基于交流线路高频电压分布特征的快速保护方法与系统与流程

本发明属于输电线路继电保护，涉及一种基于交流线路高频电压分布特征的快速保护方法与系统。

背景技术：

1、近年来，我国现已建成全世界接入波动性新能源规模最大、电压等级最高的交直流混联电网。电网的电力电子化特征越来越明显，被保护对象的故障特性正在发生着根本性的变化，包括明显的快速时变特征，交流短路电流呈现幅值受限、频率为非工频、相角受控等新的故障特性，且在故障后系统中会产生大量的非周期分量、低频分量和非整数次谐波分量等非工频量，对现有基于工频量的继电保护提出了严峻挑战。

2、针对上述问题，国内外学者考虑到输电线路暂态量中也蕴含着丰富的故障信息，其为解决新型电力系统中遇到的继电保护难题提供了有效的解决途径。目前开展的相关研究工作，主要包括：利用输电线路边界特性构成的单端量保护方法(樊艳芳，王永进.基于hilbert能量幅值信息和波形信息的特高压直流输电线路单端保护方法[j].电工技术学报，2021，36(09)：1818-1830.)(段建东，张保会，李鹏，等.超高压输电线路新单端暂态量保护元件的实用算法[j].中国电机工程学报，2017，27(07)：45-51.)，但该类方法十分依赖线路边界的强滤波能力，由于阻波器这一元件在交流输电线路上的不断退出，线路边界开始仅由母线系统和互感器等构成，其高频滤波能力明显下降。同时该类保护方法的整定仍缺乏强有力的理论依据和系统完善的整定原则；基于行波折反射原理的保护方案(曹瑞峰，张保会，罗四倍，等.输电线路超高速保护中小波算法的研究[j].西安交通大学学报，2008，42(02)：194-198.)，该方法的主要缺点在于故障后行波波头的捕捉难度较大，且受故障初相角和短路过渡电阻影响较大。综上可知，针对交流输电线路的快速保护方法，现有研究主要集中在以输电线路边界特性和行波折反射原理构建保护原理，而未考虑利用输电线路高频分量的沿线分布特征，即离故障点越远，高频电压分量越大，目前提出的保护方法尚不完善。

技术实现思路

1、为解决现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于交流线路高频电压分布特征的快速保护方法与系统，可有效实现输电线路的区内、外故障识别，且基本不受故障初相角和短路过渡电阻影响，满足交流输电线路故障识别的快速性和可靠性需求。

2、本发明采用如下的技术方案。

3、一种基于交流线路高频电压分布特征的快速保护方法，包括以下步骤：

4、s1：获取故障时保护安装处的测量电压和电流；

5、s2：根据所述电压和电流计算不同给定位置的虚拟电压瞬时值；

6、s3：计算虚拟电压瞬时值的电压基频分量幅值和相角，并根据所述幅值和相角计算电压基频分量瞬时值；

7、s4：采用电压基频分量瞬时值对不同给定位置的虚拟电压瞬时值进行基频分量滤除，得到基频分量滤除后的虚拟电压瞬时值；

8、s5：基于基频分量滤除后的虚拟电压瞬时值计算不同给定位置的故障识别参数；

9、s6：基于交流线路高频电压分布特征构造故障识别判据，结合不同给定位置的故障识别参数进行区内故障与区外故障识别，实现快速保护。

10、优选地，s2中，不同给定位置包括整定点位置、0.95倍整定点位置和1.05倍整定点位置，其中整定点按距离保护的整定范围设置。

11、优选地，s2中，虚拟电压瞬时值的计算公式为：

12、

13、式中：uk(t)为t时刻给定位置的虚拟电压瞬时值；

14、um(t-τk)和im(t-τk)分别为t-τk时刻保护安装处的测量电压和电流；

15、um(t+τk)和im(t+τk)分别为t+τk时刻保护安装处的测量电压和电流；

16、τk为给定位置的波传输时延；

17、zc为波阻抗。

18、优选地，τk设定为0.95倍整定点位置、整定点位置和1.05倍整定点位置对应的波传输时延，其值分别为0.665*线路全长/波速度、0.7*线路全长/波速度以及0.735*线路全长/波速度，其中，波速度的值为l和c分别代表线路电感和电容值；

19、zc的值为

20、优选地，s3中，所述电压基频分量幅值和相角的计算公式为：

21、

22、式中：akhalf和bkhalf分别为虚拟电压基频的实部和虚部；

23、ukhlaf和θhlaf为虚拟电压瞬时值uk(t)的电压基频分量幅值和相角；

24、t和ω为基频周期和基频角速度。

25、优选地，s3中，电压基频分量瞬时值的计算公式为：

26、uk50(t)＝ukhalf*sin(ωt+θkhalf)

27、式中：uk50(t)为t时刻电压基频分量瞬时值；

28、ukhlaf和θhlaf为虚拟电压瞬时值的电压基频分量幅值和相角；

29、ω为基频角速度。

30、优选地，s4中，采用不同给定位置的虚拟电压瞬时值减去电压基频分量瞬时值，实现对基频分量的滤除，得到不同给定位置基频分量滤除后的虚拟电压瞬时值。

31、优选地，s5中，故障识别参数计算公式为：

32、

33、式中：uk′为t时刻故障识别参数；

34、tset为整定时间窗；

35、uk′(t)为t时刻基频分量滤除后的虚拟电压瞬时值。

36、优选地，s6中，基于交流线路高频电压分布特征，构造故障识别判据如下：

37、[kset*uk1′(t)＞uk2′(t)]∩[kset*uk2′(t)＞uk3′(t)]

38、式中：uk1′(t)、uk2′(t)和uk3′(t)分别为t时刻0.95倍整定点、整定点和1.05倍整定点位置的故障识别参数；

39、kset为可靠系数。

40、优选地，s6中，若不同给定位置的故障识别参数满足故障识别判据，则为区内故障，否则为区外故障。

41、一种基于交流线路高频电压分布特征的快速保护系统，包括：

42、数据获取模块，用于获取故障时保护安装处的测量电压和电流；

43、虚拟电压瞬时值计算模块，用于根据所述电压和电流计算不同给定位置的虚拟电压瞬时值；

44、电压基频分量瞬时值计算模块，用于计算虚拟电压瞬时值的电压基频分量幅值和相角，并根据所述幅值和相角计算电压基频分量瞬时值；

45、基频分量滤除模块，用于采用电压基频分量瞬时值对不同给定位置的虚拟电压瞬时值进行基频分量滤除，得到基频分量滤除后的虚拟电压瞬时值；

46、故障识别参数计算模块，用于基于基频分量滤除后的虚拟电压瞬时值计算不同给定位置的故障识别参数；

47、故障识别与保护模块，用于基于交流线路高频电压分布特征构造故障识别判据，结合不同给定位置的故障识别参数进行区内故障与区外故障识别，实现快速保护。

48、本发明的有益效果在于，与现有技术相比：

49、本发明技术方案不同于现有交流输电线路的快速保护方法主要集中在以输电线路边界特性和行波折反射原理构建保护原理，而是利用输电线路高频分量的沿线分布特征，即离故障点越远，高频电压分量越大，构造故障识别判据，结合提出的故障识别参数，可有效实现输电线路的区内、外故障识别。本发明选定整定点位置、0.95倍整定点位置和1.05倍整定点位置这三个给定点位置，最大程度上扩大了保护范围，即仅当故障发生在整定点±5％范围内时，保护应现行规范要求可以选择动作或不动作。本发明利用故障后的高频暂态信息，可有效实现线路故障的快速识别，且基本不受故障初相角和短路过渡电阻影响。