CN110535104B - 一种直流线路快速保护方法及*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种直流线路快速保护方法及***，包括：当获取的直流电压对应的双树复小波变换分解量满足预设的高灵敏度保护启动判据时，启动高灵敏度保护；若当前的直流电压满足预设的异常大数闭锁判据，则闭锁保护；若当前的直流电压对应的双树复小波变换分解量满足预设的故障判据，则保护动作出口。本发明在高灵敏度保护启动后，如果满足双极故障子判据，则不经故障选极子判据，双极保护直接动作；如果满足故障选极子判据，在确定故障极后，故障极保护动作；如果判为异常大数，则直接闭锁保护；本发明能够快速可靠地识别出区内外故障，对高阻接地故障有较高的灵敏度，同时适用于LCC和VSC***，满足了多方面的需求。

Description

一种直流线路快速保护方法及***

技术领域

本发明涉及继电保护技术领域，并且更具体地，涉及一种直流线路快速保护方法及***。

背景技术

目前直流输电工程中配备的保护主要以行波保护、欠压微分保护作主保护，以电流差动保护作后备保护，部分工程还配备低电压保护。

在行波保护、欠压微分保护方面，ABB行波保护判据能保护线路全长，但抗干扰能力和耐受过渡电阻能力较弱。SIEMENS通过积分的方式提高判据的抗干扰能力，但动作时延较ABB行波保护动作时延更长。欠压微分保护以电压微分和欠压判据作为主判据，辅以电流变化量和电流突变量判据排除背侧故障，一般作为直流线路主保护以及行波保护的后备保护。ABB、SIEMENS所采用的基于极波的行波保护原理通过极波提取电压行波中的反向行波，再通过微分等方式进行故障判断，而欠压微分保护则直接根据电压变化率进行故障判断，因此，目前工程应用中存在动作速度慢、灵敏度低的问题。

发明内容

本发明提出一种直流线路快速保护方法及***，以解决如何高灵敏度地识别区内外故障，以进行保护的问题。

为了解决上述问题，根据本发明的一个方面，提供了一种直流线路快速保护方法，所述方法包括：

当获取的直流电压对应的双树复小波变换分解量满足预设的高灵敏度保护启动判据时，启动高灵敏度保护；

若当前的直流电压满足预设的异常大数闭锁判据，则闭锁保护；

若当前的直流电压对应的双树复小波变换分解量满足预设的故障判据，则保护动作出口。

优选地，其中所述预设的高灵敏度保护启动判据为：

若W_SU＞λ₁成立，则启动高灵敏度保护；

其中，W_SU为直流电压U对应的双树复小波变换分解量；S为尺度函数；λ₁为预设的灵敏度阈值。

优选地，其中所述预设的异常大数闭锁判据，包括：

当采用电压比较法时，若U＞λ₂成立；或

当采用电压差分积分方法时，若∫f′(n)＞λ₃成立，则确定为异常大数，闭锁保护；

其中，λ₂为第一预设闭锁阈值；λ₃为第二预设闭锁阈值；f′(n)为直流电压的差分值。

优选地，其中所述预设的故障判据包括：双极故障子判据和故障选极子判据，

所述双极故障子判据为：若W_SU＞λ₅成立，则确定为双极故障；

所述故障选极子判据为：若λ₅＞W_SU＞λ₄并且ΔU_com＞λ₆成立，则确定为负极故障；若λ₅＞W_SU＞λ₄并且ΔU_com＜λ₇成立，则确定为正极故障；

其中，λ₄为第一预设故障阈值；λ₅为第二预设故障阈值；λ₆为预设的负极故障阈值；λ₇为预设的正极故障阈值；△U_com为直流电压U的共模量U_com的差分运算值。

优选地，其中所述若当前的直流电压对应的双树复小波变换分解量满足预设的故障判据，则保护动作出口，包括：

若当前的直流电压对应的双树复小波变换分解量满足双极故障子判据，则双极保护动作出口；

若当前的直流电压对应的双树复小波变换分解量满足故障选极子判据，则故障极保护动作出口。

根据本发明的另一个方面，提供了一种直流线路快速保护***，所述***包括：

高灵敏度保护启动单元，同于当获取的直流电压对应的双树复小波变换分解量满足预设的高灵敏度保护启动判据时，启动高灵敏度保护；

闭锁保护单元，用于若当前的直流电压满足预设的异常大数闭锁判据，则闭锁保护；

保护动作出口单元，用于若当前的直流电压对应的双树复小波变换分解量满足预设的故障判据，则保护动作出口。

优选地，其中所述预设的高灵敏度保护启动判据为：

若W_SU＞λ₁成立，则启动高灵敏度保护；

其中，W_SU为直流电压U对应的双树复小波变换分解量；S为尺度函数；λ₁为预设的灵敏度阈值。

优选地，其中所述预设的异常大数闭锁判据，包括：

当采用电压比较法时，若U＞λ₂成立；或

当采用电压差分积分***时，若∫f′(n)＞λ₃成立，则确定为异常大数，闭锁保护；

其中，λ₂为第一预设闭锁阈值；λ₃为第二预设闭锁阈值；f′(n)为直流电压的差分值。

优选地，其中所述预设的故障判据包括：双极故障子判据和故障选极子判据，

所述双极故障子判据为：若W_SU＞λ₅成立，则确定为双极故障；

所述故障选极子判据为：若λ₅＞W_SU＞λ₄并且ΔU_com＞λ₆成立，则确定为负极故障；若λ₅＞W_SU＞λ₄并且ΔU_com＜λ₇成立，则确定为正极故障；

其中，λ₄为第一预设故障阈值；λ₅为第二预设故障阈值；λ₆为预设的负极故障阈值；λ₇为预设的正极故障阈值；△U_com为直流电压U的共模量U_com的差分运算值。

优选地，其中所述保护动作出口单元，若当前的直流电压对应的双树复小波变换分解量满足预设的故障判据，则保护动作出口，包括：

若当前的直流电压对应的双树复小波变换分解量满足双极故障子判据，则双极保护动作出口；

若当前的直流电压对应的双树复小波变换分解量满足故障选极子判据，则故障极保护动作出口。

本发明提供了一种直流线路快速保护方法及***，包括：当获取的直流电压对应的双树复小波变换分解量满足预设的高灵敏度保护启动判据时，启动高灵敏度保护；若当前的直流电压满足预设的异常大数闭锁判据，则闭锁保护；若当前的直流电压对应的双树复小波变换分解量满足预设的故障判据，则保护动作出口。本发明在高灵敏度保护启动后，如果满足双极故障子判据，则不经故障选极子判据，双极保护直接动作；如果满足故障选极子判据，在确定故障极后，故障极保护动作；如果判为异常大数，则直接闭锁保护；本发明能够快速可靠地识别出区内外故障，对高阻接地故障有较高的灵敏度，同时适用于LCC和VSC***，满足了多方面的需求。

附图说明

通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：

图1为根据本发明实施方式的直流线路快速保护方法100的流程图；

图2为根据本发明实施方式的保护逻辑图；

图3为根据本发明实施方式的移窗方法的示意图；以及

图4为根据本发明实施方式的直流线路快速保护***400的结构示意图。

具体实施方式

现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。

除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。

图1为根据本发明实施方式的直流线路快速保护方法100的流程图。如图1所示，本发明的实施方式提供的直流线路快速保护方法在高灵敏度保护启动后，如果满足双极故障子判据，则不经故障选极子判据，双极保护直接动作；如果满足故障选极子判据，在确定故障极后，故障极保护动作；如果判为异常大数，则直接闭锁保护；本发明能够快速可靠地识别出区内外故障，对高阻接地故障有较高的灵敏度，同时适用于LCC和VSC***，满足了多方面的需求。本发明的实施方式提供的直流线路快速保护方法100从步骤101处开始，在步骤101当获取的直流电压对应的双树复小波变换分解量满足预设的高灵敏度保护启动判据时，启动高灵敏度保护。

优选地，其中所述预设的高灵敏度保护启动判据为：

若W_SU＞λ₁成立，则启动高灵敏度保护；

其中，W_SU为直流电压U对应的双树复小波变换分解量；S为尺度函数；λ₁为预设的灵敏度阈值。

在步骤102，若当前的直流电压满足预设的异常大数闭锁判据，则闭锁保护。

优选地，其中所述预设的异常大数闭锁判据，包括：

当采用电压比较法时，若U＞λ₂成立；或

当采用电压差分积分方法时，若∫f′(n)＞λ₃成立，则确定为异常大数，闭锁保护；

其中，λ₂为第一预设闭锁阈值；λ₃为第二预设闭锁阈值；f′(n)为直流电压的差分值。

在步骤103，若当前的直流电压对应的双树复小波变换分解量满足预设的故障判据，则保护动作出口。

优选地，其中所述预设的故障判据包括：双极故障子判据和故障选极子判据，

所述双极故障子判据为：若W_SU＞λ₅成立，则确定为双极故障；

所述故障选极子判据为：若λ₅＞W_SU＞λ₄并且ΔU_com＞λ₆成立，则确定为负极故障；若λ₅＞W_SU＞λ₄并且ΔU_com＜λ₇成立，则确定为正极故障；

其中，λ₄为第一预设故障阈值；λ₅为第二预设故障阈值；λ₆为预设的负极故障阈值；λ₇为预设的正极故障阈值；△U_com为直流电压U的共模量U_com的差分运算值。

优选地，其中所述若当前的直流电压对应的双树复小波变换分解量满足预设的故障判据，则保护动作出口，包括：

若当前的直流电压对应的双树复小波变换分解量满足双极故障子判据，则双极保护动作出口；

若当前的直流电压对应的双树复小波变换分解量满足故障选极子判据，则故障极保护动作出口。

图2为根据本发明实施方式的保护逻辑图。如图2所示，在本发明的实施方式中，故障选极子判据包括：单极选极判据和单极判据；双极故障子判据和故障选极子判据为或的关系，在进行保护时，在高灵敏度保护启动后，如果满足双极故障子判据，则不经故障选极子判据，双极保护直接动作；如果满足故障选极子判据，在确定故障极后，故障极保护动作；如果满足异常大数闭锁判据，则直接闭锁保护。

在本发明的实施方式中，直流快速快速保护方法基于双树复小波变换完成。在基于双树复小波变换对所有的采样点进行分解时，一层分解将频率降为原来的二分之一，二层分解将频率降为原来的四分之一，依次类推。为了能将双树复小波变换应用于保护中，需要满足保护逐点采样计算的要求，并研究适用于双树复小波变换的移窗算法，如图3所示。

由于离散信号与小波基进行卷积运算时,边界有效数据常因其长度不及小波基长度而造成无法进行有效的运算，变换后高频分量与低频分量的有效长度会因为小波基长度不同而发生相应的变化。在本发明的实施方式中，采用的小波基长度为19个点，为了能够有效的反映故障特征，本文采用的数据窗长为20个点。以20个采样点为1个窗，每次移动一个采样间隔进行计算，则积分区间为当前点和之前的19个点组成的区域，由于20个采样数据经过二层分解两次降频后可以得到5个数据，因此数据窗每移动一次就可以算出一个5x1的数据列用于保护判据。

在进行高灵敏度保护启动判据判断时，W_SU为直流电压的双树复小波变换二层分解量，λ₁为启动值，按照区外单极经300Ω过渡电阻接地故障1个采样点即可以灵敏启动来整定。

在进行异常大数闭锁判据判断时，若采用电压比较法，则在保护启动后，进入异常大数闭锁判据逻辑，若满足U＞λ₂，则闭锁保护，λ₂为动作定值。例如，按照区内末端经500Ω过渡电阻保护可靠动作来整定，选取可靠系数为1.2，则当电压低于300kV即认为发生故障，进行故障判据逻辑的判定。否则在保护启动后，如果电压高于300kV，则认为是异常数据，闭锁保护。

在进行异常大数闭锁判据判断时就，若采用电压差分积分方法，则保护启动后，对电压先做差分后做积分，差分计算公式为f′(n)＝f(n)-f(n-1)，如果在0.6ms内积分值满足∫f′(n)＞λ₃，则判断为异常数据；反之，则判断为故障，其中，设置λ₃为-150。该方法在0.6ms内可以防止连续4个点的异常大数。

在进行故障判据判断时，在保护启动后先对电压差分值做二层分解，如果满足W_SU＞λ₅，则判为双极故障；若满足λ₅＞W_SU＞λ₄和ΔU_com＞λ₆同时成立，则确定为负极故障；若满足λ₅＞W_SU＞λ₄和ΔU_com＜λ₇同时成立，则确定为正极故障。其中，λ₄为第一预设故障阈值；λ₅为第二预设故障阈值；λ₆为预设的负极故障阈值；λ₇为预设的正极故障阈值；△U_com为直流电压U的共模量U_com的差分运算值。λ₄为动作定值，按照可靠躲过区外故障来整定即可。

图4为根据本发明实施方式的直流线路快速保护***400的结构示意图。如图4所示，本发明的实施方式提供的直流线路快速保护***400，包括：高灵敏度保护启动单元401、闭锁保护单元402和保护动作出口单元403。

优选地，所述高灵敏度保护启动单元401，同于当获取的直流电压对应的双树复小波变换分解量满足预设的高灵敏度保护启动判据时，启动高灵敏度保护。

优选地，其中所述预设的高灵敏度保护启动判据为：

若W_SU＞λ₁成立，则启动高灵敏度保护；

其中，W_SU为直流电压U对应的双树复小波变换分解量；S为尺度函数；λ₁为预设的灵敏度阈值。

优选地，所述闭锁保护单元402，用于若当前的直流电压满足预设的异常大数闭锁判据，则闭锁保护。

优选地，其中所述预设的异常大数闭锁判据，包括：

当采用电压比较法时，若U＞λ₂成立；或

当采用电压差分积分***时，若∫f′(n)＞λ₃成立，则确定为异常大数，闭锁保护；

其中，λ₂为第一预设闭锁阈值；λ₃为第二预设闭锁阈值；f′(n)为直流电压的差分值。

优选地，所述保护动作出口单元403，用于若当前的直流电压对应的双树复小波变换分解量满足预设的故障判据，则保护动作出口。

优选地，其中所述预设的故障判据包括：双极故障子判据和故障选极子判据，

所述双极故障子判据为：若W_SU＞λ₅成立，则确定为双极故障；

所述故障选极子判据为：若λ₅＞W_SU＞λ₄并且ΔU_com＞λ₆成立，则确定为负极故障；若λ₅＞W_SU＞λ₄并且ΔU_com＜λ₇成立，则确定为正极故障；

其中，λ₄为第一预设故障阈值；λ₅为第二预设故障阈值；λ₆为预设的负极故障阈值；λ₇为预设的正极故障阈值；△U_com为直流电压U的共模量U_com的差分运算值。

优选地，其中所述保护动作出口单元403，若当前的直流电压对应的双树复小波变换分解量满足预设的故障判据，则保护动作出口，包括：若当前的直流电压对应的双树复小波变换分解量满足双极故障子判据，则双极保护动作出口；若当前的直流电压对应的双树复小波变换分解量满足故障选极子判据，则故障极保护动作出口。

本发明的实施例的直流线路快速保护***400与本发明的另一个实施例的直流线路快速保护方法100相对应，在此不再赘述。

已经通过参考少量实施方式描述了本发明。然而，本领域技术人员所公知的，正如附带的专利权利要求所限定的，除了本发明以上公开的其他的实施例等同地落在本发明的范围内。

通常地，在权利要求中使用的所有术语都根据他们在技术领域的通常含义被解释，除非在其中被另外明确地定义。所有的参考“一个/所述/该[装置、组件等]”都被开放地解释为所述装置、组件等中的至少一个实例，除非另外明确地说明。这里公开的任何方法的步骤都没必要以公开的准确的顺序运行，除非明确地说明。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、***、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(***)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (4)

1.一种直流线路快速保护方法，其特征在于，所述方法包括：

当获取的直流电压对应的双树复小波变换分解量满足预设的高灵敏度保护启动判据时，启动高灵敏度保护；

若当前的直流电压满足预设的异常大数闭锁判据，则闭锁保护；

若当前的直流电压对应的双树复小波变换分解量满足预设的故障判据，则保护动作出口；

其中，所述预设的高灵敏度保护启动判据为：

若W_SU＞λ₁成立，则启动高灵敏度保护；

其中，W_SU为直流电压U对应的双树复小波变换分解量；S为尺度函数；λ₁为预设的灵敏度阈值；

所述预设的异常大数闭锁判据，包括：

当采用电压比较法时，若U＞λ₂成立；或

当采用电压差分积分方法时，若∫f′(n)＞λ₃成立，则确定为异常大数，闭锁保护；

其中，λ₂为第一预设闭锁阈值；λ₃为第二预设闭锁阈值；f′(n)为直流电压的差分值；

所述预设的故障判据包括：双极故障子判据和故障选极子判据，

所述双极故障子判据为：若W_SU＞λ₅成立，则确定为双极故障；

所述故障选极子判据为：若λ₅＞W_SU＞λ₄并且ΔU_com＞λ₆成立，则确定为负极故障；若λ₅＞W_SU＞λ₄并且ΔU_com＜λ₇成立，则确定为正极故障；

其中，λ₄为第一预设故障阈值；λ₅为第二预设故障阈值；λ₆为预设的负极故障阈值；λ₇为预设的正极故障阈值；△U_com为直流电压U的共模量U_com的差分运算值。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述若当前的直流电压对应的双树复小波变换分解量满足预设的故障判据，则保护动作出口，包括：

若当前的直流电压对应的双树复小波变换分解量满足双极故障子判据，则双极保护动作出口；

若当前的直流电压对应的双树复小波变换分解量满足故障选极子判据，则故障极保护动作出口。

3.一种直流线路快速保护***，其特征在于，所述***包括：

高灵敏度保护启动单元，同于当获取的直流电压对应的双树复小波变换分解量满足预设的高灵敏度保护启动判据时，启动高灵敏度保护；

闭锁保护单元，用于若当前的直流电压满足预设的异常大数闭锁判据，则闭锁保护；

保护动作出口单元，用于若当前的直流电压对应的双树复小波变换分解量满足预设的故障判据，则保护动作出口；

其中，所述预设的高灵敏度保护启动判据为：

若W_SU＞λ₁成立，则启动高灵敏度保护；

其中，W_SU为直流电压U对应的双树复小波变换分解量；S为尺度函数；λ₁为预设的灵敏度阈值；

所述预设的异常大数闭锁判据，包括：

当采用电压比较法时，若U＞λ₂成立；或

当采用电压差分积分***时，若∫f′(n)＞λ₃成立，则确定为异常大数，闭锁保护；

其中，λ₂为第一预设闭锁阈值；λ₃为第二预设闭锁阈值；f′(n)为直流电压的差分值；

所述预设的故障判据包括：双极故障子判据和故障选极子判据，

所述双极故障子判据为：若W_SU＞λ₅成立，则确定为双极故障；

所述故障选极子判据为：若λ₅＞W_SU＞λ₄并且ΔU_com＞λ₆成立，则确定为负极故障；若λ₅＞W_SU＞λ₄并且ΔU_com＜λ₇成立，则确定为正极故障；

其中，λ₄为第一预设故障阈值；λ₅为第二预设故障阈值；λ₆为预设的负极故障阈值；λ₇为预设的正极故障阈值；△U_com为直流电压U的共模量U_com的差分运算值。

4.根据权利要求3所述的***，其特征在于，所述保护动作出口单元，若当前的直流电压对应的双树复小波变换分解量满足预设的故障判据，则保护动作出口，包括：

若当前的直流电压对应的双树复小波变换分解量满足双极故障子判据，则双极保护动作出口；

若当前的直流电压对应的双树复小波变换分解量满足故障选极子判据，则故障极保护动作出口。

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