一种基于滤波器支路电流梯度和的直流输电线路故障选极方法与流程
本发明涉及一种基于滤波器支路电流梯度和的直流输电线路故障选极方法，属于电力系统故障保护技术领域。
背景技术：
由于电磁耦合，双极高压直流输电线路一极故障会在另一极感应过电压，仅利用故障初瞬线路量测终端电压、电流无法可靠、准确判断出哪一测线路发生故障。通过专门设置独立的选极元件，可以极大提高高压直流输电线路保护可靠性。直流系统的平波电抗器和直流滤波器构成了天然的物理边界，对高频分量呈阻滞特性，且滤波器支路量测端获取到的电流仅包含故障分量，不含正常运行时的负荷电流，能更好反映故障特征。当输电线路发生单极故障时，由滤波器支路量测端获取到的故障极电流变化梯度大于非故障极电流变化梯度；双极故障时，由滤波器支路量测端获取到的两极线路电流变化梯度大体相同，方向相反。因此，通过比较正负两极滤波器支路电流梯度和的绝对值可以实现故障选极。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是提出一种基于滤波器支路电流梯度和的直流输电线路故障选极方法，用以解决故障选极的问题。
本发明的技术方案是：一种基于滤波器支路电流梯度和的直流输电线路故障选极方法，首先，获取故障时滤波器支路量测端的正极线路电流和负极线路电流；然后，构造正极线路电流梯度和S+(k)及负极线路电流梯度和S-(k)；最后，根据正极线路电流梯度和与负极线路电流梯度和的绝对值的比值选出故障极。
具体步骤为：
第一步、获取故障时滤波器支路量测端的正极线路电流和i+(k)及负极线路电流和i-(k)，其中k＝1,2,3……N，k为采样点数，N为时窗长度；
第二步、构造电流梯度和：根据式(1)求出正极线路电流的电流梯度di+(k)和负极线路的电流梯度di-(k)；
di+(k)＝(i+(k)-i+(k-1))/Δt (1a)
di-(k)＝(i-(k)-i-(k-1))/Δt (1b)
式中，Δt表示采样间隔，以ms为单位；
第三步、计算电流梯度和：根据式(2)求出正极线路电流梯度和及负极线路电流梯度和；
式中，S+(k)表示正极线路电流梯度和，S-(k)表示负极线路电流梯度和；j为电流di+和di-的第j个取值，di+(j)和di-(j)分别表示正、负极线路电流的电流梯度的第j个取值；
将式(2)写成递推格式分别为：
S+(k)＝S+(k-1)+(i+(k)-i+(k-1))/Δt (3a)
S-(k)＝S-(k-1)+(i-(k)-i-(k-1))/Δt (3b)
在式(2)中，正常情况下，电流di(k)、S+(k)和S-(k)的理论值为零；当线路发生故障，di(k)、S+(k)和S-(k)不再为零，而且具有很大的值。
第四步、正极线路电流梯度和与负极线路电流梯度和启动判别式：将启动元件启动后的第一个值作为故障初瞬，若正极线路的电流梯度和的绝对值|S+(k)|连续6个采样值均大于负极线路电流梯度和的绝对值|S-(k)|，则判断为正极线路故障；
基于电流梯度和的故障选极元件的判据为式(4)：
若|S+(k)|＞|S-(k)|，则正极线路故障 (4a)
若|S+(k)|＜|S-(k)|，则负极线路故障 (4b)
若|S+(k)|≈|S-(k)|，则两级线路故障 (4c)。
本发明的原理是：高压直流输电线路故障种类有正极线路故障、负极线路故障和双极线路故障三种。发生正极线路故障时，于滤波器支路端获取到的正极线路电流变化较明显；发生负极线路故障时，于滤波器支路端获取到的负极线路电流变化较明显；发生两极线路故障时，于滤波器支路端获取到的正极、负极线路电流变化程度相似。因此，利用此特性，可通过构造故障时滤波器支路端获取的正极、负极线路电流的梯度和，比较两者的大小，得出选极判定的依据。
本发明的有益效果是：基于滤波器支路电流梯度和的直流输电线路故障选极方法，不依赖于对故障初瞬时电气量的变化量和变化率的测量，方法简单且适用性强。
附图说明
图1是本发明实施例云广±800kV直流输电系统结构图；
图2是本发明滤波器支路量测端示意图；
图3是本发明实施例1的正极线和负极线的电流梯度和示意图；
图4是本发明实施例2的正极线和负极线的电流梯度和示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，对本发明作进一步说明。
一种基于滤波器支路电流梯度和的直流输电线路故障选极方法，首先，获取故障时滤波器支路量测端的正极线路电流和负极线路电流；然后，构造正极线路电流梯度和S+(k)及负极线路电流梯度和S-(k)；最后，根据正极线路电流梯度和与负极线路电流梯度和的绝对值的比值选出故障极。
具体步骤为：
第一步、获取故障时滤波器支路量测端的正极线路电流和i+(k)及负极线路电流和i-(k)，其中k＝1,2,3……N，k为采样点数，N为时窗长度；
第二步、构造电流梯度和：根据式(1)求出正极线路电流的电流梯度di+(k)和负极线路的电流梯度di-(k)；
di+(k)＝(i+(k)-i+(k-1))/Δt (1a)
di-(k)＝(i-(k)-i-(k-1))/Δt (1b)
式中，Δt表示采样间隔，以ms为单位；
第三步、计算电流梯度和：根据式(2)求出正极线路电流梯度和及负极线路电流梯度和；
式中，S+(k)表示正极线路电流梯度和，S-(k)表示负极线路电流梯度和；
将式(2)写成递推格式分别为：
S+(k)＝S+(k-1)+(i+(k)-i+(k-1))/Δt (3a)
S-(k)＝S-(k-1)+(i-(k)-i-(k-1))/Δt (3b)
在式(2)中，正常情况下，电流di(k)、S+(k)和S-(k)的理论值为零；当线路发生故障，di(k)、S+(k)和S-(k)不再为零，而且具有很大的值。
第四步、正极线路电流梯度和与负极线路电流梯度和启动判别式：将启动元件启动后的第一个值作为故障初瞬，若正极线路的电流梯度和的绝对值|S+(k)|连续6个采样值均大于负极线路电流梯度和的绝对值|S-(k)|，则判断为正极线路故障；
基于电流梯度和的故障选极元件的判据为式(4)：
若|S+(k)|＞|S-(k)|，则正极线路故障 (4a)
若|S+(k)|＜|S-(k)|，则负极线路故障 (4b)
若|S+(k)|≈|S-(k)|，则两级线路故障 (4c)。
实施例1：建立如附图1所示的以云广±800kV特高压直流输电系统作为仿真模型。整流侧和逆变侧的交流侧无功补偿容量分别为3000和3040Mvar，每极换流单元由2个12脉冲换流器串联组成，直流输电线路全长为1500km。线路两侧装有400mH的平波电抗器，直流滤波器为12/24/36三调谐滤波器。现设距离Q端15km正极线路发生10Ω过渡电阻接地故障，其正极线路电流梯度及负极线路电流梯度如图3所示
根据步骤一得到正极线路电流和负极线路电流i+(k)和i-(k)；根据步骤二和式(1)得到正极线路电流和负极线路的电流梯度di+(k)和di-(k)；根据步骤三和式(2)得到正极线路电流和负极线路电流的电流梯度和S+(k)和S-(k)；根据步骤4和图3可以得到从故障初瞬开始的6个采样点S+(1)＝2.33×104，S+(2)＝3.02×104，S+(3)＝2.52×104，S+(4)＝1.95×104，S+(5)＝1.38×104，S+(6)＝0.48×104。S-(1)＝0.24×104，S-(2)＝0.34×104，S-(3)＝0.32×104，S-(4)＝0.28×104，S-(5)＝0.24×104，S-(6)＝0.22×104，均满足|S+(k)|＞|S-(k)|，因此可判断为正极线路故障。
实施例2：建立如附图1所示的以云广±800kV特高压直流输电系统作为仿真模型。整流侧和逆变侧的交流侧无功补偿容量分别为3000和3040Mvar，每极换流单元由2个12脉冲换流器串联组成，直流输电线路全长为1500km。线路两侧装有400mH的平波电抗器，直流滤波器为12/24/36三调谐滤波器。现设距离Q端911km负极线路发生15Ω过渡电阻接地故障，其正极线路电流梯度及负极线路电流梯度如图4所示
根据步骤一得到正极线路电流和负极线路电流i+(k)和i-(k)；根据步骤二和式(1)得到正极线路电流和负极线路的电流梯度di+(k)和di-(k)；根据步骤三和式(2)得到正极线路电流和负极线路电流的电流梯度和S+(k)和S-(k)；根据步骤4和图3可以得到从故障初瞬开始的6个采样点S+(1)＝0.58×104，S+(2)＝0.088×104，S+(3)＝0.16×104，S+(4)＝0.34×104，S+(5)＝0.49×104，S+(6)＝0.502×104。S-(1)＝0.68×104，S-(2)＝1.16×104，S-(3)＝1.2×104，S-(4)＝0.92×104，S-(5)＝0.74×104，S-(6)＝0.52×104，均满足|S+(k)|＜|S-(k)|，因此可判断为负极线路故障。
以上结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
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