基于电流衰减比的高压直流输电线路雷击干扰识别方法

技术领域

本发明属于电力系统领域，涉及高压直流输电线路的继电保护领域，具体涉及一种基于电流衰减比的高压直流输电线路雷击干扰识别方法。

背景技术

随着化石能源的日渐衰竭和全球气候环境问题的突出，清洁能源逐渐在全球能源结构中发挥起重要作用。作为有效解决清洁能源输送问题的方法，高压直流输电除了线路成本低、结构简单、输送容量大、损耗小、输送距离较长等优势，在电能的远距离传输、电力系统非同步联网、分布式资源并网、城市电缆供电等方面也有着广泛应用。基于暂态量的保护原理仅需单端故障信息，常作为线路的主保护，但雷击线路时注入的高频信号容易对基于暂态量的保护造成影响。对于直流输电线路保护来说，需要快速可靠的抗雷击干扰技术，将雷击导致故障的情形归类于线路故障、触发保护动作，而对雷击干扰未导致故障的情形加以甄别、不触发保护动作。

目前，针对雷击干扰识别问题的现有成果从时域上的数值和波形特征、频域上的能量分布特征以及人工智能方法等角度进行研究。其中，时域上波形特征的提取需要基于长时间窗，难以与超高速暂态量保护相配合。频域上通常采用小波变换、HHT等方法，能够有效提取干扰及故障频谱能量分布差异，但前者小波基的选取、参数的确定具有较强的经验性，后者具有难以避免的模态混叠现象。人工智能方法避免了复杂的数学运算，通过对训练集的离线学习就可以达到区分干扰和故障的目的，但可以用作训练集的实际算例较少，需要基于大量的仿真结果，其分类标准可能在实际的电力系统中并不适用。

发明内容

为解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种基于电流衰减比的高压直流输电线路雷击干扰识别方法，能够快速可靠的雷击干扰识别，且对故障和干扰的类型、雷电流参数、折反射行波等因素的影响有较强的适应性，实现在较短数据窗内快速识别雷击干扰。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种基于电流衰减比的高压直流输电线路雷击干扰识别方法，基于短数据窗，对不同类型的故障、干扰适应性好，不受过渡电阻和雷电流参数影响，包括以下步骤：

步骤1：雷击干扰识别系统以预设采样频率采集整流侧正、负极电流信号，对电流信号进行相模变换，自动记录保护启动后预设长度数据窗T(通常为0.6-1ms)内的线模电流故障分量ΔI；

步骤2：求取数据窗内线模电流故障分量绝对值最大值，记为ΔI

步骤3：根据式(1)求取数据窗内线模电流故障分量绝对值积分，记为S

其中i＝1,2,3,…,n表示数据窗内各采样点，|ΔI(i)|为采样点i时刻对应的线模电流故障分量绝对值，T为数据窗长度，Δt为采样点时间间隔；

步骤4：根据式(2)求取数据窗内线模电流故障分量名义平均值ΔI

步骤5：根据式(3)计算线模电流故障分量衰减比K

步骤6：判断比值K

优选地，步骤1所述的预设采样频率设定为100kHz。

优选地，步骤1所述的预设长度数据窗的长度设定为0.8-1ms。

优选地，步骤6所述的阈值K

本发明和现有技术相比较，具备如下优点：

1、本发明采用时域波形的数值特征作为保护判据，具有计算简单、物理量意义明确、对计算精度和存储容量要求较低等优势，有效避免了采用波形特征或频域特征作为保护判据时的时间窗较长、采样频率要求较高、参数设定依赖经验等问题。

2、本发明在雷击识别数据窗长取0.8ms及以上时，能够保证雷击干扰与故障的可靠区分。因而整套线路超高速单端量保护方案可在0.8ms～1ms左右得到故障判别的最终结果并输出跳闸信号，满足了保护速动性的要求，且对计算速度要求较低。

3、由于本发明采用电气量比值作为保护判据，避免了电气量绝对幅值大小的影响，在雷电流参数和过渡电阻方面具有良好的适应性。

附图说明

图1是适用于本发明方法的LCC-MMC混合直流输电系统拓扑。

图2是实现本发明方法的流程图。

图3(a)、图3(b)分别是发生雷击干扰时的电流线模分量波形、是否发生雷击干扰的判别结果。

图4(a)、图4(b)分别是发生雷击故障时的电流线模分量波形、是否发生雷击干扰判别结果。

图5(a)、图5(b)分别是发生普通短路故障时的电流线模分量波形、是否发生雷击干扰判别结果。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。

图1为送端采用LCC、受端采用MMC的±500kV混合高压直流输电系统。其中LCC侧换流站采用十二脉动换流器，逆变侧采用301电平的模块化多电平换流器，为真双极结构。本模型采用±500kV某直流输电工程的各项参数，额定功率3000MW，线路全长1000km。

当高压直流输电线路距离整流侧保护安装处200km发生雷击塔顶时，利用本发明提供的方法可以排除雷击干扰。设雷电流波形为1.2/50μs，幅值为-50kA，线路未故障。识别方案包括以下步骤，如图2所示：

步骤1：雷击干扰识别系统以100kHz采样频率采集整流侧正、负极电流信号，对电流信号进行相模变换，自动记录保护启动后0.8ms长度数据窗T内的线模电流故障分量ΔI；

本例中相模变换后的线模电流波形故障分量如图3(a)所示。

步骤2：求取数据窗内线模电流故障分量绝对值最大值，记为ΔI

步骤3：根据式(1)求取数据窗内线模电流故障分量绝对值积分，记为S

其中i＝1,2,3,…,n表示数据窗内各采样点，|ΔI(i)|为采样点i时刻对应的线模电流故障分量绝对值，T为数据窗长度，Δt为采样点时间间隔；

步骤4：根据式(2)求取数据窗内线模电流故障分量名义平均值ΔI

步骤5：根据式(3)计算线模电流故障分量衰减比K

本例中计算可得线模电流故障分量衰减比K

步骤6：判断比值K

本例中设置的判断雷击干扰和故障的阈值K

此外，在直流线路距离整流侧保护安装处200km发生雷击塔顶导致故障时，电流线模分量波形、是否发生雷击干扰判别结果如图4(a)、图4(b)所示，判断为雷击故障，保护正常出口。在直流线路中点发生正极金属性接地短路故障时，电流线模分量波形、是否发生雷击干扰判别结果如图5(a)、图5(b)，判断为发生普通短路故障，保护正常出口。