[发明专利]一种特高压直流输电线路单端保护方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种特高压直流输电线路单端保护方法，属于高压直流输电系统继电保护技术领域。

背景技术

目前直流线路保护中均以行波保护为主保护，以微分欠压保护、差动保护为后备保护。行波保护和微分欠压保护在高阻接地故障时容易拒动，电流差动保护灵敏度不高，保护动作较慢。

利用边界对高频量衰减特性的暂态保护是特高压直流输电线路保护的发展方向，近几年学者们研究的利用边界对高频量衰减特性的暂态保护是特高压直流输电线路保护方法通常没有考虑特高压直流超长输电线路的衰减特性，因而不能实现真正意义上的全线保护。因此有必要研究具有更高可靠性和能实现全线保护的特高压直流输电线保护方法。

发明内容

本发明提供了一种特高压直流输电线路单端保护方法，以用于实现特高压直流输电线路全线保护。

本发明的技术方案是：一种特高压直流输电线路单端保护方法，首先利用数据采集装置采集故障电流行波首波头到达后5ms时窗内的故障电流数据并求取1模分量；然后将1模分量电流信号减去故障前正常运行时的1模电流，得到故障电流变化量并对其进行求和运算，接着根据求和结果判断信号是来自整流侧区外还是来自线路或者逆变侧区外；对于来自线路或者逆变侧区外的故障电流信号利用希尔伯特黄变换求得其瞬时频率极大值，再将所求的瞬时频率极大值与预设门槛值作比较来判断判断故障发生在线路上还是逆变侧区外。

所述方法的具体步骤如下：

Step1、当特高压直流输电系统发生故障后，整流侧数据采集装置采集故障电流行波首波头到达后5ms时窗内的故障电流数据，正极线电流为i⁺，负极线电流为i^-，并求取1模分量i_l；

Step2、将1模分量电流信号减去故障前正常运行时的1模电流，得到故障电流变化量Δi，对Δi进行求和运算，得到

如果求和结果P小于零，则判断故障位于整流侧区外，线路保护不动作；

如果求和结果P大于零，则判断故障位置位于线路或者逆变侧区外，接着执行步骤Step3；式中，t₀表示故障起始时刻，Δt表示采样间隔，n＝1、2...K表示采样的点数；

Step3、对故障电流信号利用EMD分解得到最高分量IMF1，对IMF1进行希尔伯特变换，求得其瞬时频率极大值f_max，将f_max与预设门槛值F_set作比较：

若f_max≥F_set，则判断为线路故障，线路保护动作；

若f_max＜F_set，则判断为逆变侧区外故障，线路保护不动作。

所述步骤Step1中数据采集装置采样频率为10kHz。

本发明的工作原理是：

直流输电系统发生故障时，整流侧保护装置采集的故障电流呈现特定的突变规律，利用如图1所示的双极系统来具体说明。当d₁处发生接地故障时，故障电流I_f1不经过保护装置而是从故障点通过接地极流回整流站，导致保护装置处检测到的电流减小；当线路d₂处或者逆变侧母线d₃处发生接地故障时，同样会产生故障电流I_f2和I_f3，但此时的故障电流仍然经过整流侧保护装置处，导致保护装置处检测到的电流增大。

对于整流侧保护装置，来自本侧区外和对侧的故障电流信号突变方向相反，来自本侧区外的故障电流向下突变，来自对侧的故障电流向上突变。据此，对突变点处的信号进行求导运算，如果求导结果在一段连续时间内恒大于零可认为故障电流信号来自线路或者对侧区外，如果求导结果在一段连续时间内恒小于零可认为故障电流信号来自本侧区外。但这种判断方法的缺陷是信号中的高频谐波分量会影响求导结果，导致判断不准确。

利用检测到的正负极线上的电流求取1模电流分量，1模分量的求取公式为：

i_l＝i⁺-i^-  (1)

如果定义直接检测到的故障状态下的电流减去故障前正常运行时的电流为故障电流变化量，那么故障电流变化Δi可表示为

Δi＝i_l-i_normal  (2)