一种考虑电磁耦合关系的直流输电线路保护配置整定方法技术

本发明专利技术公开了一种考虑电磁耦合关系的直流输电线路保护配置整定方法，包含步骤1：线路故障分析判断；步骤2：保护启动；步骤3：选极逻辑；步骤4：干扰排除；步骤5：边界判定。本发明专利技术客观而准确地考虑了高压直流输电线路故障可能出现的情形，并考虑了极线间电磁耦合关系所致的故障极对正常极的影响，弥补了现有保护不够全面的问题，在不需对原有线路保护更换硬件的基础上对逻辑上进行调整，工程可用性强，提高了高压直流输电线路保护对可能出现的因电磁耦合关系误动作抗干扰能力，并增强了对线路故障的灵敏性和有效性，实现高压直流输电线路保护工程的技术性和经济性的统一、可靠性和灵敏性的统一。

【技术实现步骤摘要】
一种考虑电磁耦合关系的直流输电线路保护配置整定方法
本专利技术属于电力系统输电领域，尤其是涉及一种考虑电磁耦合关系的直流输电线路保护配置整定方法。
技术介绍
随着我国电力工业的发展，高压直流输电技术在长距离输电项目中的应用越来越广泛。据统计，截止到2006年，世界各地己投运的直流输电工程约为98项。中国的高压直流输电技术是20世纪80年代才开始起步的，但发展较快。目前我国在建的HVDC工程有5项，如表1-1所示。自1987年舟山直流输电工程投运至2010年8月为止，我国已建成投运的直流输电工程有15项。随着2010年6月南方电网云南一广东±800kV特高压直流工程和2010年7月国家电网向家坝一上海±800kV特高压直流工程的投入运行，我国已成为拥有世界上电压等级最高、输送容量最大、技术水平最先进的特高压直流输电工程的国家。直流线路间存在电磁耦合，各极导线间的耦合关系不会给直流系统稳态运行产生严重影响，只有在直流系统发生扰动的情况下，如线路发生对地故障等，故障产生的暂态分量会因电磁耦合关系及线路参数不平衡等原因影响到其他正常运行的极导线。在电网规划阶段对直流输电线路间电磁耦合关系所考虑不全，往往线路之间电磁耦合关系会导致线路之间的电磁耦合误动作，给直流输电系统安全可靠运行带来极大挑战。天广直流输电工程自2001年双极投运以来出现的4次双极闭锁事故，“8.19”云广特高压直流双极闭锁等事故都和线路间电磁耦合存在一定的关系。在直流输电线路实际运行中，输电线路之间的排列方式会使得线路之间存在多种电磁耦合关系，以及线路可能遭受的故障，如：雷电直击、雷电绕击、小电阻接地故障、高阻接地故障等。当一侧线路故障时所产生的线路暂态波动，都会通过线路之间的电磁耦合关系对正常侧产生相应的影响以及对整个直流输电系统造成波动，成为直流输电运行维护工作的一项重要内容。在现有技术情况下，高压直流线路保护存在着对极线间电磁耦合关系考虑不周，对电磁耦合所致的正常极误动作和直流系统可靠性差的问题。目前所使用的直流输电系统设计时所参考的直流运行经验不足，线路实际情况考虑不够充分，且保护配置上存在着手段简单、灵敏度低、可靠性差的问题，因电磁耦合所致的直流系统闭锁等，都对直流输电系统存在严重的影响。
技术实现思路
本专利技术针对上述现有技术的缺陷，提出了考虑电磁耦合关系的直流输电线路保护配置整定方法，解决了现有技术中高压直流输电保护技术中对极线间电磁耦合关系所致的故障极对正常极的影响问题。本专利技术充分考虑多种线路故障可能出现的情形，按线路动作区域主要包括：线路区间故障、整理逆变侧反向故障、交流侧母线及线路故障以及各种扰动下可能带来的典型故障；按故障类型主要包括：雷电反击、雷电绕击、雷电干扰、金属性接地、高阻接地等故障。考虑不同的故障有不同的反应动作特性，还需要考虑到极线间电磁耦合关系。在具体配置中，有效地针对了故障出现的可能性以及直流输电线路之间电磁耦合对输电系统的影响，完成对故障有针对地把握。本专利技术以实际工程使用作为出发点，以考虑极线间电磁耦合关系所致的影响，使保护可以有效应对电磁耦合关系为主要目的，有效地解决了因电磁耦合关系对直流输电系统的产生的保护误动作问题，使保护系统可以灵敏、快速、有效地动作。为实现以上目的，本专利技术采取了以下的技术方案：一种考虑电磁耦合关系的直流输电线路保护配置整定方法，包括如下步骤：步骤一：线路故障分析判断，确定高压直流输电线路类型，由直流系统识别该线路对应的故障；步骤二：保护逻辑启动，通过采集直流输电线路现有保护安装处的电压变化量信号，计算电压突变量，若超过启动门槛值，则启动保护逻辑进入下一步骤；其判据为：式中，i表示直流输电线路的正负两极，i＝1,2；R和I分别代表整流侧和逆变侧；kR和kI分别为线路整流侧和逆变侧保护判据的启动门槛值。其所构成的直流输电线路保护的判定公式为式中，i，j表示双回直流输电线路的正负两极，i＝1,2,3,4；j＝1,2,3,4；j≠i；M表示对信号进行小波变化处理；R和I分别代表整流侧和逆变侧；kR1为线路整流侧两极电压突变量比值整定值；MΔiRi，MΔiIi分别表示ΔiRi，ΔiIi的小波变换模极大值；sign(MΔiRi)，sign(MΔiIi)分别表示MΔiRi，MΔiIi的极性；sign(MΔuRi)表示ΔuRi的小波变换模极大值的极性；ΔuRi和ΔuRj分别表示整流侧i极和j极线路电压变化量；△iRi和△iIi分别表示整流侧和逆变侧i极线路电流变化量；步骤三：选极逻辑，在保护逻辑启动后，保护开始计算两极电压突变量的比值，若比值超过kR1，则说明故障极为本极，对于双回线路，进入步骤四干扰排除；对于单回线路则继续进行保护逻辑，如果两极电压突变量比值超过kR2，这说明直流线路上发生了雷击干扰，保护复归；但如果两极电压突变量比值未超过kR2，则说明线路上发生故障，进入步骤五进行边界判定；步骤三中所述的kR1为两极电压突变量比值整定值，kR2为单回线路保护逻辑用于区分雷击干扰和雷击故障的电压突变量比值整定值；步骤四：干扰排除，保护对△uRi进行小波变换，得到第五尺度(dB5)下的小波变换的模极大值，若其为负，说明是雷电干扰，保护复归，但如果是正，则说明不是雷电干扰，进入边界判定；步骤五：边界判定，保护读取整流侧与逆变侧电流信号，并对电流信号进行小波变换，并根据两侧小波变换的模极大值的极性来判断是否启动线路保护；若两侧电流的小波变换模极大值极性相反则启动线路保护，否则保护复归。其中：步骤一中所述的针对单回和同塔双回直流输电线路故障区分手段和方法主要是依据电压突变量的不同来确定故障性雷击与干扰性雷击、交流故障与换相失败、线路保护区内和区外故障等。步骤二中所述的电压突变量超过定值是为结合具体工程参数以及运行经验人为设定的参数值kR和kI，分别为线路整流侧和逆变侧保护判据的启动门槛值。步骤四中所述的小波变换是指基于第五尺度下的小波变换所得到的模极大值。步骤五中所述的保护读取整流侧与逆变侧电流信号是通过采集保护安装处的电流变化量信号所得。本专利技术与现有技术相比，具有如下优点：1、客观而准确地考虑了高压直流输电线路故障可能出现的情形，并考虑了极线间电磁耦合关系所致的故障极对正常极的影响，弥补了现有保护不够全面的问题；2、只需对原有线路保护逻辑上进行调整，只需修改软件逻辑而不必更换硬件，工程可用性强；3、在保证保护动作可靠性的前提下，提高了高压直流输电线路保护对可能出现的因电磁耦合关系误动作抗干扰能力，并增强了对线路故障的灵敏性和有效性，实现高压直流输电线路保护工程的技术性和经济性的统一、可靠性和灵敏性的统一。附图说明附图1为高压直流输电系统多故障反应示意图；附图2为考虑极线间电磁耦合关系的直流输电线路保护配置方法图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术的内容做进一步详细说明。实施例：如图1所示，由工程运行经验得知，高压直流输电系统中可能出现的故障问题有：线路侧故障F1和F2；整流侧母线或换流站故障F_R；换流侧母线或换流站故障F_I。在具体考虑整个直流系统故障时，考虑的线路故障需按照线路侧和线路上距离来进行区分，其中线路故障按照距整流侧距离0％；35％；65％；100％分为F1_1，F1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种考虑电磁耦合关系的直流输电线路保护配置整定方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：线路故障分析判断，确定高压直流输电线路类型，由直流系统识别该线路对应的故障；步骤二：保护启动，通过采集极线路现有保护安装处的电压变化量信号，计算电压突变量，若超过定值，则启动保护逻辑进入下一步骤；其判据启动定值为：|ΔuRi|>kR|ΔuIi|>kI]]>式中，i=1,2；R和I分别代表整流侧和逆变侧；kR和kI分别为线路整流侧和逆变侧保护判据的启动门槛值；其所构成的直流输电线路保护的判定公式为|ΔuRi|/|ΔuRj|>kR1q=sign(MΔuRi)=-1p=sign(MΔiRi)×sign(MΔiIi)=-1,]]>式中，i=1,2,3,4;j=1,2,3,4;j≠i；M表示对信号进行小波变化处理；R和I分别代表整流侧和逆变侧；kR1为线路整流侧两极电压突变量比值整定值；MΔiRi，MΔiIi分别表示ΔiRi，ΔiIi的小波变换模极大值；sign(MΔiRi)，sign(MΔiIi)分别表示MΔiRi，MΔiIi的极性；sign(MΔuRi)表示ΔuRi的小波变换模极大值的极性；ΔuRi和ΔuRj分别表示整流侧i极和j极线路电压变化量；ΔiRi和ΔiIi分别表示整流侧和逆变侧i极线路电流变化量；步骤三：选极逻辑，在保护逻辑启动后，保护开始计算两极电压突变量的比值，若比值超过kR1，则说明故障极为本极，对于双回线路，进入步骤四干扰排除；对于单回线路则继续进行保护逻辑，如果电压突变量比值超过kR2，这说明直流线路上发生了雷击干扰，保护复归；但如果电压突变量比值未超过kR2，则说明线路上发生故障，进入步骤五进行边界判定；所述kR2为单回线路保护逻辑用于区分雷击干扰和雷击故障的电压突变量比值整定值;步骤四：干扰排除，保护对电压波形进行小波变换，得到第五尺度下的小波变换的模极大值，若其为负，说明是雷电干扰，保护复归，但如果是正，则说明不是雷电干扰，进入边界判定；步骤五：边界判定，保护读取整流侧与逆变侧电流信号，并对电流信号进行小波变换，并根据两侧小波变换的模极大值的极性来判断是否启动线路保护；若两侧电流的小波变换模极大值极性相反则启动线路保护，否则保护复归。...

【技术特征摘要】
1.一种考虑电磁耦合关系的直流输电线路保护配置整定方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：线路故障分析判断，确定高压直流输电线路类型，由直流系统识别该线路对应的故障；步骤二：保护逻辑启动，通过采集直流输电线路现有保护安装处的电压变化量信号，计算电压突变量，若超过启动门槛值，则启动保护逻辑进入下一步骤；其判据为：式中，i表示直流输电线路的正负两极，i＝1(+),2(-)；R和I分别代表整流侧和逆变侧；kR和kI分别为线路整流侧和逆变侧保护判据的启动门槛值；其所构成的直流输电线路保护的判定公式为式中，i，j表示双回直流输电线路的正负两极，i＝1,2,3,4；j＝1,2,3,4；j≠i；M表示对信号进行小波变化处理；R和I分别代表整流侧和逆变侧；kR1为线路整流侧两极电压突变量比值整定值；MΔiRi，MΔiIi分别表示ΔiRi，ΔiIi的小波变换模极大值；sign(MΔiRi)，sign(MΔiIi)分别表示MΔiRi，M...

【专利技术属性】
技术研发人员：周全，邬乾晋，王海军，樊友平，别睿，涂莉，
申请(专利权)人：中国南方电网有限责任公司超高压输电公司检修试验中心，武汉大学，
类型：发明
国别省市：广东;44