CN111929535B - 一种交流线路的直流侧出口故障方向检测方法及装置 - Google Patents

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CN111929535B CN202010811774.8A CN202010811774A CN111929535B CN 111929535 B CN111929535 B CN 111929535B CN 202010811774 A CN202010811774 A CN 202010811774A CN 111929535 B CN111929535 B CN 111929535B
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Abstract

本申请公开了一种交流线路的直流侧出口故障方向检测方法及装置，方法包括：根据电压采样值计算交流线路的直流侧保护安装处的基波电压幅值；在根据基波电压幅值判断交流线路故障为直流侧出口故障时，根据电流采样值、电压采样值、交流线路参数和受端交流***参数计算受端交流***等值电势，交流线路参数包括交流线路阻抗，受端交流***参数包括交流***等值阻抗；计算受端交流***等值电势的谐波含量；若谐波含量大于电压谐波含量阈值，则判断直流侧出口故障为正向出口故障，否则，判断直流侧出口故障为反向出口故障。本申请提供了一种可靠且适用性较强的检测与逆变站相连的交流线路的直流侧出口故障方向的技术方案。

Description

一种交流线路的直流侧出口故障方向检测方法及装置
技术领域
本申请涉及电力***继电保护技术领域，尤其涉及一种交流线路的直流侧出口故障方向检测方法及装置。
背景技术
对于传统的高压直流输电***来说，与其逆变站相连的交流线路发生故障往往会引起逆变站发生换相失败，而换相失败会导致传统基于工频量的方向元件不能正确的判断故障方向，使得交流线路的故障不能可靠快速地切除。在受端交流***弱馈的条件下，交流线路故障的不及时切除可能导致逆变站发生闭锁，使得受端交流***存在崩溃的风险。而对于与逆变站相连的交流线路来说，其直流侧的正向出口故障将导致逆变站交流母线电压大幅度的降低，不可避免的造成逆变站发生换相失败，所以与逆变站相连的交流线路的直流侧出口故障对逆变站换相的影响较大。
发明内容
本申请提供了一种交流线路的直流侧出口故障方向检测方法及装置，用于提供一种准确且可靠的检测与逆变站相连的交流线路的直流侧出口故障方向的技术方案。
有鉴于此，本申请第一方面提供了一种交流线路的直流侧出口故障方向检测方法，包括：
根据电压采样值计算交流线路的直流侧保护安装处的基波电压幅值；
在根据所述基波电压幅值判断交流线路故障为直流侧出口故障时，根据电流采样值、所述电压采样值、交流线路参数和受端交流***参数计算受端交流***等值电势，所述交流线路参数包括交流线路阻抗，所述受端交流***参数包括交流***等值阻抗；
计算所述受端交流***等值电势的谐波含量；
若所述谐波含量大于电压谐波含量阈值，则判断所述直流侧出口故障为正向出口故障，否则，判断所述直流侧出口故障为反向出口故障。
可选的，所述根据电压采样值计算交流线路的直流侧保护安装处的基波电压幅值，之前还包括：
在交流线路发生故障时，获取交流线路的直流侧保护安装处的电流采样值和电压采样值。
可选的，所述在根据所述基波电压幅值判断交流线路故障为直流侧出口故障时，根据电流采样值、所述电压采样值、交流线路参数和受端交流***参数计算受端交流***等值电势，包括：
在所述基波电压幅值小于预置电压整定值时，则判定交流线路故障为直流侧出口故障；
在所述交流线路故障为所述直流侧出口故障时，根据电流采样值、所述电压采样值、交流线路参数和受端交流***参数计算受端交流***等值电势。
可选的，所述在所述基波电压幅值小于预置电压整定值时，则判定交流线路故障为直流侧出口故障，还包括：
在所述基波电压幅值大于或者等于所述预置电压整定值时，则判定所述交流线路故障为非出口故障。
可选的，所述若所述谐波含量大于电压谐波含量阈值，则判断所述直流侧出口故障为正向出口故障，否则，判断所述直流侧出口故障为反向出口故障，之后还包括：
在判断所述直流侧出口故障为正向出口故障时，发送跳闸指令进行电路保护；
在判断所述直流侧出口故障为反向出口故障时，不发送跳闸指令。
本申请第二方面提供了一种交流线路的直流侧出口故障方向检测装置，包括：
第一计算模块，用于根据电压采样值计算交流线路的直流侧保护安装处的基波电压幅值；
第二计算模块，用于在根据所述基波电压幅值判断交流线路故障为直流侧出口故障时，根据电流采样值、所述电压采样值、交流线路参数和受端交流***参数计算受端交流***等值电势，所述交流线路参数包括交流线路阻抗，所述受端交流***参数包括交流***等值阻抗；
第三计算模块，用于计算所述受端交流***等值电势的谐波含量；
第一判断模块，用于若所述谐波含量大于电压谐波含量阈值，则判断所述直流侧出口故障为正向出口故障，否则，判断所述直流侧出口故障为反向出口故障。
可选的，还包括：
获取模块，用于在交流线路发生故障时，获取交流线路的直流侧保护安装处的电流采样值和电压采样值。
可选的，所述第二计算模块具体用于：
在所述基波电压幅值小于预置电压整定值时，则判定交流线路故障为直流侧出口故障；
在所述交流线路故障为所述直流侧出口故障时，根据电流采样值、所述电压采样值、交流线路参数和受端交流***参数计算受端交流***等值电势。
可选的，还包括：
第二判断模块，用于在所述基波电压幅值大于或者等于所述预置电压整定值时，则判定所述交流线路故障为非出口故障。
可选的，还包括：
保护模块，用于在判断所述直流侧出口故障为正向出口故障时，发送跳闸指令进行电路保护；
在判断所述直流侧出口故障为反向出口故障时，不发送跳闸指令。
从以上技术方案可以看出，本申请实施例具有以下优点：
本申请中，提供了一种交流线路的直流侧出口故障方向检测方法，包括：根据电压采样值计算交流线路的直流侧保护安装处的基波电压幅值；在根据基波电压幅值判断交流线路故障为直流侧出口故障时，根据电流采样值、电压采样值、交流线路参数和受端交流***参数计算受端交流***等值电势，交流线路参数包括交流线路阻抗，受端交流***参数包括交流***等值阻抗；计算受端交流***等值电势的谐波含量；若谐波含量大于电压谐波含量阈值，则判断直流侧出口故障为正向出口故障，否则，判断直流侧出口故障为反向出口故障。
本申请提供的交流线路的直流侧出口故障方向检测方法，根据采集的电压数据、电流数据进行计算分析，并通过两步阈值判定的方式精确的检测直流侧出口故障的方向，采用数据计算和阈值判断的方法提升了检测结果的可靠性，且计算量少，且易于实现。因此，本申请提供了一种可靠且适用性较强的检测与逆变站相连的交流线路的直流侧出口故障方向的技术方案。
附图说明
图1为本申请实施例提供的一种交流线路的直流侧出口故障方向检测方法的一个流程示意图；
图2为本申请实施例提供的一种交流线路的直流侧出口故障方向检测方法的另一个流程示意图；
图3为本申请实施例提供的一种交流线路的直流侧出口故障方向检测装置的结构示意图；
图4为本申请实施例提供的高压直流输电***逆变侧的***结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
为了便于理解，请参阅图1，本申请提供的一种交流线路的直流侧出口故障方向检测方法的实施例一，包括：
步骤101、根据电压采样值计算交流线路的直流侧保护安装处的基波电压幅值。
需要说明的是，电压采样值是从交流线路中的直流侧保护安装处采集的电压值，此时的电压受故障影响，能反映一定的故障时的电压变化特征，因此，采用电压采样值计算得到的基波电压幅值具有故障分析的价值；具体原理是由于故障的影响，当交流线路直流侧保护安装处的基波电压幅值下降到一定的范围时，就可以根据电压下降的情况判断此时的故障为直流侧出口故障。在交流线路发生故障时，交流线路的直流侧保护的启动元件会动作，从而进行电压采样。
步骤102、在根据基波电压幅值判断交流线路故障为直流侧出口故障时，根据电流采样值、电压采样值、交流线路参数和受端交流***参数计算受端交流***等值电势，交流线路参数包括交流线路阻抗，受端交流***参数包括交流***等值阻抗。
需要说明的是，在交流线路故障为直流侧出口故障的情况下，需要计算受端交流***等值电势来分析故障的具体方向，从而进行准确的故障方向检测。交流线路参数一般是指线路中的元器件的相关参数，例如电阻，电感等，而受端交流***参数是受端交流***的等值电阻和等值电感的参数值，这些参数都可以根据实际***的参数获取得到。
步骤103、计算受端交流***等值电势的谐波含量。
需要说明的是，可以采用快速傅里叶变换对受端交流***的等值电势进行谐波分析，计算谐波的含量，谐波次数的选取可以根据实际情况设置，在此不作限定，用于定量表征受端交流***的等值电势中谐波含量的大小。谐波含量能最直观反映直流侧出口故障的性质，可以用于分析直流侧出口故障的方向。
步骤104、若谐波含量大于电压谐波含量阈值，则判断直流侧出口故障为正向出口故障，否则，判断直流侧出口故障为反向出口故障。
需要说明的是，电压谐波含量阈值根据实际电路情况设定，在此不作限定；由于正向出口故障时，流过交流线路直流侧保护安装处的故障电流是来自逆变站，所以等值电势中的谐波含量较大，而反向出口故障时的故障电流是来自对侧的受端交流***，等值电势中的谐波含量较小，因此，谐波含量大于电压谐波含量阈值则说明直流侧出口故障为正向出口故障，谐波含量小于或者等于电压谐波含量阈值则说明直流侧出口故障为反向出口故障。根据阈值判断的方式实现对交流电路的直流侧出口故障进行准确的方向检测，方法简单可靠，普适性较强。
本实施例提供的交流线路的直流侧出口故障方向检测方法，根据采集的电压数据、电流数据进行计算分析，并通过两步阈值判定的方式精确的检测直流侧出口故障的方向，采用数据计算和阈值判断的方法提升了检测结果的可靠性，且计算量少，且易于实现。因此，本实施例提供了一种可靠且适用性较强的检测与逆变站相连的交流线路的直流侧出口故障方向的技术方案。
为了便于理解，请参阅图2，本申请提供了一种交流线路的直流侧出口故障方向检测方法的实施例二，包括：
步骤201、在交流线路发生故障时，获取交流线路的直流侧保护安装处的电流采样值和电压采样值。
需要说明的是，当与逆变站相连的交流线路发生故障时，直流侧保护的启动元件动作，同时获取直流侧保护安装处的电流采样值和电压采样值，用于故障检测分析。
步骤202、根据电压采样值计算交流线路的直流侧保护安装处的基波电压幅值。
需要说明的是，根据电压采样值计算基波电压幅值采用的方法是全周傅氏算法。
步骤203、在基波电压幅值小于预置电压整定值时，则判定交流线路故障为直流侧出口故障。
需要说明的是，交流线路发生故障并非一定是直流侧出口故障，因此在判断直流侧出口故障的方向之前，还需要根据基波电压幅值进行判断，明确交流线路故障是否为直流侧出口故障；然后根据初步判定的故障结果进行不同的操作。
步骤204、在基波电压幅值大于或者等于预置电压整定值时，则判定交流线路故障为非出口故障。
需要说明的是，若是基波电压幅值判断并非出口故障，也就是交流线路虽然发生了故障，但是交流线路直流侧保护安装处的基波电压幅值仍大于或者等于预置电压整定值，那么此时的交流线路故障并非直流侧出口故障。预置电压整定值UN可以根据实际情况设定，一般取值范围是(0.1,0.2)；对于非出口故障，需要执行非出口距离保护动作，在此不作赘述。
步骤205、在交流线路故障为直流侧出口故障时，根据电流采样值、电压采样值、交流线路参数和受端交流***参数计算受端交流***等值电势。
需要说明的是，请参阅图4，图中包括逆变站交流母线In_M，假设电流采样值为ip(t)，电压采样值为up(t)，交流线路参数包括交流线路电阻RL和交流线路电感LL，受端交流***参数包括受端交流***等值电阻RM，另外，还可以包括受端交流***等值电感LM，根据这些参数值可以计算出受端交流***等值电势：
Figure BDA0002631251880000071
步骤206、计算受端交流***等值电势的谐波含量。
步骤207、若谐波含量大于电压谐波含量阈值，则判断直流侧出口故障为正向出口故障，否则，判断直流侧出口故障为反向出口故障。
需要说明的是，可以采用快速傅里叶变换对受端交流***等值电势进行谐波分析，计算受端交流***等值电势中的谐波含量的方式为：
Figure BDA0002631251880000072
其中，i为谐波次数，m取值为7，Ui为第i次电压谐波的幅值。对谐波含量的幅值Uh进行阈值分析，分析判断过程为：
Figure BDA0002631251880000073
其种，U1为基波电压幅值，Δ为电压谐波含量阈值，也就是电压谐波含量的整定值，一般取值范围是(0.1,0.2)。请参阅图4，对于正向出口故障F1，流过直流侧保护P的电流采样值ip(t)由逆变站提供，由于逆变站控制***的非线性和交流滤波器以及无功补偿装置的影响，导致逆变站提供的故障电流包含了大量的谐波分量，因此，在直流侧出口故障为正向故障时，等值电势中的谐波含量Uh_F1较大；对于反向出口故障F2，流过直流侧保护P的故障电流ip(t)由对侧的交流***提供，而对侧交流***主要以同步机为主，提供的故障电流主要包含基频分量和衰减很快的非周期分量，因此，直流侧出口故障为反向故障时，等值电势中的谐波含量Uh_F2比较小，所以可以根据谐波含量判断直流侧出口故障的方向。
步骤208、在判断直流侧出口故障为正向出口故障时，发送跳闸指令进行电路保护，在判断直流侧出口故障为反向出口故障时，不发送跳闸指令。
需要说明的是，不同的故障类型可以作出不同的保护操作，在直流侧出口故障为正向出口故障时，直接发送跳闸指令进行电路保护；而反向出口故障则不需要发送跳闸指令。
为了便于理解，请参阅图3，本申请还提供了一种交流线路的直流侧出口故障方向检测装置的实施例，包括：
第一计算模块301，用于根据电压采样值计算交流线路的直流侧保护安装处的基波电压幅值；
第二计算模块302，用于在根据基波电压幅值判断交流线路故障为直流侧出口故障时，根据电流采样值、电压采样值、交流线路参数和受端交流***参数计算受端交流***等值电势，交流线路参数包括交流线路阻抗，受端交流***参数包括交流***等值阻抗；
第三计算模块303，用于计算受端交流***等值电势的谐波含量；
第一判断模块304，用于若谐波含量大于电压谐波含量阈值，则判断直流侧出口故障为正向出口故障，否则，判断直流侧出口故障为反向出口故障。
进一步地，还包括：
获取模块305，用于在交流线路发生故障时，获取交流线路的直流侧保护安装处的电流采样值和电压采样值。
进一步地，还包括：
获取模块305，用于在交流线路的直流侧发生故障时，获取直流侧保护安装处的电流采样值和电压采样值。
进一步地，第二计算模块302具体用于：
在基波电压幅值小于预置电压整定值时，则判定交流线路故障为直流侧出口故障；
在交流线路故障为直流侧出口故障时，根据电流采样值、电压采样值、交流线路参数和受端交流***参数计算受端交流***等值电势。
进一步地，还包括：
第二判断模块306，用于在基波电压幅值大于或者等于预置电压整定值时，则判定交流线路故障为非出口故障。
进一步地，还包括：
保护模块307，用于在判断直流侧出口故障为正向出口故障时，发送跳闸指令进行电路保护；
在判断直流侧出口故障为反向出口故障时，不发送跳闸指令。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个***，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以通过一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(英文全称：Read-OnlyMemory，英文缩写：ROM)、随机存取存储器(英文全称：Random Access Memory，英文缩写：RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种交流线路的直流侧出口故障方向检测方法，其特征在于，包括：
根据电压采样值计算交流线路的直流侧保护安装处的基波电压幅值；
在根据所述基波电压幅值判断交流线路故障为直流侧出口故障时，根据电流采样值、所述电压采样值、交流线路参数和受端交流***参数计算受端交流***等值电势，所述交流线路参数包括交流线路阻抗，所述受端交流***参数包括交流***等值阻抗；
计算所述受端交流***等值电势的谐波含量；
若所述谐波含量大于电压谐波含量阈值，则判断所述直流侧出口故障为正向出口故障，否则，判断所述直流侧出口故障为反向出口故障；
所述受端交流***等值电势中的谐波含量
Figure FDA0004067887180000011
的计算方法为：
Figure FDA0004067887180000012
其中，Uh为i受端交流***等值电势中的谐波含量的幅值，i为谐波次数，m取值为7，Ui为第i次电压谐波的幅值；
对所述谐波含量的幅值Uh进行阈值分析，分析判断过程为：
Figure FDA0004067887180000013
其中，Uh为i受端交流***等值电势中的谐波含量的幅值，U1为基波电压幅值，Δ为电压谐波含量阈值。
2.根据权利要求1所述的交流线路的直流侧出口故障方向检测方法，其特征在于，所述根据电压采样值计算交流线路的直流侧保护安装处的基波电压幅值，之前还包括：
在交流线路发生故障时，获取交流线路的直流侧保护安装处的电流采样值和电压采样值。
3.根据权利要求1所述的交流线路的直流侧出口故障方向检测方法，其特征在于，所述在根据所述基波电压幅值判断交流线路故障为直流侧出口故障时，根据电流采样值、所述电压采样值、交流线路参数和受端交流***参数计算受端交流***等值电势，包括：
在所述基波电压幅值小于预置电压整定值时，则判定交流线路故障为直流侧出口故障；
在所述交流线路故障为所述直流侧出口故障时，根据电流采样值、所述电压采样值、交流线路参数和受端交流***参数计算受端交流***等值电势。
4.根据权利要求3所述的交流线路的直流侧出口故障方向检测方法，其特征在于，所述在所述基波电压幅值小于预置电压整定值时，则判定交流线路故障为直流侧出口故障，还包括：
在所述基波电压幅值大于或者等于所述预置电压整定值时，则判定所述交流线路故障为非出口故障。
5.根据权利要求1所述的交流线路的直流侧出口故障方向检测方法，其特征在于，所述若所述谐波含量大于电压谐波含量阈值，则判断所述直流侧出口故障为正向出口故障，否则，判断所述直流侧出口故障为反向出口故障，之后还包括：
在判断所述直流侧出口故障为正向出口故障时，发送跳闸指令进行电路保护；
在判断所述直流侧出口故障为反向出口故障时，不发送跳闸指令。
6.一种交流线路的直流侧出口故障方向检测装置，其特征在于，包括：
第一计算模块，用于根据电压采样值计算交流线路的直流侧保护安装处的基波电压幅值；
第二计算模块，用于在根据所述基波电压幅值判断交流线路故障为直流侧出口故障时，根据电流采样值、所述电压采样值、交流线路参数和受端交流***参数计算受端交流***等值电势，所述交流线路参数包括交流线路阻抗，所述受端交流***参数包括交流***等值阻抗；
第三计算模块，用于计算所述受端交流***等值电势的谐波含量；
第一判断模块，用于若所述谐波含量大于电压谐波含量阈值，则判断所述直流侧出口故障为正向出口故障，否则，判断所述直流侧出口故障为反向出口故障；
所述受端交流***等值电势中的谐波含量
Figure FDA0004067887180000031
的计算方法为：
Figure FDA0004067887180000032
其中，Uh为i受端交流***等值电势中的谐波含量的幅值，i为谐波次数，m取值为7，Ui为第i次电压谐波的幅值；
对所述谐波含量的幅值Uh进行阈值分析，分析判断过程为：
Figure FDA0004067887180000033
其中，Uh为i受端交流***等值电势中的谐波含量的幅值，U1为基波电压幅值，Δ为电压谐波含量阈值。
7.根据权利要求6所述的交流线路的直流侧出口故障方向检测装置，其特征在于，还包括：
获取模块，用于在交流线路发生故障时，获取交流线路的直流侧保护安装处的电流采样值和电压采样值。
8.根据权利要求6所述的交流线路的直流侧出口故障方向检测装置，其特征在于，所述第二计算模块具体用于：
在所述基波电压幅值小于预置电压整定值时，则判定交流线路故障为直流侧出口故障；
在所述交流线路故障为所述直流侧出口故障时，根据电流采样值、所述电压采样值、交流线路参数和受端交流***参数计算受端交流***等值电势。
9.根据权利要求8所述的交流线路的直流侧出口故障方向检测装置，其特征在于，还包括：
第二判断模块，用于在所述基波电压幅值大于或者等于所述预置电压整定值时，则判定所述交流线路故障为非出口故障。
10.根据权利要求6所述的交流线路的直流侧出口故障方向检测装置，其特征在于，还包括：
保护模块，用于在判断所述直流侧出口故障为正向出口故障时，发送跳闸指令进行电路保护；
在判断所述直流侧出口故障为反向出口故障时，不发送跳闸指令。
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