一种基于纯电流特征的直流输电线路保护方法和系统技术方案

本发明专利技术提供一种基于纯电流特征的直流输电线路保护方法和系统。所述方法和系统通过采集直流输电线路电流确定线路的电流差分值和电流突变量，并根据所述线路电流差分值和电流突变量确定预先设置的保护判据是否成立，来确定直流保护动作是否出口。本发明专利技术所述的基于纯电流特征的直流输电线路保护方法和系统能够进一步加快金属性故障保护动作速度，大幅提升高阻故障保护动作速度，雷击或异常大数时保护可靠不动作，单极接地故障工况下非故障极线路保护可靠不误动，全面提升直流输电线路保护性能。

A method and system of DC transmission line protection based on pure current characteristics

【技术实现步骤摘要】
一种基于纯电流特征的直流输电线路保护方法和系统
本专利技术涉及电力系统继电保护领域,并且更具体地，涉及一种基于纯电流特征的直流输电线路保护方法和系统。
技术介绍
在与传统交流输电系统相比，高压直流输电系统具有输送容量大、传输距离远、损耗低等优点，在远距离输电、大区域的电网互联、地下电缆输电等方面得到了广泛应用。高压直流输电线路肩负能源产地和负荷中心时间段电能传输的重任，其输电距离远，运行条件恶劣，故障率相对直流系统其他部分更高，约占直流系统故障的50％。因此，高性能的高压直流输电线路保护对提高整个电网的安全稳定性具有重要意义。目前，直流输电线路保护主要包括行波保护、微分欠压保护、纵联差动保护等。行波保护、欠压微分保护作为直流输电线路主保护，可以快速响应直流线路故障(3～5ms)，但耐受过渡电阻能力差，动作性能易受到雷击、异常大数、噪声干扰的影响，受极间互感影响非故障极线路保护易误动。纵联差动保护作为直流输电线路后备保护，具备良好的反映高阻接地故障的能力，但在外部短路时，长距离输电线路的分布电容电流会产生较大差流，为防止保护误动，其动作延时设置较长(百毫秒甚至秒级)。
技术实现思路
为了解决现在技术中行波保护、欠压微分保护耐受过渡电阻能力差，动作性能易受到雷击、异常大数、噪声干扰的影响，而纵联差动保护动作延时较长的技术问题，本专利技术提供一种基于纯电流特征的直流输电线路保护方法，所述方法包括：采集第一直流输电线路M侧在k0时刻的线路电流iM(k0)和k0-ts时刻的线路电流iM(k0-ts)，并根据所述线路电流iM(k0)和iM(k0-ts)计算k0时刻第一直流输电线路M侧电流的差分值diM(k0)，并确定所述电流的差分值diM(k0)是否满足保护启动判据，其中，所述第一直流输电线路为输电线路中的任意一条，所述第一直流输电线路M侧是所述第一直流输电线路整流侧和逆变侧中的一侧，ts为采样时间间隔；当k0时刻第一直流输电线路M侧电流的差分值diM(k0)满足保护启动判据时，启动所述M侧的直流保护,并采集第一直流输电线路M侧在j时刻的线路电流iM(j)和j-ts时刻的线路电流iM(j-ts)，并根据所述线路电流iM(j)和iM(j-ts)计算j时刻第一直流输电线路M侧电流的差分值diM(j)，采集第一直流输电线路M侧在k时刻的线路电流iM(k)和k-ts时刻的线路电流iM(k-ts)，并根据所述线路电流iM(k)和iM(k-ts)计算k时刻第一直流输电线路M侧电流的差分值diM(k)，采集第一直流输电线路N侧在j-Ttran时刻的线路电流iN(j-Ttran)和j-ts-Ttran时刻的线路电流iN(j-ts-Ttran)，并根据所述线路电流iN(j-Ttran)和iN(j-ts-Ttran)计算j-Ttran时刻第一直流输电线路N侧电流的差分值diN(j-Ttran)，采集第二直流输电线路M侧在j时刻的线路电流iM'(j)和j-ts时刻的线路电流iM'(j-ts)，并根据所述线路电流iM'(j)和iM'(j-ts)计算j时刻第二直流输电线路M侧电流的差分值diM'(j)，以及根据所述j时刻第一直流输电线路M侧电流的差分值diM(j)计算k时刻第一直流输电线路M侧电流突变量ΔiM(k)，根据所述j-Ttran时刻第一直流输电线路N侧电流的差分值diN(j-Ttran)计算k-Ttran时刻第一直流输电线路N侧电流突变量ΔiN(k-Ttran)，其中，将所述启动保护的时刻记为t0，所述第二直流输电线路为除第一直流输电线路外的其他直流输电线路，第二直流输电线路M侧与第一直流输电线路M侧位于同一侧，所述第一直流输电线路N侧为所述直流输电线路中与M侧相对的另一侧，Ttran为直流线路传输通道延时，t0≤j≤k，t0≤k≤t；根据第一直流输电线路M侧电流的差分值diM(k)和N侧电流突变量ΔiN(k-Ttran)计算第一直流输电线路差分积聚动作量iΣ(t)，根据第一直流输电线路M侧电流的差分值diM(k)计算第一直流输电线路差分积聚门槛值isetz，并确定所述第一直流输电线路差分积聚动作量iΣ(t)和差分积聚门槛值isetz是否满足预先设置的对端助增差分电流积聚量判据，其中，t0≤k≤t；根据第一直流输电线路M侧电流突变量ΔiM(k)和N侧电流突变量ΔiN(k-Ttran)计算第一直流输电线路方向动作量iΣΔ(t)，并确定所述第一直流输电线路方向动作量iΣΔ(t)是否满足预先设置的对端助增突变量电流的积聚量高定值方向判据、对端助增突变量电流的积聚量低定值方向判据，其中，t0≤k≤t；在保护启动后的tlimit时间内，确定所述j时刻第一直流输电线路M侧电流的差分值diM(j)和第二直流输电线路M侧电流的差分值diM'(j)是否满足预先设置的第一极比幅式突变量电流选极判据和第二极比幅式突变量电流选极判据，在保护启动t0～tf时间内，确定所述j时刻第一直流输电线路M侧电流的差分值diM(j)是否满足预先设置的第一极比幅式突变量电流选极判据，在保护启动tf时间后，确定第一直流输电线路方向动作量iΣΔ(t)是否满足比率制动电流选极判据，其中，当在t0～tlimit时间段持续同时不满足第一极比幅式突变量电流选极判据和第二极比幅式突变量电流选极判据、在t0～tf中某一个时刻满足第一极比幅式突变量电流选极判据或者tf时间后任一时刻满足比率制动电流选极判据中的任意一个成立都表示阶段式电流选极判据成立，所述第一极是第一直流输电线路M侧，所述第二极是第二直流输电线路M侧，t0≤j≤k，t0≤k≤t，tf＞tlimit；根据k时刻第一直流输电线路M侧电流的差分值diM(k)和第一直流输电线路N侧电流突变量ΔiN(k-Ttran)计算k时刻第一直流输电线路M侧的差分量iΔ(k)，基于所述差分量iΔ(k)确定k时刻第一直流输电线路M侧的置反差分量iΔ'(k)，并确定所述k时刻第一直流输电线路M侧的置反差分量iΔ'(k)是否满足预先设置的利用差分积聚量的防大数保护判据；根据第一直流输电线路M侧电流突变量ΔiM(k)和N侧电流突变量ΔiN(k-Ttran)计算k时刻第一直流输电线路防大数突变量iz(k)，并确定k时刻第一直流输电线路防大数突变量iz(k)是否满足利用电流突变量的防大数保护判据；当所述t时刻第一直流输电线路的对端助增差分电流积聚量判据、对端助增突变量电流的积聚量高定值方向判据和利用差分积聚量的防大数保护判据同时成立，在t0～t时间段满足利用电流突变量的防大数保护判据的采样点数大于预先设置的点数阈值，且满足利用电流突变量的防大数保护判据的采样点数大于不满足利用电流突变量的防大数保护判据的采样点数时，或者所述t时刻第一直流输电线路对端助增差分电流积聚量判据、对端助增突变量电流的积聚量低定值方向判据、阶段式电流选极判据和利用差分积聚量的防大数保护判据同时成立，在t0～t时间段满足利用电流突变量的防大数保护判据的采样点数大于预先设置的点数阈值，且满足利用电流突变量的防大数保护判据的采样点数大于不满足利用电流突本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于纯电流特征的直流输电线路保护方法，其特征在于，所述方法包括：/n采集第一直流输电线路M侧在k

【技术特征摘要】
1.一种基于纯电流特征的直流输电线路保护方法，其特征在于，所述方法包括：
采集第一直流输电线路M侧在k0时刻的线路电流iM(k0)和k0-ts时刻的线路电流iM(k0-ts)，并根据所述线路电流iM(k0)和iM(k0-ts)计算k0时刻第一直流输电线路M侧电流的差分值diM(k0)，并确定所述电流的差分值diM(k0)是否满足保护启动判据，其中，所述第一直流输电线路为输电线路中的任意一条，所述第一直流输电线路M侧是所述第一直流输电线路整流侧和逆变侧中的一侧，ts为采样时间间隔；
当k0时刻第一直流输电线路M侧电流的差分值diM(k0)满足保护启动判据时，启动所述M侧的直流保护,并采集第一直流输电线路M侧在j时刻的线路电流iM(j)和j-ts时刻的线路电流iM(j-ts)，并根据所述线路电流iM(j)和iM(j-ts)计算j时刻第一直流输电线路M侧电流的差分值diM(j)，采集第一直流输电线路M侧在k时刻的线路电流iM(k)和k-ts时刻的线路电流iM(k-ts)，并根据所述线路电流iM(k)和iM(k-ts)计算k时刻第一直流输电线路M侧电流的差分值diM(k)，采集第一直流输电线路N侧在j-Ttran时刻的线路电流iN(j-Ttran)和j-ts-Ttran时刻的线路电流iN(j-ts-Ttran)，并根据所述线路电流iN(j-Ttran)和iN(j-ts-Ttran)计算j-Ttran时刻第一直流输电线路N侧电流的差分值diN(j-Ttran)，采集第二直流输电线路M侧在j时刻的线路电流iM'(j)和j-ts时刻的线路电流iM'(j-ts)，并根据所述线路电流iM'(j)和iM'(j-ts)计算j时刻第二直流输电线路M侧电流的差分值diM'(j)，以及根据所述j时刻第一直流输电线路M侧电流的差分值diM(j)计算k时刻第一直流输电线路M侧电流突变量ΔiM(k)，根据所述j-Ttran时刻第一直流输电线路N侧电流的差分值diN(j-Ttran)计算k-Ttran时刻第一直流输电线路N侧电流突变量ΔiN(k-Ttran)，其中，将所述启动保护的时刻记为t0，所述第二直流输电线路为除第一直流输电线路外的其他直流输电线路，第二直流输电线路M侧与第一直流输电线路M侧位于同一侧，所述第一直流输电线路N侧为所述直流输电线路中与M侧相对的另一侧，Ttran为直流线路传输通道延时，t0≤j≤k，t0≤k≤t；
根据第一直流输电线路M侧电流的差分值diM(k)和N侧电流突变量ΔiN(k-Ttran)计算第一直流输电线路差分积聚动作量iΣ(t)，根据第一直流输电线路M侧电流的差分值diM(k)计算第一直流输电线路差分积聚门槛值isetz，并确定所述第一直流输电线路差分积聚动作量iΣ(t)和差分积聚门槛值isetz是否满足预先设置的对端助增差分电流积聚量判据，其中，t0≤k≤t；
根据第一直流输电线路M侧电流突变量ΔiM(k)和N侧电流突变量ΔiN(k-Ttran)计算第一直流输电线路方向动作量iΣΔ(t)，并确定所述第一直流输电线路方向动作量iΣΔ(t)是否满足预先设置的对端助增突变量电流的积聚量对端助增突变量电流的积聚量高定值方向判据、对端助增突变量电流的积聚量低定值方向判据，其中，t0≤k≤t；
在保护启动后的tlimit时间内，确定所述j时刻第一直流输电线路M侧电流的差分值diM(j)和第二直流输电线路M侧电流的差分值diM'(j)是否满足预先设置的第一极比幅式突变量电流选极判据和第二极比幅式突变量电流选极判据，在保护启动t0～tf时间内，确定所述j时刻第一直流输电线路M侧电流的差分值diM(j)是否满足预先设置的第一极比幅式突变量电流选极判据，在保护启动tf时间后，确定第一直流输电线路方向动作量iΣΔ(t)是否满足比率制动电流选极判据，其中，当在t0～tlimit时间段持续同时不满足第一极比幅式突变量电流选极判据和第二极比幅式突变量电流选极判据、在t0～tf中某一个时刻满足第一极比幅式突变量电流选极判据或者tf时间后某一时刻满足比率制动电流选极判据中的任意一个成立都表示阶段式电流选极判据成立，所述第一极是第一直流输电线路M侧，所述第二极是第二直流输电线路M侧，t0≤j≤k，t0≤k≤t，tf＞tlimit；
根据k时刻第一直流输电线路M侧电流的差分值diM(k)和第一直流输电线路N侧电流突变量ΔiN(k-Ttran)计算k时刻第一直流输电线路M侧的差分量iΔ(k)，基于所述差分量iΔ(k)确定k时刻第一直流输电线路M侧的置反差分量iΔ'(k)，并确定所述k时刻第一直流输电线路M侧的置反差分量iΔ'(k)是否满足预先设置的利用差分积聚量的防大数保护判据；
根据第一直流输电线路M侧电流突变量ΔiM(k)和N侧电流突变量ΔiN(k-Ttran)计算k时刻第一直流输电线路防大数突变量iz(k)，并确定k时刻第一直流输电线路防大数突变量iz(k)是否满足利用电流突变量的防大数保护判据，其中，t0≤k≤t；
当所述t时刻第一直流输电线路的对端助增差分电流积聚量判据、对端助增突变量电流的积聚量高定值方向判据和利用差分积聚量的防大数保护判据同时成立，在t0～t时间段满足利用电流突变量的防大数保护判据的采样点数大于预先设置的点数阈值，且满足利用电流突变量的防大数保护判据的采样点数大于不满足利用电流突变量的防大数保护判据的采样点数时，或者所述t时刻第一直流输电线路对端助增差分电流积聚量判据、对端助增突变量电流的积聚量低定值方向判据、阶段式电流选极判据和利用差分积聚量的防大数保护判据同时成立，在t0～t时间段满足利用电流突变量的防大数保护判据的采样点数大于预先设置的点数阈值，且满足利用电流突变量的防大数保护判据的采样点数大于不满足利用电流突变量的防大数保护判据的采样点数时，第一直流输电线路M侧保护动作出口。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据k0时刻第一直流输电线路M侧的线路电流iM(k0)和iM(k0-ts)计算k0时刻第一直流输电线路M侧电流的差分值diM(k0)，当所述电流的差分值diM(k0)满足保护启动判据时，启动所述M侧的直流保护包括：
根据k0时刻第一直流输电线路M侧的线路电流iM(k0)和iM(k0-ts)计算k0时刻第一直流输电线路M侧电流的差分值diM(k0)，其计算公式为：
diM(k0)＝iM(k0)-iM(k0-ts)
式中，ts为采样时间间隔；
确定所述电流的差分值diM(k0)是否满足保护启动判据，其中，所述保护启动判据的计算公式为：
|diM(k0)|＞iset0
式中，iset0为启动门槛，按照本线路末端高阻故障有灵敏度整定，即在第一直流输电线路末端生成一个高阻故障，计算|diM(k0)|的值，利用所述|diM(k0)|的值再除以一个大于1的系数，将其结果作为启动门槛iset0。


3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述线路电流iM(j)和iM(j-ts)计算j时刻第一直流输电线路M侧电流的差分值diM(j)，其计算公式为：
diM(j)＝iM(j)-iM(j-ts)
根据所述线路电流iM(k)和iM(k-ts)计算k时刻第一直流输电线路M侧电流的差分值diM(k)，其计算公式为：
diM(k)＝iM(k)-iM(k-ts)
根据所述线路电流iN(j-Ttran)和iN(j-ts-Ttran)计算j-Ttran时刻第一直流输电线路N侧电流的差分值diN(j-Ttran)，其计算公式为：
diN(j-Ttran)＝iN(j-Ttran)-iN(j-ts-Ttran)
根据所述线路电流iM'(j)和iM'(j-ts)计算j时刻第二直流输电线路M侧电流的差分值diM'(j)，其计算公式为：
diM′(j)＝iM′(j)-iM′(j-ts)
根据所述j时刻第一直流输电线路M侧电流的差分值diM(j)计算k时刻第一直流输电线路M侧电流突变量ΔiM(k)，其计算公式为：



根据所述j-Ttran时刻第一直流输电线路N侧电流的差分值diN(j-Ttran)计算k-Ttran时刻第一直流输电线路N侧电流突变量ΔiN(k-Ttran)，其计算公式为：



式中，t0≤j≤k，t0≤k≤t，ts为采样时间间隔，Ttran为直流线路传输通道延时。


4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据k时刻第一直流输电线路M侧电流的差分值diM(k)和N侧电流突变量ΔiN(k-Ttran)计算第一直流输电线路差分积聚动作量iΣ(t)，根据k时刻第一直流输电线路M侧电流的差分值diM(k)计算第一直流输电线路差分积聚门槛值isetz，并确定所述t时刻第一直流输电线路差分积聚动作量iΣ(t)和差分积聚门槛值isetz是否满足预先设置的对端助增差分电流积聚量判据包括：
根据k时刻第一直流输电线路M侧电流的差分值diM(k)和N侧电流突变量ΔiN(k-Ttran)计算t时刻第一直流输电线路差分积聚动作量iΣ(t)，其计算公式为：



式中，n为t0～t时间段的采样点数，t0≤k≤t，|diM(k)|为k时刻第一直流输电线路M侧电流的差分值diM(k)的绝对值；
根据第一直流输电线路M侧电流的差分值diM(k)计算第一直流输电线路差分积聚门槛值isetz，其计算公式为：
isetz＝kk(iset1+γ)












式中，kk为可靠系数，iset1为固定门槛，确定为区外金属性故障时的差分积聚动作量在故障后T0时间内的最大值，γ为负斜率电流浮动门槛，为负斜率电流，T为浮动门槛计算窗长，ρ为浮动门槛系数，ρmax为比例常数，ρmax＞1，T'为定值计算窗长，T'＞T，λ为裕度系数，λ＞1；
确定所述第一直流输电线路差分积聚动作量iΣ(t)和差分积聚门槛值isetz是否满足预先设置的对端助增差分电流积聚量判据，其中，所述对端助增差分电流积聚量判据的计算公式为：
iΣ(t)＞isetz。


5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据第一直流输电线路M侧电流突变量ΔiM(k)和N侧电流突变量ΔiN(k-Ttran)计算第一直流输电线路方向动作量iΣΔ(t)，并确定所述第一直流输电线路方向动作量iΣΔ(t)是否满足预先设置的对端助增突变量电流的积聚量高定值方向判据、对端助增突变量电流的积聚量低定值方向判据包括：
根据第一直流输电线路M侧电流突变量ΔiM(k)和N侧电流突变量ΔiN(k-Ttran)计算第一直流输电线路方向动作量iΣΔ(t)，其计算公式为：



式中，n为t0～t时间段的采样点数，t0≤k≤t；
确定所述第一直流输电线路方向动作量iΣΔ(t)是否满足预先设置的对端助增突变量电流的积聚量高定值方向判据、对端助增突变量电流的积聚量低定值方向判据，其中，所述对端助增突变量电流的积聚量高定值方向判据的计算公式为：
iΣΔ(t)＞iset2H
所述对端助增突变量电流的积聚量低定值方向判据的计算公式为：
iΣΔ(t)＞iset2L
式中，iset2H为方向判别高定值，iset2L为方向判别低定值，iset2H按照第二直流输电线路末端金属性故障整定，即在第二直流输电线路末端生成一个金属性故障，并在所述故障时计算第一直流输电线路方向动作量iΣΔ(t)的值，并将所述iΣΔ(t)的值乘以一个大于1的常数的结果作为iset2H，iset2L按照第一直流输电线路末端高阻故障有灵敏度整定，即在第一直流输电线路末端生成一个高阻故障，并在所述故障时计算第一直流输电线路方向动作量iΣΔ(t)的值，并将所述iΣΔ(t)的值除以一个大于1的常数的结果作为iset2L。


6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述在保护启动后的tlimit时间内，确定所述j时刻第一直流输电线路M侧电流的差分值diM(j)和第二直流输电线路M侧电流的差分值diM'(j)是否满足预先设置的第一极比幅式突变量电流选极判据和第二极比幅式突变量电流选极判据，在保护启动t0～tf时间内，确定所述j时刻第一直流输电线路M侧电流的差分值diM(j)是否满足预先设置的第一极比幅式突变量电流选极判据；在保护启动tf时间后，确定第一直流输电线路方向动作量iΣΔ(t)是否满足比率制动电流选极判据包括：
在保护启动后的tlimit时间内，确定所述j时刻第一直流输电线路M侧电流的差分值diM(j)和第二直流输电线路M侧电流的差分值diM'(j)是否满足预先设置的第一极比幅式突变量电流选极判据和第二极比幅式突变量电流选极判据，其中，所述第一极比幅式突变量电流选极判据的计算公式为：



所述第二极比幅式突变量电流选极判据的计算公式为：



当在t0～tf时间段内任一时刻第一极比幅式突变量电流选极判据成立，则阶段式电流选极判据成立，当在t0～tlimit时间段内第一极比幅式突变量电流选极判据和第二极比幅式突变量电流选极判据持续不成立时，在tlimit时刻及tlimit～tf时间段内判定发生双极故障，所述阶段式电流选极判据成立；
在保护启动tf时间后，确定第一直流输电线路方向动作量iΣΔ(t)是否满足比率制动电流选极判据，其中，所述比率制动电流选极判据的计算公式为：
iΣΔ(t)＞αiDΔ(t)



式中，σ为选极系数，σ＞1，α为比率制动系数，α＞1，αiDΔ(t)为方向制动量，保护启动tf时间后，以比率制动电流选极判据的结果作为阶段式电流选极判据的结果，保护启动tf时间后任意一个时刻比率制动电流选极判据成立则阶段式电流选极判据成立。


7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据k时刻第一直流输电线路M侧电流的差分值diM(k)和第一直流输电线路N侧电流突变量ΔiN(k-Ttran)计算k时刻第一直流输电线路M侧的差分量iΔ(k)，基于所述差分量iΔ(k)确定k时刻第一直流输电线路...

【专利技术属性】
技术研发人员：周泽昕，柳焕章，吕鹏飞，曹虹，王兴国，阮思烨，杜丁香，李勇，杨国生，金明亮，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院有限公司，国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11