CN107959282A

CN107959282A - 一种两端双极高压直流输电的线路雷击故障选极方法

Info

Publication number: CN107959282A
Application number: CN201711242429.1A
Authority: CN
Inventors: 邢鲁华; 张鹏飞; 王飞; 赵光锋; 王亮; 牟旭涛; 蒋哲; 杨冬; 麻常辉; 张丹丹; 李文博; 张磊; 赵光辉; 陈博; 刘文学; 赵康
Original assignee: State Grid Corp of China SGCC; Electric Power Research Institute of State Grid Shandong Electric Power Co Ltd; Shandong Zhongshi Yitong Group Co Ltd
Current assignee: State Grid Corp of China SGCC; Electric Power Research Institute of State Grid Shandong Electric Power Co Ltd; Shandong Zhongshi Yitong Group Co Ltd
Priority date: 2017-11-30
Filing date: 2017-11-30
Publication date: 2018-04-24

Abstract

本发明公开了一种两端双极高压直流输电的线路雷击故障选极方法，其特征在于：包括以下步骤：在给定的数据窗口长度下，计算正极和负极直流输电线路整流侧各电压突变量的积分值，并计算该积分值对应的绝对值；求取各绝对值的平均值，将得到的平均值代入算法启动判据，若满足启动判据，则算法启动，进入步骤(3)，否则算法不启动，返回初始状态；算法启动后，计算步骤(1)中正极绝对值与负极绝对值的比值，将该比值代入直流线路雷击故障的单端选极判据，从而判定是否发生故障。本发明计算量小，算法简单可靠，节省通信时间，避免了双端判据可能出现的通信误差，具有工程实用意义。

Description

一种两端双极高压直流输电的线路雷击故障选极方法

技术领域

本发明涉及一种电力***控制与保护技术领域，具体的说，是涉及一种适用于两端双极高压直流输电的直流线路雷击故障选极方法。

背景技术

两端双极中性点接地直流输电工程的直流侧接线是由两个可独立运行的单极大地回线方式所组成。这种接线方式灵活性好，可靠性高，为大多数直流输电工程所采用。两端双极直流输电***的两极线路并列运行，存在电磁耦合，其中一极线路故障时，健全极线路上可能感应出较大的电压和电流变化率，造成健全极线路保护误动，从而导致单极故障时双极停运，影响送端电网和受端电网的安全稳定运行。因此，需要正确选择故障极。

调查统计显示，截止2014年3月，国家电网公司共拥有直流线路13条，共计16587.2km。2010—2015年，雷击跳闸占330kV及以上交流输电线路跳闸总数的39.4％～50.8％，雷击重启占±500kV及以上直流输电线路故障重启总数的43.5％～64.3％。雷击是高压直流输电线路故障重启的首要因素。高压直流输电工程的控制与保护***快速准确动作是应对故障性雷击的首要保证，而正确判别雷击故障极是保护准确动作的前提。

雷电流频率范围较大，且含有较多高次谐波，高压直流输电线路极线间的电磁耦合作用在雷击情况下特别明显。现有大部分直流工程的控制保护***没有考虑高频分量的电磁耦合。现有的利用直流电流或电压的低频分量构造的故障选极判据，均没有校验在雷击故障和双极故障时的动作特性。

高压直流输电线路发生故障后，故障极线路与非故障极电压突变量幅值的比值近似等于导线的自阻抗和互阻抗之比。线路参数测试结果表明，高压直流输电线路导线自阻抗大于互阻抗，从而当高压直流输电线路发生雷击故障时，故障极线路的电压突变量幅值大于非故障极。利用这一特征，可以构建两端双极高压直流输电工程的直流线路雷击故障选极判据。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种两端双极高压直流输电的线路雷击故障选极方法，本发明可在给定的数据窗口长度下，求取正极和负极直流输电线路整流侧电压突变量的积分值的绝对平均值，将该平均值与设定门槛值比较构建了算法启动判据；利用高压直流输电线路发生雷击故障时，故障极线路的电压突变量幅值大于非故障极这一特征，构建了直流线路单端雷击故障选极判据。该判据仅计算高压直流输电线路整流侧电压突变量积分值及其比值，计算量小，算法简单可靠，节省通信时间，避免了双端判据可能出现的通信误差，具有工程实用意义。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种两端双极高压直流输电的线路雷击故障选极方法，包括以下步骤：

步骤(1)：在给定的数据窗口长度下，计算正极和负极直流输电线路整流侧各电压突变量的积分值，并计算该积分值对应的绝对值；

步骤(2)：求取各绝对值的平均值，将得到的平均值代入算法启动判据，若满足启动判据，则算法启动，进入步骤(3)，否则算法不启动，返回初始状态；

步骤(3)：算法启动后，计算步骤(1)中正极绝对值与负极绝对值的比值，将该比值代入直流线路雷击故障的单端选极判据，从而判定是否发生故障。

进一步的，步骤(1)中，所述数据窗口的长度为：5ms，该长度的设定依据在于：故障后5ms之内，控制***未启动或控制***开始调整但仍未调整到稳定状态，利用故障后5ms之内的测量数据构成的直流输电线路保护判据理论上可不计及控制***的影响，积分计算的数据窗口长度优选小于等于5ms；而雷电干扰持续时间一般为3ms，为了更好地抵消雷击干扰的影响，积分计算的数据窗口长度优选大于3ms，因此，本文电压突变量积分计算的数据窗长度选优选为5ms。

进一步的，所述步骤(1)中的正极和负极直流输电线路整流侧电压突变量的积分值的具体求解步骤如下：

步骤(1-1)：计算正极和负极直流输电线路整流侧电压突变量。电压突变量的计算间距宜大于积分计算的数据窗长度，本文取为10ms。若采样频率为100kHz，正极和负极直流输电线路整流侧电压突变量的计算式为：

Δu_rj(i)＝u_rj(i)-u_rj(i-1000)

其中，i为采样点序数；r表示整流侧线路电气量测量点；j代表p或n，表示正极或负极。u_rj表示正极或负极直流线路整流侧测量电压；Δu_rj表示正极或负极直流线路整流侧电压突变量。

步骤(1-2)：计算正极和负极直流输电线路整流侧电压突变量的积分值

其中，i为采样点序数，i＝1，2，……，N；N代表选取计算窗口内的采样点个数；r表示整流侧线路电气量测量点；j代表p或n，表示正极或负极，Δu_rj表示正极或负极直流线路整流侧电压突变量。

所述步骤(2)中的算法启动判据：

其中，i＝1,2,……，N；N代表选取计算窗口内的采样点个数；k₁为设定门槛值。对电压突变量积分值的绝对值求取平均值，将该平均值与设定门槛值k₁比较，满足两极中任一极的平均值大于设定门槛值k₁，算法启动，否则算法不启动。

进一步的，所述步骤(3)中的具体求解步骤为：

步骤(3-1)：算法启动后，计算步骤(1)中正极绝对值与负极绝对值的比值

步骤(3-2)：若该比值大于设定门槛值k₂，则判定为正极故障：

否则，进入步骤(3-3)；其中，i为采样点序数，i＝1，2，……，N；N表示选取计算窗口内的采样点个数；Δu_rp表示正极直流线路整流侧电压突变量；Δu_rn表示负极直流线路整流侧电压突变量；

步骤(3-3)：若该比值小于则判定为负极故障：

否则，进入步骤(3-4)；

步骤(3-4)：若该比值大于设定门槛值k₃，并小于设定门槛值k₄，则判定为双极故障：

否则，判定为无故障。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(1)本发明中直流线路雷击故障选极判据仅计算电压突变量积分值及其比值，计算量小，算法简单可靠；

(2)本发明中直流线路雷击故障选极判据仅利用高压直流输电线路整流侧测量电压参与计算，为单端判据，相比于双端判据，节省通信时间，避免了可能出现的通信误差；

(3)本发明中直流线路雷击故障选极方案考虑了双极故障的情况，能够准确判别正极故障、负极故障和双极故障。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的限定。

图1是本发明的原理框图；

图2是本发明选极方案仿真验证案例中的雷击位置示意图；

图3是本发明实施例各个选极方案仿真验证案例中的电压突变量积分值。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

下述实施例为本申请的一种典型的实施方式，如图1所示，基于MATLAB数据处理程序编制了直流线路雷击故障选极方案计算程序。基于PSCAD/EMTDC电力***电磁暂态软件和双极两端高压直流输电工程的实际参数，开展了高压直流输电线路雷击暂态仿真，以获取故障选极方案验证数据。

在双极全压对称正送运行方式下，设置6种仿真案例如下：对正极线路上不同位置的故障性雷击进行仿真，雷击位置取为距离整流侧测量点为线路总长的0.1％、10％和50％，仿真故障情况分别表示为“LIF，0.1％”、“LIF，10％”、“LIF，50％”，雷电流幅值取为60kA；负极线路中点发生雷击故障，表示为“N，LIF”，雷电流幅值取为60kA；双极线路中点发生雷击故障，表示为“LL，LIF”，雷电流幅值取为100kA；发生雷击干扰，表示为“LD”。雷击位置如图2所示。

积分计算的数据窗长度选为5ms，采样频率为100kHz，则计算范围内的采样点个数N为500。

图3给出了以上6种仿真情况下正极线路整流侧电压突变量积分值和负极线路整流侧电压突变量积分值k₁取为0.1时，5种雷击故障情况下故障选极判据均启动；发生雷击干扰时，电压突变量积分值小于门槛值，故障选极判据不启动，如图3中黑色直线所示。单极故障时，故障极线路电压突变量积分值远大于非故障极，双极故障时，两极线路电压突变量积分值基本相等。

表1为各种故障情况发生后5ms时的电压突变量积分值及其比值，以及故障选极判据的判别结果。表1中仿真数据表明，k₂取为2时，本文故障选极判据能够准确判别故障极，且留有较大裕度。k₃取为0.8，k₄取为1.2时，可以准确判别双极故障。作者其他大量仿真结果表明，该故障选极判据在各种短路接地故障情况下也能正确判定故障极。

表1雷击故障和雷击干扰情况下电压突变量积分值及其比值

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims

1.一种两端双极高压直流输电的线路雷击故障选极方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种两端双极高压直流输电的线路雷击故障选极方法，其特征在于：步骤(1)中，所述数据窗口的长度为：5ms。

3.根据权利要求1所述的一种两端双极高压直流输电的线路雷击故障选极方法，其特征在于：所述步骤(1)中的正极和负极直流输电线路整流侧电压突变量的积分值的具体求解步骤如下：

(1-1)：计算正极和负极直流输电线路整流侧电压突变量；

(1-2)：计算正极和负极直流输电线路整流侧电压突变量的积分值。

4.根据权利要求3所述的一种两端双极高压直流输电的线路雷击故障选极方法，其特征在于：步骤(1-2)中，计算正极和负极直流输电线路整流侧电压突变量的积分值的公式如下：

<mrow> <munderover> <mo>&Sigma;</mo> <mrow> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mi>N</mi> </munderover> <msub> <mi>&Delta;u</mi> <mrow> <mi>r</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> </mrow>

5.根据权利要求1所述的一种两端双极高压直流输电的线路雷击故障选极方法，其特征在于：步骤(2)中的算法启动判据：

<mrow> <mfrac> <mn>1</mn> <mi>N</mi> </mfrac> <mrow> <mo>|</mo> <mrow> <munderover> <mo>&Sigma;</mo> <mrow> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mi>N</mi> </munderover> <msub> <mi>&Delta;u</mi> <mrow> <mi>r</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> </mrow> <mo>|</mo> </mrow> <mo>></mo> <msub> <mi>k</mi> <mn>1</mn> </msub> </mrow>

其中，i为采样点序数，i＝1，2，……，N；N代表选取计算窗口内的采样点个数；k₁为设定门槛值。对电压突变量积分值的绝对值求取平均值，将该平均值与设定门槛值k₁比较，满足两极中任一极的平均值大于设定门槛值k₁，算法启动，否则算法不启动。

6.根据权利要求1所述的一种两端双极高压直流输电的线路雷击故障选极方法，其特征在于：所述步骤(3)中的具体求解步骤为：

(3-1)：算法启动后，计算步骤(1)中正极绝对值与负极绝对值的比值；

(3-2)：若该比值大于设定门槛值k₂，则判定为正极故障：

否则，进入步骤(3-3)；

(3-3)：若该比值小于则判定为负极故障：

否则，进入步骤(3-4)；

(3-4)：若该比值大于设定门槛值k₃，并小于设定门槛值k₄，则判定为双极故障：

否则，判定为无故障。

7.根据权利要求6所述的一种两端双极高压直流输电的线路雷击故障选极方法，其特征在于：步骤(3-1)中，计算正极绝对值与负极绝对值的比值的具体算法为：

<mrow> <mo>|</mo> <mrow> <munderover> <mo>&Sigma;</mo> <mrow> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mi>N</mi> </munderover> <msub> <mi>&Delta;u</mi> <mrow> <mi>r</mi> <mi>p</mi> </mrow> </msub> <mo>/</mo> <munderover> <mo>&Sigma;</mo> <mrow> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mi>N</mi> </munderover> <msub> <mi>&Delta;u</mi> <mrow> <mi>r</mi> <mi>n</mi> </mrow> </msub> </mrow> <mo>|</mo> </mrow>

其中，i为采样点序数，i＝1，2，……，N；N表示选取计算窗口内的采样点个数；Δu_rp表示正极直流线路整流侧电压突变量；Δu_rn表示负极直流线路整流侧电压突变量。