[发明专利]一种基于电压相关性的MMC直流输电线路保护方法

说明书

本发明涉及一种基于电压相关性的MMC直流输电线路保护方法，属于电力系统继电保护技术领域。当直流输电线路发生故障时，首先收集线路两端的正、负极电压，得到相关系数，然后利用相关系数进行单极接地故障的判断，如果判断结果为非单极接地故障，再计算极间电压，并求得极间电压的变化率，最后用电压变化率判断是否为两极短路。本发明有很强的耐受过渡电阻能力，数据窗仅3ms，速动性好，有较强的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种基于电压相关性的MMC直流输电线路保护方法，属于电力系统继电保护技术领域。

背景技术

基于MMC(模块化多电平换流器modular multilevel converter)的柔性直流输电技术相比于传统直流具有诸多优点，例如没有无功补偿问题、没有换相失败问题、可以为无源系统供电等诸多优点，成为现今的研究热点。目前，对于MMC直流输电线路保护的研究还较少。由于MMC基本单元的拓扑结构和子模块的工作原理相较于传统直流有很大的不同，直流输电线路保护方法可以参照传统直流输电线路保护的方法，但不一定所有适用于传统直流输电线路保护的方法都适用于MMC直流输电线路。并且现有直流输电线路保护的方法也有很多不足，比如说对高阻接地故障就不能有效识别，而且有效识别高阻接地故障一直以来就是电力系统继电保护领域的难题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提出一种基于电压相关性的MMC直流输电线路保护方法，能有效识别单极接地高阻故障，针对两极故障和线路外部故障，应用极间电压变化率进行区分。利用电压相关性和极间电压变化率两种算法组合就能有效识别线路内部故障和外部故障，速动性好，有较强应用前景。

本发明的技术方案是：一种基于电压相关性的MMC直流输电线路保护方法，当直流输电线路发生故障时，首先收集线路两端的正、负极电压，得到相关系数，然后利用相关系数进行单极接地故障的判断，如果判断结果为非单极接地故障，再计算极间电压，并求得极间电压的变化率，最后用电压变化率判断是否为两极短路。

具体步骤为：

(1)MMC直流输电系统故障后，根据保护安装处的量测装置测得的正极电压u_p和负极电压u_n，采样窗口为3ms，求得两者的相关系数r：

式中，u_pi表示正极电压的第i个值，表示所采样的正极电压的平均值，m表示信号的长度，u_ni表示负极电压的第i个值，表示所采样的负极电压的平均值；

(2)设相关系数的门槛值r_set＝0.5，进行故障判断，若r＞r_set，判定为单极接地故障，则相应线路保护动作；若r＜r_set，判定为发生非单极接地故障，则继续进行下一步；

(3)计算极间电压u_dc，因为发生两极短路的极间电压与发生线路外部故障的极间电压差别较大，所以用极间电压来判断是两极短路还是线路外部故障。

u_dc＝u_p-u_n (2)

(4)求极间电压的电压变化率|du/dt|，电压变化率|du/dt|是通过计算每2个采样点的差值，选取3ms时间段内差值的最大值得到的。

(5)设电压变化率的门槛值为69.6kV/ms(参照传统直流输电线路保护的电压变化率整定值，再考虑一定裕度得到门槛值)，若电压变化率在3ms时间内的最大值|du/dt|_max＞Δ_set，则判定为双极短路，相应线路保护动作；若电压变化率|du/dt|_max＜Δ_set，则判定为线路外部故障，线路保护不动作。