专利名称：：直流输电线路电流差动保护方法
技术领域：
：本发明涉及电力系统直流输电线路继电保护领域，尤其涉及超/特高压直流输电线路的电流差动保护。技术背景高压直流(HVDC)输电以其传输功率大，线路造价低，控制性能好等优点，在远距离、大功率输电中占有越来越重要的地位，世界发达国家都把它作为大容量、远距离送电和异步联网的主要手段，我国也因"西电东送，南北互供，全国联网"而成为电力建设的热点。自1989年葛洲坝至上海采用直流输电以来，我国直流输电工程数量在世界上己名列前茅。高压直流输电线路一般作为大区联网的联络线，它的安全性和可靠性不仅关系到本系统的稳定性，而且将直接影响与其连接的区域电网甚至整个电网的稳定运行。由于直流线路长，发生故障的概率高，因此提高直流输电线路继电保护的运行水平对保证直流输电系统的安全性与可靠性意义重大。然而从现有的直流输电工程运行情况来看，国内外投运的直流线路继电保护装置存在着理论不完备，没有普遍适用的整定原则，整定仅依赖于仿真结果进行整定等问题，从而导致了直流线路保护的可靠性不高。电流差动保护性能优良，在交流输电线路中是天然的主保护，然而由于种种原因，其在直流输电线路中保护动作速度慢，性能不佳。运行中的直流线路多以行波保护作为主保护，行波保护动作速度快，不受过渡电阻、负载、长线分布电容等因素的影响，但可靠性不高，易误动。因此，有必要对直流输电线路的差动保护进行改进，使其性能得以提升，以期在直流线路故障全过程中都具有优良的保护性能。
发明内容本发明的目的在于克服上述现有技术不足，提供一种直流输电线路电流差动保护方法，该方法不需要识别行波波头，仅需实时计算电流瞬时值，方法简单、动作速度快、可靠性高。为了实现上述任务，本发明采取如下的技术解决方案本发明提出了一种适用于高压直流输电线路的电流差动保护方法，该方法的计算过程建立在时域分布参数模型基础上，具体实现包括下列步骤步骤一，在换流站中，对直流线路的本侧和对侧的直流电流、直流电压以预定采样速率进行同步采样，并将对侧直流电流、直流电压采样瞬时值传输到步骤二，分别根据式(1)、式(2)(出处电力系统自动化-2007.31(24).57-61)，将采样得到的直流电压、直流电流瞬时值转换为模电压、模电流量的瞬时值；"r"."(1)(2)，S-'-^，是双极性直流输电线路的解耦矩阵及其逆矩阵；，^分别是模电压、模电流矩阵；"、/分别是双极性直流输电系统两端换流站中，经直流电压传感器和直流电流传感器所采集得到的直流电压和直流电流瞬时值。步骤三，在分布参数模型中，根据式(3)(出处中国电机工程学报-2004.24(3).24-29)，分别用采样得到的两端的直流电压、直流电流瞬时值来计算本端直流线路上某点的模电流瞬时值。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>上式中/(x力为t时刻距本端保护安装处距离为x处的电流值，Zt为线路的特征阻抗，r为线路单位长度的电阻，W为t时刻本端采得的电压值，/JO为t时刻本端采得的电流值。步骤四，用模电流作差动保护时，根据两端计算得到的该点模电流瞬时值之和按照基尔霍夫电流定律实现电流差动保护即可；用极电流作差动保护时，则需将计算出的模电流根据式(4)进行模反变换求得每一极的极电流，再根据基尔霍夫电流定律构造每一极的极电流差动保护。/=S《(4)步骤五，电流差动保护的动作判据为/d=|/j(x,0+,K(/-U)|^(5)/d为差动电流，/jO,0为计算得到的距离J端x处的电流，/K(/-x,0为计算得到的距离K端/-x处的电流，/是线路全长，^为固定门槛。当满足公式(5)时判定为本极区内故障，本极差动保护动作，发出有故障命令；否则，本极差动保护不动作。本发明在时域里采用实时计算能有效地克服现有直流线路主保护(行波保护)的不足之处，如可靠性差、只能用于故障暂态的波过程期间、整定理论不罪性高、可用于故障全过程、具有完备的整定理论，能够取代行波保护，作为直流线路保护的主保护。图1是双极直流输电线路的系统结构简图；完备、仅依靠仿真进行整定等。本发明的电流差动保护具有动作速度快、可b图2是用模电流构成电流差动保护的算法实现的软件流程图。图3是用极电流构成电流差动保护的算法实现的软件流程图。下面结合附图对本发明的内容作进一步详细说明。具体实施例方式直流输电系统由整流站，逆变站和直流输电线路三部分构成。整流站将交流电变换为直流，输电线路将直流电传输到对端的逆变站，逆变站将直流电变换为交流电。本发明的核心内容是为直流输电线路提供保护。参照图1所示，由整流站，逆变站和直流输电线路三部分构成。图中F是为直流线路的故障点，Wjp、/jp分别是整流侧正极的直流电压和直流电流；"jn、Z'jn是整流侧负极的直流电压和直流电流；Wkp、/kp分别是逆变侧正极的直流电压和直流电流；、Z'kn分别是逆变侧负极的直流电压和直流电流；"f、Z'f分别是故障点的电压和电流；/jf、Z'kf分别是根据式(3)用J端和K端电压电流计算得到故障点两侧的电流。由于计算中，需要对端的数据，这可以通过远端通讯系统来实现两端数据的发送和接收，并需要解决两端数据的同步问题。参照图2、图3所示，本发明的高压直流输电线路距离保护方法建立在时域分布参数模型基础上，具体算法步骤如下1)在换流站中，对直流线路的本端和对端的直流电流、直流电压以预定采样速率进行同步采样，并在本端通过模数转换器A/D将所采集的直流电压和直流电流转换为数字量；同时，将对端直流电流、直流电压采样的瞬时值经过对端模数转换器A/D所转换的直流电压和直流电流的数字量传输到本端；2)对采集得到的电压、电流数据进行低通滤波以滤除高频分量，由于能量主要集中于低频段，滤除掉高频分量不仅能够削弱线路参数频变特性对计算精度的影响，而且能够削弱各种干扰信号对计算精度的影响，提高了计算的准确性；然后分别根据式(1)、式(2)，将测得的电压电流转换为模电压、电流瞬时值。3)在分布参数模型中，根据式(3)，分别用直流线路的两端直流电压、直流电流计算线路上某点的模电流瞬时值。4)对于模电流差动保护而言，根据式(3)，分别由线路两端模电压、电流计算线路某点的模电流瞬时值，并将计算得到的模电流瞬时值，直接用于构造模电流差动保护判据。5)对于极电流差动保护判据，则需将计算出的模电流瞬时值按照式(4)进行极-模反变换求得极电流，进而用极电流构造电流差动保护判据。6)电流差动保护的动作判据为/d=|/j(U)+/K(/-U)|、(5)z'd为差动电流，/j(x力为计算得到的距离J端^处的电流，/K(/-^力为计算得到的距离&端/-^处的电流，/是线路全长，为固定门槛。如果上述判据满足，则判定为本极区内故障，本极差动保护动作，发出有故障命令；否则，本极差动保护不动作。权利要求1.一种高压直流输电线路电流差动保护方法，其特征在于，该方法建立在时域分布参数模型基础上，具体包括下列步骤步骤一，在换流站中，对直流线路的本端和对端的直流电流、直流电压以预定采样速率进行同步采样，并在本端通过模数转换器A/D将所采集的直流电压和直流电流转换为数字量；同时，将对端直流电流、直流电压采样的瞬时值经过对端模数转换器A/D所转换的直流电压和直流电流的数字量传输到本端；然后分别根据公式um＝S-1·u(1)im＝S-1·i(2)式中<mathsid="math0001"num="0001"><math><![CDATA[<mrow><mi>S</mi><mo>=</mo><mfrac><msqrt><mn>2</mn></msqrt><mn>2</mn></mfrac><mfencedopen='['close=']'><mtable><mtr><mtd><mn>1</mn></mtd><mtd><mn>1</mn></mtd></mtr><mtr><mtd><mo>-</mo><mn>1</mn></mtd><mtd><mn>1</mn></mtd></mtr></mtable></mfenced><mo>,</mo></mrow>]]></math>id="icf0001"file="A2009100229230002C1.tif"wi="28"he="11"top="115"left="44"img-content="drawing"img-format="tif"orientation="portrait"inline="yes"/></maths>S-1＝ST，是双极性直流输电线路的解耦矩阵及其逆矩阵；um，im分别是模电压、模电流矩阵；u、i分别是双极性直流输电系统两端换流站中，经直流电压传感器和直流电流传感器所采集得到的直流电压和直流电流瞬时值，将测得的电压电流转换为模电压、电流量瞬时值；步骤二，在分布参数模型中，根据公式(3)，<mathsid="math0002"num="0002"><math><![CDATA[<mrow><mi>i</mi><mrow><mo>(</mo><mi>x</mi><mo>,</mo><mi>t</mi><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mfrac><mn>1</mn><mrow><mn>2</mn><msub><mi>Z</mi><mi>c</mi></msub></mrow></mfrac><mrow><mo>(</mo><mfrac><mrow><msub><mi>Z</mi><mi>c</mi></msub><mo>+</mo><mi>rx</mi><mo>/</mo><mn>4</mn></mrow><msub><mi>Z</mi><mi>c</mi></msub></mfrac><mo>)</mo></mrow><mo>[</mo><msub><mi>u</mi><mi>M</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>+</mo><mfrac><mi>x</mi><mi>v</mi></mfrac><mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><msub><mi>i</mi><mi>M</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>+</mo><mfrac><mi>x</mi><mi>v</mi></mfrac><mo>)</mo></mrow><mo>·</mo><mrow><mo>(</mo><msub><mi>Z</mi><mi>c</mi></msub><mo>+</mo><mi>rx</mi><mo>/</mo><mn>4</mn><mo>)</mo></mrow><mo>]</mo><mo>-</mo></mrow>]]></math></maths><mathsid="math0003"num="0003"><math><![CDATA[<mrow><mfrac><mn>1</mn><msub><mrow><mn>2</mn><mi>Z</mi></mrow><mi>c</mi></msub></mfrac><msup><mrow><mo>(</mo><mfrac><mrow><msub><mi>Z</mi><mi>c</mi></msub><mo>-</mo><mi>rx</mi><mo>/</mo><mn>4</mn></mrow><msub><mi>Z</mi><mi>c</mi></msub></mfrac><mo>)</mo></mrow><mn>2</mn></msup><mo>[</mo><msub><mi>u</mi><mi>M</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>-</mo><mfrac><mi>x</mi><mi>v</mi></mfrac><mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><msub><mi>i</mi><mi>M</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>-</mo><mfrac><mi>x</mi><mi>v</mi></mfrac><mo>)</mo></mrow><mo>·</mo><mrow><mo>(</mo><msub><mi>Z</mi><mi>c</mi></msub><mo>-</mo><mi>rx</mi><mo>/</mo><mn>4</mn><mo>)</mo></mrow><mo>]</mo><mo>-</mo><mi></mi><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>3</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>]]></math></maths><mathsid="math0004"num="0004"><math><![CDATA[<mrow><mfrac><mn>1</mn><msub><mrow><mn>2</mn><mi>Z</mi></mrow><mi>c</mi></msub></mfrac><mfrac><mi>rx</mi><msub><mrow><mn>2</mn><mi>Z</mi></mrow><mi>c</mi></msub></mfrac><mo>[</mo><msub><mi>u</mi><mi>M</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><msub><mi>i</mi><mi>M</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo></mrow><mrow><mo>(</mo><mfrac><mi>rx</mi><mn>4</mn></mfrac><mo>)</mo></mrow><mo>]</mo></mrow>]]></math></maths>上式中i(x，t)为t时刻距本端保护安装处距离为x处的电流值，Zc为线路的特征阻抗，r为线路单位长度的电阻，uM(t)为t时刻本端采得的电压值，iM(t)为t时刻本端采得的电流值，分别用直流线路两端所采集的直流电压、直流电流的瞬时值计算直流线路上某点处的模电流瞬时值；步骤三，用模电流作差动保护时，根据式(3)，分别由线路两端模电压、电流计算线路某点的模电流瞬时值，并将计算得到的模电流瞬时值，直接用于构造模电流差动保护判据；用极电流作差动保护时，则需将计算出的模电流瞬时值按照公式(4)i＝S·im(4)进行极-模反变换求得极电流，用极电流构造电流差动保护判据；步骤四，当电流差动保护判据满足公式(5)时，id＝|iJ(x，t)+iK(l-x，t)|≥Iset(5)id为差动电流，iJ(x，t)为计算得到的距离J端x处的电流，iK(l-x，t)为计算得到的距离K端l-x处的电流，l是线路全长，Iset为固定门槛，则判定为本极区内故障，本极差动保护动作，发出有故障命令；否则，本极差动保护不动作。全文摘要本发明公开了一种直流输电线路电流差动保护方法，该方法根据输电线路分布参数模型，在时域中利用模变换将直流电流、直流电压的采样值转换为模量，然后从线路两端分别利用两端模电压、电流计算出线路某点各个时刻的模电流，用模电流直接构造电流差动保护判据，或者经过极模反变换合成极电流，再根据极电流构造电流差动保护判据。本发明能够提高直流线路保护的灵敏度和可靠性，可控性好，安全性高，具有完备的整定理论，克服了传统行波保护作为高压直流线路主保护的缺点，不需要识别行波波头；而且计算简单。本发明主要用于电力系统中直流输电线路的电流差动保护，尤其是超/特高压直流输电线路的保护。文档编号H02H7/26GK101577417SQ20091002292公开日2009年11月11日申请日期2009年6月11日优先权日2009年6月11日发明者宋国兵,焦在宾,索南加乐,高淑萍申请人:西安交通大学