一种特高压直流输电线路区内外故障识别方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种特高压直流输电线路区内外故障识别方法，属于高压直流输电系 统继电保护技术领域。
【背景技术】
[0002] 目前直流线路保护中均W行波保护为主保护，W微分欠压保护、差动保护为后备 保护。行波保护和微分欠压保护在高阻接地故障时容易拒动，电流差动保护灵敏度不高，保 护动作较慢。利用边界对高频量衰减特性的暂态保护是特高压直流输电线路保护的发展方 向，近几年学者们研究的利用边界对高频量衰减特性的暂态保护方法通常没有考虑特高压 直流超长输电线路的衰减特性，因而不能实现真正意义上的全线保护，而双端暂态保护方 法虽然能实现全线保护，但存在信息互动问题。因此有必要研究具有更高可靠性和能实现 全线保护的特高压直流输电线保护方法。
【发明内容】
[0003] 本发明提供了一种特高压直流输电线路区内外故障识别方法，W用于区分整流侧 区外故障、区内故障和逆变侧区外故障，解决了目前电力学者提出的方法不能实现全线保 护或能实现全线保护而判据不可靠的问题。
[0004] 本发明特高压直流输电线路区内外故障识别方法是该样实现的：所述方法的具体 步骤如下：
[0005]Stepl、特高压直流输电系统发生故障后，整流侧数据采集装置采集故障电流行波 首波头到达后5ms时窗内的故障电流数据；
[0006]Step2、通过比较整流侧保护安装处检测到的故障电流在波形突变点处的极性，判 定电流行波方向，进而判断故障信号是来自整流侧区外，还是区内或逆变侧区外；
[0007] 先将检测到的故障电流信号进行形态学MMG变换，选取其中一层MMG变换系数分 析；
[000引当电流波形在突变点的极性为负时，故障发生在整流侧区外；
[0009] 当电流波形在突变点的极性为正时，故障发生在区内故障或逆变侧区外；
[0010]Step3、当判定信号来自区内或逆变侧区外时，再根据线路和边界对故障高频信号 的衰减作用来判断故障是来自区内还是逆变侧区外；
[0011]Step3. 1、先对整流侧保护安装处检测到的故障信息进行多刻度分析，得到故障信 息的暂态电流形态谱；
[0012]Step3. 2、先将整个暂态电流形态谱进行归一化，用于消除形态谱对尺度的敏感 性，然后将归一化后的暂态电流形态谱的形态谱尺度与小波尺度的频域关系相对应，把形 态谱尺度划分为 5 段，即；尺度 1-8、8-16、16-32、32-64、64-128,再对 1-8、8-16、16-32、 32-64、64-128尺度分别求和，得到五个值；
[0013]St巧3. 3、再对分段之后的形态谱尺度1-8、8-16、16-32、32-64、64-128分别求和 得到的五个值进行归一化，得到判断故障的特征量Pi、P2、Ps、P4、Pg;
[0014] St巧3. 4、将故障信息在高频段的特征量Pi的值分别放大lO3倍数，即T=PiXlO3， 根据T值的大小来判断故障是发生在区内还是在逆变侧区外；
[0015] 当T〉10时为区内故障；
[0016] 当0<T《10时为逆变侧区外故障。
[0017] 所述步骤Stepl中，数据采集装置采样频率为40曲Z。
[0018] 所述步骤Step2中故障电流采用1模分量。
[0019] 所述步骤St巧2中，形态学MMG变换取a= 2时的MMG变换系数，即形态学MMG 变换时，取的是第二层的波形。
[0020] 本发明所述方法原理为：
[0021] 直流输电系统发生故障时，线路边界（右侧标号4、5、6)和线路（标号8)对故障 暂态信息高频分量的衰减作用，结合图1所示的特高压直流输电双极系统来具体说明。fi、 f2、fs分别为整流侧区外（左侧标号3和4之间）、区内（标号8)及逆变侧区外（右侧标号 3和4之间）故障点。整流侧区外(左侧标号3和4之间）点发生故障时，在故障电源的 单独作用下，电流J/,通过接地极流向整流侧保护装置（标号7)，与规定的电流ii正方向相 反，突变电流为负向突变；当区内线路f2点或逆变侧区外fs点发生故障时，同样在故障电源 的单独作用下，电流J/。、J/,通过接地极流向整流侧保护装置（标号7)，会产生与规定的电 流ii方向相同的突变电流，突变电流为正向突变。故可W根据故障突变点处电流的极性作 为判据来判断故障是发生在整流侧区外（左侧标号3和4之间）还是区内（标号8)或逆 变侧区外（右侧标号3和4之间）。而多分辨形态梯度MMG技术处理暂态信号时，不仅可 W提取信号波形的上升沿和下降沿，而且可W看出信号的极性信息，故可W利用形态学MMG 变换来区分本侧区外故障（左侧标号3和4之间）和区内故障（标号8)或逆变侧区外故 障（右侧标号3和4之间）。
[0022] 因直流输电系统通常为双极系统，两级之间存在禪合，为消除线路禪合对暂态保 护的影响，对整流侧区外故障（左侧标号3和4之间）、区内故障（标号8)W及逆变侧区外 故障（右侧标号3和4之间）暂态电流进行相模变换，取1模分量，然后利用式（1)、（2)、 (3)对其进行MMG变换，选取其中一层MMG变换系数分析，该里选取a= 2时的MMG变换系 数得出波形图，通过该个波形可W看出在故障突变点的极性，如图3所示，在图3的波形图 上，有S个波形，每一个波形在采样点50-100之间都有个很明显的突变，第一个是负向突 变，第二个和第=个都是正向突变，所W通过该个波形就能将整流侧区外和逆变侧区外分 开；
[0023] 多分辨形态梯度（MMG)定义为；
[0027]其中，（1)、（2)式中的符号?表示膨胀运算，符号0表示腐蚀运算。
[002引 （1)-做式中的结构元素g+和g-分别为；
[0029] g+= {g。拓，…，坑_1，祖} (4)
[0030] g-= {也 …，gi-i，gi}
[003U其中，结构元素g+和3^分别用于提取待分析波形的上、下边沿，带下划线的g表 示原点位置。式（1)、（2)中的，Gr(H)>0和G: (/?)<0,其符号对应于暂态波形的上升沿 S 奋 和下降沿，式（3)中的//(?)表示信号变化的极性。当a= 1时，户=f为初始信号，当a声 1 (a= 2, 3,…）时，尸-1 =名。（M);
[0032] 由图3可知，从整流侧保护安装处（标号8)检测到的电流1模分量波形在突变点 的极性发现（在图3的波形图上，有S个波形，每一个波形在采样点50-100之间都有个很 明显的突变，第一个是负向突变，第二个和第S个都是正向突变），整流侧区外故障（左侧 标号3和4之间）时，电流波形在突变点的极性为负；而在故障发生区内（标号8)或逆变 侧区外（右侧标号3和4之间）时，电流波形在突变点的极性为正。故根据电流波形在突 变点的极性可W判断故障方向，当电流波形在突变点的极性为负时，故障发生在整流侧区 外（左侧标号3和4之间）；当电流波形在突变点的极性为正时，故障发生在区内故障（标 号8)或逆变侧区外（右侧标号3和4之间）。
[0033] 当判定故障发生在区内（标号8)或逆变侧区外（右侧标号3和4之间）时，还需 要进一步判断故障信号来自线路（标号8)还是逆变侧区外（右侧标号3和4之间）。在 云广特高压直流输电系统中，当直流输电线路内部故障（标号8)时，故障行波信号经线路 (标号8)的衰减后到达整流侧的保护安装处（标号7)。当逆变侧发生区外母线故障（右 侧标号3和4之间）时，故障行波信号要经过线路边界（右侧标号4、5、6)和线路（标号8) 的双重衰减才能到达整流侧保护安装处（标号7)。故可根据故障暂态信号在高频段的幅值 变化作为对侧区内外故障判据。
[0034] 为了准确地提取电流信号的特征向量，在信号采集时，要求采样的信号长度尽可 能包含所有的暂态信息。小波变换在分析长时间的高频信号时计算量比较大，且采样的信 号中包含很多非故障分量会对最后的计算结果造成干扰，影响判据的有效性。形态学在采 用形态谱提取电流信号时，不仅能很好的避免上述问题，而且形态学在运算过程中只是做 简单的加减和比较运算，在分析长时间的高频信号时，能够很快的得到计算结果，同时，数 学形态学的开闭运算可W有效地滤除暂态分量的稳定信号，使暂态特征更明显的凸显出 来，方便信号特征的提取W及计算分析。同时，形态谱值的大小可W反映故障信号高频分量 经线路和边界