[發明專利]一種基于U-I特性的特高壓直流輸電線路保護方法

有效

• 申請號: 201810502116.3
• 申請日: 2018-05-23
• 公開（公告）號: CN108711833B
• 公開（公告）日: 2019-06-25
• 發明（設計）人: 李振興;譚洪;王露;翁漢琍;徐艷春;李振華;黃景光;李丹
• 申請（專利權）人: 三峽大學
• 主分類號: H02H7/26
• 分類號: H02H7/26;G01R31/08
• 代理公司: 宜昌市三峽專利事務所 42103
• 代理人: 吳思高

1.一種基于U-I特性的特高壓直流輸電線路保護方法，其特征在于：通過建立直流電壓和直流電流的U-I平面，利用直流輸電線路區外故障與區內故障狀態下，U-I動態軌跡歷經不同區域的特征，分別在整流側和逆變側兩端構建保護判據，并基于兩側判斷信息的交互判斷形成保護新原理；

該保護方法包括信號處理、單側保護判據、線路故障綜合判據；

該保護方法包括以下步驟：

步驟1：特高壓直流線路兩側保護裝置分別測量整流側電壓u₁₀、電流i₁₀，逆變側電壓u₂₀、電流i₂₀；

步驟2：利用Chebyshev窗函數濾波器選取電壓和電流信號中頻段為[0，100]Hz的分量作為保護量，進而得到濾波后整流側電壓u₁、電流i₁，逆變側電壓u₂、電流i₂；

步驟3：建立基于直流電壓和電流的U-I平面，根據不同位置故障后U-I動態軌跡歷經不同的區域，由此分別針對整流側和逆變側構建單側保護判據；

所述步驟3中，CIGRE標準直流測試系統采用的低壓限流特性如式(1)：

由式(1)看到，當電壓快速降低時，由于低壓限流環節的調節作用，線路兩端的直流電流都會最終減小到最小電流限制的數值，進入故障穩態過程；特高壓直流系統正常工作時的平衡點S，以S為中心分為I、II、III、IV四個區域；結合系統故障時電壓電流變化特征，針對不同區域故障，分析兩端U-I特性的變化情況；

(1)、整流側區外故障；故障瞬時，兩端直流電壓迅速降低，兩端直流電流都會減小，則以整流側電流和電壓為坐標的點S₁(i₁,u₁)和以逆變側電流和電壓為坐標的點S₂(i₂,u₂)都會直接進入圖中的區域III中；兩端直流電壓迅速降低，控制系統進入低壓限流(voltagedependent current order limiter,VDCOL)控制環節，使得兩端直流電流進一步減小，從而S₁和S₂穩定在區域III中；

(2)、逆變側區外故障；故障瞬時，兩端直流電壓迅速降低，兩端直流電流都會增大，則S₁和S₂都會進入圖中的區域IV中；由于整流側和逆變側的直流電壓迅速降低，控制系統進入VDCOL環節，使得整流側和逆變側的電流都開始減小，則點S₁和S₂都會從區域IV進入區域III并穩定在III區；

(3)、直流線路區內故障；故障瞬時，整流側和逆變側的直流電壓迅速降低，整流側電流增大，逆變側電流減小，則S₁就會落在區域IV中，而S₂則會在區域III中；由于VDCOL環節，使得整流側電流也開始減小，從而兩端的電流都減小，則點S₁就會從區域IV進入區域III，而S₂依然在區域III中；

對于雙極直流系統而言，系統正常運行時，系統的電壓電流有一個正常波動的范圍；當發生區內故障時，以整流側電壓和電流為坐標的U-I點會首先進入區域IV，然后進入區域III，因此構建如下保護判據：

電壓和電流采用標幺值表示，其基準值為具體工程的電壓和電流的額定值；

式中，l_marg為考慮雙極系統的某極線路故障、緊急停運或者重啟時對健全極正常運行的影響而設置的波動范圍裕度，考慮短時閉鎖健全極低壓限流功能的控制措施，取0.1～0.2pu；i_marg為考慮正常運行時電流波動而設置的電流波動裕度，取0.08～0.1pu，u_marg為電壓波動裕度，取0.08～0.1pu；虛線i＝1+i_marg以右、虛線u＝1-u_marg以下、圓形虛線以外的區域，即為整流側判據成立的區域；

當發生區內故障時，以逆變側電壓和電流為坐標的U-I點會直接進入區域III，因此構建如下保護判據：

式(3)中參數同式(2)，區域III中，虛線i＝1-i_marg以左、虛線u＝1-u_marg以下、圓形虛線以外的區域，即為逆變側判據成立的區域；

步驟4：單側保護動作時，轉換保護動作信息為“01”信息，通過信道發送至對側；同時，等待接收對側轉換動作信息；

步驟5：線路故障綜合判據在兩側動作信息均為“01”，判斷輸電線路發生區內故障，并將判斷結果“11”信息送至對側；

步驟6：一旦判斷為區內故障或者接收到“11”信息，均直接跳直流斷路器或者由直流控制系統關斷故障電流。

2.根據權利要求1所述一種基于U-I特性的特高壓直流輸電線路保護方法，其特征在于：

所述步驟2中，為消除雷擊干擾信號對保護判斷的影響，利用Chebyshev濾波器提取固定頻段的電流信號，綜合考慮特高壓直流系統的直流側的諧波主要是12k次諧波，k為自然數、雙極直流輸電線路之間在頻率為[100，10000]Hz的范圍內耦合最大因素，而故障分量主要集中在低頻段，故選取信號提取頻段為[0，100]Hz的分量作為保護量。