基于故障特征补偿的输电线路超高速保护方法

本发明属于电力系统继电保护，尤其涉及一种基于暂态信号的输电线路保护方法。

背景技术：

1、电力系统正逐步过渡到以新能源为主的新型电力系统。但在中国能源产地与负荷中心呈逆向分布，导致大量电力需长距离传输，促使用以实现大规模电能的远距离输送的超高压和特高压线路逐渐增多。这对电力系统提出了新的挑战。超高压和特高压网络需要快速且具有选择性地清除故障，以减少对用电设备的损害，提高功率传输能力和系统的暂态稳定性，尤其是在新能源电网中广泛采用电力电子型电力装备的背景下。传统基于工频量的保护采样时间过长，并且受新能源电源内阻抗不恒定、弱馈作用以及其短路电流幅值受限、相角受控、频率偏移等因素影响，正面临着动作性能下降甚至拒动的严峻挑战。

2、基于工频量的传统保护在动作速度和可靠性方面难以再提高。基于暂态量的保护利用高频故障信息可以快速检测高频成分，实现超高速保护，且其产生只与故障相关，因此基于暂态量构建保护判据是提升新型电力系统下保护可靠性和速动性的有效途径之一。

3、传统的暂态保护性能受到故障初始角或过渡电阻的影响。当故障初始角较小或大过渡电阻时，暂态保护性能受影响严重，可靠性和灵敏度无法满足要求。且传统行波方向保护由于其依赖于行波的波头检测，因为后续行波受到反射波和折射波的影响。传统暂态方向保护在故障初始角过零点前后18°范围内，暂态行波方向保护灵敏度不足、可靠性不能满足要求。因此我们需要研究输电线路暂态保护的新方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于解决上述现有技术存在的缺陷，基于故障特征补偿的输电线路超高速保护方法。

2、本发明采用如下技术方案：

3、在我国100kv以上及部分35kv输电线路上均装有电力线载波设备，包括阻波器、耦合电容器等。阻波器串联在在输电线载波信号点与相邻系统元件(如母线、变压器等)之间，可过滤掉高频信号，同时又不影响工频电流传输。因此，暂态高频信号通过阻波器会大量衰减，使得传入阻波器的高频信号将显著大于经阻波器过滤掉的高频信号，从而形成一个明显的差值。基于这个这一特性，提出基于故障特征补偿的输电线路超高速保护方法。

4、基于故障特征补偿的输电线路超高速保护方法，包括：

5、步骤1.采集被保护线路母线内侧和母线上的故障电压u。

6、步骤2.利用信号处理技术提取暂态高频分量uh。可以用小波变换、数学形态学、经验模态分解等。

7、步骤3.计算暂态高频分量处理量。计算本端母线内侧暂态高频分量处理量a1、本端母线上暂态高频分量处理量a2、计算其差值da12＝a1-a2。计算对端母线内侧线路暂态高频分量处理量a3、对端母线上暂态高频分量处理量a4、计算其差值da34＝a3-a4。暂态高频分量处理量可以是能量、或熵、或信号复杂度、或信号奇异度、或李氏指数、或瞬时幅值积分、或瞬时幅值、或瞬时幅值累加和、或奇异值、或其它暂态高频分量处理量他们中的一种。

8、步骤4.计算故障初始角θ和过渡电阻r。

9、步骤5.构建故障方向特征量。根据故障初始角θ和过渡电阻r对暂态高频分量处理量da12、da34进行补偿，得到故障特征量nda12、nda34。补偿方法如下所示：

10、

11、其中，k为补偿系数,a1、a2、b1、b2为常数。

12、步骤6.故障方向判断，若nda12＞0，极性为正，本端故障方向为正方向，否则本端故障方向为反方向；若nda34＞0，极性为正，对端故障方向为正方向，否则对端故障方向为反方向。

13、步骤7.构造系统的保护判据：

14、nda12＞0    (1)

15、nda34＞0    (2)

16、如果满足公式(1)，表明本端正方向故障，如果满足公式(2)表明对端正方向故障。根据两端故障方向判断结果进行相应跳闸指令，如果两端都判断为正方向故障，保护区内故障，发送跳闸指令。如果有一端判断为反方向故障，则保护闭锁。

17、进一步的，所述的暂态高频分量是指故障电压或电流中与工频量不同的那部分分量。

18、进一步的，所述的本端指的是先接收到故障信息的一端称为本端，另一端称为对端。

19、进一步的，所述的正方向指的是保护区域以内的方向，反方向指的是保护区域以外的方向。

20、本发明的有益效果：

21、(1).本发明基于故障产生的暂态信息，该原理的保护方法不受输电线路分布电容电流、电流互感器饱和、电力系统振荡和过渡电阻等状态的影响，且具有超高速动作性能。

22、(2).本发明根据故障初始角和过渡电阻对故障特征量进行补偿，正方向故障和反方向故障的故障特征量差别显著区间边界较为分明，这使得保护易于整定、可靠性高、灵敏度高，且保护性能不受故障初始角、过渡电阻、故障类型等的影响。

23、(3).本发明的一个自适应方向继电器可以同时判断两条相关线路的故障正方向，保护区域是传统保护区域的两倍。

1.一种基于故障特征补偿的输电线路超高速保护方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2中提取暂态高频分量的方法包括小波变换、数学形态学、经验模态分解等。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3暂态高频分量处理量是能量、熵、信号复杂度、信号奇异度、李氏指数、瞬时幅值积分、瞬时幅值、瞬时幅值累加和、奇异值中的一种。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤5根据故障初始角θ和过渡电阻r对暂态高频分量处理量da12、da34进行补偿，得到故障特征量nda12、nda34，补偿方法具体如下：