若满足，则判定为区内故障，并根据该线路两端的故障选极系数识别出故障极，并启动所述故障极的线路保护。
10.在上述方案的基础上，本发明还做出了如下改进：
11.进一步，通过以下公式获取电压匹配因子：
[0012][0013][0014]
其中，s
mp
、s
np
分别为线路正极在m端、n端的电压匹配因子，s
mn
、s
nn
分别为线路负极在m端、n端的电压匹配因子；u
cmp
(h)、u
cnp
(h)分别为第h个采样点在线路正极的m端、n端的电压理论计算值，u
cmn
(h)、u
cnn
(h)分别为第h个采样点在线路负极的m端、n端的电压理论计算值；u
cemp
(h)、u
cenp
(h)分别为第h个采样点在线路正极的m端、n端的电压；u
cemn
(h)、u
cenn
(h)分别为第h个采样点在线路负极的m端、n端的电压；u
mp
、u
np
分别表示线路正极在m端、n端正常运行时的电压；u
mn
、u
nn
分别表示线路负极在m端、n端正常运行时的电压，h为故障发生后的一个周期内的采样点数。
[0015]
进一步，所述故障识别判据包括：
[0016][0017][0018]
其中，s
set
为动作阈值；
[0019]
若满足公式(3)或者公式(4)，则判定为区内故障。
[0020]
进一步，通过以下公式获取故障选极系数：
[0021][0022][0023]
其中，km、kn分别为m端、n端的故障选极系数；i
tmp
(h)、i
tnp
(h)分别为第h个采样点在线路正极的m端、n端的电流；i
tmn
(h)、i
tnn
(h)分别为第h个采样点在线路负极的m端、n端的电流；u
tmp
(h)、u
tnp
(h)分别为第h个采样点在线路正极的m端、n端的电压；u
tmn
(h)、u
tnn
(h)分别
为第h个采样点在线路负极的m端、n端的电压；i
mp
、i
np
分别表示线路正极在m端、n端正常运行时的电流；i
mn
、i
nn
分别表示线路负极在m端、n端正常运行时的电流。
[0024]
进一步，根据该线路两端的故障选极系数识别出故障极，包括：
[0025]
对于m端：
[0026]
若km＞k
set
，则正极故障；若km＜-k
set
，则负极故障；若-k
set
≤km≤k
set
，则双极故障；
[0027]
对于n端：
[0028]
若kn＞k
set
，则正极故障；若kn＜-k
set
，则负极故障；若-k
set
≤kn≤k
set
，则双极故障；
[0029]
其中，k
set
为选极阈值。
[0030]
进一步，所述换流站为mmc换流站。
[0031]
进一步，第h个采样点在线路正极的m端的电压理论计算值u
cmp
(h)为：
[0032][0033]
其中，i
tmp_l
(h)表示第h个采样点流经线路正极m端相邻线路的正极电流，n表示与该端口相连的换流站中任一相上、下桥臂投入的子模块总数；c表示与该端口相连的换流站中子模块的电容值；r
arm
、l
arm
分别表示与该端口相连的换流站中a相桥臂等效电阻和桥臂电感；w为工频角频率，l表示线路正极的m端的电感；i
va
(h)、i
vb
(h)、i
vc
(h)分别表示流向与该端口相连的换流站的a、b、c相交流电流。
[0034]
进一步，所述启动所述故障极的线路保护，执行：
[0035]
向所述故障极中的保护发送跳闸信号。
[0036]
另一方面，本发明还公开了一种基于电压匹配因子的柔性直流系统纵联保护系统，包括：
[0037]
数据采集模块，用于采集故障发生后各条线路两端的电压和电流，以及流向各换流站的交流电流；
[0038]
理论计算模块，用于对于每条线路的每一端口，假设流经该端口的电流方向为流入，并基于流经相邻线路的电流、以及流向与该端口相连的换流站的交流电流，获取当前端口的电压理论计算值；
[0039]
电压匹配因子和故障选极系数确定模块，用于基于每条线路两端的电压、电流和电压理论计算值，获得相应线路两端的电压匹配因子，以及，相应线路两端的故障选极系数；
[0040]
故障极识别模块，用于对于每条线路，判断该线路两端的电压匹配因子是否满足故障识别判据，若满足，则判定为区内故障，并根据该线路两端的故障选极系数识别出故障极，并启动所述故障极的线路保护。
[0041]
进一步，通过以下公式获取电压匹配因子：
[0042][0043][0044]
其中，s
mp
、s
np
分别为线路正极在m端、n端的电压匹配因子，s
mn
、s
nn
分别为线路负极在m端、n端的电压匹配因子；u
cmp
(h)、u
cnp
(h)分别为第h个采样点在线路正极的m端、n端的电压理论计算值，u
cmn
(h)、u
cnn
(h)分别为第h个采样点在线路负极的m端、n端的电压理论计算值；u
cemp
(h)、u
cenp
(h)分别为第h个采样点在线路正极的m端、n端的电压；u
cemn
(h)、u
cenn
(h)分别为第h个采样点在线路负极的m端、n端的电压；u
mp
、u
np
分别表示线路正极在m端、n端正常运行时的电压；u
mn
、u
nn
分别表示线路负极在m端、n端正常运行时的电压，h为故障发生后的一个周期内的采样点数。
[0045]
与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：
[0046]
本发明提出的基于电压匹配因子的多端柔性直流系统纵联保护方法及系统，能够基于故障后采集的数据计算电压匹配因子和故障选极系数，并根据计算结果准确识别区内、外故障，动作速度快，不受故障位置和过渡电阻的影响，很好地解决了现有多端柔性直流系统线路保护难以快速、可靠识别故障区段的问题。
[0047]
本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。
附图说明
[0048]
附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
[0049]
图1为基于电压匹配因子的多端柔性直流系统纵联保护方法流程图；
[0050]
图2为四端柔性直流系统结构图；
[0051]
图3为mmc换流站基本结构图；
[0052]
图4为mmc正极换流站等效模型；
[0053]
图5为换流站区外交流系统的故障状态网络图；
[0054]
图6为基于电压匹配因子的多端柔性直流系统纵联保护系统结构示意图；
[0055]
图7为f
12
处发生经不同过渡电阻的负极接地故障时的sm、sn；其中，图7(a)、(b)分别表示sm、sn的变化曲线；
[0056]
图8为f
12
处发生经不同过渡电阻的负极接地故障时的km、kn；其中，图8(a)、(b)分别表示km、kn的变化曲线；
[0057]
图9为正极线路不同位置处发生故障时的sm、sn；其中，图9(a)、(b)分别表示sm、sn的变化曲线；
[0058]
图10为正极线路不同位置处发生故障时的km、kn其中，图10(a)、(b)分别表示km、kn的变化曲线；
[0059]
图11为f
14
处发生经不同过渡电阻的正极接地故障时的sm、sn；其中，图11(a)、(b)分别表示sm、sn的变化曲线；
[0060]
图12为f2处发生经不同过渡电阻的三相短路故障时的sm、sn；其中，图12(a)、(b)分别表示sm、sn的变化曲线。
具体实施方式
[0061]
下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本技术一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。
[0062]
实施例1
[0063]
本发明的一个具体实施例1，公开了一种基于电压匹配因子的柔性直流系统纵联保护方法，流程图如图1所示，包括以下步骤：
[0064]
步骤s1：采集故障发生后各条线路两端的电压和电流，以及流向各换流站的交流电流；
[0065]
步骤s2：对于每条线路的每一端口，假设流经该端口的电流方向为流入，并基于流经相邻线路的电流、以及流向与该端口相连的换流站的交流电流，获取当前端口的电压理论计算值；
[0066]
步骤s3：基于每条线路两端的电压、电流和电压理论计算值，获得相应线路两端的电压匹配因子，以及，相应线路两端的故障选极系数；
[0067]
步骤s4：对于每条线路，判断该线路两端的电压匹配因子是否满足故障识别判据，若满足，则判定为区内故障，并根据该线路两端的故障选极系数识别出故障极，并启动所述故障极的线路保护。
[0068]
与现有技术相比，本实施例提出的基于电压匹配因子的多端柔性直流系统纵联保护方法，基于故障后采集的数据计算电压匹配因子和故障选极系数，并根据计算结果准确识别区内、外故障，动作速度快，不受故障位置和过渡电阻的影响，很好地解决了现有多端柔性直流系统线路保护难以快速、可靠识别故障区段的问题。
[0069]
为便于本领域技术人员更好地理解本实施例中方案的形成过程，下面，以图2所示的四端柔性直流系统为例，对本实施例提供的基于电压匹配因子的多端柔性直流系统纵联保护系统的工作原理做如下说明：
[0070]
图3为双极mmc换流站内部的基本结构，其中负极结构与正极完全一致。根据图3可得正极换流站a相上、下桥臂的关系表达式为：
[0071][0072][0073]iva
＝i
pa-i
na
ꢀꢀꢀ
(3)
[0074]
其中，u
va
、i
va
分别表示换流站交流侧a相电压、电流；u
pa
、u
na
分别表示a相上、下桥臂等效电容电压；i
pa
、i
na
分别表示a相上、下桥臂电流；r
arm
、l
arm
分别表示任一相桥臂等效电阻和桥臂电感；u
dc
为换流站直流侧电压。
[0075]
联立式(1)-(3)可得：
[0076][0077]
将a相调制波初相角为零作为研究的初始时刻，则由式(4)可得a相的电压表达式为：
[0078][0079]
其中：ua为a相交流电压峰值；w为工频角频率。
[0080]
设mmc的输出电压调制比为m，则a相交流电压峰值为：
[0081][0082]
由图3可得，换流站直流侧电压与每个子模块电容电压的关系表达式为：
[0083]udc
＝nu
c1
ꢀꢀꢀ
(7)
[0084]
其中：n为任一相上、下桥臂投入的子模块总数；u
c1
为sm子模块的电容电压。
[0085]
联立式(1)、(2)、(5)、(6)和(7)可得：
[0086][0087][0088]
由式(8)和(9)可知，在任一时刻，a相上、下桥臂投入的子模块数分别为：
[0089][0090][0091]
因此在任一时刻a相上、下桥臂的等效电容分别为：
[0092][0093]
其中，c
pa
、c
na
分别为换流站a相上、下桥臂的等效电容；c为mmc中子模块的电容值。
[0094]
同理，b、c两相的上、下桥臂的等效电容为：
[0095][0096][0097]
其中，c
pb
、c
nb
分别为换流站b相上、下桥臂的等效电容。c
pc
、c
nc
分别为换流站c相上、下桥臂的等效电容。
[0098]
结合图3，对正极换流站三相桥臂分别列写kvl方程可得：
[0099][0100]
其中，i
pb
、i
nb
分别为b相上、下桥臂电流；i
pc
、i
nc
分别为c相上、下桥臂电流。
[0101]
根据图3可得，换流站三相桥臂电流与交流电流的关系表达式为：
[0102][0103]
由图3可得，换流站三相桥臂电流与直流电流的关系表达式为：
[0104]idc
＝i
na
+i
nb
+i
nc
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(17)
[0105]idc
＝i
pa
+i
pb
+i
pc
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(18)
[0106]
联立式(12)、(13)、(14)和(15)可得：
[0107][0108]
联立式(16)、(17)和(18)可得：
[0109]iva
+i
vb
+i
vc
＝0
ꢀꢀꢀ
(20)
[0110]
联立式(17)、(19)和(20)，可得换流站出口直流电压表达式为：
[0111][0112]
其中，cc为换流站的等效电容，其值为n/3c。lc为换流站的等效电感，其值为2l
arm
/3。rc为换流站的等效电阻，其值为2r
arm
/3。uc为换流站含交流分量的等效电压源。
[0113]
根据上述分析，可得柔性直流电网换流站的等效模型，如图4所示。
[0114]
以保护r
12
(直流断路器安装位置)为例进行分析，换流站出口电流理论计算值i
dcc
的表达式为：
[0115]idcc
＝|i
12
|+i
14
ꢀꢀꢀ
(22)
[0116]
其中，i
12
为流经保护r
12
的电流。i
14
为流经保护r
12
相邻线路的电流。
[0117]
由图4和图2可得，m侧的直流线路电压的理论计算值uc为：
[0118][0119]
式(23)中，uc为含交流分量的等效电压源，无法反映交流侧故障模型。为此，进一步分析交流系统馈入电流信息，进而准确识别区内外故障。
[0120]
换流站区外交流系统的故障状态网络如图5所示。图5中，iv为流向正极换流站的三相电流。i
v2
为流向负极换流站的三相电流。is为流经换流母线的三相电流。
[0121]
由图5可得：
[0122]iv
＝i
s-i
v2
ꢀꢀꢀ
(24)
[0123]
式中，iv、i
v2
、is分别为：
[0124][0125]
联立式(21)和(24)，可得含交流分量的等效电压源uc表达式为：
[0126][0127]
联立式(22)、(23)和(25)，可得uc还可以表示为：
[0128][0129]
在图2中，以直流线路12两端的保护为例进行分析时，故障f
12
为区内故障，故障f
14
、f
23
、f1、f2为区外故障。设正极电流正方向为从母线指向线路，负极电流正方向为从线路指向母线。此时，当发生区外故障f
14
时，对于保护r
12
而言，换流站mmc1出口电流实际值i
dc
为：
[0130]idc
＝-i
12
+i
14
ꢀꢀꢀ
(27)
[0131]
考虑到换流站mmc1侧交流系统没有发生故障，式(25)仍成立。联立式(23)、(25)和(27)，可得m侧的直流线路电压的实际值u
ce
为：
[0132][0133]
将式(28)和(26)两式做差，可得：
[0134][0135]
由式(29)可知，对于保护r
12
而言，当发生反向区外故障f
14
时，根据式(26)计算的电压值与实际电压值不一致。
[0136]
当发生区外故障f
14
时，对于保护r
21
而言，换流站mmc2出口电流实际值为：
[0137]idc
＝i
21
+i
23
ꢀꢀꢀ
(30)
[0138]
由式(30)可知，电流计算值与实际值一致。考虑到换流站mmc2侧交流系统没有发生故障，式(25)仍成立。联立式(23)、(25)和(30)，可得u
ce
还可以表示为：
[0139][0140]
将式(26)和(31)两式做差，可得：
[0141]
δu＝u
c-u
ce
＝0
ꢀꢀꢀ
(32)
[0142]
由式(32)可知，对于保护r
21
而言，当发生正向区外故障f
14
时，根据式(26)计算的电压值与实际电压值一致，理论误差为0。
[0143]
综上可知，当发生故障f
14
时，对于线路12的保护r
12
而言为反向区外故障，由式(26)计算的电压值与实际值不一致。对于线路12的保护r
21
而言为正向区外故障，由式(26)计算的电压值与实际值一致，理论误差为0。
[0144]
当发生区内故障f
12
时，对于线路12的保护r
12
而言为正向故障，换流站mmc1出口电流计算值与实际值一致。考虑到换流站mmc1侧交流系统没有发生故障，式(25)仍成立。因此，保护r
12
根据式(26)计算的电压值与实际电压一致，理论误差为0。同理，对于线路12的保护r
21
而言为正向故障，根据式(26)计算的电压值与实际电压一致，理论误差为0。
[0145]
根据上述分析可知，当直流线路区内发生故障时，线路两端保护的电压计算值与实际值一致，理论误差为0。当发生反向区外故障时，电压计算值与实际值不一致。因此，本文通过线路两端的电压匹配因子进行故障识别，电压匹配因子的计算公式为：
[0146][0147][0148]
其中，s
mp
、s
np
分别为线路正极在m端、n端的电压匹配因子，s
mn
、s
nn
分别为线路负极在m端、n端的电压匹配因子；u
cmp
(h)、u
cnp
(h)分别为第h个采样点在线路正极的m端、n端的电压理论计算值，u
cmn
(h)、u
cnn
(h)分别为第h个采样点在线路负极的m端、n端的电压理论计算
值；u
cemp
(h)、u
cenp
(h)分别为第h个采样点在线路正极的m端、n端的电压；u
cemn
(h)、u
cenn
(h)分别为第h个采样点在线路负极的m端、n端的电压；u
mp
、u
np
分别表示线路正极在m端、n端正常运行时的电压；u
mn
、u
nn
分别表示线路负极在m端、n端正常运行时的电压，h为故障发生后的一个周期(示例性地，如1ms)内的采样点数。
[0149]
公式(33)、(34)中的电压理论计算值与公式(26)的计算值相对应，均是假设流经该端口的电流方向为流入得到的端口电压计算结果。但是在实际应用过程中，可以直接用iv替换i
v2
和is，此时，一般性地，第h个采样点在线路正极的m端的电压理论计算值u
cmp
(h)为：
[0150][0151]
其中，i
tmp_l
(h)表示第h个采样点流经线路正极m端相邻线路的正极电流，n表示与该端口相连的换流站中任一相上、下桥臂投入的子模块总数；c表示与该端口相连的换流站中子模块的电容值；r
arm
、l
arm
分别表示与该端口相连的换流站中a相桥臂等效电阻和桥臂电感；w为工频角频率，l表示线路正极的m端的电感；i
va
(h)、i
vb
(h)、i
vc
(h)分别表示流向与该端口相连的换流站的a、b、c相交流电流。
[0152]
根据不同的端口和正负极性，选取相应的电流数据，并套用公式(35)的形式，即可得到u
cnp
(h)、u
cmn
(h)和u
cnn
(h)。
[0153]
所述故障识别判据包括：
[0154][0155][0156]
其中，s
set
为动作阈值；若满足公式(36)或者公式(37)，则判定为区内故障。否则，判定为区外故障，此时，不发送跳闸信号。本文考虑计算误差、噪声干扰等因素的影响，将阈值s
set
取30。
[0157]
在对称双极系统中，发生单级接地故障时，故障极电压迅速下降，而非故障极电压会有一定程度的升高，故障极电流远大于非故障极电流。然而，发生双极短路故障时，正负极电压、电流变化幅值始终相等。因此，利用故障后电压、电流信息构造选极判据如下：
[0158][0159][0160]
其中，km、kn分别为m端、n端的故障选极系数；i
tmp
(h)、i
tnp
(h)分别为第h个采样点在线路正极的m端、n端的电流；i
tmn
(h)、i
tnn
(h)分别为第h个采样点在线路负极的m端、n端的电流；u
tmp
(h)、u
tnp
(h)分别为第h个采样点在线路正极的m端、n端的电压；u
tmn
(h)、u
tnn
(h)分别为第h个采样点在线路负极的m端、n端的电压；i
mp
、i
np
分别表示线路正极在m端、n端正常运行时的电流；i
mn
、i
nn
分别表示线路负极在m端、n端正常运行时的电流。
[0161]
对于m端：
[0162]
若km＞k
set
，则正极故障；若km＜-k
set
，则负极故障；若-k
set
≤km≤k
set
，则双极故障；
[0163]
对于n端：
[0164]
若kn＞k
set
，则正极故障；若kn＜-k
set
，则负极故障；若-k
set
≤kn≤k
set
，则双极故障。
[0165]
其中，k
set
为选极阈值。考虑一定的裕度，本文取为0.1。
[0166]
确定故障极后，即可启动所述故障极的线路保护，即，执行：向所述故障极中的保护发送跳闸信号。
[0167]
实施例2
[0168]
本发明的具体实施例2，公开了一种基于电压匹配因子的柔性直流系统纵联保护系统，结构示意图如图6所示，包括：
[0169]
数据采集模块，用于采集故障发生后各条线路两端的电压和电流，以及流向各换流站的交流电流；
[0170]
理论计算模块，用于对于每条线路的每一端口，假设流经该端口的电流方向为流入，并基于流经相邻线路的电流、以及流向与该端口相连的换流站的交流电流，获取当前端口的电压理论计算值；
[0171]
电压匹配因子和故障选极系数确定模块，用于基于每条线路两端的电压、电流和电压理论计算值，获得相应线路两端的电压匹配因子，以及，相应线路两端的故障选极系数；
[0172]
故障极识别模块，用于对于每条线路，判断该线路两端的电压匹配因子是否满足故障识别判据，若满足，则判定为区内故障，并根据该线路两端的故障选极系数识别出故障极，并启动所述故障极的线路保护。
[0173]
上述方法实施例和系统实施例，基于相同的原理实现，其相关之处可相互借鉴，且能达到相同的技术效果。
[0174]
本系统实施例的具体实施过程参见上述方法实施例即可，本实施例在此不再赘述。由于本系统实施例与上述方法实施例原理相同，所以本系统也具有上述方法实施例相应的技术效果。
[0175]
实施例3
[0176]
系统结构如图2所示。其中，直流线路采用依频线路模型。多端柔性直流系统主要
参数如表1所示，采样频率为10khz，故障发生时刻为1s。本文以线路12两端的保护进行分析，分别进行区内、区外不同类型故障的仿真实验。
[0177]
表1柔性直流系统主要参数
[0178][0179]
本实例设置的场景1为：设图2中f
12
处发生经不同过渡电阻的负极接地故障，该故障情况下的电压匹配因子如图7所示，故障选极系数如图8所示。
[0180]
如图7(a)、图7(b)所示，当发生经不同过渡电阻的负极接地故障时，随着过渡电阻的增加，线路两端的sm、sn逐渐增大。sm在t＝1.00s且过渡电阻为0ω时有最小值，其值为119.26。sn在t＝1.0002s且过渡电阻为0ω时有最小值，其值为112.05。因此，sm、sn两者均大于门槛值30，可判断线路12发生故障。由图8(a)、图8(b)可知，当负极线路发生接地故障时，在不同过渡电阻故障情况下，线路两端的故障选极系数变化很小，几乎不受过渡电阻的影响。同时，图8中km、kn两者均小于-0.1，可判断该故障为负极故障。结合图7(a)、图7(b)的分析结果可确定线路12发生负极接地故障。
[0181]
根据以上分析可知，本方法在直流线路区内发生高阻故障时仍能准确识别，具有较高的可靠性和较强的耐受过渡电阻能力。同时，本文仿真模型中架空线路使用依频模型，即已经考虑了分布电容电流的影响。因此，本文的纵联保护方案受分布电容电流的影响较小。
[0182]
本实例设置的场景2为：设在距离换流站mmc1不同位置处发生正极接地故障，过渡电阻为300ω。该故障情况下的电压匹配因子如图9所示，故障选极系数如图10所示。
[0183]
根据图9(a)和图9(b)可知，在距离换流站mmc1不同位置处发生正极接地故障时，故障位置距离保护越远，电压匹配因子越小。其中，在距离mmc1端100％位置处发生故障时，
sm在t＝1.0002s时有最小值，其值为128.45。在距离mmc1端0％位置处发生故障时，sn在t＝1.0001s时有最小值，其值为139.46。因此，sm、sn两者均大于门槛值30，可判断线路12发生故障。由图10(a)、图10(b)可知，故障位置距离保护越远，故障选极系数越小。其中，在距离mmc1端100％位置处发生故障时，km在t＝1.00s有最小值，其值为0.787。在距离mmc1端0％位置处发生故障时，kn在t＝1.00s时有最小值，其值为0.728。同时，图10中km、kn两者均大于0.1，可判定为正极故障。
[0184]
由以上分析可知，本保护方案在区内不同故障位置均可实现保护的快速、准确动作。当线路末端发生高阻故障时，仍具有较高的灵敏度。
[0185]
本实例设置的场景3为：设图2中f
14
处发生经不同过渡电阻的正极接地故障，该故障情况下的电压匹配因子如图11所示。
[0186]
当f
14
处发生故障时，保护r
12
处的故障数据计算的电压值与实际值不符，由式(33)计算得到的电压匹配因子小于动作阈值。由图11(a)可知，随着过渡电阻的增加，sm逐渐增大。sm在t＝1.0008s且过渡电阻为300ω时有最大值，其值为8.59，小于门槛值30，表明直流线路12未发生故障。因此，在区外高阻故障情况下，仍能可靠识别该故障为区外故障，保护不误动。
[0187]
设图2中f2处发生经不同过渡电阻的三相短路故障，该故障情况下的电压匹配因子如图12所示。
[0188]
当f2处发生三相短路故障时，由图12(a)可知，sm在t＝1.0002s且过渡电阻为300ω时有最大值，其值为8.18，小于门槛值30，可判定该故障为区外故障。因此，当交流侧发生高阻故障时，仍能准确识别为区外故障。
[0189]
根据上述分析可知，该保护方案可准确识别区外高阻故障，保护可靠不误动。而且，仅需线路两侧传递故障方向的判断结果，无需传递电气量信息，受数据同步误差的影响较小。
[0190]
以上场景结果表明，本发明具有以下特点：
[0191]
(1)不受故障位置和过渡电阻的影响，当直流线路区内发生高阻故障时，仍具有较高的灵敏度。
[0192]
(2)仅需传递故障方向的判别结果，不用交互两端电气量信息，无需严格数据同步，且无需复杂的计算算法，降低了硬件实现难度。
[0193]
(3)动作时间约为2～3ms(通信延时1～2ms)，能满足直流电网对保护速动性的要求。
[0194]
本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法的全部或部分流程，可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于计算机可读存储介质中。其中，所述计算机可读存储介质为磁盘、光盘、只读存储记忆体或随机存储记忆体等。
[0195]
以上所述，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。