一種同塔雙回高壓直流輸電線路行波保護(hù)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種電力系統(tǒng)高壓直流輸電線路繼電保護(hù)技術(shù)，特別涉及一種同塔雙 回高壓直流輸電線路行波保護(hù)方法，該方法是一種能夠在不同極線、不同線路距離發(fā)生故 障時由不同保護(hù)判據(jù)滿足整定值而實(shí)現(xiàn)保護(hù)可靠動作的同塔雙回高壓直流輸電線路行波 保護(hù)方案。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著電網(wǎng)規(guī)模的不斷發(fā)展，高壓直流輸電系統(tǒng)越來越廣泛地應(yīng)用于實(shí)際工程，同 時還出現(xiàn)了同塔雙回高壓直流輸電系統(tǒng)。直流輸電系統(tǒng)采取雙回線路同塔架設(shè)的方式相比 僅采用單回線路輸電更有利于節(jié)省輸電走廊和提高電能輸送容量，然而，由于多根極線之 間存在不同程度的耦合，且多根長距離直流輸電極線進(jìn)行行波解耦會出現(xiàn)多個模量，一旦 發(fā)生故障，行波故障特性相對復(fù)雜，將會使行波特性分析和保護(hù)整定更加困難。
[0003] 傳統(tǒng)高壓直流輸電系統(tǒng)采用單回線路送電，單回線路的行波保護(hù)存在耐受過渡電 阻能力差、靈敏度低的問題，宄其原因，主要是因?yàn)槠渌麡O線發(fā)生近端故障在本極線耦合量 大與本極線發(fā)生遠(yuǎn)端高阻接地故障量小的矛盾，若整定值設(shè)置不當(dāng)，則可能導(dǎo)致其他極線 近端故障引起本極耦合量超過定值而誤動，又或者是本極線遠(yuǎn)端高阻接地故障量較小不足 以使本極線動作而拒動。目前在單回高壓直流輸電線路保護(hù)中還未針對此問題進(jìn)行有效的 解決，往往是提高保護(hù)定值保證非故障極線可靠不誤動。同塔雙回高壓直流輸電線路的行 波保護(hù)同樣也存在耐受過渡電阻能力不強(qiáng)的問題。此外，同塔雙回高壓直流輸電線路有兩 回線路，線路排列方式不對稱，不同極線故障在其他極線的耦合量不同，因此不同線路故障 得到的行波特性不同，故障類型相對增加，若仍采用單回直流輸電線路的保護(hù)判據(jù)，由電壓 行波或模量行波的變化率與幅值進(jìn)行保護(hù)，則保護(hù)整定過程更加復(fù)雜，且可靠性不高。如果 能夠充分利用同塔雙回高壓直流輸電線路的故障特性，實(shí)現(xiàn)近端故障和遠(yuǎn)端故障由不同保 護(hù)判據(jù)滿足整定值而動作，就能夠設(shè)計(jì)更加安全可靠的同塔雙回高壓直流輸電線路保護(hù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)與不足，提供一種同塔雙回高壓直流輸電 線路行波保護(hù)方法，該保護(hù)方法能夠滿足不同故障極線、不同故障距離保護(hù)仍可靠動作且 耐受較高過渡電阻，并且針對同塔雙回線路的故障特征，對上層極線和下層極線分別采用 不同的保護(hù)方案，且針對下層極線的故障特點(diǎn)，同時采用兩個實(shí)現(xiàn)同樣功能的保護(hù)判據(jù)，任 一保護(hù)判據(jù)滿足該保護(hù)環(huán)節(jié)即動作，適用于現(xiàn)有的同塔雙回高壓直流輸電線路且靈敏度 高、不易發(fā)生誤判，耐受過渡電阻能力強(qiáng)。
[0005] 本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：一種同塔雙回高壓直流輸電線路行波保護(hù) 方法，包含以下步驟：
[0006] 不同層極線采取不同的故障啟動方式：上層極線故障時與其他極線的耦合不強(qiáng)， 采取電壓變化率即可區(qū)分逆變側(cè)區(qū)外故障，且耐受過渡電阻能力足夠強(qiáng)，同時采用平均電 流幅值即可區(qū)分整流側(cè)區(qū)外故障；下層極線電壓變化率耐受過渡電阻能力不強(qiáng)，則采用地 模波變化率作為啟動判據(jù)：
[0007] 對于上層極線：
[0008] (1)計(jì)算本極線電壓變化率并取絕對值，
[0009]
[0010]du/dt(t)為時刻t的電壓變化率，u(t)為時刻t的電壓值，T為求取電壓變化率 的時間尺度，可選取為采樣時間td的整數(shù)倍。電壓變化率的絕對值為極線保護(hù)啟動判據(jù)， 若在某一時刻滿足啟動整定值，令該時刻為ta。
[0011] (2)取啟動判據(jù)滿足整定值之前的某一段時間內(nèi)的電壓電流平均值作為穩(wěn)態(tài)參 考量，通過當(dāng)前時刻的電壓瞬時值和電流瞬時值減去參考量，得到電壓變化量Au1P、Au1N、 Au2P、Au2N和電流變化量Ailp、Ai1N、Ai2P、Ai2N〇其中，1P、1N分別為第一回線路的正極 線、負(fù)極線，2P、2N分別為第二回線路的正極線和負(fù)極線。
[0012] (3)計(jì)算電流i在一定時間窗內(nèi)的平均值：
[0013]
[0014] avg(i)為選定時間窗的電流平均值，n為電流在選定時間窗里的采樣點(diǎn)數(shù)，Ai為 電流變化量。
[0015] (4)由變時間窗對本極線電壓變化量和對極線電壓變化量進(jìn)行積分，并求取二者 積分比值的最大值，對極線是指與本極線在同一回線路的另一根極線，則時間窗&內(nèi)的電 壓積分比值為：
[0016]
[0017] Eul (Wi)為時間窗Wi內(nèi)本極線電壓積分值，Eul(Wi)為時間窗Wi內(nèi)對極極線電壓 積分值。則二者積分比值的最大值為：
[0018]
[0019] h為最長時間窗的時間長度。
[0020] (5)若電流平均值avg(i)和電壓積分比值
司時滿足保護(hù)判 據(jù)，則保護(hù)動作。保護(hù)判據(jù)為：
[0021] 當(dāng)本極線為正極線時：
[0022]
[0023] 當(dāng)本極線為負(fù)極線時：
[0024]
[0025] 對于下層極線：
[0026] (6)對于本極線路所在回路，計(jì)算地模波變化率的絕對值，
[0027]
[0028] dG/dt(t)為時刻t的地模波變化率，G(t)為時刻t的地模波，T為求取地模波變 化率的時間尺度，可選取為采樣時間td的整數(shù)倍。地模波變化率的絕對值為極線保護(hù)啟動 判據(jù)，若在某一時刻滿足啟動整定值，令該時刻為ta，G(t)的計(jì)算公式為：
[0029]G(t) = (iP(t)+iN(t))*Zc0_(uP(t)+uN(t))，
[0030]ip(t)、iN(t)分別為正極線、負(fù)極線瞬時電流，uP(t)、uN(t)分別為正極線、負(fù)極線 瞬時電壓，ZuS地模波阻抗。
[0031] (7)取啟動判據(jù)滿足整定值之前的某一段時間內(nèi)的電壓電流平均值作為穩(wěn)態(tài)參 考量，通過當(dāng)前時刻的電壓瞬時值和電流瞬時值減去參考量，得到電壓變化量Au1P、Au1N、 Au2P、Au2N和電流變化量Ailp、Ai1N、Ai2P、Ai2N〇其中，1P、1N分別為第一回線路的正極 線、負(fù)極線，2P、2N分別為第二回線路的正極線和負(fù)極線。
[0032] (8)由單回直流輸電線路的線模波和地模波定義求取同塔雙回直流線路各回線路 的線模波變化量P和地模波變化量G，計(jì)算公式如下：
[0033]
[0034] 其中，Aip、八'分別為本回正負(fù)極線的電流變化量，AUp、八叫分別為本回正負(fù)極 線的電壓變化量，Zd、Z&分別為線模波阻抗和地模波阻抗。
[0035] (9)由變時間窗對本極線電壓變化量和對極線電壓變化量進(jìn)行積分，并求取二者 積分比值的最大值。
[0036]
[0037] Eul (Wi)為時間窗Wi內(nèi)本極線電壓積分值，Eul(Wi)為時間窗Wi內(nèi)對極線電壓積 分值，則二者積分比值的最大值為：
[0038]
[0039] h為最長時間窗的時間長度。
[0040] 若電壓積分比值最大值滿足保護(hù)整定值，則保護(hù)動作，否則轉(zhuǎn)入步驟（10)，保 護(hù)判據(jù)為：
[0041]
[0042] (10)由變時間窗對本回線路的線模波P和地模波G進(jìn)行積分，并求取二者積分比 值的最大值：
[0043]
[0044]EjWi)為時間窗~內(nèi)本回線路的地模波積分值，EP(Wi)為時間窗~內(nèi)本回線路的 線模波積分值。
[0045] 則本回線的地模波G和線模波P的積分比值最大值為：
[0046]
[0047] 若模量積分比值最大值滿足保護(hù)判據(jù)，則保護(hù)動作，保護(hù)判據(jù)為：
[0048]
[0049] 優(yōu)選的，步驟（2)和（7)中，所述的四回線路的電壓、電流變化量為當(dāng)前瞬時值減 去保護(hù)啟動前的某一段時間內(nèi)的電壓、電流平均值，以確保保護(hù)判據(jù)啟動后得到的電壓、 電流值為當(dāng)前電壓、電流值減去故障前的穩(wěn)定值，獲得線路電壓、電流變化量，采用下式計(jì) 算：
[0050]
[0051]
[0052] 其中，u1P(t)、i1P(t)分別表示極線IP在t時刻的電壓瞬時值、電流瞬時值，Au1P、 Ai1P分別表示極線IP在保護(hù)起動后的電壓變化量、電流變化量，其余類推。ta為啟動判據(jù) 滿足整定值時刻，td為采樣時間間隔。
[0053] 優(yōu)選的，步驟（4)、（9)中，由以下公式計(jì)算本極線電壓和對極線電壓的積分值：
[0054]
[0055] 八~為本極線電壓變化量，Aui為對極極線電壓變化量，Ni為時間窗wi中的采 樣個數(shù)。
[0056] 優(yōu)選的，步驟（10)中，由以下公式計(jì)算地模波和線模波的積分值：
[0057]
[0058] AG為本極線所在回路的地模波變化量，AP為本極線所在回路的線模波變化量， 隊(duì)為時間窗^中的采樣個數(shù)。
[0059] 優(yōu)選的，步驟（4)、（9)和（10)中，對于各個時間窗Wi，起始時刻總為^，而結(jié)束時 刻則為ta+(ptd) *i，p為遞增系數(shù)，應(yīng)盡量選取得較??；時間窗的個數(shù)可以根據(jù)需要選擇，應(yīng) 盡量選取多個。
[0060] 在步驟（9)和（10)中，針對不同故障距離的故障特征采取不同保護(hù)判據(jù)：下層極 線近端故障時，同一回本極線與對極線的電壓比值較大，用于判斷本極線故障，但遠(yuǎn)端故障 時會降低；下層極線遠(yuǎn)端故障時同一回線地模波與線模波比值較小，可以有效區(qū)分本回線 故障和另一回線故障，但近端故障時較大，且本極線故障時，本極線與對極線的電壓比值總 大于1。因此，下層極線的保護(hù)判據(jù)選取為電壓積分比值大于整定值八^則保護(hù)動作，或者 電壓積分比值大于1且模量積分比值小于整定值A(chǔ)2則保護(hù)動作。
[0061] 在步驟（9)和（10)中，下層極線的整定方法按照線路對稱換位模型基于兩個或關(guān) 系的判據(jù)不完全保