一种基于单极信息的同塔双回直流输电线路故障选线方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种电力系统直流输电技术，特别涉及一种基于单极信息的同塔双回 直流输电线路故障选线方法。
【背景技术】
[0002] 中国自然能源分布不均匀以及能源与人口分布不对称的现状，使得高压直流输电 技术在国内具有开阔的应用前景。相比高压交流输电技术，高压直流输电技术具有单位造 价低、传输功率大、两端交流无需同步运行、控制调节迅速等优点，因此运用高压直流输电 技术有利于提尚电力系统的经济指标、技术指标、运彳丁的可靠性和调度的灵活性等。
[0003] 为了确保电力系统的安全可靠运行，高压直流输电线路的保护具有重要意义。目 前，世界上的高压直流输电线路保护大多采用行波保护，利用传播到保护测量点的电压电 流行波特征进行故障判别，保护检测时间短。但是，由于输电容量的增加和输电走廊紧张， 同塔双回直流输电线路正日益投入运行。同塔双回直流线路有两回线路，每一回线路都有 正极、负极，任一极线路发生故障，在行波传播过程都会对另外三极线路感应故障电气量。 因此，如何可靠地区分故障和非故障极线，对基于暂态量的直流线路行波保护而言至关重 要。然而由于同塔双回直流输电线路不进行换位，造成不同极线接地故障时所耦合出的各 线模和地模行波分量在各极线上的极性与幅值存在差异，且波速也不相同，这大大增加了 现有的基于单极线信息构成的行波保护方案识别故障极线的难度。若仅通过提高整定值的 方式解决上述问题则将对保护的灵敏性造成影响，因此必须充分利用同塔双回直流线路的 故障行波传播特点加以解决。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于单极信息的同塔双 回直流输电线路故障选线方法，该同塔双回直流输电线路故障选线方法针对同塔双回直流 输电线路上下层极线不同的故障暂态特性差异，采用组合的方法实现上层极线与下层极线 的故障选线目的。适用于现有的同塔双回直流输电线路，灵敏性高，速动性强，不易发生误 判，耐受过渡电阻能力也有所提高。
[0005] 本发明的目的通过下述技术方案实现：一种基于单极信息的同塔双回直流输电线 路故障选线方法，包含以下步骤：
[0006] (1)取当前时刻之前的某一特定时刻电压瞬时值作为参考量，通过当前时刻的电 压瞬时值减去参考量得到四根极线的电压变化量。其中四根极线用1P、1N、2P、2N表示，1P、 2N在同一杆塔的上层，1N、2P在同一杆塔的下层。1P、1N分别为第一回线路的正极线、负 极线，2P、2N分别为第二回线路的正极线、负极线，则四根极线的电压变化量分别为Aulp、 Au1N、Au2P、Au2N。
[0007] (2)计算每根极线的电压变化率du1P/dt、du1N/dt、du2P/dt、du2N/dt，同时将 1P、2P 极线的电压变化率乘以-1，以保证参考值均为正极性。将计算获得的电压变化率与门槛值 进行比较，如下式所示：
[0008] du/dt多duset/dt，
[0009] 其中上层1P、2N极线满足条件转入步骤（3)，下层1N、2P极线满足条件转入步骤
[0010] (3)保存满足步骤（2)中条件的时刻h，将电压变化量延时tde进行采样，通过时频 分析函数提取时刻h处的低频谐波幅值\^与高频谐波幅值WH，然后对数据进行如下比较：
[0011]
【主权项】
1. 一种基于单极信息的同塔双回直流输电线路故障选线方法，其特征在于，包含以下 步骤： (1) 取当前时刻之前的某一特定时刻电压瞬时值作为参考量，通过当前时刻的电压瞬 时值减去参考量得到四根极线的电压变化量； (2) 计算每根极线的电压变化率，将计算获得的电压变化率与门槛值进行比较，如果上 层1P、2N极线满足条件则转入步骤（3)，如果下层1N、2P极线满足条件则转入步骤（4); (3) 保存满足步骤（2)中条件的时刻h，将电压变化量延时tde进行采样，通过时频分 析函数提取时刻^处的低频谐波幅值I与高频谐波幅值W h;若低频谐波幅值满足最小值要 求，继续求低频与高频谐波幅值比，比值大于1则判断为本极线路故障，否则闭锁本极行波 保护； (4) 将电压变化量延时tde进行采样，使用与步骤（3)相同的时频分析函数提取波头极 性与幅值；若在数据处理时间窗内只检测到一个突变波头，转入步骤（3);若在数据处理时 间窗内检测到至少两个突变波头，比较连续两个波头极性与幅值关系，若极性同为正极性 且幅值关系满足5倍条件，则判断为本极线路非近端故障，否则，闭锁本极行波保护。
2. 根据权利要求1所述的基于单极信息的同塔双回直流输电线路故障选线方法，其特 征在于，步骤（1)中，电压变化量的计算公式为：
其中，u1P(t)表示极线IP在t时刻的电压瞬时值，Au11^示线路IP在保护起动后的 电压突变量，u2P(t)表示极线2P在t时刻的电压瞬时值，△!^表示线路2P在保护起动后 的电压突变量，At = IOms为当前时刻与特定时刻的时间间隔。
3. 根据权利要求1所述的基于单极信息的同塔双回直流输电线路故障选线方法，其特 征在于，步骤（2)中，电压变化率的计算方法为取三个采样点向后差商数值微分值的最大 值，计算IP极线的计算公式为：
其中，tdl为采样时间间隔，为了获得正极性的数值，将1P、2P极线的电压变化量乘以-1 后再计算变化率。
4. 根据权利要求1所述的基于单极信息的同塔双回直流输电线路故障选线方法，其特 征在于，步骤（3)只针对上层极线与部分下层极线故障情况，保存满足步骤（2)中条件的时 亥IJ h，将电压变化量延时tde= 3t dl经过时频分析函数处理，输出一个时频矩阵D Au(t，f)， 提取矩阵中^时刻对应的列元素，计算低频谐波幅值与高频谐波幅值，并进行比较，计算式 与比较式为：
其中，低频谐波幅值，WH为高频谐波幅值；若于W^,且^与WH的比值大于I， 则输出1，本极行波保护动作。
5. 根据权利要求1所述的基于单极信息的同塔双回直流输电线路故障选线方法，其特 征在于，在步骤（4)中，只针对下层极线部分故障情况，使用与步骤（3)相同的时频分析函 数提取时间窗内突变波头的个数、极性与幅值信息，若检测到突变波头个数为1，转入步骤 (3)，若检测到突变波头个数至少有2个，则比较连续两个波头的极性与幅值关系；若两个 波头极性均为正极性且第二个波头幅值与第一个波头幅值的幅值比大于K d_，则输出1，本 极行波保护动作，比较式为：
其中，= DAi,iw((,，y;)，为突变波头模极大值，提取突变波头对应时刻、的计算式
6. 根据权利要求1所述的基于单极信息的同塔双回直流输电线路故障选线方法，其特 征在于，在步骤（4)中，所述的数据处理时间窗仅需1毫秒。
【专利摘要】本发明公开了一种基于单极信息的同塔双回直流输电线路故障选线方法，包含以下步骤：1、计算四根极线的电压变化量；2、如果上层极线满足条件则转入步骤3，如果下层极线满足条件则转入步骤4；3、若低频谐波幅值满足最小值要求，继续求低频与高频谐波幅值比，比值大于1则判断为本极线路故障，否则闭锁本极行波保护；4、将电压变化量延时进行采样，若在数据处理时间窗内只检测到一个突变波头，转入步骤3；若在数据处理时间窗内检测到至少两个突变波头，比较连续两个波头极性与幅值关系，若极性同为正极性且幅值关系满足一定倍数条件，则判断为本极线路非近端故障，否则，闭锁本极行波保护。具有灵敏性高、速动性强且不易发生误判等优点。
【IPC分类】G01R31-08
【公开号】CN104820165
【申请号】CN201510187459
【发明人】胡嘉滨, 李海锋, 麦国浩, 刘金平, 梁远升
【申请人】华南理工大学
【公开日】2015年8月5日
【申请日】2015年4月20日