一种高压直流输电线路纵联保护方法及系统

技术领域

本发明涉及一种高压直流输电线路纵联保护方法及系统，属于电力系 统继电保护技术领域。

背景技术

直流输电线路通常采用纵联电流差动保护作为后备保护。传统直流差 动保护易受分布电容电流和数据同步误差的影响，尤其是直流线路通常较 长，产生的分布电容电流更是不可忽视，且故障暂态期间，电流波动幅度 较大，两侧数据略微的不同步，便会产生较大的差流，引起差动保护误动， 因此直流差动保护通常需要设置长达1.1s的延时来躲过故障暂态，在此期 间，位于整流侧极控中的低电压保护或最大触发角保护已将故障极直接闭锁，电流差动保护难以实现后备保护的功能。为了解决传统直流差动保护 存在的上述问题，亟需提出一种不受故障暂态过程和数据同步误差影响的 直流线路纵联保护方法，在暂态期间实现对直流线路故障的快速、准确识 别，提升电网的故障防御能力，保障电网安全运行。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种高压直流输电线路纵 联保护方法及系统，旨在解决传统直流差动保护易受故障暂态过程影响且 高度依赖数据同步技术等问题。

为解决上述技术问题，按照本发明的一个方面，提供了一种直流输电 线路纵联保护方法，包括以下步骤：

S1、高压直流输电线路整流侧和逆变侧继电保护装置启动元件启动后， 分别对p极线路整流侧、逆变侧，以及，n极线路整流侧、逆变侧的采样电 压、电流进行低通滤波处理，并进行极模变换，得到整流侧1模电压、1模 电流和逆变侧1模电压、1模电流；

S2、将高压直流输电线路分段等值成两个π型线路，基于分段等值后 的线路，分别利用整流侧1模电压、1模电流和逆变侧1模电压、1模电流， 计算线路中点电流；

S3、利用改进型皮尔逊系数(IPCC)对整流侧和逆变侧计算得到的线 路中点电流的波形进行扫描匹配，计算匹配系数；

S4、通过匹配系数判别高压直流输电线路区内外故障。

优选地，在步骤S1中，所述分别对采样电压、电流信息进行低通滤波 处理，并进行极模变换，得到整流侧1模电压、1模电流和逆变侧1模电压、 1模电流，具体包括：

采用截止频率为f

定义低通滤波器截止频率为f时，将高压直流输电线路简化等值成两段 π型线路的等值误差δ为：

极模变换公式如下：

其中，u

优选地，在步骤S2中，所述将直流线路分段等值成两个π型线路，基 于分段等值后的线路，分别利用整流侧1模电压、1模电流和逆变侧1模电 压、1模电流，计算线路中点电流，具体包括：

其中，i

优选地，在步骤S3中，所述利用改进型皮尔逊系数(IPCC)对整流侧 和逆变侧计算得到的线路中点电流的波形进行扫描匹配，计算匹配系数， 具体包括：

其中，ip

优选地，在步骤S4中，所述通过匹配系数判别直流线路区内外故障， 具体包括：

若匹配系数ip

若匹配系数ip

其中，ip

按照本发明的另一方面，提供了一种应用于上述高压直流输电线路纵联 保护方法的保护系统，包括：整流侧系统1、p极线路第一母线2、n极线 路第一母线3、p极线路第一继电保护装置4、n极线路第一继电保护装置5、 p极线路6、n极线路7、p极线路第二继电保护装置8，n极线路第二继电 保护装置9、p极线路第二母线10、n极线路第二母线11以及逆变侧系统 12；

其中，所述整流侧系统1与所述p极线路第一母线2以及所述n极线路 第一母线3相连；所述p极线路第一母线2通过所述p极线路6与所述p 极线路第二母线10相连；所述n极线路第一母线5通过所述n极线路7与 所述n极线路第二母线11相连；所述p极线路第二母线10以及所述n极 线路第二母线11与所述逆变侧系统12相连；所述p极线路第一继电保护 装置4安装在所述p极线路第一母线2出口处，所述n极线路第一继电保 护装置5安装在所述n极线路第一母线3出口处，所述p极线路第二继电 保护装置8安装在所述p极线路第二母线10出口处，所述n极线路第二继 电保护装置9安装在所述n极线路第二母线11出口处。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够 取得下列有益效果：本发明利用正、负极高压直流线路整流侧、逆变侧测 量的电压、电流进行低通滤波和极模变换后的1模分量以及分段等值后的直 流线路，分别计算线路中点处的电流并利用改进型皮尔逊系数对计算结果 进行扫描匹配，利用匹配系数确定故障位置，本发明的动作速度快、可靠 性高，不受故障暂态、过渡电阻以及采样频率、数据同步误差、噪声干扰、 线路参数误差和测量装置误差的影响，可以有效解决现有高压直流差动保 护存在的易受故障暂态过程影响且高度依赖数据同步技术等一系列问题， 具有很好的工程实用性。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种高压直流输电线路纵联保护方法的流 程示意图；

图2是本发明实施例提供的高压直流输电系统结构示意图；

图3是本发明实施例提供的±800kV高压直流输电系统结构示意图；

图4为本发明的±800kV高压直流输电系统在p极线路、n极线路发生线路 远端极间短路故障(f

图5为本发明的±800kV高压直流输电系统在逆变侧系统发生三相对称 接地短路故障(f

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1 为整流侧系统，2为p极线路第一母线，3为n极线路第一母线，4为p极线路 第一继电保护装置，5为n极线路第一继电保护装置，6为p极线路，7为n极 线路，8为p极线路第二继电保护装置，9为n极线路第二继电保护装置，10 为p极线路第二母线，11为n极线路第二母线，12为逆变侧系统。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及技术优势更加清楚明白，以下结合 附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的 具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描 述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突 就可以相互组合。

本发明针对现有高压直流差动保护存在的易受故障暂态过程影响且高 度依赖数据同步技术等一系列问题，提出一种动作速度快、可靠性高的直 流输电线路纵联保护方法。该保护方法不受故障暂态、过渡电阻以及采样 频率、数据同步误差、噪声干扰、线路参数误差和测量装置误差的影响， 具有很好的工程实用性。

在本发明实施例中，利用正、负极高压直流线路整流侧、逆变侧测量 的电压、电流进行低通滤波和极模变换后的1模分量以及分段等值后的直 流线路，分别计算线路中点处的电流并利用改进型皮尔逊系数对计算的电 流波形进行扫描匹配，利用匹配系数确定故障位置。若故障后，中点电流 波形通过扫描无法匹配，匹配系数低于门槛值，则判定为区内故障；若故 障后，中点电流波形通过扫描可高度匹配，匹配系数高于门槛值，则判定 为区外故障。

如图1所示是本发明实施例提供的一种高压直流输电线路纵联保护方 法的流程示意图，在图1所示的方法中，包括以下步骤：

S1、高压直流输电线路整流侧和逆变侧继电保护装置启动元件启动后， 分别对p极线路整流侧、逆变侧，以及，n极线路整流侧、逆变侧的采样电 压、电流进行低通滤波处理，并进行极模变换，得到整流侧1模电压、1模 电流和逆变侧1模电压、1模电流；

S2、将高压直流输电线路分段等值成两个π型线路，基于分段等值后 的线路，分别利用整流侧1模电压、1模电流和逆变侧1模电压、1模电流， 计算线路中点电流；

S3、利用改进型皮尔逊系数(IPCC)对整流侧和逆变侧计算得到的线 路中点电流的波形进行扫描匹配，计算匹配系数；

S4、通过匹配系数判别高压直流输电线路区内外故障。

在一个可选的实施方式中，在步骤S1中，分别对采样电压、电流信息 进行低通滤波处理，并进行极模变换，得到整流侧1模电压、1模电流和逆 变侧1模电压、1模电流，具体包括：

采用截止频率为f

定义低通滤波器截止频率为f时，高压直流输电线路简化等值成两段π 型线路的等值误差δ为：

极模变换公式如下：

其中，u

在一个可选的实施方式中，在步骤S2中，将直流线路分段等值成两个 π型线路，基于分段等值后的线路，分别利用整流侧1模电压、1模电流和 逆变侧1模电压、1模电流，计算直流线路中点电流，具体包括：

其中，i

在一个可选的实施方式中，在步骤S3中，利用改进型皮尔逊系数(IPCC) 对整流侧和逆变侧计算得到的线路中点电流进行扫描匹配，计算匹配系数， 具体包括：

其中，ip

在一个可选的实施方式中，在步骤S4中，通过匹配系数判别直流线路 区内外故障，具体包括：

若匹配系数ip

若匹配系数ip

其中，ip

如图2所示为本发明实施例提供的一种应用于高压直流输电线路纵联保 护方法的保护系统，该系统结构包括：整流侧系统1、p极线路第一母线2、 n极线路第一母线3、p极线路第一继电保护装置4、n极线路第一继电保护 装置5、p极线路6、n极线路7、p极线路第二继电保护装置8，n极线路 第二继电保护装置9、p极线路第二母线10、n极线路第二母线11以及逆 变侧系统12，整流侧系统1与p极线路第一母线2以及n极线路第一母线 3相连，p极线路第一母线2通过p极线路6与p极线路第二母线10相连， n极线路第一母线5通过n极线路7与n极线路第二母线11相连，p极线 路第二母线10以及n极线路第二母线11与逆变侧系统12相连；p极线路 第一继电保护装置4安装在p极线路第一母线2出口处，n极线路第一继电 保护装置5安装在n极线路第一母线3出口处，p极线路第二继电保护装置 8安装在p极线路第二母线10出口处，n极线路第二继电保护装置9安装 在n极线路第二母线11出口处。

本发明利用正、负极高压直流线路整流侧、逆变侧测量的电压、电流进 行低通滤波和极模变换后的1模分量以及分段等值后的直流线路，分别计 算线路中点处的电流并利用改进型皮尔逊系数(IPCC)对计算结果进行扫 描匹配，利用匹配系数确定故障位置。本发明提出的高压直流输电线路纵 联保护方法动作速度快、可靠性高，且保护性能不受故障暂态、过渡电阻 以及采样频率、数据同步误差、噪声干扰、线路参数误差和测量装置误差 的影响，可以有效解决现有高压直流差动保护存在的易受故障暂态过程影 响且高度依赖数据同步技术等一系列问题，具有很好的工程实用性。

为了更进一步地说明本发明实施例提供的高压直流输电线路纵联保护 方法，现结合附图以及具体实例详述如下：

具体实施方式以±800kv高压直流输电系统(线路长度1489km)为例进 行说明，如图3所示，±800kv高压直流输电系统包含：整流侧系统1、p 极线路第一母线2、n极线路第一母线3、p极线路第一继电保护装置4、n 极线路第一继电保护装置5、p极线路6、n极线路7、p极线路第二继电保 护装置8，n极线路第二继电保护装置9、p极线路第二母线10、n极线路第二母线11、逆变侧系统12，整流侧系统1与p极线路第一母线2、n极 线路第一母线3相连，p极线路第一母线2通过p极线路6与p极线路第二 母线10相连，n极线路第一母线5通过n极线路7与n极线路第二母线11 相连，p极线路第二母线10、n极线路第二母线11与逆变侧系统12相连， p极线路第一继电保护装置4安装在p极线路第一母线2出口处，n极线路 第一继电保护装置5安装在n极线路第一母线3出口处，p极线路第二继电 保护装置8安装在p极线路第二母线10出口处，n极线路第二继电保护装 置9安装在n极线路第二母线11出口处。

采用上述高压直流输电线路纵联保护方法，按照以下步骤实施：

步骤1：当线路发生短路故障时，通过所述p极线路第一继电保护装置 4或n极线路第一继电保护装置5、p极线路第二继电保护装置8或n极线 路第二继电保护装置9的故障启动元件启动，将采集的继电保护装置安装 处的电压和电流信息送入各极线路各侧保护的信号处理单元进行低通滤波 处理，截止频率为f

步骤2：将直流线路分段等值成两个π型线路，根据整流侧1模电压 u

步骤3：利用改进型皮尔逊系数(IPCC)对i

步骤4：通过匹配系数ip

在本发明实施例中，步骤1中“截止频率f

本实施例中线路总长度l＝1489km，计算将直流线路简化等值成两段π 型线路的等值误差

极模变换公式如下：

其中，u

在本发明实施例中，步骤2中“i

其中，i

在本发明实施例中，步骤3中“匹配系数ip

本实施例中数据窗长度选择为3ms，采样频率设置为10kHz。数据窗平 移扫描的时长设置需考虑系统可能的数据同步误差，本实施例中N

其中，ip

在本发明实施例中，步骤4中通过匹配系数ip

本实施例中，考虑测量和计算误差以及可靠系数，将波形相似系数门 槛值ip

若匹配系数ip

若匹配系数ip

在本实施例中，设置两极线路远端发生极间短路故障(图3中f

在本实施例中，设置逆变侧系统发生三相对称接地短路故障(图3中 f

参照图4和图5，图4为本发明的±800kv高压直流输电系统在p极线 路、n极线路发生线路远端极间短路故障(f

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已， 并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等 同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。