一种柔性直流输电线路雷击干扰识别方法及系统

技术领域

本发明属于直流输电线路保护领域，具体涉及一种柔性直流输电线路雷击干扰识别方法及系统。

背景技术

在传统直流工程应用上，主保护判据数据窗长度一般比较短，由于雷电流冲击往往也在类似时间尺度上发生，这一判据在大幅提高保护判别速动性的同时也可能会面临雷击干扰的影响；因此国内外厂家针对雷击干扰，一般都会在高压直流输电线路保护中配置行波保护和/或电压突变量保护。

然而，行波保护和电压突变量保护一般很少单独配置雷击干扰诊断元件，仅靠保护定值整定来躲避雷击干扰，可靠性不高，存在一定的风险。并且在柔性直流工程中，当直流线路发生雷击干扰时，直流线路电流鄹升，电压迅速下降，和区内其他故障特征特别相似，同样也存在误动的风险。针对行波保护来说，由于雷击和故障引起的暂态信号都是高频信号，因此现有的行波保护难以将故障行波与雷击干扰区分开，使得雷击干扰识别的准确性较低，导致保护不可靠。

发明内容

本发明的目的在于提供一种柔性直流输电线路雷击干扰识别方法及系统，用于解决现有的行波保护难以区分故障行波与雷击干扰导致雷击干扰识别的准确性较低的问题。

为了实现上述目的，本发明提供了一种柔性直流输电线路雷击干扰识别方法，步骤如下：

1)实时采集柔性直流输电线路的电压信号及正、负极电流信号，结合稳态时刻线路的电流信号分别计算出线路正、负极电流故障分量；

2)根据线路正、负极电流故障分量，得到线路差模电流故障分量；

3)当线路电压突变量满足保护启动判据后，确定在设定时间窗内所述线路差模电流故障分量的上升时长和下降时长；

4)根据线路差模电流故障分量的上升时长和下降时长，判断输电线路是否发生雷击干扰：若线路差模电流故障分量的上升时长小于等于下降时长，或者上升时长大于下降时长的程度在设定上限内，则判定输电线路发生雷击干扰。

该雷击干扰识别方法采用差模电流故障分量特征中的上升和下降时长特征，能够更准确地区分雷击干扰和其他故障导致的故障行波，避免速断保护误动，提高保护可靠性。且当线路电压突变量满足条件时才进行雷击干扰识别，避免识别流程频繁触发，节省雷击干扰识别计算量。

进一步地，所述保护启动判据具体如下：

式中：Δu

进一步地，步骤4)中，根据线路差模电流故障分量的上升时长和下降时长判断输电线路是否发生雷击干扰的方式具体如下：

若r≤Δ

其中，t

进一步地，线路差模电流故障分量的上升时长和下降时长的计算具体如下：

式中：t

则上升时长与下降时长为：

式中：t

上述计算方法将采样点数据归一化为上升状态和下降状态，使得线路差模电流故障分量的上升时长和下降时长的统计更加准确。

进一步地，步骤2)中通过对线路正、负极电流故障分量进行差模变换解耦，计算线路差模电流故障分量；通过差模变换解耦计算线路差模电流故障分量的具体公式为：

式中：Δi

进一步地，步骤1)中，线路正、负极电流故障分量的计算方式为：

式中：Δi

进一步地，启动判据门槛值大于输电线路正常运行时，电压波动下电压梯度的最大值。

进一步地，设定的雷击干扰门槛值Δ

正常运行的情况下，由于电流围绕稳态运行值上下波动，上升和下降时间大致相等，因此Δ

本发明还提供了一种柔性直流输电线路雷击干扰识别系统，包括采集器和处理器，所述采集器用于实时采集故障端输电线路的正、负极电流信号及电压信号，所述处理器用于执行程序指令，以实现如上述的柔性直流输电线路雷击干扰识别方法。该系统能够实现与上述柔性直流输电线路雷击干扰识别方法相同的有益效果。

附图说明

图1为本发明柔性直流输电线路雷击干扰识别方法实施例中雷击干扰识别方法的流程框图；

图2为本发明柔性直流输电线路雷击干扰识别方法实施例中直流输电线路在遭受雷击干扰的情况下的差模电流故障分量波形；

图3为本发明柔性直流输电线路雷击干扰识别方法实施例中直流输电线路在由反击导致故障的情况下的差模电流故障分量波形；

图4为本发明柔性直流输电线路雷击干扰识别方法实施例中直流输电线路在由绕击导致故障的情况下的差模电流故障分量波形；

图5为本发明柔性直流输电线路雷击干扰识别方法实施例中直流输电线路在普通短路故障的情况下的差模电流故障分量波形。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明了，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。

柔性直流输电线路雷击干扰识别方法实施例

本实施例提供了一种柔性直流输电线路雷击干扰识别方法的技术方案，参照图1，具体步骤如下：

1)实时采集柔性直流输电线路的电压信号及正、负极电流信号，结合稳态时刻线路的电流信号分别计算出线路正、负极电流故障分量；本实施例中，为降低雷击干扰识别所需的电压和电流信号的获取难度，直接采集本端(即执行雷击干扰识别方法流程的线路端)输电线路的稳态时刻线路的电流信号、当前的电压信号及正、负极电流信号，用于雷击干扰识别，由于相关的电路数据均能从本端直接获取后直接用于判断，因此能够降低获取数据的成本。

其中，线路正、负极电流故障分量的计算方式为：

式中：Δi

2)根据线路正、负极电流故障分量，得到线路差模电流故障分量。

对于的柔性直流双极系统，可利用差模变换法，构造变换矩阵Q将双极线路解耦为共模和差模系统。本实施例中所采用的差模电流故障分量，由正、负极电流故障分量通过如下的差模变换矩阵Q得到：

因此，本实施例中通过对线路正、负极电流故障分量进行差模变换解耦，计算线路差模电流故障分量的具体公式为：

式中：Δi

3)当线路电压突变量满足保护启动判据后，确定在设定时间窗内线路差模电流故障分量的上升时长和下降时长。

线路电压突变量需要满足的保护启动判据具体如下：

式中：Δu

线路差模电流故障分量的上升时长和下降时长的计算具体如下：

式中：t

则上升时长与下降时长为：

式中：t

4)根据线路差模电流故障分量的上升时长和下降时长，判断输电线路是否发生雷击干扰：若线路差模电流故障分量的上升时长小于等于下降时长，或者上升时长大于下降时长的程度在设定上限内(即上升时长大于下降时长的程度较小)，则判定输电线路发生雷击干扰。

图2、图3、图4和图5所示分别为直流输电线路遭受雷击干扰、反击导致故障、绕击导致故障、普通短路故障四种情况下所采集的差模电流故障分量波形；其中反击导致故障、绕击导致故障均属于雷击故障，而雷击故障也属于线路接地故障的一种，普通短路故障也属于线路接地故障。根据上述波形图像可以确定，当线路发生雷击故障及普通短路故障时，在保护启动后特定时间窗内，差模电流故障分量的上升时长大于其下降时长；当线路发生雷击干扰时，在保护启动后特定时间窗内，差模电流故障分量的上升时长小于其下降时长。基于此特征，考虑系统误差和正常波动，总结得到判断输电线路是否发生雷击干扰的条件如下：在保护启动后特定时间窗内，差模电流故障分量的上升时长小于等于其下降时长，或者上升时长大于下降时长的程度在设定上限范围内。

本实施例中，该判断条件具体通过如下方式表示：

若r≤Δ

其中，t

在其他实施例中，上述判断条件也可以通过其他方式表示，如将线路差模电流故障分量的下降时长与上升时长之间的差值作为判断指标，若二者的差值Δt＝t

柔性直流输电线路雷击干扰识别系统实施例

本实施例提供了一种柔性直流输电线路雷击干扰识别系统，包括采集器和处理器；该采集器用于实时采集故障端输电线路的正、负极电流信号及电压信号，该处理器用于执行程序指令，以实现如上述的柔性直流输电线路雷击干扰识别方法实施例中的雷击干扰识别方法。由于该系统处理器处理原理、内容以及对应的有益效果均在上述的柔性直流输电线路雷击干扰识别方法实施例中进行了详细的说明，因此此处不再赘述。

本发明的特点在于：通过对直流输电线路遭受雷击干扰、雷击故障以及普通短路故障情况下差模电流故障分量波形特征，确定遭受雷击干扰时特定时间窗内电流故障分量的上升时长小于其下降时长的判断条件，因此能够通过差模电流故障分量特征中的上升和下降时长特征，根据设定时间窗内线路差模电流故障分量，能够更准确地区分雷击干扰和其他故障导致的故障行波，避免速断保护误动，提高保护可靠性。且当线路电压突变量满足条件时才进行雷击干扰识别，避免识别流程频繁触发，节省雷击干扰识别计算量。