基于首行波相似度的多端柔直电网单端量免整定保护方法

本发明属于电力系统继电保护领域，具体涉及到一种基于首行波相似度的多端柔直电网单端量免整定保护方法。

背景技术：

1、基于模块化多电平换流器的柔性直流输电技术以其谐波含量低、可控性高、无换相失败等特点，在无源系统供电、区域电网柔性互联、大规模深远海上风电的开发和利用等领域都体现出了显著的优势。为进一步提高柔性直流输电的供电可靠性和灵活性，建设基于模块化多电平换流器的多端柔性直流电网是柔性直流输电技术未来应用的一个重要方向。我国已经建成投运的±500kv张北柔性直流工程是世界首个柔性直流电网工程，是真正意义上具有网络特性的直流电网。

2、为尽可能缩小停电范围，直流电网对保护的选择性具有一定要求，对于柔性直流电网，通常会在线路出口装设限流电抗器来抑制故障电流上升率，也为保护的选择性提供了天然的边界。相比于点对点式的直流输电系统，多电源供电、多落点受电的mmc-mtdc电网线路故障后暂态特性更为复杂。由于柔性直流电网是低惯量系统，其网络阻尼低，故障电流上升快且幅值大，因此，柔性直流电网对保护的速动性要求较高，例如张北四端柔直电网要求故障后3ms内保护出口。因此，为了避免事故进一步扩大，必须快速可靠地隔离故障，这对适用于多端柔直电网的保护原理提出了更高的要求。

3、目前国内外针对柔直电网保护方案主要存在以下问题：(1)现有研究中保护判据普遍需要对定值进行整定，其可靠性、灵敏性、选择性、速动性之间的矛盾需要通过定值来协调。一旦定值整定不当，保护性能将受到严重影响，现有直流工程已发生过因定值问题导致保护误动的事故。(2)现有保护方案易受到过渡电阻影响，当高阻故障时，可能会造成保护误判，有必要研究不受过渡电阻影响的保护原理。(3)柔直电网的低阻尼特性使得故障在柔直电网蔓延的速度极快，因此多端柔直电网对于保护的速动性要求更高，需要研究基于单端量的保护来进一步提升保护的速动性。

4、综上所述，研究适用于多端柔直电网的单端量免整定保护，可靠识别区内外故障，对于提高柔直电网的安全性和可靠性具有重要意义。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种基于首行波相似度的多端柔直电网单端量免整定保护方法。

2、本发明的目的通过以下技术方案来实现：基于首行波相似度的多端柔直电网单端量免整定保护方法，所述方法能够被一个或多个处理器执行，包括：s1，保护启动后，所述一个或多个处理器基于相模变换矩阵对本端正负极保护处的电压和电流进行解耦；s2，所述一个或多个处理器在模域中获取线模首行波和地模首行波，并基于相模反变换获取故障极的首行波实测值；s3，所述一个或多个处理器对所述首行波实测值进行归一化处理后，并基于首行波解析值和归一化处理后的首行波实测值确定区内相似度sinternal和区外相似度sexternal；s4，在所述区内相似度sinternal连续5次大于所述区外相似度sexternal的情况下，所述一个或多个处理器将故障发生类型判定为区内故障，否则，重复执行步骤s1～s4，直至步骤s1～s4的重复执行次数为5次，其中，在所述区内相似度sinternal并非连续5次大于所述区外相似度sexternal的情况下，所述一个或多个处理器将故障发生类型判定为区外故障；s5，在所述故障发生类型为区内故障的情况下，所述一个或多个处理器基于零模首行波构成的故障选极判据进行故障选极，以将所述区内故障进一步划分为正极接地故障、负极接地故障和双极短路故障。

3、优选的，重复步骤s1～s3五次，其中，在所述区内相似度sinternal连续5次大于所述区外相似度sexternal的情况下，所述一个或多个处理器将故障发生类型判定为区内故障，否则，所述一个或多个处理器将故障发生类型判定为区外故障。

4、优选的，所述首行波解析值包括线路对端限流电抗器线路侧故障时传输到本端保护处的首行波解析值一，首行波解析值一的频域表达式为：其中，a1(s)为线模行波传输函数；τ1为线模行波传输时间；m1为线模传输函数的零极点个数；q1i为线模行波传输函数的留数；p1i为线模行波传输函数的极点，s为复频率。

5、优选的，所述首行波解析值还包括线路对端限流电抗器母线侧故障时传输到本端保护处的首行波解析值二，首行波解析值二的频域表达式为：其中，bm1(s)为限流电抗器母线侧故障时传输到本端保护处的首行波，zc1(s)为波阻抗；l为限流电抗器。

6、优选的，所述一个或多个处理器能够对首行波解析值一的频域表达式进行处理以得到时域解析表达式：其中，ai、bi、ci为线模传输函数的递归卷积系数，δt为采样间隔。

7、优选的，所述一个或多个处理器能够对首行波解析值二的频域表达式进行处理以得到时域解析表达式：

8、优选的，所述故障选极判据为：其中，bm0set为零模故障首行波的阈值，kset为选极判据可靠系数，bm0为零模故障首行波。

9、优选的，所述一个或多个处理器能够将所述bm0set设置为300kv，将所述kset设置为0.3。

10、优选的，区内相似度sinternal和区外相似度sexternal能够通过如下公式确定：式中：n为采样点个数；xi为第i个采样点；yj为第j个采样点。

11、优选的，所述区内相似度用于表征本端实测首行波与线路对端限流电抗器线路侧故障传输到本端保护处的首行波解析值之间的相似度，所述区外相似度用于表征本端实测首行波与线路对端限流电抗器母线侧故障传输到本端保护处的首行波解析值之间的相似度。

12、本发明具有以下优点：本申请通过比较区内相似度和区外相似度的大小即可识别出区内外故障，无需对定值进行整定，并且归一化处理能够有效消除过渡电阻的影响，使本申请不会受到过渡电阻的影响，本申请仅利用单端量实现，保护的速动性能够满足多端柔直电网的要求。

技术特征：

1.基于首行波相似度的多端柔直电网单端量免整定保护方法，其特征在于，所述方法能够被一个或多个处理器执行，包括：

2.根据权利要求1所述的多端柔直电网单端量免整定保护方法，其特征在于，重复步骤s1～s3五次，其中，在所述区内相似度sinternal连续5次大于所述区外相似度sexternal的情况下，所述一个或多个处理器将故障发生类型判定为区内故障，否则，所述一个或多个处理器将故障发生类型判定为区外故障。

3.根据权利要求1所述的单端量免整定保护方法，其特征在于，所述故障选极判据为：其中，bm0set为零模故障首行波的阈值，kset为选极判据可靠系数，bm0为零模故障首行波。

4.根据权利要求1所述的多端柔直电网单端量免整定保护方法，其特征在于，所述首行波解析值包括线路对端限流电抗器线路侧故障时传输到本端保护处的首行波解析值一，首行波解析值一的频域表达式为：其中，a1(s)为线模行波传输函数；τ1为线模行波传输时间；m1为线模传输函数的零极点个数；q1i为线模行波传输函数的留数；p1i为线模行波传输函数的极点，s为复频率。

5.根据权利要求1所述的多端柔直电网单端量免整定保护方法，其特征在于，所述首行波解析值还包括线路对端限流电抗器母线侧故障时传输到本端保护处的首行波解析值二，首行波解析值二的频域表达式为：其中，bm1(s)为限流电抗器母线侧故障时传输到本端保护处的首行波；zc1(s)为波阻抗。

6.根据权利要求4所述的多端柔直电网单端量免整定保护方法，其特征在于，所述一个或多个处理器能够对首行波解析值一的频域表达式进行处理以得到时域解析表达式：其中，ai、bi、ci为线模传输函数的递归卷积系数，δt为采样间隔。

7.根据权利要求5所述的多端柔直电网单端量免整定保护方法，其特征在于，所述一个或多个处理器能够对首行波解析值二的频域表达式进行处理以得到时域解析表达式：

8.根据权利要求3所述的多端柔直电网单端量免整定保护方法，其特征在于，所述一个或多个处理器能够将所述bm0set设置为300kv，将所述kset设置为0.3。

9.根据权利要求1所述的多端柔直电网单端量免整定保护方法，其特征在于，区内相似度sinternal和区外相似度sexternal能够通过如下公式确定：式中：n为采样点个数；xi为第i个采样点；yj为第j个采样点。

10.根据权利要求1所述的多端柔直电网单端量免整定保护方法，其特征在于，所述区内相似度用于表征本端实测首行波与线路对端限流电抗器线路侧故障传输到本端保护处的首行波解析值之间的相似度，所述区外相似度用于表征本端实测首行波与线路对端限流电抗器母线侧故障传输到本端保护处的首行波解析值之间的相似度。

技术总结
本发明公开了基于首行波相似度的多端柔直电网单端量免整定保护方法，包括：S1，对本端正负极保护处的电压和电流进行解耦；S2，获取线模首行波和地模首行波，并获取故障极的首行波实测值；S3，基于首行波解析值和首行波实测值确定区内相似度和区外相似度；S4，在区内相似度连续5次大于区外相似度时，将故障发生类型判定为区内故障，否则，重复执行步骤S1～S4，直至步骤S1～S4的重复执行次数为5次，其中，在区内相似度S<subgt;internal</subgt;并非连续5次大于区外相似度S<subgt;external</subgt;的情况下，将故障发生类型判定为区外故障；S5，在故障发生类型为区内故障时，基于故障选极判据进行故障选极。本申请通过比较区内相似度和区外相似度的大小即可识别出区内外故障，无需对定值进行整定。

技术研发人员：李猛,和敬涵,宁家兴,倪平浩,张大海,许寅,王小君,罗国敏
受保护的技术使用者：北京交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13