一種基于濾波器支路電流梯度和的直流輸電線路故障選極方法與流程
本發(fā)明涉及一種基于濾波器支路電流梯度和的直流輸電線路故障選極方法，屬于電力系統(tǒng)故障保護技術領域。
背景技術：
由于電磁耦合，雙極高壓直流輸電線路一極故障會在另一極感應過電壓，僅利用故障初瞬線路量測終端電壓、電流無法可靠、準確判斷出哪一測線路發(fā)生故障。通過專門設置獨立的選極元件，可以極大提高高壓直流輸電線路保護可靠性。直流系統(tǒng)的平波電抗器和直流濾波器構成了天然的物理邊界，對高頻分量呈阻滯特性，且濾波器支路量測端獲取到的電流僅包含故障分量，不含正常運行時的負荷電流，能更好反映故障特征。當輸電線路發(fā)生單極故障時，由濾波器支路量測端獲取到的故障極電流變化梯度大于非故障極電流變化梯度；雙極故障時，由濾波器支路量測端獲取到的兩極線路電流變化梯度大體相同，方向相反。因此，通過比較正負兩極濾波器支路電流梯度和的絕對值可以實現故障選極。
技術實現要素：
本發(fā)明要解決的技術問題是提出一種基于濾波器支路電流梯度和的直流輸電線路故障選極方法，用以解決故障選極的問題。
本發(fā)明的技術方案是：一種基于濾波器支路電流梯度和的直流輸電線路故障選極方法，首先，獲取故障時濾波器支路量測端的正極線路電流和負極線路電流；然后，構造正極線路電流梯度和S+(k)及負極線路電流梯度和S-(k)；最后，根據正極線路電流梯度和與負極線路電流梯度和的絕對值的比值選出故障極。
具體步驟為：
第一步、獲取故障時濾波器支路量測端的正極線路電流和i+(k)及負極線路電流和i-(k)，其中k＝1,2,3……N，k為采樣點數，N為時窗長度；
第二步、構造電流梯度和：根據式(1)求出正極線路電流的電流梯度di+(k)和負極線路的電流梯度di-(k)；
di+(k)＝(i+(k)-i+(k-1))/Δt (1a)
di-(k)＝(i-(k)-i-(k-1))/Δt (1b)
式中，Δt表示采樣間隔，以ms為單位；
第三步、計算電流梯度和：根據式(2)求出正極線路電流梯度和及負極線路電流梯度和；
式中，S+(k)表示正極線路電流梯度和，S-(k)表示負極線路電流梯度和；j為電流di+和di-的第j個取值，di+(j)和di-(j)分別表示正、負極線路電流的電流梯度的第j個取值；
將式(2)寫成遞推格式分別為：
S+(k)＝S+(k-1)+(i+(k)-i+(k-1))/Δt (3a)
S-(k)＝S-(k-1)+(i-(k)-i-(k-1))/Δt (3b)
在式(2)中，正常情況下，電流di(k)、S+(k)和S-(k)的理論值為零；當線路發(fā)生故障，di(k)、S+(k)和S-(k)不再為零，而且具有很大的值。
第四步、正極線路電流梯度和與負極線路電流梯度和啟動判別式：將啟動元件啟動后的第一個值作為故障初瞬，若正極線路的電流梯度和的絕對值|S+(k)|連續(xù)6個采樣值均大于負極線路電流梯度和的絕對值|S-(k)|，則判斷為正極線路故障；
基于電流梯度和的故障選極元件的判據為式(4)：
若|S+(k)|＞|S-(k)|，則正極線路故障 (4a)
若|S+(k)|＜|S-(k)|，則負極線路故障 (4b)
若|S+(k)|≈|S-(k)|，則兩級線路故障 (4c)。
本發(fā)明的原理是：高壓直流輸電線路故障種類有正極線路故障、負極線路故障和雙極線路故障三種。發(fā)生正極線路故障時，于濾波器支路端獲取到的正極線路電流變化較明顯；發(fā)生負極線路故障時，于濾波器支路端獲取到的負極線路電流變化較明顯；發(fā)生兩極線路故障時，于濾波器支路端獲取到的正極、負極線路電流變化程度相似。因此，利用此特性，可通過構造故障時濾波器支路端獲取的正極、負極線路電流的梯度和，比較兩者的大小，得出選極判定的依據。
本發(fā)明的有益效果是：基于濾波器支路電流梯度和的直流輸電線路故障選極方法，不依賴于對故障初瞬時電氣量的變化量和變化率的測量，方法簡單且適用性強。
附圖說明
圖1是本發(fā)明實施例云廣±800kV直流輸電系統(tǒng)結構圖；
圖2是本發(fā)明濾波器支路量測端示意圖；
圖3是本發(fā)明實施例1的正極線和負極線的電流梯度和示意圖；
圖4是本發(fā)明實施例2的正極線和負極線的電流梯度和示意圖。
具體實施方式
下面結合附圖和具體實施方式，對本發(fā)明作進一步說明。
一種基于濾波器支路電流梯度和的直流輸電線路故障選極方法，首先，獲取故障時濾波器支路量測端的正極線路電流和負極線路電流；然后，構造正極線路電流梯度和S+(k)及負極線路電流梯度和S-(k)；最后，根據正極線路電流梯度和與負極線路電流梯度和的絕對值的比值選出故障極。
具體步驟為：
第一步、獲取故障時濾波器支路量測端的正極線路電流和i+(k)及負極線路電流和i-(k)，其中k＝1,2,3……N，k為采樣點數，N為時窗長度；
第二步、構造電流梯度和：根據式(1)求出正極線路電流的電流梯度di+(k)和負極線路的電流梯度di-(k)；
di+(k)＝(i+(k)-i+(k-1))/Δt (1a)
di-(k)＝(i-(k)-i-(k-1))/Δt (1b)
式中，Δt表示采樣間隔，以ms為單位；
第三步、計算電流梯度和：根據式(2)求出正極線路電流梯度和及負極線路電流梯度和；
式中，S+(k)表示正極線路電流梯度和，S-(k)表示負極線路電流梯度和；
將式(2)寫成遞推格式分別為：
S+(k)＝S+(k-1)+(i+(k)-i+(k-1))/Δt (3a)
S-(k)＝S-(k-1)+(i-(k)-i-(k-1))/Δt (3b)
在式(2)中，正常情況下，電流di(k)、S+(k)和S-(k)的理論值為零；當線路發(fā)生故障，di(k)、S+(k)和S-(k)不再為零，而且具有很大的值。
第四步、正極線路電流梯度和與負極線路電流梯度和啟動判別式：將啟動元件啟動后的第一個值作為故障初瞬，若正極線路的電流梯度和的絕對值|S+(k)|連續(xù)6個采樣值均大于負極線路電流梯度和的絕對值|S-(k)|，則判斷為正極線路故障；
基于電流梯度和的故障選極元件的判據為式(4)：
若|S+(k)|＞|S-(k)|，則正極線路故障 (4a)
若|S+(k)|＜|S-(k)|，則負極線路故障 (4b)
若|S+(k)|≈|S-(k)|，則兩級線路故障 (4c)。
實施例1：建立如附圖1所示的以云廣±800kV特高壓直流輸電系統(tǒng)作為仿真模型。整流側和逆變側的交流側無功補償容量分別為3000和3040Mvar，每極換流單元由2個12脈沖換流器串聯(lián)組成，直流輸電線路全長為1500km。線路兩側裝有400mH的平波電抗器，直流濾波器為12/24/36三調諧濾波器?，F設距離Q端15km正極線路發(fā)生10Ω過渡電阻接地故障，其正極線路電流梯度及負極線路電流梯度如圖3所示
根據步驟一得到正極線路電流和負極線路電流i+(k)和i-(k)；根據步驟二和式(1)得到正極線路電流和負極線路的電流梯度di+(k)和di-(k)；根據步驟三和式(2)得到正極線路電流和負極線路電流的電流梯度和S+(k)和S-(k)；根據步驟4和圖3可以得到從故障初瞬開始的6個采樣點S+(1)＝2.33×104，S+(2)＝3.02×104，S+(3)＝2.52×104，S+(4)＝1.95×104，S+(5)＝1.38×104，S+(6)＝0.48×104。S-(1)＝0.24×104，S-(2)＝0.34×104，S-(3)＝0.32×104，S-(4)＝0.28×104，S-(5)＝0.24×104，S-(6)＝0.22×104，均滿足|S+(k)|＞|S-(k)|，因此可判斷為正極線路故障。
實施例2：建立如附圖1所示的以云廣±800kV特高壓直流輸電系統(tǒng)作為仿真模型。整流側和逆變側的交流側無功補償容量分別為3000和3040Mvar，每極換流單元由2個12脈沖換流器串聯(lián)組成，直流輸電線路全長為1500km。線路兩側裝有400mH的平波電抗器，直流濾波器為12/24/36三調諧濾波器?，F設距離Q端911km負極線路發(fā)生15Ω過渡電阻接地故障，其正極線路電流梯度及負極線路電流梯度如圖4所示
根據步驟一得到正極線路電流和負極線路電流i+(k)和i-(k)；根據步驟二和式(1)得到正極線路電流和負極線路的電流梯度di+(k)和di-(k)；根據步驟三和式(2)得到正極線路電流和負極線路電流的電流梯度和S+(k)和S-(k)；根據步驟4和圖3可以得到從故障初瞬開始的6個采樣點S+(1)＝0.58×104，S+(2)＝0.088×104，S+(3)＝0.16×104，S+(4)＝0.34×104，S+(5)＝0.49×104，S+(6)＝0.502×104。S-(1)＝0.68×104，S-(2)＝1.16×104，S-(3)＝1.2×104，S-(4)＝0.92×104，S-(5)＝0.74×104，S-(6)＝0.52×104，均滿足|S+(k)|＜|S-(k)|，因此可判斷為負極線路故障。
以上結合附圖對本發(fā)明的具體實施方式作了詳細說明，但是本發(fā)明并不限于上述實施方式，在本領域普通技術人員所具備的知識范圍內，還可以在不脫離本發(fā)明宗旨的前提下作出各種變化。
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