本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)繼電保護(hù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于固有頻率測(cè)距的多端柔性直流系統(tǒng)兩段式距離保護(hù)方法。

背景技術(shù)：

1、隨著風(fēng)電、光伏等新能源發(fā)電大量接入電網(wǎng)，并網(wǎng)規(guī)模和容量大幅增加，如何確?，F(xiàn)代電力系統(tǒng)的安全、將各種新能源接入電網(wǎng)愈發(fā)重要，對(duì)繼電保護(hù)提出了更多的要求。

2、基于模塊化多電平的多端柔性直流(mmc-hvdc)系統(tǒng)在應(yīng)對(duì)大規(guī)模新能源并網(wǎng)、實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離大容量輸電、促進(jìn)異步電網(wǎng)互聯(lián)等方面展現(xiàn)了獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，是未來電力系統(tǒng)發(fā)展的重要趨勢(shì)。然而，由于其系統(tǒng)阻尼小，當(dāng)發(fā)生直流故障時(shí)，故障電流便會(huì)快速增大，這就要求保護(hù)必須在極短時(shí)間內(nèi)完成故障判別并切除，來保障剩余網(wǎng)絡(luò)的可靠運(yùn)行。單端量行波保護(hù)無需通信和同步、動(dòng)作速度快，正好能滿足多端柔性直流系統(tǒng)對(duì)速動(dòng)性的要求。實(shí)際工程中，由于線路兩端存在限流電抗器，行波受限流電抗器的影響會(huì)出現(xiàn)明顯的邊界效應(yīng)，這一特征是構(gòu)建單端量行波保護(hù)算法的核心基礎(chǔ)，因此，多端柔性直流系統(tǒng)中現(xiàn)有的單端量保護(hù)方法大多基于限流電抗器的邊界特性來設(shè)計(jì)。但隨著系統(tǒng)規(guī)模和拓?fù)鋸?fù)雜性的增加，線路兩端可能不存在邊界，現(xiàn)有的保護(hù)將不再適用于無邊界多端柔性直流系統(tǒng)。而在已有的為應(yīng)用于無邊界多端柔性直流系統(tǒng)的保護(hù)方法中，存在固有頻率測(cè)量和故障測(cè)距的準(zhǔn)確性較低，虛假譜峰造成的較大誤差較大等問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)上述背景技術(shù)中披露的問題，本發(fā)明提出一種多端柔性直流系統(tǒng)的兩段式距離保護(hù)方法，首次實(shí)現(xiàn)在多端柔直系統(tǒng)中利用固有頻率測(cè)量實(shí)現(xiàn)故障距離的準(zhǔn)確計(jì)算。

2、為了達(dá)成上述發(fā)明目的，本發(fā)明利用以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

3、本發(fā)明提出了一種多端柔性直流系統(tǒng)的兩段式故障距離保護(hù)方法，包括：

4、啟動(dòng)判據(jù)，進(jìn)行保護(hù)啟動(dòng)判斷，進(jìn)行故障方向識(shí)別；

5、在發(fā)生正方向故障時(shí)，以線模電壓與噪聲中頻率最低的一個(gè)周波為時(shí)間窗，對(duì)該時(shí)間窗內(nèi)的電壓解耦，得到線模電壓；

6、獲得線模電壓原始含噪信號(hào)和加噪信號(hào)的music譜，分別提取譜峰頻率；

7、對(duì)原始含噪信號(hào)和加噪信號(hào)聚類頻率，將聚類出的頻率作為固有頻率；

8、若主固有頻率大于門檻值，利用主固有頻率計(jì)算故障距離，否則，根據(jù)數(shù)值和d-f曲線斜率從固有頻率中選擇第二固有頻率，利用第二固有頻率計(jì)算故障距離；

9、設(shè)計(jì)i段保護(hù)的動(dòng)作判據(jù)和ii段保護(hù)的動(dòng)作判據(jù)，利用i段保護(hù)的動(dòng)作判據(jù)、ii段保護(hù)的動(dòng)作判據(jù)分別與故障距離以判定為故障發(fā)生在i段、故障發(fā)生在ii段、故障發(fā)生在ii段且下游直流斷路器跳閘以及本地直流斷路器跳閘四種情形之一。

10、在一些實(shí)施方式中，進(jìn)行保護(hù)啟動(dòng)判斷進(jìn)一步包括：

11、測(cè)量多端柔性直流系統(tǒng)的正/負(fù)極直流電壓udcp、udcn和正/負(fù)極直流電流idcp、udcn，

12、若滿足測(cè)量周期內(nèi)任意一極直流電壓變化超過設(shè)定閾值，表達(dá)式如下：

13、|du/dt|>|du/dt|set

14、其中，u表示正/負(fù)極直流電壓udcp、udcn；

15、則判斷保護(hù)已經(jīng)啟動(dòng)。

16、在一些實(shí)施方式中，進(jìn)行故障方向識(shí)別進(jìn)一步包括，

17、利用正反向行波幅值比作為判據(jù)，判別故障方向：

18、

19、其中，δu正、δu反分別表示正反向行波，kset為行波方向判據(jù)的設(shè)置門檻值，

20、若滿足上式，判定發(fā)生正方向故障；否則，判定發(fā)生反方向故障。

21、在一些實(shí)施方式中，對(duì)原始含噪信號(hào)和加噪信號(hào)聚類頻率進(jìn)一步包括：采用最小閾值設(shè)為原始含噪信號(hào)和加噪信號(hào)的總組數(shù)，領(lǐng)域半徑設(shè)為最小譜峰半徑的10％的dbscan聚類算法。

22、在一些實(shí)施方式中，故障距離的表達(dá)式如下：

23、

24、式中，θ1與θ2分別為i段保護(hù)始端換流站和故障點(diǎn)處的反射系數(shù)г1和г2的相角，v為不同頻率下的線路上行波的傳輸速度，fn為始端換流站線路端口電壓的第n個(gè)固有頻率分量，k為任意自然數(shù)；

25、在一些實(shí)施方式中，利用i段保護(hù)的動(dòng)作判據(jù)、ii段保護(hù)的動(dòng)作判據(jù)分別與故障距離以判定為故障發(fā)生在i段、故障發(fā)生在ii段、故障發(fā)生在ii段且下游dccb跳閘以及本地dccb跳閘四種情形之一進(jìn)一步包括：

26、設(shè)計(jì)i段保護(hù)的動(dòng)作判據(jù)為d≤kil1，ti＝0s，ii段保護(hù)的動(dòng)作判據(jù)為d≤kiil1，tii＝tdelay；若滿足d≤kil1，則判定故障發(fā)生在i段；否則繼續(xù)，若不滿足d≤kiil1，則判定故障發(fā)生在ii段，若滿足d≤kiil1，接續(xù)判斷在時(shí)間窗ti+tii內(nèi)是否檢測(cè)到下游dccb跳閘的殘余電壓行波？若檢測(cè)到，判定故障發(fā)生在ii段且下游dccb跳閘，若未檢測(cè)到，判定本地dccb跳閘；

27、其中，l1表示被保護(hù)線路1的長度，ki表示i段保護(hù)可靠性系數(shù)，kii表示ii段保護(hù)可靠性系數(shù)，ti表示i段動(dòng)作判據(jù)的延遲時(shí)間，tii表示ii段動(dòng)作判據(jù)的延遲時(shí)間，tdelay表示在下游線路發(fā)生故障的情況下，下游線路保護(hù)處dccb跳閘產(chǎn)生的殘余電壓行波能夠到達(dá)保護(hù)故障保護(hù)1處所需的時(shí)間。

28、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和所達(dá)成的積極技術(shù)效果如下：

29、1)獲得線模電壓原始含噪信號(hào)和加噪信號(hào)的music譜，分別提取譜峰頻率；對(duì)原始含噪信號(hào)和加噪信號(hào)聚類頻率，將聚類出的頻率作為固有頻率，這一設(shè)計(jì)基于隨機(jī)噪聲主動(dòng)注入思想，從而有效了消除傳統(tǒng)測(cè)頻方法虛假譜峰現(xiàn)象導(dǎo)致的測(cè)量頻率偏差問題；

30、2)設(shè)計(jì)i段保護(hù)的動(dòng)作判據(jù)和ii段保護(hù)的動(dòng)作判據(jù)，以判定為故障發(fā)生在i段、故障發(fā)生在ii段、故障發(fā)生在ii段且下游直流斷路器跳閘以及本地直流斷路器跳閘四種情形之一，因此設(shè)計(jì)了多端直流系統(tǒng)兩段式單端距離保護(hù)方案，利用直流斷路器跳閘過電壓信息實(shí)現(xiàn)上下游保護(hù)的可靠配合，實(shí)現(xiàn)了線路邊界缺失下多端柔直系統(tǒng)單端量保護(hù)的有選擇性動(dòng)作。

技術(shù)特征：

1.一種多端柔性直流系統(tǒng)的兩段式故障距離保護(hù)方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多端柔性直流系統(tǒng)的兩段式故障距離保護(hù)方法，其特征在于，進(jìn)行保護(hù)啟動(dòng)判斷進(jìn)一步包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多端柔性直流系統(tǒng)的兩段式故障距離保護(hù)方法，其特征在于，進(jìn)行故障方向識(shí)別進(jìn)一步包括，

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多端柔性直流系統(tǒng)的兩段式故障距離保護(hù)方法，其特征在于，對(duì)原始含噪信號(hào)和加噪信號(hào)聚類頻率進(jìn)一步包括：采用最小閾值設(shè)為原始含噪信號(hào)和加噪信號(hào)的總組數(shù)，領(lǐng)域半徑設(shè)為最小譜峰半徑的10％的dbscan聚類算法。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多端柔性直流系統(tǒng)的兩段式故障距離保護(hù)方法，其特征在于，故障距離的表達(dá)式如下：

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多端柔性直流系統(tǒng)的兩段式故障距離保護(hù)方法，其特征在于，利用固有頻率計(jì)算故障距離包括：

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多端柔性直流系統(tǒng)的兩段式故障距離保護(hù)方法，其特征在于，利用i段保護(hù)的動(dòng)作判據(jù)、ii段保護(hù)的動(dòng)作判據(jù)分別與故障距離以判定為故障發(fā)生在i段、故障發(fā)生在ii段、故障發(fā)生在ii段且下游dccb跳閘以及本地dccb跳閘四種情形之一進(jìn)一步包括：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種多端柔性直流系統(tǒng)的兩段式故障距離保護(hù)方法，啟動(dòng)判據(jù)，進(jìn)行保護(hù)啟動(dòng)判斷，進(jìn)行故障方向識(shí)別；在發(fā)生正方向故障時(shí)，以線模電壓與噪聲中頻率最低的一個(gè)周波為時(shí)間窗，對(duì)該時(shí)間窗內(nèi)的電壓解耦，得到線模電壓；獲得線模電壓原始含噪信號(hào)和加噪信號(hào)的MUSIC譜，分別提取譜峰頻率；利用聚類得到固有頻率，以計(jì)算故障距離；設(shè)計(jì)I段保護(hù)的動(dòng)作判據(jù)和II段保護(hù)的動(dòng)作判據(jù)，利用I段保護(hù)的動(dòng)作判據(jù)、II段保護(hù)的動(dòng)作判據(jù)分別與故障距離以判定為故障發(fā)生在I段、故障發(fā)生在II段、故障發(fā)生在II段且下游直流斷路器跳閘以及本地直流斷路器跳閘四種情形之一。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)多端柔直系統(tǒng)單端量保護(hù)的有選擇性動(dòng)作。

技術(shù)研發(fā)人員：傅浩翔,何佳偉,周博昊,盛亞如,李斌
受保護(hù)的技術(shù)使用者：天津大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9