柔性直流电网输电线路保护及雷击识别方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种柔性直流电网输电线路保护及雷击识别方法及系统，包括：获取被测输电线路两端的电流与电压数据；分别计算输电线路故障时正、负极线的故障反行波斜率，基于设定的整定值，判定输电线路为单极故障还是双极故障；由相模变换计算输电线路两端的极模故障行波，并计算设定时间窗口内极模故障行波的最大值与最小值之差；将所述差值分别与不同的整定值进行比较，判断输电线路的具体故障类型。本发明专利技术采用极模电压行波上下包络线构成雷击识别判据，减少了确定整定值的困难，并且增加了识别的准确性；能够准确辨别出单极故障和双极故障，对判断故障类型有更高的效率；识别方法原理简单，易于工程实现。易于工程实现。易于工程实现。

【技术实现步骤摘要】
柔性直流电网输电线路保护及雷击识别方法及系统


[0001]本专利技术涉及柔性直流输电线路继电保护
，尤其涉及一种柔性直流电网输电线路保护及雷击识别方法及系统。

技术介绍

[0002]本部分的陈述仅仅是提供了与本专利技术相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。
[0003]随着电力行业的蓬勃发展，在现今的能源结构下，高压输电扮演着十分重要的角色。而直流输电因其在长距离输电中的优势而得到了巨大的发展。并且随着化石能源的减少和环境问题的日益严重，风能光能等清洁能源势必越来越占更大的比重。然而清洁能源因为其地理位置的随机性、昼夜间歇性以及功率不确定性的原因，难以被传统的直流输电系统所接纳。柔性直流输电系统是新一代直流输电技术，它是基于可关断电力电子器件IGBT组成的电压源换流器，能够灵活调节电压幅值与相角。基于这些传统直流输电网络所没有的优点，柔性直流输电系统在接收和消纳清洁能源上有着巨大的优势。
[0004]根据柔性直流电网换流站所采用的电压源换流器的电平数，可以将电压源换流器分为两电平换流器、三电平换流器以及多电平换流器。而模块化多电平换流器(MMC)相较于较为常用的两电平换流器，有更为显著的优势，例如更容易拓展功率容量及电压等级、开关频率下降使损耗减少、模块化生产更经济以及输出波形质量更高不需要滤波器。但是与两电平电压源换流器相似，在线路直流侧发生故障后，换流器子模块电容放电，并且由于系统阻尼较小，故障电流上升速度快、幅值大。而换流站半导体元件脆弱，在故障电流上升至一定程度后，换流站将闭锁，对整个系统的正常运行造成较大的影响。
[0005]在实际运行过程中，输电线路易遭受洪水、泥石流、雪灾、地震、台风以及雷击等自然灾害的影响。其中雷击最为容易使输电线路造成跳闸事故，雷电流沿着传输线路入侵换流站可能会造成换流器件受损，严重影响电力系统安全稳定运行，对居民生产生活造成较大的影响。据运行统计数据显示，输电线路因雷击造成的跳闸事故占总跳闸事故的40％～70％。而柔性直流输电线路由于其传输距离远，架空线路跨度长，因此更容易遭受雷击的影响。并且非故障性雷击会引起电压电流的突变，有可能引起基于暂态量的保护误动，影响到继电保护系统的正常运行。
[0006]因此对柔性直流线路故障暂态特性进行研究，提出可靠有效的直流线路保护方法和雷击识别方法，对柔性直流电网输电可靠性和安全稳定运行以及后续故障切除和防雷改进，有重大的理论意义和工程价值。
[0007]为更好地适配柔性直流系统的保护需求，学者们一方面积极改进传统直流电网保护方法，将其运用于柔性直流电网；另一方面基于柔性直流电网的故障特征，提出针对柔性直流电网的保护方案。
[0008]现有技术提出一种基于暂态电压行波的直流线路单端量保护方法。通过分析柔性直流输电线路边界处的故障暂态特征，发现在区内故障、区外正向故障以及区外反向故障
下电压行波变化率有差异，构建了基于暂态电压变化率的故障识别判据；并且基于正负极电流行波变化率来识别故障极。这种保护原理较为简单，实现也比较容易，但是容易受到过渡电阻的影响。
[0009]现有技术提出一种基于限流电感电压极性的纵联保护方法。当发生区内故障时，线路两端限流电感上的电压极性相同；当发生区外故障时，线路两端限流电感上的电压极性相反，基于不同故障位置时限流电感电压极性的差异，提出基于线路两端限流电感极性的纵联保护方法。这种保护方法原理简单，拥有绝对的选择性，但是由于需要线路两端进行通信，因此保护速动性略微不足。
[0010]现有技术提出一种基于区内外高频分量的单端量保护方法。柔性直流系统为了抑制故障电流的上升速率以及幅值，在输电线路两端安装了限流电感。限流电感对于行波中的高频分量有较高的阻碍作用，基于区内外高频分量的不同，提出保护方法。这种保护方法速动性较高，但是需要较高的采样频率，对硬件有较高的要求。
[0011]现有技术提出了一种基于小波变换的高频分量差异的保护方法。该方法通过小波变换提取故障暂态电压中的高频成分，并借助输电线路端口限流电感的边界作用，分别利用高频暂态电压的平方值和能量值来判断区内外故障。这种保护方法依靠暂态量构成保护判据，有抗过渡电阻能力不足的问题。
[0012]现有技术提出了一种基于电流波形的雷击识别方法。该方法利用雷击故障与雷击非故障下电流行波的差异。雷击故障情况下对地分量的存在，使得其行波总体趋势单调递增，而雷击非故障行波围绕时间轴剩下波动。因此利用行波在时间轴上下积分的比值构建识别判据。此保护方法原理简单，但门槛值较难以整定。
[0013]现有技术提出一种基于小波变换的雷击识别方法。利用雷击后线路行波中高频分量较多的特性，利用小波变换对行波进行频域分解，通过比较各个频域上的频率分量构建识别判据。该保护方法识别准确率高，但是雷击分量所在较高频域，因此需要较高的采样频率，对硬件有较高的要求。
[0014]由此可见，目前已有的柔性直流输电线路没有将线路保护和雷击干扰识别配套的保护方案，且雷击识别方法有整定值难以确定，需要采样率较高等问题。

技术实现思路

[0015]为了解决上述问题，本专利技术提出了一种柔性直流电网输电线路保护及雷击识别方法及系统，利用正负极线上的故障反行波的斜率构成保护判据，通过不同的整定值判断是单极接地故障或双极短路故障；利用相模变换将正负极线上的电流电压变换为零模与极模电流电压，求取极模电压行波的极大值与极小值，并分别将极大值与极小值拟合为极模电压行波的上下包络线，对上下包络线分别进行积分，将积分相比所得的值与整定值相比较来判断是否存在雷击故障区段。
[0016]在一些实施方式中，采用如下技术方案：
[0017]一种柔性直流电网输电线路保护及雷击识别方法，包括：
[0018]获取被测输电线路两端的电流与电压数据；
[0019]分别计算输电线路故障时正、负极线的故障反行波斜率，基于设定的整定值，判定输电线路为单极故障还是双极故障；
[0020]由相模变换计算输电线路两端的极模故障行波，并计算设定时间窗口内极模故障行波的最大值与最小值之差；
[0021]将所述差值分别与不同的整定值进行比较，判断输电线路的具体故障类型。
[0022]作为可选的方案，将所述差值分别与不同的整定值进行比较，判断输电线路的具体故障类型，具体包括：
[0023]若判定输电线路为单极故障，将所述差值与设定的第一整定值进行比较，判定是否为雷击杆塔或避雷线非故障；若否，将所述差值与设定的第二整定值进行比较，判定是否为单相接地故障；若否，基于极模故障电压行波上下包络线的积分，判断故障类型为雷击故障或者雷击线路非故障；
[0024]若判定输电线路为双极故障，将所述差值与设定的第一整定值进行比较，判定是否为雷击非故障；若否，将所述差值与设定的第三整定值进行比较，判断故障类型为双极短路故障或者雷击故障。
[0025]作为可选的方案，基于极模故障电压行波上下包络线的积分，判断故障类型为雷击故障或者雷击本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种柔性直流电网输电线路保护及雷击识别方法，其特征在于，包括：获取被测输电线路两端的电流与电压数据；分别计算输电线路故障时正、负极线的故障反行波斜率，基于设定的整定值，判定输电线路为单极故障还是双极故障；由相模变换计算输电线路两端的极模故障行波，并计算设定时间窗口内极模故障行波的最大值与最小值之差；将所述差值分别与不同的整定值进行比较，判断输电线路的具体故障类型。2.如权利要求1所述的一种柔性直流电网输电线路保护及雷击识别方法，其特征在于，将所述差值分别与不同的整定值进行比较，判断输电线路的具体故障类型，具体包括：若判定输电线路为单极故障，将所述差值与设定的第一整定值进行比较，判定是否为雷击杆塔或避雷线非故障；若否，将所述差值与设定的第二整定值进行比较，判定是否为单相接地故障；若否，基于极模故障电压行波上下包络线的积分，判断故障类型为雷击故障或者雷击线路非故障；若判定输电线路为双极故障，将所述差值与设定的第一整定值进行比较，判定是否为雷击非故障；若否，将所述差值与设定的第三整定值进行比较，判断故障类型为双极短路故障或者雷击故障。3.如权利要求2所述的一种柔性直流电网输电线路保护及雷击识别方法，其特征在于，基于极模故障电压行波上下包络线的积分，判断故障类型为雷击故障或者雷击线路非故障，具体为：令：若J大于设定的阈值，则为雷击故障，否则，为雷击线路非故障；其中，l
up
和l
down
分别为极模故障电压行波上下包络线，N和M分别是拟合出包络线的数据点数量。4.如权利要求2所述的一种柔性直流电网输电线路保护及雷击识别方法，其特征在于，将所述差值与设定的第三整定值进行比较，判断故障类型为双极短路故障或者雷击故障，具体为：若所述差值大于设定的第三整定值，则为雷击故障；否则，为双极短路故障。5.如权利要求1所述的一种柔性直流电网输电线路保护及雷击识别方法，其特征在于，分别计算输电线路故障时正、负极线的故障反行波斜率，具体为：分别计算输电线路故障时的正、负极线的故障反行波，基于所述故障反行波计算正、负极线的故障反行波斜率...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹贵彬，刘景睿，魏秀燕，张烁，高厚磊，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：