技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本
發(fā)明涉及的是一種電
力系統(tǒng)領(lǐng)域的技術(shù)，具體是一種電流相關(guān)性的柔性高壓直流線路保護(hù)方法。
背景技術(shù)
[0002] 基于
電壓源型換流器的柔性直流輸電系統(tǒng)(簡稱VSC-HVDC)具有獨立調(diào)節(jié)有功和
無功功率、可以向無源網(wǎng)絡(luò)供電等特點，克服了傳統(tǒng)
高壓直流輸電(HVDC)的本質(zhì)
缺陷，因此其被廣泛應(yīng)用于大規(guī)模
可再生能源遠(yuǎn)距離傳輸領(lǐng)域。然而，與傳統(tǒng)高壓直流輸電系統(tǒng)相比，柔性直流系統(tǒng)缺乏低壓限流功能和成熟的直流
開關(guān)器件，直流線路的故障判別與故障處理成為限制柔性直流輸電系統(tǒng)發(fā)展的主要因素之一。
[0003] 目前柔性直流輸電系統(tǒng)中針對交流側(cè)故障控制保護(hù)策略的研究已經(jīng)比較成熟。而直流線路的保護(hù)僅借鑒了傳統(tǒng)高壓直流的保護(hù)策略，以行波保護(hù)和微分欠壓保護(hù)為主，電流差動保護(hù)作為后備保護(hù)，此外還配置直流過
電壓保護(hù)和直流電壓
不平衡保護(hù)。行波保護(hù)和微分欠壓保護(hù)動作速度快，不受電流互感器飽和及長線分布電容等因素影響，但是對高阻接地故障靈敏度不足，可靠性不高；電流差動保護(hù)對高阻接地有效，但易受分布電容的影響，只能通過長延時來躲過，不適用于柔性直流線路保護(hù)快速動作的要求。
[0004] 經(jīng)過對
現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，中國
專利文獻(xiàn)號CN103199511A公開(公告)日2013.07.10，公開了一種基于模型參數(shù)識別的VSC-HVDC輸電線路縱聯(lián)保護(hù)方法，該技術(shù)將外部故障等效為正的電容模型，識別出的電容值為正，電流和電壓導(dǎo)數(shù)相關(guān)系數(shù)為1；內(nèi)部故障等效為負(fù)的電容模型，識別出的電容值為負(fù)，電流與電壓導(dǎo)數(shù)相關(guān)系數(shù)為-1。通過判別識別出的電容值或相關(guān)系數(shù)的正負(fù)，即可區(qū)分區(qū)內(nèi)、區(qū)外故障。但該技術(shù)需要計算電壓導(dǎo)數(shù)，電壓導(dǎo)數(shù)的計算對擾動十分敏感，當(dāng)系統(tǒng)因功率調(diào)節(jié)導(dǎo)致電壓
波動，使得電壓導(dǎo)數(shù)變化明顯，極易引起保護(hù)誤動作。
發(fā)明內(nèi)容
[0005] 本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提出一種電流相關(guān)性的柔性高壓直流線路保護(hù)方法，對全電流
信號進(jìn)行計算，無需補償分布電容電流和計算電壓、電流微分量，克服了利用單一暫態(tài)信息檢測故障可靠性不高的缺陷；無需同步，故障判別的可靠性與快速性較高。將該方法應(yīng)用于多端柔性直流線路的故障判別，具有較好的適應(yīng)性，對提高多端柔性直流系統(tǒng)的直流線路故障處理能力有重要的參考作用。
[0006] 本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：
[0007] 本發(fā)明以柔性直流輸電系統(tǒng)中直流線路入口處分流器與電容支路電流互感器為故障判別測量點，實時采集整流側(cè)正極/負(fù)極線路入口處及并聯(lián)電容支路的電流以及逆變側(cè)線路入口處和并聯(lián)電容支路的電流，經(jīng)
采樣后分別計算整流側(cè)以及逆變側(cè)電流各自對應(yīng)的Pearson相關(guān)系數(shù)，當(dāng)任一極的整流側(cè)以及逆變側(cè)電流Pearson相關(guān)系數(shù)均大于零時則為該極直流線路故障，當(dāng)任一極的整流側(cè)以及逆變側(cè)電流Pearson相關(guān)系數(shù)均小于等于零時，則為該極直流線路區(qū)外故障。
[0008] 所述的采樣是指：實時監(jiān)測柔性直流系統(tǒng)兩側(cè)電容支路電流與直流線路入口處電流，對電容支路電流和入口處電流進(jìn)行采樣，獲得離散電流信號采樣序列其中：iCm_k表示線路入口處電流，iCablem_k表示并聯(lián)電容支路電流，m＝1,2分別表示正極和負(fù)極；k＝r,i分別表示整流側(cè)與逆變側(cè)；n表示信號序列點數(shù)。
[0009] 所述的Pearson相關(guān)系數(shù)是指：計算整流側(cè)與逆變側(cè)所測電流信號序列iCm_k與iCablem_k的Pearson相關(guān)系數(shù)，即：
[0010] 其中：N為
時間窗口內(nèi)的采樣點個數(shù)，N＝Fs*T,Fs為采樣
頻率，T為Pearson相關(guān)系數(shù)計算時間窗；iCm_k表示并電容支路暫態(tài)電流，iCablem_k表示直流線路入口處暫態(tài)電流，k＝r,i分別表示整流側(cè)與逆變側(cè)，Rmr表示整流側(cè)計算得到的Pearson相關(guān)系數(shù)，Rmi表示逆變側(cè)計算得到的Pearson相關(guān)系數(shù)。
[0011] 所述的Pearson相關(guān)系數(shù)Rmk(iCm_k,iCablem_k)∈[-1,+1]，其中：+1表示兩處暫態(tài)電流完全正相關(guān)，-1表示兩處暫態(tài)電流完全負(fù)相關(guān)，0則表示兩處暫態(tài)電流不相關(guān)，Pearson相關(guān)系數(shù)Rmk(iCm_k,iCablem_k)越大表示電容支路暫態(tài)電流與線路入口處暫態(tài)電流相關(guān)性越強，即差異越小。
[0012] 對于計算的Pearson相關(guān)系數(shù)Rmr和Rmi進(jìn)行邏輯判斷：當(dāng)Rmr＞0且Rmi＞0，則保護(hù)判定為極m直流線路故障，當(dāng)Rmr≤0或Rmi≤0，則保護(hù)判定為直流線路區(qū)外故障。技術(shù)效果
[0013] 本發(fā)明通過Pearson相關(guān)系數(shù)來描述電容支路和直流線路入口處暫態(tài)電流的差異程度。Pearson相關(guān)系數(shù)
算法的時間復(fù)雜度與信號長度成正比，運算速度快，可以滿足實時性的要求。直流線路區(qū)內(nèi)、外故障時，線路兩端暫態(tài)電流Pearson相關(guān)系數(shù)的特征差異明顯，利用Pearson相關(guān)系數(shù)差異特征能準(zhǔn)確實現(xiàn)直流線路區(qū)內(nèi)、外故障的判別。
[0014] 本發(fā)明與傳統(tǒng)的基于行波原理的故障判別方法相比，抗過渡
電阻能力較高。利用線路雙端計算的Pearson相關(guān)系數(shù)實現(xiàn)故障判別，傳遞的信息僅為對端相關(guān)系數(shù)的極性信號，與傳統(tǒng)電流差動以及利用電流極性特征的故障判別方法相比，該方法無需同步，故障判別的可靠性與快速性較高。
附圖說明
[0015] 圖1為
實施例電網(wǎng)模型示意圖；
[0017] 圖3為正極線路中點故障時正極線路保護(hù)測量和計算的結(jié)果示意圖；
[0018] 圖4為正極線路中點故障時負(fù)極線路保護(hù)測量和計算的結(jié)果示意圖；
[0019] 圖5為距離整流端190km處極間故障時正極線路保護(hù)測量和計算的結(jié)果示意圖；
[0020] 圖6為直流側(cè)M點故障時正極線路保護(hù)測量和計算的結(jié)果示意圖；
[0021] 圖7為逆變側(cè)換流
母線F三相
短路故障時正極線路保護(hù)測量和計算的結(jié)果示意圖；
[0022] 圖8為交流側(cè)故障是正極線路保護(hù)計算的電流Pearson相關(guān)系數(shù)示意圖；
[0023] 圖中a為整流側(cè)不同類型故障時的電流Pearson相關(guān)系數(shù)，b為逆變側(cè)不同類型故障時的電流Pearson相關(guān)系數(shù)；其中A-G表示單相接地故障；AB表示相間故障；AB-G表示相間接地故障；ABC表示三相短路故障示意圖；
[0024] 圖9為正極線路中點故障時不同
信噪比下正、負(fù)極線路保護(hù)計算的電流Pearson相關(guān)系數(shù)示意圖。
具體實施方式
[0025] 如圖1所示，本實施例以柔性直流輸電系統(tǒng)中直流線路入口處分流器與電容支路電流互感器為故障判別測量點，實時采集整流側(cè)極1和極2線路入口處及并聯(lián)電容支路的電流iCable1_r、iC1_r、iCable2_r、iC2_r以及逆變側(cè)線路入口處和并聯(lián)電容支路的電流iCable1_i、iC1_i、iCable2_1、iC2_i，其中：電流的正方向設(shè)為圖1中箭頭所示方向，M、N、E、F分別表示直流線路區(qū)外故障點
位置，M、N位于直流側(cè)并聯(lián)電容與換流器
連接線處，E、F位于整流側(cè)與逆變側(cè)的交流換流母線處。
[0026] 當(dāng)直流線路故障時，系統(tǒng)兩端直流側(cè)并聯(lián)電容迅速向故障點放電，在電容放電階段，兩端的直流線路入口處分流器與電容支路電流變化方向及趨勢一致，呈強相關(guān)性；當(dāng)發(fā)生區(qū)外故障時，一端直流線路入口處分流器與電容支路電流變化方向及趨勢一致，呈強相關(guān)性，而另一端直流線路入口處分流器與電容支路電流變化方向及趨勢相反，呈負(fù)相關(guān)。
[0027] 在近距離故障的電容放電階段，并聯(lián)電容支路暫態(tài)電流與線路入口處故障暫態(tài)電流具有很好的吻合性。然而隨著故障距離的增加，放電回路阻抗參數(shù)也將增加，同時分布電容的影響也將越來越大，電容支路暫態(tài)電流與線路入口處故障暫態(tài)電流將存在一定的差異。一方面放電電流峰值減少，交流側(cè)饋入的電流影響增大，另一方面IGBT閉
鎖后，續(xù)流
二極管導(dǎo)通聯(lián)通交流側(cè)，相關(guān)換流設(shè)備雜散電容和二極管等值電感，與直流側(cè)電容形成高頻振蕩，使得電容支路電流混有高頻分量。通過直接比較的方式進(jìn)行故障判別容易產(chǎn)生較大誤差。為消除高頻分量，可以采用低通
濾波器的方法，但增加了
信號處理的延時，影響柔性直流線路故障判別與故障處理的快速性。電容支路暫態(tài)電流可以看成
直流分量與高頻分量的
疊加，即使電容支路電流與線路入口處電流瞬時值并不完全相等，但在放電階段的增長與衰減趨勢一致，具有良好的相關(guān)性。
[0028] 本實施例利用Pearson相關(guān)系數(shù)來描述電容支路暫態(tài)電流與線路入口處暫態(tài)電流的差異程度，從而進(jìn)行直流線路區(qū)內(nèi)外故障判別，可有效克服高頻分量的影響。利用電流相關(guān)性的柔性高壓直流線路保護(hù)方法流程如圖2所示，具體步驟如下：
[0029] 1)實時監(jiān)測柔性直流系統(tǒng)兩側(cè)電容支路電流與直流線路入口處電流，對電容支路電流和入口處電流進(jìn)行采樣，獲得離散電流信號采樣序列：iCm_k＝{x1,x2,...,xn}，iCablem_k＝{y1,y2,...,yn}；
[0030] 2)計算整流側(cè)與逆變側(cè)所測電流信號序列iCm_k與iCablem_k的Pearson相關(guān)系數(shù)，Rmk(iCm_k,iCablem_k)∈[-1,+1]，+1表示兩處暫態(tài)電流完全正相關(guān)，-1表示兩處暫態(tài)電流完全負(fù)相關(guān)，0則表示兩處暫態(tài)電流不相關(guān)。
[0031] 3)對于計算的Pearson相關(guān)系數(shù)Rmr和Rmi進(jìn)行邏輯判斷：
[0032] a.當(dāng)Rmr＞0且Rmi＞0，則保護(hù)判定為極m直流線路故障；
[0033] b.當(dāng)Rmr≤0或Rmi≤0，則保護(hù)判定為直流線路區(qū)外故障。
[0034] 本實施例基于圖1所示系統(tǒng)對本發(fā)明所述方法進(jìn)行仿真驗證如圖1所示系統(tǒng)，兩端系統(tǒng)額定運行電壓±60kV，容量為60MW，正負(fù)極線路直流側(cè)電容均為1000uF，直流線路采用頻變參數(shù)
電纜模型，線路長度200km。電流
采樣頻率為10kHz，Pearson相關(guān)系數(shù)計算時間窗為3ms。由于VSC-HVDC系統(tǒng)正負(fù)極線路對稱，對于交流側(cè)區(qū)外故障，僅給出正極線路保護(hù)測量和計算的結(jié)果。具體如圖3至圖9。圖3至5表明本方法能可靠識別直流線路故障類型，且對于單極故障，健全極保護(hù)能可靠不同動作。圖6至圖8表明本方法能可靠識別區(qū)外故障，保護(hù)可靠不動作。圖9表明，本方法具有較強的抗噪聲干擾能力。
[0035] 本方法基于電流相關(guān)性的特點，通過計算電流的Pearson相關(guān)系數(shù)來判定故障。Pearson相關(guān)系數(shù)算法的時間復(fù)雜度與信號長度成正比，運算速度快，可以滿足實時性的要求，因此采用2～4ms數(shù)據(jù)窗即可滿足速度要求。同時，采用全電流進(jìn)行計算，對采樣頻率要求不高，克服了利用單一頻次電流檢測故障可靠性不高的缺陷。此外，系統(tǒng)兩側(cè)電流Pearson相關(guān)系數(shù)獨立計算，故障判定傳遞的信息僅為對端相關(guān)系數(shù)的極性信號，因此本方法無需補償分布電容電流和數(shù)據(jù)同步，雙極線路能準(zhǔn)確、獨立地實現(xiàn)直流線路區(qū)內(nèi)、外故障的判別。與傳統(tǒng)電流差動以及利用電流極性特征的故障判別方法相比，該方法無需同步，故障判別的可靠性與快速性較高。
[0036] 上述具體實施可由本領(lǐng)域技術(shù)人員在不背離本發(fā)明原理和宗旨的前提下以不同的方式對其進(jìn)行局部調(diào)整，本發(fā)明的保護(hù)范圍以
權(quán)利要求書為準(zhǔn)且不由上述具體實施所限，在其范圍內(nèi)的各個實現(xiàn)方案均受本發(fā)明之約束。
