CN110474306B - 一种在直流电网中死区故障的保护方法及*** - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种在直流电网中死区故障的保护方法及***，其方法包括，当直流电网中的本地主保护判定线路发生模糊区故障时，则使本地直流断路器中的电流由主支路转移到转移支路；基于线模行波构建时间差判据和过零点判据；将时间差判据和过零点判据进行逻辑或运算，根据逻辑或运算的结果判断模糊区故障发生的具***置；若模糊区故障发生在区内远端时，则向本地直流断路器发出跳令；若模糊区故障发生在区外近端时，则使本地直流断路器中的电流由转移支路转移到主支路。本发明所提判据整定简单，不依赖通信，对于已经投运的线路只需加入本发明中方法就可进一步改进保护性能，而不必改变原主保护设置，具有较强的应用价值。
Description
技术领域
本发明涉及柔性直流输电***的输电线路的故障判别领域，具体涉及一种在直流电网中死区故障的保护方法。
背景技术
基于柔性直流技术的多端直流电网兼具直流输电及多端***的优势，顺应了“以清洁能源为主导、以特高压电网为骨干网架、各国各洲广泛互联”的时代需求，是解决大容量送电、大规模新能源集中外送及大***互联问题的重要途径。然而，目前面向多端直流电网的保护原理尚不成熟：一方面，考虑到直流电网中故障发生时，电流上升速度较快，保护要求在毫秒级时间尺度内完成故障的检测，典型时间为3ms；另一方面，现有对柔性直流***的线路保护原理在平衡可靠性、灵敏性与速动性指标方面，尚存一些有待解决的问题。
现阶段，柔性直流线路的保护原理分为两类：单端量保护原理、双端量保护原理。双端量保护能够覆盖线路全长，但考虑到通信容量、区外故障虚假差流及光纤通道传播延时等问题，若非线路很短，一般仅作为后备保护使用。目前已经有专家学者尝试利用贝瑞龙模型分布参数模型补偿电容电流、解决波过程伴随的电容充放电所催生出的长延时问题。但考虑到可靠性问题，目前的工程化保护原理均倾向于利用单端量构造就地化保护原理。单端量保护原理即就地化保护原理，仅依靠单端量就可以完成对输电线路的故障判别，是一项极具前景的技术。基于目前常规高压直流输电的行波保护、微分欠压保护等主保护机理，衍生出了一系列边界保护。
例如：利用电抗器边界对高频分量的阻滞作用，通过小波变换对故障电流高频暂态能量的差异判断出区外、区内故障，进而通过电抗器两端的电压极性区分故障区域；针对两端装有电感的线路，提出了基于附加电感电压初始值在区内、区外的差异的保护判据，使得保护整定不依赖仿真且有较高的可靠性；针对接地故障中同时出现的线模行波和零模行波传播速度的不同，提出了根据行波到达时间的不同而使边界主动收缩的保护方法。上述研究极大地推动了直流电网技术的发展，但是边界保护仍然有两个问题：1)在不同的故障位置时，抗过渡电阻能力不同。2)为保证保护的选择性，会牺牲对线路一定范围的保护能力。
对于直流电抗器装设于换流站出口、线路之间无明显边界的“网孔结构”工程而言，保护区内外故障高频分量差异性将大大降低，为保证区外故障可靠不误动，必须大幅提高整定门槛，牺牲区内高阻故障的识别能力以保障选择性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种在直流电网中死区故障的保护方法，能够不依赖通信的线路完成对区内远端故障和区外故障的区分，通过与主保护原理的配合可以完成对整条线路故障的快速识别保护。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种在直流电网中死区故障的保护方法，包括以下步骤，
当直流电网中的本地主保护判定线路发生模糊区故障时，则控制本地直流断路器动作，使所述本地直流断路器中的电流由主支路转移到转移支路；
获取线路中的线模行波，基于所述线模行波构建时间差判据和过零点判据；
将所述时间差判据和所述过零点判据进行逻辑或运算，根据逻辑或运算的结果判断所述模糊区故障发生的具***置；
若所述模糊区故障发生在区内远端时，则向所述本地直流断路器发出跳令，使所述本地直流断路器断开；若所述模糊区故障发生在区外近端时，则控制所述本地直流断路器动作，使所述本地直流断路器中的电流由转移支路转移到主支路。
本发明的有益效果是：本发明的方法提出了基于两次线模行波波头到达时间差来区分故障位置的判据和基于数学形态学分析后的线模行波过零点个数来判断故障位置的判据，两判据经过逻辑或运算可以判断出故障发生的具***置，若判断为区内故障则会使得断路器加速跳闸，从而实现故障的快速切除；本发明所提方法简单、可靠，逻辑和原理都较为简单，通过提高采样频率可以逐步提升本发明的可靠性和灵敏性，使得死区长度进一步缩短，可以弥补现今技术在区内远端故障工况下的抗过渡电阻能力低甚至发生拒动的问题；且本发明所提判据整定简单，不依赖通信，对于已经投运的线路只需加入本发明中方法就可进一步改进保护性能，而不必改变原主保护设置，具有较强的应用价值。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，基于所述线模行波构建时间差判据的具体步骤为，当直流电网中的本地主保护判定线路发生模糊区故障时，获取本地测量得到的所述线模行波，以测量得到的所述线模行波中的一次线模行波波头到达时刻为零时刻，记录整定时间窗内的所述线模行波的波形，在所述时间窗内搜索所述线模行波中的二次线模行波波头到达时刻，并记录计算所述一次线模行波波头到达时刻和所述二次线模行波波头到达时刻之间的时间差，得到所述时间差判据。
进一步，根据所述时间差判据判断所述模糊区故障发生在区内远端的具体模型为，
其中，
Tb为本地直流断路器相对的对侧直流断路器的固有延时，t0为与本地主保护相对的对侧保护的保护动作延时，Krel是可靠系数，xmax为本地主保护最大保护范围处的故障位置距离远端的长度占线路总长度的百分比，l为线路总长度，v1表示线模行波的波速；Δtset为区分故障位置而整定的时间差门槛值，Δt为所述一次线模行波波头到达时刻和所述二次线模行波波头到达时刻之间的时间差。
进一步，基于所述线模行波构建过零点判据的具体步骤为，对所述线模行波进行带极性的数学形态学分析，统计经分析后的所述线模行波的过零点个数，得到过零点判据。
进一步，根据所述过零点判据判断所述模糊区故障发生在区内远端的具体模型为，
n＞nset，
其中，n表示经分析后的所述线模行波的过零点个数，nset表示整定过零点个数。
进一步，根据逻辑或运算的结果判断所述模糊区故障发生的具***置，具体包括，
当所述一次线模行波波头到达时刻和所述二次线模行波波头到达时刻之间的时间差大于区外故障工况下的时间差门槛，且小于区内最大保护范围位置故障工况下的时间差，则判定所述模糊区故障发生在区内远端，或，当经分析后的所述线模行波的过零点个数大于整定过零点个数时，则判定所述模糊区故障发生在区内远端；
否则，判定所述模糊区故障发生在区外近端。
进一步，所述整定过零点个数通过所述时间窗在理论上最少能捕捉到的零点个数来整定；
进一步，所述整定过零点个数等于通过所述时间窗在理论上最少能捕捉到的零点个数加上预设裕度过零点个数。
基于上述一种在直流电网中死区故障的保护方法，本发明还提供一种在直流电网中死区故障的保护***。
一种在直流电网中死区故障的保护***，包括以下模块，
直流断路器控制模块，其用于当直流电网中的本地主保护判定线路发生模糊区故障时，则控制本地直流断路器动作，使所述本地直流断路器中的电流由主支路转移到转移支路；
判据生成模块，其用于获取线路中的线模行波，基于所述线模行波构建时间差判据和过零点判据；
故障位置判断模块，其用于将所述时间差判据和所述过零点判据进行逻辑或运算，根据逻辑或运算的结果判断所述模糊区故障发生的具***置；
所述直流断路器控制模块，还用于若所述模糊区故障发生在区内远端时，则向所述本地直流断路器发出跳令，使所述本地直流断路器断开；若所述模糊区故障发生在区外近端时，则控制所述本地直流断路器动作，使所述本地直流断路器中的电流由转移支路转移到主支路。
本发明的有益效果是：本发明的***提出了基于两次线模行波波头到达时间差来区分故障位置的判据和基于数学形态学分析后的线模行波过零点个数来判断故障位置的判据，两判据经过逻辑或运算可以判断出故障发生的具***置，若判断为区内故障则会使得断路器加速跳闸，从而实现故障的快速切除；本发明所提方法简单、可靠，逻辑和原理都较为简单，通过提高采样频率可以逐步提升本发明的可靠性和灵敏性，使得死区长度进一步缩短，可以弥补现今技术在区内远端故障工况下的抗过渡电阻能力低甚至发生拒动的问题；且本发明所提判据整定简单，不依赖通信，对于已经投运的线路只需加入本发明中方法就可进一步改进保护性能，而不必改变原主保护设置，具有较强的应用价值。
基于上述一种在直流电网中死区故障的保护方法，本发明还提供一种计算机存储介质。
一种计算机存储介质，包括至少一个指令，在所述指令被执行时实现如上述所述的方法步骤。
附图说明
图1为四端柔性直流输电***及故障位置的说明示意图；
图2为架空线路的等效模型；
图3为简化线、零模等效网络；
图4为四端柔性直流线路加速动作单端量保护方案的流程图；
图5为图1中的F4处金属性故障康保站侧线模电压波形；
图6为图1中的F3处金属性故障康保站侧经形态学分析后线模电压波形；
图7为图1中的F1处金属性故障康保站侧线模电压波形；
图8为图1中的F1处金属性故障康保站侧经形态学分析后线模电压波形；
图9为图1中的F2处金属性故障康保站侧线模电压波形；
图10为图1中的F2处金属性故障康保站侧经形态学分析后线模电压波形；
图11为图1中的F3处金属性故障康保站侧线模电压波形；
图12为图1中的F3处金属性故障康保站侧经形态学分析后线模电压波形；
图13为图1中的F1处300欧姆过渡电阻故障康保站侧线模电压波形；
图14为图1中的F1处300欧姆过渡电阻故障康保站侧经形态学分析后线模电压波形；
图15为死区长度与采样频率的关系；
图16为保护分区及各判据之间保护范围；
图17为本发明一种在直流电网中死区故障的保护方法的流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
下面结合现有的本地主保护来具体阐述本发明，将现有的本地主保护结合本发明的时间差判据和过零点判据实现在直流电网中死区故接地障的保护方法的流程如图4所示：
首先，介绍现有本地主保护原理。本申请中应用的本地主保护原理基本思路为：利用线模行波和零模行波在线路传播过程中的速度差异，推导本地主保护处感受到的线模行波和零模行波的到达时间差，从而实现对输电线路的保护。但是为保证选择性在区外故障工况下不会发生误动，线路中会设置模糊区(模糊区＝区内远端+区外近端)，这样会导致在区内远端故障工况下存在死区。
主保护具体过程如下S1～S4：
S1，在本地主保护所在的线路中，提取本地测量得到的极电压和极电流，将极电压和极电流经过凯伦贝尔变换，合成线模行波和零模行波。
在所述S1中，为捕捉线路中的行波，需要将极电压和极电流解耦，合成线模行波和零模行波，利用的凯伦贝尔变换如下式所示：
式中，Up、Un分别表示正、负极线路电压，U1、U0分别表示解耦后的线、零模行波分量；
计算线、零模行波的方法如下式表达：
Sk＝(Uk-Zk·ik)/2 (2)
Sk表示k模行波，Uk表示k模电压，ik表示k模电流，Zk表示k模波阻抗。
将故障位置和直流断路器断开(当本地主保护判断线路出现模糊区故障时，对侧保护会发出跳闸命令使对侧直流断路器断开)位置设定为行波源，通过图2可以推导得到线模-线模折、反射系数α11、β11；线模-零模之间的折射系数α10正、α10反，表达式如下：
式中Z1为线路线模行波阻抗，Z0为线路零模行波阻抗，Rg为接地点的过渡电阻。
通过对偶原理，可以得到零模-零模的反射系数β00，零模-零模的反射系数α00，零模-线模的折射系数α01正、α01反如下式所示：
上述的式子较详细分析了行波在直流线路中传播的折反射过程，线模行波的来源可以由几下部分构成：1)线模行波的折射产生；2)零模行波折射产生；3)线模行波反射产生。由于线路的零模行波阻抗Z0，通常为线模行波阻抗Z1的3-5倍，并且零模行波的色散现象明显，可以忽略零模行波对线模行波的影响，以线模行波作为研究对象。
S2，利用前行波反行波能量构造突变量方向启动判据，判断故障行波是否满足突变量方向元件的启动条件，若满足则进入S3，否则返回S1。
在所述S2中，方向元件用来确定故障发生的方向，由于其较高的可靠性和灵敏性作为后续判据启动的依据。构造的方向启动判据如下式所示：
式中，K1_set、K0_set为线、零模行波的整定门槛，E1b、E1f、E0b、E0f分别为线、零模突变量的反行波、前行波能量。以零模行波为例，计算方式为：
式中，Δu0、Δi0为零模电压、电流在时间窗τ之前与相应数据点比较的变化量，Z代表线路的波阻抗，在***正常运行时两参数的数值都为零。
S3，记录线模行波波头和零模行波波头到达时刻，计算线模行波波头和零模行波波头到达的时间差；
S4，根据线模行波波头和零模行波波头到达的时间差判断故障发生位置，判断模型如下式所示：
首先判断故障是否为非区外故障，若否，则返回S1，若是，则迅速将本地直流断路器的电流由主支路转移到转移支路；然后继续判断故障是否为区内故障，若是，则迅速发出跳闸命令将本地直流断路器断开，若否，则判断故障为模糊区故障。
当本地主保护判断线路发生模糊区故障时，线路上会产生由故障引起的一次线模行波。由于此时故障距对侧保护很近，对侧保护可以准确快速地识别故障；当故障位于区内时，对侧保护会发出跳闸命令使对侧直流断路器断开，对侧直流断路器断开产生的二次线模行波过程本地主保护就能感受到，会产生振荡波过程；当故障位于区外时，对侧保护判断为区外故障，就不会产生二次线模行波过程，也就没有振荡行波产生。二次线模行波过程的产生原理，简要的说是由于故障位于本地保护的模糊区但距对侧保护很近情况下，区内远端故障下由对侧保护控制对侧直流断路器断开而产生的。
区内远端的故障工况较区外故障工况下，对侧直流断路器的断开产生的二次线模行波波头与故障产生的一次线模行波波头的时间差不同；同时，线模行波经过带极性数学形态学分析后在过零点个数上也会出现显著的差别。由此，当直流电网中的本地主保护判定线路发生模糊区故障时，则进入本发明的方法步骤：
如图17所示，一种在直流电网中死区故障的保护方法，包括以下步骤，当直流电网中的本地主保护判定线路发生模糊区故障时，则控制本地直流断路器动作，使所述本地直流断路器中的电流由主支路转移到转移支路(此步骤中，使本地直流断路器中的电流由主支路转移到转移支路可以在判断故障为非区外故障时就被执行，如上述主保护原理概述中所述)；
获取线路中的线模行波，基于所述线模行波构建时间差判据和过零点判据；
将所述时间差判据和所述过零点判据进行逻辑或运算，根据逻辑或运算的结果判断所述模糊区故障发生的具***置；
若所述模糊区故障发生在区内远端时，则向所述本地直流断路器发出跳令，使所述本地直流断路器断开；若所述模糊区故障发生在区外近端时，则控制所述本地直流断路器动作，使所述本地直流断路器中的电流由转移支路转移到主支路。
在本发明中，当本地主保护判断为模糊区故障时，本地直流断路器要进行电流的预转移，因为当本地主保护判断为模糊区故障，无法识别区内远端故障和区外故障，在启动本发明相继速动判据(时间差判据和过零点判据)前，为保证速动性，需要先将本地直流断路器的电流由主支路转移到转移支路。
在区内故障工况和区外故障工况下，两次线模行波波头到达时间差存在差异，具体表现为：
区内远端故障工况下，两次线模行波波头到达时间差为：
Tb表示对侧直流断路器动作的固有延时，t0表示对侧保护时间窗长度(也称对侧保护的保护动作延时)，l表示本地主保护所在线路的线路总长度,x表示故障位置距离对侧保护占线路总长度的百分比，v1表示线模行波的波速。
区外故障工况下，两次线模行波波头的时间差为：
Δtout＝tout2-tout1＝Tb+t0；
Tb表示对侧直流断路器动作的固有延时，t0表示对侧保护时间窗长度。
由此，可以看出区内故障时，两次线模行波波头的时间差并非固定值，而是与故障位置有关；区外故障时，两次线模行波的波头时间差为固定值。因此可以基于两次线模行波波头的到达时间差构建时间差判据，具体为，获取一次线模行波波头到达时刻和二次线模行波波头到达时刻，计算一次线模行波波头到达时刻和二次线模行波波头到达时刻之间的时间差，得到时间差判据。
在区内故障工况和区外故障工况下，线模行波经过带极性的数学形态学分析后，在过零点个数上会产生显著差异，具体表现为：
区内远端故障工况下，对侧直流断路器断开产生的二次线模行波会在故障位置和对侧直流断路器之间发生不断的振荡，透过故障位置会被本地保护处感受到；在区外故障工况下，虽然同样会发生上述的振荡过程，但是由于对侧直流断路器已经断开，本地保护就无法感受到。因此，可以基于数学形态学分析后的线模行波过零点个数构建过零点判据，具体为，对所述线模行波进行带极性的数学形态学分析，统计经分析后线模行波的过零点个数，得到过零点判据。
带极性数学形态学分析方法，其在传统数学形态学的基础上加入了对于行波极性的识别方法，具体由下式表达：
带极性的判定方法为：
若式(12)、(13)均不满足，则MMF(Output)形态学梯度值为零。式中δ值较小，用来检测膨胀和腐蚀信号上各点与原信号点发生的相位超前或滞后变化。在波形变化较小或出现噪声时，还可以起到滤波作用。MMF(dil)表示膨胀算法，MMF(ero)表示腐蚀算法，具体运算法则如下：
利用上述介绍的改进数学形态学算法可以对极性不断变化的振荡衰减波进行良好的识别。
在本具体实施例中：以故障发生时刻为零时刻向后延时一段时间，并以此为基准，向前向后扩展记录一个时间段内的线模行波，基于线模行波构造时间差判据和过零点判据。
以故障发生时刻为起始零时刻，则向后延时到的时刻为：
向前追溯到的时刻为：
根据两次线模行波波头到达时间差构造时间差判据，具体为：
记录一次线模行波波头到达时刻为t1，二次线模行波波头到达时刻为t2,计算两次线模行波波头时间差为：Δt＝t2-t1。
建立时间差判据，可以由下式表达：
其中，
Tb为与本地直流断路器相对的对侧直流断路器的固有延时；t0为与本地主保护相对的对侧保护动作延时；Krel是可靠系数，为躲开对侧区外靠近出口位置的故障，故Krel取0.1；xmax为本地主保护最大保护范围处的故障位置距离远端(即对侧保护)的长度占线路总长度的百分比；l为线路总长度；v1表示线模行波的波速；Δtset为区分故障位置而整定的时间差门槛值；Δt为所述一次线模行波波头到达时刻和所述二次线模行波波头到达时刻之间的时间差。
当故障引起的一次线模行波波头与断路器动作引起的二次线模行波波头的时间差Δt大于区外故障工况下的时间差门槛Δtset，且小于区内最大保护范围位置故障工况下的时间差，则判定为区内故障。
根据带极性形态学数学方法对线模行波进行分析，通过统计分析后波形过零点个数来判断故障发生的位置。建立过零点识别判据，具体为：
n＞nset，
式中，n表示经分析后线模行波的过零点个数，nset表示整定过零点个数。整定过零点的个数通过时间窗理论上最少能捕捉到的零点个数来整定，在此基础上考虑一定裕度。时间窗长度为最大振荡周期的1.5倍，一个振荡周期内产生两个过零点，这样区内故障下，理论上时间窗最少能捕捉3个过零点；但保留一定裕度(预设为2个)，本发明选择5个过零点作为整定个数。
当经分析后线模行波的过零点个数大于整定过零点个数时，过零点判据判断为区内故障。
将过零点判据和时间差判据的判断结果进行逻辑或运算即可得到判断结果。
本发明所提判据可结合当前主保护原理更加良好的实现对输电线路的全范围保护。本发明提出的判据并非充当主保护，而是利用单端量主保护在故障靠近保护时灵敏性高的特点。在故障位于区内远端时，对侧保护会迅速动作，根据对侧断路器的动作后的行波特点，本发明所提判据对该特点进行识别和判断，从而准确动作。同时，时间差判据和过零点判据两个判据之间存在着相互配合的关系。
下面利用PSCAD/EMTDC搭建张北四端柔性直流***的模型，对本发明中方法验证：
1)根据张北四端柔直***的模型，搭建了如图1所示的四端直流***模型，每条线路上都装设有平波电抗器，其大小为0.05H，保护装置的采样频率为200kHz，架空线模型如图2所示(图2中(a)为传输线空间参数，(b)为土壤参数和传输线位置分布)；简化线、零模等效网络如图3所示(射线①表示线-线反射波，射线②表示线-线折射波，射线③表示线-零折射波(反)，射线④表示线-零折射波(正))；设置直流断路器延时Tb及主保护延时t0为2.0ms及0.5ms，死区近边界(图16所示)占整条线路的15％。在图16中，A表示本地主保护非死区范围，B表示本地保护死区，C表示时差判据所能保护的范围，D表示过零点判据所能保护的范围，E表示区外。
以康保-丰宁线路为例，进行保护整定，流程如下：
(1)通过线路参数计算线模行波的波速为2.95*108m/s。
(2)由本地主保护最大保护范围处的故障位置距离远端xmax为15％，及线路总长为184.4km可计算本地主保护处最大振荡周期：T＝4*xmax*l/v1＝4*15％*184.4km/(295km/ms)＝0.375ms
(3)得到通过代入数据，得到t延时、t追溯计算过程如下：
t延时＝Tb+t0+2xmaxl/v1＝2.0+0.5+2*15％*184.4/295＝2.6875ms，
t追溯＝Tb+t0-0.2xmaxl/v1＝2.0+0.5-0.2*15％*184.4/295＝2.4813ms，
(4)进行时间差判据的整定：
(5)过零点判据时间窗取能够捕捉3个过零点，一次周期性变化会产生两个过零点，这样可以得到时间窗窗长为：
(6)理论上，在区内远端故障工况下，时间窗内最少能够捕捉到3个过零点，为保证动作可靠性，过零点个数整定为5个，列于下式：
nset＝5
类似的可以得到其他线路保护位置处的整定值，列于下表：
表1各保护位置处整定值
2)典型区内外故障设置及介绍
A、正向区外故障F4，故障类型为双极金属性接地故障，本地主保护感受到的线模行波波形以及经分析后的波形如图5、图6所示，为方便描述和绘图，将故障时刻记为起始零时刻，后面不再赘述。
B、区内远端不同位置金属性故障F1、F2、F3，波形记录于图7～12中。
C、区内高阻故障，具体为F1处为300欧姆接地故障，波形记录于图13和图14中。
3)不同故障场景仿真验证
A、正向区外故障F4，设故障发生于图1中，在区外正向金属性故障情况下本地主保护感受到的两次线模行波的时间差经过MATLAB绘图后，再经过分析和计算两个波峰相差501个采样点，根据仿真的采样频率200kHz时间差即为2.5ms，满足对区外故障工况时间差的公式推导。时间差判据和过零点判据都不会动作。
B、区内远端不同位置金属性故障F1、F2、F3，故障分别设置在距对侧保护5km、10km和27.6km(15％)处，保护动作结果列于表2：
表2区内不同位置故障保护动作情况
由表2仿真结果可知，所研究的故障工况下本发明提出的方法都可以正确的识别动作。
C、区内高阻故障，在F1处分别设置了100、200、300欧姆的过渡电阻故障，本实施例只在绘制了300欧姆过渡电阻的行波波形于图13、图14中，由表3的仿真结果可以得到，在高阻故障下也可以正确识别。保护动作结果列于表3：
表3区内带不同过渡电阻的保护动作结果
由采样定理，可以绘制采样定理与死区长度和采样频率之间的关系：
绘制曲线结果如图15所示。通过图中波形可以得到，在200kHz频率下，死区长度占整条线路的0.4％，通过增加采样频率可以减少死区长度。同时，在区内远端300欧姆的最恶劣故障工况下，仍然可以准确动作。
本发明利用直流线路区内远端故障的行波特点，提出了一种区内远端接地故障的加速动作单端量保护方法，根据线模行波的波头时间特点和形态特征，经简单数学形态学分析后判断线路故障发生的位置。由于可以在不改变主保护前提下，和当前主保护原理结合提高其动作性能，因此，具有较高的适用性。
基于上述一种在直流电网中死区故障的保护方法，本发明还提供一种在直流电网中死区故障的保护***。
一种在直流电网中死区故障的保护***，包括以下模块，
直流断路器控制模块，其用于当直流电网中的本地主保护判定线路发生模糊区故障时，则控制本地直流断路器动作，使所述本地直流断路器中的电流由主支路转移到转移支路；
判据生成模块，其用于获取线路中的线模行波，基于所述线模行波构建时间差判据和过零点判据；
故障位置判断模块，其用于将所述时间差判据和所述过零点判据进行逻辑或运算，根据逻辑或运算的结果判断所述模糊区故障发生的具***置；
所述直流断路器控制模块，还用于若所述模糊区故障发生在区内远端时，则向所述本地直流断路器发出跳令，使所述本地直流断路器断开；若所述模糊区故障发生在区外近端时，则控制所述本地直流断路器动作，使所述本地直流断路器中的电流由转移支路转移到主支路。
本发明的***提出了基于两次线模行波波头到达时间差来区分故障位置的判据和基于数学形态学分析后的线模行波过零点个数来判断故障位置的判据，两判据经过逻辑或运算可以判断出故障发生的具***置，若判断为区内故障则会使得断路器加速跳闸，从而实现故障的快速切除；本发明所提方法简单、可靠，逻辑和原理都较为简单，通过提高采样频率可以逐步提升本发明的可靠性和灵敏性，使得死区长度进一步缩短，可以弥补现今技术在区内远端故障工况下的抗过渡电阻能力低甚至发生拒动的问题；且本发明所提判据整定简单，不依赖通信，对于已经投运的线路只需加入本发明中方法就可进一步改进保护性能，而不必改变原主保护设置，具有较强的应用价值。
基于上述一种在直流电网中死区故障的保护方法，本发明还提供一种计算机存储介质。
一种计算机存储介质，包括至少一个指令，在所述指令被执行时实现如上述所述的方法步骤。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种在直流电网中死区故障的保护方法，特征在于：包括以下步骤，
当直流电网中的本地主保护判定线路发生模糊区故障时，则控制本地直流断路器动作，使所述本地直流断路器中的电流由主支路转移到转移支路；
获取线路中的线模行波，基于所述线模行波构建时间差判据和过零点判据；
将所述时间差判据和所述过零点判据进行逻辑或运算，根据逻辑或运算的结果判断所述模糊区故障发生的具***置；
若所述模糊区故障发生在区内远端时，则向所述本地直流断路器发出跳令，使所述本地直流断路器断开；若所述模糊区故障发生在区外近端时，则控制所述本地直流断路器动作，使所述本地直流断路器中的电流由转移支路转移到主支路；
基于所述线模行波构建时间差判据的具体步骤为，当直流电网中的本地主保护判定线路发生模糊区故障时，获取本地测量得到的所述线模行波，以测量得到的所述线模行波中的一次线模行波波头到达时刻为零时刻，记录整定时间窗内的所述线模行波的波形，在所述时间窗内搜索所述线模行波中的二次线模行波波头到达时刻，并记录计算所述一次线模行波波头到达时刻和所述二次线模行波波头到达时刻之间的时间差，得到所述时间差判据；
基于所述线模行波构建过零点判据的具体步骤为，对本地测量得到的所述线模行波进行带极性的数学形态学分析，统计经分析后的所述线模行波的过零点个数，得到过零点判据。
2.根据权利要求1所述的一种在直流电网中死区故障的保护方法，特征在于：根据所述时间差判据判断所述模糊区故障发生在区内远端的具体模型为，
其中，
Tb为与本地直流断路器相对的对侧直流断路器的固有延时，t0为与本地主保护相对的对侧保护的动作延时，Krel是可靠系数，xmax为本地主保护最大保护范围处的故障位置距离远端的长度占线路总长度的百分比，l为线路总长度，v1表示线模行波的波速；Δtset为区分故障位置而整定的时间差门槛值，Δt为所述一次线模行波波头到达时刻和所述二次线模行波波头到达时刻之间的时间差。
3.根据权利要求1所述的一种在直流电网中死区故障的保护方法，特征在于：根据所述过零点判据判断所述模糊区故障发生在区内远端的具体模型为，
n＞nset，
其中，n表示经分析后的所述线模行波的过零点个数，nset表示整定过零点个数。
4.根据权利要求1所述的一种在直流电网中死区故障的保护方法，特征在于：根据逻辑或运算的结果判断所述模糊区故障发生的具***置，具体包括，
当所述一次线模行波波头到达时刻和所述二次线模行波波头到达时刻之间的时间差大于区外故障工况下的时间差门槛，且小于区内最大保护范围位置故障工况下的时间差，则判定所述模糊区故障发生在区内远端，或，当经分析后的所述线模行波的过零点个数大于整定过零点个数时，则判定所述模糊区故障发生在区内远端；
否则，判定所述模糊区故障发生在区外近端。
5.根据权利要求3或4所述的一种在直流电网中死区故障的保护方法，特征在于：所述整定过零点个数通过所述时间窗在理论上最少能捕捉到的零点个数来整定。
6.根据权利要求5所述的一种在直流电网中死区故障的保护方法，特征在于：所述整定过零点个数等于通过所述时间窗在理论上最少能捕捉到的零点个数加上预设裕度过零点个数。
7.一种在直流电网中死区故障的保护***，特征在于：包括以下模块，
直流断路器控制模块，其用于当直流电网中的本地主保护判定线路发生模糊区故障时，则控制本地直流断路器动作，使所述本地直流断路器中的电流由主支路转移到转移支路；
判据生成模块，其用于获取线路中的线模行波，基于所述线模行波构建时间差判据和过零点判据；
所述判据生成模块具体用于，当直流电网中的本地主保护判定线路发生模糊区故障时，获取本地测量得到的所述线模行波，以测量得到的所述线模行波中的一次线模行波波头到达时刻为零时刻，记录整定时间窗内的所述线模行波的波形，在所述时间窗内搜索所述线模行波中的二次线模行波波头到达时刻，并记录计算所述一次线模行波波头到达时刻和所述二次线模行波波头到达时刻之间的时间差，得到所述时间差判据；
所述判据生成模块还具体用于，对本地测量得到的所述线模行波进行带极性的数学形态学分析，统计经分析后的所述线模行波的过零点个数，得到过零点判据；
故障位置判断模块，其用于将所述时间差判据和所述过零点判据进行逻辑或运算，根据逻辑或运算的结果判断所述模糊区故障发生的具***置；
所述直流断路器控制模块，还用于若所述模糊区故障发生在区内远端时，则向所述本地直流断路器发出跳令，使所述本地直流断路器断开；若所述模糊区故障发生在区外近端时，则控制所述本地直流断路器动作，使所述本地直流断路器中的电流由转移支路转移到主支路。
8.一种计算机存储介质，其特征在于：包括至少一个指令，在所述指令被执行时实现如权利要求1至6任一项所述的保护方法。
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