一种基于单侧电流的半波长线路自由波能量保护方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及电力系统继电保护领域，具体设及一种基于单侧电流的半波长线路自 由波能量保护方法。
【背景技术】
[0002] 在全球能源互联网概念的框架体系下，半波输电作为一种交流远距离输电技术越 来越受到关注。半波输电就是指输电线路长度为电磁波在半个周期内传输的距离(频率为 50HZ时，对应长度为3000公里）。对于半波长输电线路，由于线路的长度远大于常规输电距 离，因此，其电磁波的波动特征表现明显。从而导致对于半波长线路的正常运行和故障电气 特征与常规中短距离输电线路不同。常规线路保护已无法适应半波长线路的特点和运行要 求。为了实现对半波长线路的保护，需要结合其故障电气特征，探讨新的保护方案和方法。
[0003] 自由波是半波长输电系统的故障暂态过程中的自由分量。在半波长线路区内、外 发生故障时，自由波表现出截然不同的波形特征。本发明就是利用运一特征提出的一种新 型半波长线路保护方法。现有的保护方案中，行波保护在直流输是线路保护中应用较为广 泛。但是也存在一些弊端。如:所需采样率极高，往往到几百K赫兹;受电容式电压互感器影 响；单端量行波保护不准确等。因此，需要寻找的基于自由波的保护方法要克服W上缺点。 从而提升半波长输电线路的安全性。
【发明内容】
[0004] 有鉴于此，本发明提供的一种基于单侧电流的半波长线路自由波能量保护方法， 该方法降低了采样的数量要求，同时解决了受电容式电压互感器影响的问题;其准确、高效 且可靠，保证了半波长线路的安全可靠的运行。
[0005] 本发明的目的是通过W下技术方案实现的：
[0006] -种基于单侧电流的半波长线路自由波能量保护方法，所述半波长线路上设有保 护测量点及启动元件;所述自由波能量设有=个保护段，所述保护段包括速动段、基本段及 灵敏段;所述方法包括如下步骤：
[0007] 步骤1.所述保护测量点对电流进行采样及计算，得到电流采样值的变化量；
[000引步骤2.启动元件发生动作，确定半波长线路故障的发生时间；
[0009] 步骤3.在所述速动段内计算所述电流采样值的变化量，得到自由波能量;判断所 述速动段是否动作；
[0010] 若是，则所述速动段保护动作；
[0011] 若否，则进入步骤4;
[0012] 步骤4.在所述基本段内计算所述电流采样值，得到自由波能量;判断所述基本段 是否动作；
[0013] 若是，则所述基本段保护动作；
[0014] 若否，则进入步骤5;
[0015] 步骤5.根据故障位置及允许命令判断所述灵敏段是否动作；
[0016] 若是，则所述灵敏段保护动作；
[0017] 若否，则返回步骤1。
[0018] 优选的，所述步骤1包括：
[0019] 1-1.所述保护测量点对故障发生前一周波的电流值及当前的电流值分别进行采 样，得到各相电流的故障前采样值及当前采样值;其中，采样率为每一周波取48个采样点；
[0020] 1-2.根据电流的故障前采样值及当前采样值，计算得到电流采样值的变化量。
[0021 ]优选的，所述步骤2包括：
[0022] 所述启动元件发生动作，确定半波长线路故障的发生时间t: a/.(〇 = a/'U'')+a';(0+a卽） …
[0023] < (1)
[0024] 式（1)中，fset为动作定值，且 fset = 0.化 A2, AiA(t)、A iB(t)及 Aic(t)分别为A、B、 C=相电流的突变量；A f(t)为=相电流突变量平方和的变化量。
[0025] 优选的，所述步骤3包括：
[0026] 3-1.所述启动元件动作的第-2到22个采样点，逐点采用半波傅氏滤序窗口，计算 S相电流变化量A iA(t)、A iB(t)、A ic(t)的零序及负序变化量相量；
[0027]并计算得到a/o + a/化、a/〇 + a/化、+ 的值;其中，之啊、4阴及4|。]分别 为A、B、C相电流的故障后向量值；及心。2分别为A、B、C相的负序电流的变化量相 量值；
[0028] 3-2.将A、B、C相零序及负序相量和还原为A、B、C相的零序及负序和的采样值AiA〇2 (t)、A iB〇2(t)、A ic〇2(t);
[0029] 3-3.滤除采样值变化量中的零负序，得到滤除零序及负序后的电流变化量采样值 iA(t)、iB(t)及ic(t):
[0030] iA(t) = A A iA〇2(t)
[0031] iB(t) = A A iB〇2(t) (2)
[0032] ic(t) = A ic(t)-A ic〇2(t)
[003引式(2)中，AiA(t)、AiB(t)及Aic(t)分别为A、B、讨目电流由于故障引起的t时刻的 电流采样值变化量；
[0034] 3-4.构造平方和函数f(t):
[003引 (3)：
[0036] 对平方和函数差分后取绝对值，得到I壯(t) I ;
[0037] 对I壯(t) I进行积分，得到自由波能量值；
[0038] 3-5.判断所述自由波能量下式(4)是否成立：
[0039] 客 ) > 250 + 2. 5 max 化(叫 / 二'{-?'21} (4) 均 化1
[0040] 式(4)中，i为采样点；I为积分区间；
[0041] 若式(4)不成立，则进入步骤4;
[0042] 若式(4)成立，则进入3-6;
[0043] 3-6.在第22个采样点后，用全波傅立叶数据窗进行滤序；同时将式(4)变换为下式 (5)，并判断式(5)是否成立：
[0044] 之泌的 > 150+'左 max 化（f) / = {-2,，4哥 巧）
[0045] 式(5)中，-2~45共48个采样点逐点按照0.05的步长降低k值，k的初值为5;
[0046] 若式(5)不成立，则进入步骤4;
[0047] 若式(5)成立，则所述速动段保护动作。
[004引优选的，所述步骤4包括：
[0049] 4-1.采用全波傅氏滤序窗口，计算S相电流变化量A iA(t)、A iB(t)、A ic(t)的零 序及负序变化量相量；并计算得到+ A/,;、A/。+ A/g;、A/。+ A心，的值；其中， ^[。1、4[闲及4[。]分别为A、B、讨目电流的故障后向量值；Alj。、么与2及分别为A、B、讨目 的负序电流的变化量相量值；
[0050] 4-2.将A、B、C相零序及负序相量和还原为A、B、C相的零序及负序和的采样值AiA〇2 (t)、A iB〇2(t)、A ic〇2(t);
[0051] 4-3.滤除采样值变化量中的零负序，根据式(2)得到滤除零序及负序后的电流变 化量采样值iA(t)、iB(t)及ie(t);
[0052] 4-4.根据式(3)构造平方和函数f(t)，对平方和函数差分后取绝对值，得到I壯(t) ;对I壯(t)階行积分，得到自由波能量值；
[0053] 4-5.判断所述自由波能量下式(6)是否成立：
[0055] 式（6)中，I = {4，...，45} J= {46,…，57}
[0056] 若式(6)不成立，则进入步骤4;
[0057] 若式(6)成立，则所述基本段保护动作。
[005引优选的，所述步骤5包括：
[0059] 根据故障位置及允许命令，判断所述灵敏段的判据公式(7)是否成立：
[0060] S 化村 > S + 2 max (6// 仁）./ 二耗，…，例 饼 i居./ '料
[0061] 式(7)中，L为积分区间下限，H为积分区间上限；
[0062] 若接收到所述允许命令且故障位置的估算结果大于2000km时，则所述灵敏段保护 动作，且积分区间I取-2~45采样点；
[0063] 若接收到所述允许命令且故障位置估算结果位于{(1500-1 )，…，（1500+1)} 1 < 500km范围内时，则所述灵敏段保护动作，且积分区间I取-2~45采样点；
[0064] 若接收到所述允许命令且故障位置估算结果位于{a,…，（1500-1)}，l< 500km，a < 1 0 0 km范围内时，则所述灵敏段保护动作，且积分区间I为L~H，其中，
[0065] 当未接到所述允许命令或故障位置估算结果为{0，???，〇}，a < 100km范围内时，闭 锁保护，返回步骤1。
[0066] 从上述的技术方案可W看出，本发明提供了一种基于单侧电流的半波长线路自由 波能量保护方法，通过保护测量点对电流进行采样及计算，得到电流采样值的变化量，启动 元件及将自由波能量保护段包括速动段、基本段及灵敏段，速动段、基本段及灵敏段作为动 作判据对半波长线路自由波能量进行保护。本发明提出的基于自由波能量的半波长线路保 护方法降低了采样的数量要求，同时解决了受电容式电压互感器影响的问题;其准确、高效 且可靠，兼顾了对半波长线路保护动作可靠性和灵敏性，保证了半波长线路的安全可靠的 运行。
[0067] 与最接近的现有技术比，本发明提供的技术方案具有W下优异效果：
[0068] 1、本发明所提供的技术方案中，通过对区内外故障自由波波形特征的分析，提出 将自由波进行积分，即通过比较故障后自由波能量大小，区分区内外故障。W此为基础，提 出了自由波能量保护速动段、基本段及灵敏段的动作判据。
[0069] 2、本发明所提供的技术方案，各段的滤序算法、积分区间和作用时限均不相同，从 而兼顾了对半波长线路保护动作可靠性和灵敏性。
[0070] 3、本发明所提供的技术方案，通过保护测量点对电流进行采样及计算，得到电流 采样值的变化量，启动保护元件及将自由波能量保护段包括速动段、基本段及灵敏段;判断 速动段、基本段及灵敏段是否启动保护动作。本发明提出的基于自由波能量的半波长线路 保护方法降低了采样的数量要求，同时解决了受电容式电压互感器影响的问题;其准确、高 效且可靠，兼顾了对半波长线路保护动作可靠性和灵敏性，保证了半波长线路