[发明专利]一种基于U-I特性的特高压直流输电线路保护方法

摘要

一种基于U‑I特性的特高压直流输电线路保护方法。该方法通过建立直流电压和直流电流的U‑I平面，利用直流输电线路区外故障与区内故障状态下，U‑I动态轨迹历经不同区域的特征，分别在整流侧和逆变侧两端构建保护判据，并基于两侧判断信息的交互判断形成保护新原理。当线路发生区外故障时，整流侧和逆变侧U‑I动态轨迹具有一致性特征，而当线路发生区内故障时，两侧U‑I动态轨迹不一致性，整流侧历经IV‑III区域，逆变侧仅历经III区域。基于上述差异性，分别构建不同侧的保护判据。该保护方法原理简洁，易于整定，灵敏性高，能够快速识别区内和区外故障；同时该方法仅通信状态量，应用在工程上容易实现。

主权项

1.一种基于U‑I特性的特高压直流输电线路保护方法，其特征在于：通过建立直流电压和直流电流的U‑I平面，利用直流输电线路区外故障与区内故障状态下，U‑I动态轨迹历经不同区域的特征，分别在整流侧和逆变侧两端构建保护判据，并基于两侧判断信息的交互判断形成保护新原理；该保护方法包括信号处理、单侧保护判据、线路故障综合判据；该保护方法包括以下步骤：步骤1：特高压直流线路两侧保护装置分别测量整流侧电压u₁₀、电流i₁₀，逆变侧电压u₂₀、电流i₂₀；步骤2：利用Chebyshev窗函数滤波器选取电压和电流信号中频段为[0，100]Hz的分量作为保护量，进而得到滤波后整流侧电压u₁、电流i₁，逆变侧电压u₂、电流i₂；步骤3：建立基于直流电压和电流的U‑I平面，根据不同位置故障后U‑I动态轨迹历经不同的区域，由此分别针对整流侧和逆变侧构建单侧保护判据；所述步骤3中，CIGRE标准直流测试系统采用的低压限流特性如式(1)：由式(1)看到，当电压快速降低时，由于低压限流环节的调节作用，线路两端的直流电流都会最终减小到最小电流限制的数值，进入故障稳态过程；特高压直流系统正常工作时的平衡点S，以S为中心分为I、II、III、IV四个区域；结合系统故障时电压电流变化特征，针对不同区域故障，分析两端U‑I特性的变化情况；(1)、整流侧区外故障；故障瞬时，两端直流电压迅速降低，两端直流电流都会减小，则以整流侧电流和电压为坐标的点S₁(i₁,u₁)和以逆变侧电流和电压为坐标的点S₂(i₂,u₂)都会直接进入图中的区域III中；两端直流电压迅速降低，控制系统进入低压限流(voltage dependent current order limiter,VDCOL)控制环节，使得两端直流电流进一步减小，从而S₁和S₂稳定在区域III中；(2)、逆变侧区外故障；故障瞬时，两端直流电压迅速降低，两端直流电流都会增大，则S₁和S₂都会进入图中的区域IV中；由于整流侧和逆变侧的直流电压迅速降低，控制系统进入VDCOL环节，使得整流侧和逆变侧的电流都开始减小，则点S₁和S₂都会从区域IV进入区域III并稳定在III区；(3)、直流线路区内故障；故障瞬时，整流侧和逆变侧的直流电压迅速降低，整流侧电流增大，逆变侧电流减小，则S₁就会落在区域IV中，而S₂则会在区域III中；由于VDCOL环节，使得整流侧电流也开始减小，从而两端的电流都减小，则点S₁就会从区域IV进入区域III，而S₂依然在区域III中；对于双极直流系统而言，系统正常运行时，系统的电压电流有一个正常波动的范围；当发生区内故障时，以整流侧电压和电流为坐标的U‑I点会首先进入区域IV，然后进入区域III，因此构建如下保护判据：电压和电流采用标幺值表示，其基准值为具体工程的电压和电流的额定值；式中，l_marg为考虑双极系统的某极线路故障、紧急停运或者重启时对健全极正常运行的影响而设置的波动范围裕度，考虑短时闭锁健全极低压限流功能的控制措施，取0.1～0.2pu；i_marg为考虑正常运行时电流波动而设置的电流波动裕度，取0.08～0.1pu，u_marg为电压波动裕度，取0.08～0.1pu；虚线i＝1+i_marg以右、虚线u＝1‑u_marg以下、圆形虚线以外的区域，即为整流侧判据成立的区域；当发生区内故障时，以逆变侧电压和电流为坐标的U‑I点会直接进入区域III，因此构建如下保护判据：式(3)中参数同式(2)，区域III中，虚线i＝1‑i_marg以左、虚线u＝1‑u_marg以下、圆形虚线以外的区域，即为逆变侧判据成立的区域；步骤4：单侧保护动作时，转换保护动作信息为“01”信息，通过信道发送至对侧；同时，等待接收对侧转换动作信息；步骤5：线路故障综合判据在两侧动作信息均为“01”，判断输电线路发生区内故障，并将判断结果“11”信息送至对侧；步骤6：一旦判断为区内故障或者接收到“11”信息，均直接跳直流断路器或者由直流控制系统关断故障电流。