專利名稱：利用特高壓直流輸電極波波形面積比值的故障選極方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)特高壓直流輸電線路繼電保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，具體地說(shuō)是一種利用特高壓直流輸電極波波形面積比值的故障選極方法。

背景技術(shù)：
世界上第一條±800kV特高壓直流輸電線路云廣±800kV直流輸電線路已于2009年12月28日實(shí)現(xiàn)單極投產(chǎn)，2010年將實(shí)現(xiàn)雙極全壓運(yùn)行，屆時(shí)該線路將成為“云電送粵”的重要骨干線路。作為一條大容量、特高壓、超長(zhǎng)距離的重要輸電通道，云廣±800kV直流輸電線路迫切需要一種性能可靠、響應(yīng)快速的保護(hù)來(lái)保障整條輸電線路的安全穩(wěn)定運(yùn)行，該保護(hù)應(yīng)能快速的識(shí)別故障極線從而能夠做出快速、準(zhǔn)確的邏輯輸出。
作為當(dāng)今國(guó)內(nèi)外應(yīng)用最廣泛的高壓直流線路保護(hù)，主要以ABB公司和SIEMENS公司行波保護(hù)為代表。運(yùn)行表明，現(xiàn)行的直流線路保護(hù)存在如下缺點(diǎn)(1)受高阻影響，易拒動(dòng)；(2)易受噪聲干擾，易誤動(dòng)。故障選極模塊作為直流線路保護(hù)的一個(gè)重要模塊，應(yīng)能準(zhǔn)確的進(jìn)行故障選極，故需要一種對(duì)高阻故障、噪聲干擾具有較強(qiáng)魯棒性的故障選極方法。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種利用特高壓直流輸電極波波形面積比值的故障選極方法。
本發(fā)明的技術(shù)方案為特高壓直流線路輸電發(fā)生故障時(shí)，故障極極波波形遠(yuǎn)離于零軸，非故障極極波波形在零軸附近變化，因此故障極的極波波形沿零軸的積分絕對(duì)值將遠(yuǎn)大于非故障極的極波波形沿零軸的積分絕對(duì)值。首先，根據(jù)保護(hù)安裝處測(cè)得的兩極直流電壓、直流電流，求出兩極線的極波；其次，在時(shí)間窗內(nèi)，對(duì)兩極極波波形沿時(shí)間軸進(jìn)行積分并對(duì)結(jié)果取絕對(duì)值，極波波形的積分絕對(duì)值即為極波波形與零軸所構(gòu)成的極波面積；最后，求出正極極波波形面積與負(fù)極極波波形面積的比值K，若滿足K≥2，則表示正極線發(fā)生故障，若滿足K≤0.5，則表示負(fù)極線發(fā)生故障，若滿足0.5＜K＜2且K≈1，則表示兩極線發(fā)生故障。
1、極波概念 對(duì)于直流輸電系統(tǒng)，保護(hù)不能取用穩(wěn)態(tài)量而應(yīng)取用變量，現(xiàn)定義正極線極波P1(k)，負(fù)極線極波P2(k)為 P1(k)＝Zp×i1(k)-u1(k)(1a) P2(k)＝Zp×i2(k)-u2(k)(1b)式中，Zp為直流輸電線路極波阻抗，u1(k)為正極直流電壓，i1(k)為正極直流電流，u2(k)為負(fù)極直流電壓，i2(k)為負(fù)極直流電流，k＝1、2、3....N，N為時(shí)間窗長(zhǎng)度。
由式(1a)、式(1b)可知，極波本質(zhì)上為一個(gè)電壓量，極波電壓是極電流與極波阻抗乘積和極線電壓之差，它的本質(zhì)是故障情況下極線電壓的變化量，在正常情況下，正、負(fù)極線極波的值接近于零。
2、極波面積故障選極原理 特高壓直流輸電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。圖1中，送電容量為5000MW，整流側(cè)和逆變側(cè)的無(wú)功補(bǔ)償容量分別為3000Mvar和3040Mvar；每極換流單元由2個(gè)12脈沖換流器串聯(lián)組成，整流側(cè)配有低壓限流(VDCOL)控制、定電流控制，逆變側(cè)配有定電流、低壓限流(VDCOL)控制、定關(guān)斷角控制、電流偏差控制(CEC)。直流輸電線路為六分裂導(dǎo)線，全長(zhǎng)取為1500km，采用J.R.Marti頻率相關(guān)模型；線路兩側(cè)裝有400mH的平波電抗器；M點(diǎn)為保護(hù)安裝處。
線路首端(離保護(hù)安裝處1km處)分別發(fā)生正極接地故障，兩極極波波形如圖2(a)所示；發(fā)生負(fù)極接地故障，兩極極波波形如圖2(b)所示；兩極故障時(shí)，兩極極波波形如圖2(c)所示。故障過(guò)渡電阻為0.1Ω，時(shí)間窗長(zhǎng)度取5ms，采樣頻率為10kHz。
本發(fā)明中，極波波形與零軸構(gòu)成的面積簡(jiǎn)稱為極波波形面積，極波波形面積通過(guò)極波波形沿時(shí)間軸積分并取絕對(duì)值求得 式中，正極線極波P1(k)、負(fù)極線極波P2(k)，P1為正極線極波積分絕對(duì)值，即正極極波波形面積，P2為負(fù)極線極波積分絕對(duì)值，即負(fù)極極波波形面積，k＝1、2、3....N，N為時(shí)間窗長(zhǎng)度。
從圖2可以看出，故障極的極波波形遠(yuǎn)離于零軸變化，非故障極的極波波形在零軸附近變化，即故障極的極波波形面積大于非故障極極波波形面積，故圖2(a)中P1＞P2，圖2(b)中P1＜P2；兩極故障時(shí)，兩極極波波形對(duì)稱，故圖2(c)中P1＝P2。
定義正極極波波形面積P1與負(fù)極極波波形面積P2的比值K K＝P1/P2 (3) 那么，若滿足K＞1，則表示正極線發(fā)生故障；若滿足K＜1，則表示負(fù)極線發(fā)生故障； 若滿足K＝1，則表示兩極線發(fā)生故障。
若滿足K≥2，則表示正極線發(fā)生故障 若滿足K≤0.5，則表示負(fù)極線發(fā)生故障 若滿足0.5＜K＜2且K≈1，則表示兩極線發(fā)生故障 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn) 1、本發(fā)明的方法采用極波波形面積比值為判據(jù)，不受相應(yīng)電氣量的變化量和變化率的影響，對(duì)各種故障具有較好的自適應(yīng)性。
2、本發(fā)明的方法采樣率取10kHz，完全可在當(dāng)前高壓直流控制保護(hù)系統(tǒng)硬件條件下實(shí)現(xiàn)，對(duì)高阻、噪聲干擾和雷擊具有較強(qiáng)的魯棒性，能快速的實(shí)現(xiàn)故障選極。理論分析和仿真驗(yàn)證結(jié)果表明，本發(fā)明具有良好的效果。



圖1是特高壓直流輸電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，u1(k)、u2(k)為正、負(fù)極線電壓值；i1(k)、i2(k)為正、負(fù)極線電流值，M點(diǎn)為保護(hù)安裝處。
圖2故障時(shí)兩極極波波形圖，(a)正極故障兩極極波波形，(b)負(fù)極故障兩極極波波形，(c)兩極線故障時(shí)兩極線極波波形。

具體實(shí)施例方式 仿真模型如圖1所示。線路首端(離保護(hù)安裝處1km處)分別發(fā)生正極接地故障；故障過(guò)渡電阻為0.1Ω，時(shí)間窗長(zhǎng)度取5ms，采樣頻率為10kHz。
(1)直流線路發(fā)生故障后，故障選線裝置立即啟動(dòng)，由u1(k)為保護(hù)安裝處測(cè)得的正極直流電壓，i1(k)為保護(hù)安裝處測(cè)得的正極直流電流，u2(k)為保護(hù)安裝處測(cè)得的負(fù)極直流電壓，i2(k)為保護(hù)安裝處測(cè)得的負(fù)極直流電流，根據(jù)公式 P1(k)＝Zp×i1(k)-u1(k) (1a) P2(k)＝Zp×i2(k)-u2(k) (1b) 得到的兩極極波波形P1(k)、P2(k)如圖2(a)所示。Zp為直流輸電線路極波阻抗，Zp＝260Ω，k＝1、2、3....N，N＝50。
(2)根據(jù)極波波形面積公式 求出正極線極波波形P1(k)的面積P1＝19778、負(fù)極線極波波形P2(k)的面積P2＝3918.7，k＝1、2、3....N，N＝50； (3)根據(jù)公式 K＝P1/P2(3) 計(jì)算正極極波波形面積與負(fù)極極波波形面積的比值K＝5.047； (4)滿足K≥2，則正極線發(fā)生故障，選出故障極為正極線路。
權(quán)利要求
1.一種利用特高壓直流輸電極波波形面積比值的故障選極方法，其特征在于按以下步驟進(jìn)行
(1)直流線路發(fā)生故障后，故障選線裝置立即啟動(dòng)；根據(jù)保護(hù)安裝處測(cè)得的兩極直流電壓、直流電流，求出正極線的極波P1(k)，負(fù)極線的極波P2(k)為
P1(k)＝Zp×i1(k)-u1(k)
P2(k)＝Zp×i2(k)-u2(k)
式中，Zp為直流輸電線路極波阻抗，u1(k)為正極直流電壓，i1(k)為正極直流電流，u2(k)為負(fù)極直流電壓，i2(k)為負(fù)極直流電流，k＝1、2、3....N，N為時(shí)間窗長(zhǎng)度；
(2)對(duì)正極線極波P1(k)、負(fù)極線極波P2(k)沿零軸進(jìn)行積分并取絕對(duì)值；
式中，P1為正極線極波積分絕對(duì)值，即正極極波波形面積，P2為負(fù)極線極波積分絕對(duì)值，即負(fù)極極波波形面積，k＝1、2、3....N，N為時(shí)間窗長(zhǎng)度；
(3)求出正極極波波形面積P1與負(fù)極極波波形面積P2的比值K
K＝P1/P2
若滿足K≥2，則表示正極線發(fā)生故障；若滿足K≤0.5，則表示負(fù)極線發(fā)生故障；若滿足0.5＜K＜2且K≈1，則表示兩極線發(fā)生故障。
全文摘要
本發(fā)明是一種利用特高壓直流輸電極波波形面積比值的故障選極方法。特高壓直流線路輸電發(fā)生故障時(shí)，故障極極波波形遠(yuǎn)離于零軸，非故障極極波波形在零軸附近變化，因此故障極的極波波形沿零軸的積分絕對(duì)值將遠(yuǎn)大于非故障極的極波波形沿零軸的積分絕對(duì)值。首先，根據(jù)保護(hù)安裝處測(cè)得的兩極直流電壓、直流電流，求出兩極線的極波；其次，在時(shí)間窗內(nèi)，對(duì)兩極極波波形沿時(shí)間軸進(jìn)行積分并對(duì)結(jié)果取絕對(duì)值，極波波形的積分絕對(duì)值即為極波波形與零軸所構(gòu)成的極波面積；最后，求出正極極波波形面積與負(fù)極極波波形面積的比值K，若滿足K≥2，則表示正極線發(fā)生故障，若滿足K≤0.5，則表示負(fù)極線發(fā)生故障，若滿足0.5＜K＜2且K≈1，則表示兩極線發(fā)生故障。理論分析和仿真驗(yàn)證結(jié)果表明，本發(fā)明有效。
文檔編號(hào)G01R31/08GK101806849SQ20101013565
公開(kāi)日2010年8月18日 申請(qǐng)日期2010年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月30日
發(fā)明者束洪春, 朱盛強(qiáng), 彭仕欣 申請(qǐng)人:昆明理工大學(xué)