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专利名称：一种基于CLC调谐电路边界特性的半波长输电线路纵联保护方法

专利类型：发明专利

专利申请号：CN202111607466.4

专利申请（专利权）人：昆明理工大学
权利人地址：云南省昆明市五华区学府路253号

专利发明（设计）人：束洪春,唐玉涛,张宇,鲍成名,韩一鸣,薄志谦

专利摘要：本发明涉及一种基于CLC调谐电路边界特性的半波长输电线路纵联保护方法，属于电力系统继电保护技术领域。本发明采集CLC调谐电路两端母线侧和线路侧测点电流量；将采集到的电流量进行派克变换，经过旋转变换得到d、q和0轴分量；接着在一段时窗内Cdif的能量ξdif；其后以CLC调谐电路未故障时的正常状态模型为假设的匹配模型，对测量值计算其电流分布规律，根据测后模拟原理计算的模拟电流与实测电流之差的绝对值于测量装置启动后短时窗内积分，由积分值作为CLC调谐电路内部故障辨识；进而计算M端和N端调谐电路两侧测点的高频小波能量比，取其对数，构造高频小波能量比值对数的符号函数sgn；根据M端和N符号函数sgn[δm]、sgn[δn]的值作为保护判据进行区内外故障的识别。

主权利要求：
1.一种基于CLC调谐电路边界特性的半波长输电线路纵联保护方法，其特征在于：Step1：采集CLC调谐电路两端母线侧和线路侧测点电流量；
Step2：将采集到的电流量进行派克变换，得到d、q和0轴分量；
Step3：利用差分运算式定义Cdif，计算其在一段时窗内Cdif的能量ξdif；
Step4：将一定时窗内ξdif的能量作为保护的启动判据，与整定值进行比较；
Step5：利用测后模拟原理，以CLC调谐电路未故障时的正常状态模型为假设的匹配模型，按照假设的匹配模型对测量值计算其电流分布规律；
Step6：根据测后模拟原理计算模拟电流与实测电流之差的绝对值，于测量装置启动后短时窗Δt＝2ms内积分，由积分值 作为CLC调谐电路内部故障辨识；
Step7：利用小波变换频域等距特性，对母线侧和线路侧测点采集的信号分别进行故障信号高频小波能量的提。
Step8：利用M端和N端调谐电路线路侧和母线侧测点采集到的高频小波能量的差异，通过两侧测点小波能量的比值构造新型边界保护元件；
Step9：计算M端和N端调谐电路两侧测点的高频小波能量比，取其对数，构造高频小波能量比值对数的符号函数sgn；
Step10：将本端信息发送给对端，接收对端信息后，根据M端和N端符号函数sgn[δm]、sgn[δn]的值形成故障识别判据。
2.根据权利要求1所述的基于CLC调谐电路边界特性的半波长输电线路纵联保护方法，其特征在于，所述Step2具体为：采集到的电流量为三相电流，对其进行clark变换；
式中，iα、iβ、i0分别表示α模、β：土隳５缌，ia、ib、ic分别表示线路与母线量测端测得的A、B和C三相电流；
再经过式(2)进行旋转变换；
得到的d、q和0轴分量。
3.根据权利要求1所述的基于CLC调谐电路边界特性的半波长输电线路纵联保护方法，其特征在于，所述Step3中：差分运算式定义的Cdif如式(3)所示：
cdif(k)＝iq(k)?iq(k?1)(3)Cdif在一定时窗内的能量ξdif如式(4)所示：式中，iq(k)表示交轴分量iq的第k个采样点，Cdif(k)表示iq能量增量Cdif的第k个值，ΔkEN表示一定时窗内的采样点数。
4.根据权利要求1所述的基于CLC调谐电路边界特性的半波长输电线路纵联保护方法，其特征在于，所述Step5具体为：在调谐网络保护启动后，将调谐网络两侧保护安装处测得电流做相模变换，如式(6)所示：式中，iα、iβ、i0分别表示α模、β：土隳５缌，ia、ib、ic分别表示线路与母线量测端测得的A、B和C三相电流；
根据提取的M端线路侧和母线侧测点处所获得的电流故障分量进行计算，如式(7)、(8)所示，电流分布规律；
式中， 为线路侧测点推算至母线侧测点得到母线侧测点的模拟电流， 为母线侧测点推算至线路侧测点得到线路测点的模拟电流。
5.根据权利要求1所述的基于CLC调谐电路边界特性的半波长输电线路纵联保护方法，其特征在于，所述Step7具体为：定义小波能量表达式如下：
其中，Ek为第k层信号小波能量，m为时窗数据宽度，Wk(m)为第k层小波变换系数；
离散小波变换的小波能量谱序列为：
E＝[E1,E2,E3,…,Ek,…](11)选取小波变换8个尺度的能量谱进行计算，并定义时频特征向量矩阵为：式中，ωT和ωF分别为时间窗和频率窗的长度；
规定M端母线侧测点为m1，线路侧测点为m2，规定N端母线侧测点为n1，线路侧测点为n2；
定义测点m1、m2、n1、n2的小波高频能量分别为：Em1、Em2、En1、En2，则式中， 为M端母线侧测点第k层信号小波高频能量， 为M端线路侧测点第k层信号小波高频能量，同理有N端两测点的小波高频能量En1、En2。
6.根据权利要求5述的基于CLC调谐电路边界特性的半波长输电线路纵联保护方法，其特征在于，所述Step9具体为：计算M端和N端CLC调谐电路两侧测点高频小波能量的比值：Em2/Em1、En2/En1，取两侧测点小波能量比值的对数：log(Em2/Em1)、log(En2/En1)；
通过M端和N端CLC调谐电路两侧测点高频小波能量比值的对数，取其符号函数sgn；
当小波能量比的对数大于0时，sgn[δ]＝1；
当小波能量比的对数小于0时，sgn[δ]＝?1。 说明书 : 一种基于CLC调谐电路边界特性的半波长输电线路纵联保护
方法技术领域[0001] 本发明涉及一种基于CLC调谐电路边界特性的半波长输电线路纵联保护方法，属于电力系统继电保护技术领域。背景技术[0002] 半波长交流输电(Half?wavelengthTransmissionLines，HWTL)，是指线路长度达到半个工频波长，即3000km(50Hz)或2500km(60Hz)的超远距离交流输电方式。半波长输电技术的早期研究表明半波长输电线路等同于变比为?1的变压器，其极限传输功率理论上可达无穷大；线路以自然功率传输时，全线电压相等；全线无功自平衡，无需任何的无功补偿设备；与高压直流输电(HVDC)相比，半波长输电利用纯交流系统的自然特性，无需额外的运行控制设备；当输送距离超过2500km时，半波长交流输电系统的经济性要优于±1000kV特高压直流输电系统。[0003] 随着世界范围内清洁能源占比逐步提升，大容量、超远距离输电技术特别是特高压半波长交流输电技术重新走进我们的视野，近年来成为面向需求工程背景的可行性研究热点。我国目前经济的发展与电力资源的分布不匹配，在“西电东送”战略、新能源绿色消纳、可再生能源装机容量不断攀升、远距离大容量输电技术不断发展的大背景下，半波长交流输电技术极具吸引力。调谐半波长可以使线路长度不足3000km输电线路具备半波长交流输电全线无功自平衡等特性，可以作为一种实现“双碳”目标的极具优势的选择。[0004] 含调谐半波长交流输电系统属于特高压交流系统，电压等级高，故障后应该快速实现故障的辨识与切除，在进行保护方案配置研究时，应着重考虑保护判据时窗选。诒Ｖた煽啃缘那疤嵯戮】赡芩醵淌贝，同时要避免CT饱和对保护带来的影响。含调谐半波长输电线路故障后电气特征不同于目前已有的交流线路，传统交流线路保护方法难以满足半波长输电线路速动性、灵敏性的保护要求，含调谐半波长交流输电线路保护成为目前亟需解决的难题。调谐半波长在补偿电气距离的同时，也为半波长线路提供了新的保护测点，CLC调谐电路本质为LC低通滤波器，具备独特的边界特性，类比特高压直流输电中采用的边界保护原理。本发明提出利用线路侧和母线侧测点采集到的电气量的差异，从高频分量入手，根据两侧测点的小波能量比值构造边界保护元件，以此确定故障方向，形成基于调谐电路边界特性的半波长输电线路纵联保护。发明内容[0005] 本发明要解决的技术问题是提供一种基于CLC调谐电路边界特性的半波长输电线路纵联保护方法，利用线路侧和母线侧测点采集到的电气量的差异，从高频分量入手，根据两侧测点的小波能量比值构造边界保护元件，进而确定故障方向，在各种故障情况下均能可靠判别故障，可靠性高，鲁棒性好，有较好的适用性。[0006] 本发明的技术方案是：一种基于CLC调谐电路边界特性的半波长输电线路纵联保护方法，其特征在于：[0007] Step1：采集CLC调谐电路两端母线侧和线路侧测点电流量，提取所需的二次侧电流暂态量信息。[0008] Step2：将采集到的电流量进行派克变换，再经过旋转变换得到d、q和0轴分量。[0009] Step3：利用差分运算式定义Cdif，计算其在一段时窗内Cdif的能量ξdif。[0010] Step4：将一定时窗内ξdif的能量作为保护的启动判据，与整定值进行比较，即：[0011] ξdif(k)≥Eset[0012] 实际工程中，为保证保护启动的灵敏性和可靠性，Eset值应根据线路沿线发生最微弱故障决定。[0013] Step5：当CLC调谐电路内部发生故障时，利用测后模拟原理，以CLC调谐电路未故障时的正常状态模型为假设的匹配模型，按照假设的匹配模型对测量值计算其电流分布规律。[0014] Step6：根据测后模拟原理计算模拟电流 与实测电流 之差的绝对值，于测量装置启动后短时窗Δt＝2ms内积分，由积分值 作为CLC调谐电路内部故障辨识，式中t0为测量装置启动时刻。[0015] Step7：利用小波变换频域等距特性，对母线侧和线路侧测点采集的信号分别进行故障信号高频小波能量的提取。[0016] Step8：CLC调谐电路构成的物理实体边界具有高频阻塞作用，即线路不同位置发生故障时，CLC调谐电路两侧测点采集到的初始电压波形与电流波形的特征会存在明显差异，高频分量无法通过具有低通特性的CLC调谐电路，基于此特性利用M端和N端调谐电路线路侧和母线侧测点采集到的高频小波能量的差异，通过两侧测点小波能量的比值构造新型边界保护元件。[0017] Step9：计算M端和N端调谐电路两侧测点的高频小波能量比，取其对数，构造高频小波能量比值对数的符号函数sgn。[0018] Step10：将本端信息发送给对端，接收对端信息后，根据M端和N符号函数sgn[δm]、sgn[δn]的值形成故障识别判据。[0019] 所述Step2具体为：[0020] 采集到的电流量为三相电流，对其进行clark变换。[0021][0022] 再经过式(2)进行旋转变换。[0023][0024] 得到的d、q和0轴分量。[0025] 所述Step3中：[0026] 差分运算式定义的Cdif如式(3)所示：[0027] cdif(k)＝iq(k)?iq(k?1)(3)[0028] Cdif在一定时窗内的能量ξdif如式(4)所示：[0029][0030] 式中，iq(k)表示交轴分量iq的第k个采样点，Cdif(k)表示iq能量增量Cdif的第k个值，ΔkEN表示一定时窗内的采样点数。[0031] 所述Step5具体为：[0032] 在调谐网络保护启动后，将调谐网络两侧保护安装处测得电流做相模变换，如式(6)所示：[0033][0034] 式中，iα、iβ、i0分别表示α模、β：土隳５缌，ia、ib、ic分别线路与母线量测端测得的A、B和C三相电流。[0035] 根据提取的M端线路侧和母线侧测点处所获得的电流故障分量进行计算，如式(7)、(8)所示，电流分布规律。[0036][0037][0038] 式中， 为线路侧测点推算至母线侧测点得到母线侧测点的模拟电流， 为母线侧测点推算至线路侧测点得到线路测点的模拟电流。[0039] 所述Step7具体为：[0040] 定义小波能量表达式如下：[0041][0042] 其中，Ek为第k层信号小波能量，m为时窗数据宽度，Wk(m)为第k层小波变换系数。[0043] 离散小波变换的小波能量谱序列为：[0044] E＝[E1,E2,E3,…,Ek,…](11)[0045] 选取小波变换8个尺度的能量谱进行计算，并定义时频特征向量矩阵为：[0046][0047] 式中，ωT和ωF分别为时间窗和频率窗的长度，利用时频矩阵LTF将信号在时域及频域上的特征联合起来，能全面地反映信号的时频特征。[0048] 规定M端母线侧测点为m1，线路侧测点为m2，规定N端母线侧测点为n1，线路侧测点为n2。[0049] 定义测点m1、m2。n1、n2的小波高频能量分别为：Em1、Em2、En1、En2，则[0050][0051] 式中，Ek1为M端母线侧测点第k层信号小波高频能量，Ek2为M端线路侧测点第k层信号小波高频能量，同理有N端两测点的小波高频能量En1、En2。[0052] 所述Step9具体为：[0053] 计算M端和N端CLC调谐电路两侧测点高频小波能量的比值：Em2/Em1、En2/En1，取两侧测点小波能量比值的对数：log(Em2/Em1)、log(En2/En1)。[0054] 通过M端和N端CLC调谐电路两侧测点高频小波能量比值的对数，取其符号函数sgn。[0055] 当小波能量比的对数大于0时，sgn[δ]＝1。[0056] 当小波能量比的对数小于0时，sgn[δ]＝?1。[0057] 本发明的有益效果是：[0058] 1、小波变换由于其频域等距的特征，可以很好地反映故障原始信号，保证能量的一致，即故障信号的能量在时间尺度和小波尺度下均能够保持一致，在对母线侧与线路侧的测点采集信号进行小波能量的提取时，可以实现CLC调谐电路两侧测点采集信号不同频带能量的计算。[0059] 2、本发明故障信息采集所需的采样率不高、只需采集初始故障电流信号，所需数据量。低撑渲昧榛，可实现低采样率下的区内外故障的准确识别，具有较强的工程实用性。[0060] 3、本发明采集故障信号时采集CT饱和前的二次电流波形在前1/4周期(5ms时间)CT存在不饱和情况，此时CT传变的一次电流不会受到CT饱和的影响。因此，在采用启动后3ms内的数据可以完整的获得与一次电流相同的变化规律，具有良好的抗CT饱和的性能。[0061] 4、本发明保护方案可实现全线速动，对于所有故障类型均有极强的适应性，且在任意位置、任意故障角和过渡电阻的情况下均可实现区内外故障的准确辨识，有较好的鲁棒性。[0062] 5、本发明将边界保护元件与调谐电路保护结合构成其纵联保护方案，无需双端数据同步，大量RTDS实时数模混合仿真表明，该纵联保护方案全线长范围内有效。附图说明[0063] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在没有实施创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。[0064] 图1是本发明含调谐半波长输电线路仿真模型图；[0065] 图2是本发明RTDS仿真系统示意图；[0066] 图3是本发明实施例1线路区内故障附加电路及网格图；[0067] 图4是本发明实施例1线路区外故障附加电路及网格图；[0068] 图5是本发明实施例2线路区内单向接地故障小波能量图；[0069] 图6是本发明实施例2线路区内单向接地故障小波能量比图；[0070] 图7是本发明实施例2线路区内单向接地故障电流小波能量比的对数图；[0071] 图8是本发明实施例3区外F2处故障小波能量图；[0072] 图9是本发明实施例3区外F2处故障小波能量比图；[0073] 图10是本发明实施例3区外F2处故障电流小波能量比的对数图；[0074] 图11是本发明实施例4区内不同故障类型下的电流小波能量图；[0075] 图12是本发明实施例4区内不同过渡电阻下的电流小波能量图；[0076] 图13是本发明的步骤流程图。具体实施方式[0077] 下面结合本发明中的具体实施例和附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在不付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。[0078] 实施例1：[0079] 含调谐半波长输电线路仿真模型如图1所示，线路全长2560km，CLC调谐电路装设于线路两端，总补偿电气长度为440km，两端CLC调谐电路各补偿220km。在实时数字仿真器RTDS上搭建半波长1000kV输电线路仿真模型，模型如图1所示，仿真采样率为20kHz，仿真平台如图2所示。根据我国已投入运行的“晋东南?南阳?荆门”1000kV特高压试验示范工程的三角排列的线路参数和线路型号来搭建含调谐半波长输电线路模型，该采样率下，A/D采集模块只需利用14bit即可满足最低要求。[0080] 如图13所示，一种基于CLC调谐电路边界特性的半波长输电线路纵联保护方法，具体步骤为：[0081] Step1：通过CT采集调谐装置两端母线侧测点与线路侧测点电流量，提取所需的二次侧电流暂态量信息；[0082] Step2：将采集的信号进行Park’s变换，本质是将三相电流先进行clark变换，如式(1)所示：[0083][0084] 再经过旋转变换后得到的d、q和0分量，如式(2)所示：[0085][0086] Step3：直接采用iq或者id作为启动判据可能会因为iq或者id的幅值突变量较小以及噪声的影响而导致启动元件拒动，利用差分运算式定义Cdif及其在一段时窗内Cdif的能量ξdif来解决此问题。[0087] 差分运算式定义的Cdif如式(3)所示：[0088] cdif(k)＝iq(k)?iq(k?1)(3)[0089] Cdif在一定时窗内的能量ξdif如式(4)所示：[0090][0091] 式中，iq(k)表示交轴分量iq的第k个采样点，Cdif(k)表示iq能量增量Cdif的第k个值，ΔkEN表示一定时窗内的采样点数。[0092] Step4：计算一定时窗内ξdif的能量，以ξdif的实时数值作为保护的启动判据，与整定值进行比较，如式(5)所示：[0093] ξdif(k)≥Eset(5)[0094] 实际工程中，为保证保护启动的灵敏性和可靠性，Eset值应根据线路沿线发生最微弱故障决定。经过RTDS仿真验证，当线路末端发生单相接地故障时首端感受到的故障分量最。耸盓set取0.5，可确保线路任意位置发生任何故障，启动元件都可以可靠识别。同时，两个测点采用或逻辑启动，CLC调谐电路两侧测点有一测点启动判据，启动元件动作。[0095] Step5：以M端CLC调谐电路为例，当CLC调谐电路内部发生故障时，利用测后模拟原理，以CLC调谐电路未故障时的正常状态模型为假设的匹配模型，按照假设的匹配模型对测量值计算其电流分布规律。[0096] 在调谐网络保护启动后，将调谐网络两侧保护安装处测得电流做相模变换，公式如式(6)所示：[0097][0098] 式中，iα、iβ、i0分别表示α模、β：土隳５缌，ia、ib、ic分别线路与母线量测端测得的A、B和C三相电流。[0099] 根据提取的M端线路侧和母线侧测点处所获得的电流故障分量进行推算，如式(7)、(8)所示：[0100][0101][0102] 式中 为线路侧测点推算至母线侧测点得到母线侧测点的模拟电流, 为母线侧测点推算至线路侧测点得到线路测点的模拟电流。[0103] Step6：计算模拟电流 与实际电流 之差的绝对值，于启动后短时窗Δt＝2ms内积分，作为CLC调谐电路内部故障辨识保护判别式如式(9)所示：[0104][0105] 式中t0为测量装置启动时刻，若调谐电路内部未发生故障，则M端模拟电流与实际电流满足匹配关系，电流之和的绝对值在短时窗积分εMset为0；若CLC调谐电路内部发生故障，M端模拟电流与实际电流不满足匹配关系，此时通过计算可知εMset不为0，N端同理。考虑到测量点的误差以及数据的误差，该积分值不严格为0，需要设置一个阈值来保证CLC调谐电路内部故障的可靠辨识，大量的仿真数据验证，当取εMset、εNset为1，可以准确辨识故障的发生。以此可构造CLC调谐电路内部故障保护判据如式(10)所示：[0106][0107] 当判断为CLC调谐电路内部故障时，CLC调谐电路本体保护动作，向对端发信；判断为调谐电路外部故障时，CLC调谐电路本体保护闭锁，向对端发信，再进行线路区内外故障辨识。[0108] Step7：定义小波能量表达式如下：[0109][0110] 其中，Ek为第k层信号小波能量；m为时窗数据宽度；Wk(m)为第k层小波变换系数。则离散小波变换的小波能量谱序列为：[0111] E＝[E1,E2,E3,…,Ek,…](12)[0112] 选取小波变换8个尺度的能量谱进行计算，并定义时频特征向量矩阵为：[0113][0114] 式中，ωT和ωF分别为时间窗和频率窗的长度。利用时频矩阵LTF将信号在时域及频域上的特征联合起来，能全面地反映信号的时频特征。[0115] 规定M端母线侧测点为m1，线路侧测点为m2。规定N端母线侧测点为n1。线路侧测点为n2。[0116] 定义测点m1、m2；n1、n2的小波高频能量分别为：Em1、Em2、En1、En2。有[0117][0118] 上式中Ek1为M端母线侧测点第k层信号小波高频能量；Ek2为M端线路侧测点第k层信号小波高频能量，同理有N端两测点的小波高频能量En1、En2。[0119] Step8：CLC调谐电路构成的物理实体边界具有高频阻塞作用，即线路不同位置发生故障时，CLC调谐电路两侧测点采集到的初始电压波形与电流波形的特征会存在明显差异，高频分量无法通过具有低通特性的CLC调谐电路，基于此特性利用M端和N端调谐电路线路侧和母线侧测点采集到的高频小波能量的差异，通过两侧测点小波能量的比值构造新型边界保护元件。[0120] 如图1所示，规定M端母线侧测点为m1，其对应电压和电流分别为Um1、Im1；线路侧测点为m2，其对应电压和电流分别为Um2、Im2。规定N端母线侧测点为n1，其对应电压和电流分别为Un1、Un1；线路侧测点为n2，其对应电压和电流分别为Un2、In2。[0121] Step8.1：线路区内故障分析[0122] 如图1所示，规定电流的正方向为母线指向线路的方向，由于CLC调谐电路为强边界，高频信号会发生折反射，为了更好的理解暂态过程，从行波理论入手分析，根据叠加原理，故障附加电路如图3(a)所示，行波网格图如图3(b)所示。[0123] 图3(b)中，实线代表暂态分量的高频部分，虚线代表暂态分量的低频部分。m2处的暂态分量分别为[0124][0125][0126] Im＝Fm?Bm＝βiHx(ω)S0(17)[0127] 式中，S0为故障初始行波；Fm为前行波；Bm为反行波；Im为电流；Ax(ω)＝e?γx，βM，f、βF，f分别为母线M和故障点F1的反射系数；βi＝(βM,f?1)为电流系数；N端同理。[0128] 由于CLC调谐电路呈现低通的边界特性，不论是M端或者N端，线路侧测点均能获得较为完整的高频信息，反之母线侧测点的高频信息由于被调谐电路过滤而发生衰减，结合式(14)，对于线路M端和N端均有下式成立：[0129][0130] Step8.2：线路保护区外故障分析[0131] 如图1所示F3处发生区外故障时，N端母线侧测点采集到的电流在初始阶段未通过CLC调谐电路，高频信息丰富，线路侧测点感受到的电流通过CLC调谐电路而被滤去大量高频分量。对于M端而言，电流继续经过CLC调谐电路，高频信息再一次衰减，但线路侧电流只经过一次CLC调谐电路过滤，高频分量多于母线侧。通过行波理论对区外故障进行分析，根据叠加原理，其故障附加电路如图4(a)所示，行波网格图如图4(b)所示。[0132] 图4(b)中，实线代表暂态分量的高频部分，虚线代表暂态分量的低频部分。m2处的暂态分量分别为[0133][0134][0135] Im＝Fm?Bm＝βiH1(ω)S′0(21)[0136] 式中，S′0为故障初始行波；A1为线路的传播函数，βM，f、βN，f分别为母线M和母线N的反射系数；[0137] 将4个测点电流经过多尺度小波变换求取能量，当F3处发生故障时M侧两测点小波能量Em1、Em2有：[0138][0139] 同理有N端两测点的小波能量En1、En2此时，其小波能量关系为：[0140][0141] 如图1所示，当F2处发生区外故障时，首先测量到故障信息的为线路M端，有相反的小波能量关系为[0142][0143] Step9：计算M端和N端调谐电路两侧测点的高频小波能量比，再取其对数，构造其符号函数sgn；[0144] 计算M端和N端CLC调谐电路两侧测点高频小波能量的比值：Em2/Em1、En2/En1，取两侧测点小波能量比值的对数：log(Em2/Em1)、log(En2/En1)。[0145] 以M端CLC调谐电路两侧测点为例，由式(18)、式(23)、式(24)可知：发生正向故障时，测点m2的暂态电流高频信息丰富于测点m1；发生反向故障时，测点m1的暂态电流高频信息丰富于测点m2，对于N端同理。[0146] 通过M端和N端CLC调谐电路两侧测点高频小波能量比值的对数，取其符号函数sgn构成纵联保护的判据。规定小波能量比的对数大于0时，sgn[δ]＝1；小波能量比的对数小于0时，sgn[δ]＝?1；[0147][0148][0149] Step10：将本端信息发送给对端，接收对端信息后，根据M端和N调谐电路两侧测点高频小波能量比值对数的符号函数sgn[δm]、sgn[δn]的值作为保护的故障识别判据；[0150] Step10.1：线路保护区内故障[0151] 以F1处发生单相接地故障为例，输电线路M端测点m2测量到的故障电流没有经过调谐电路形成的边界，因此故障电流中含有较多的高频分量，幅值和陡度变化比较大，此时通过小波能量的计算，得到线路侧能量Em2；而对于M端测点m1来说，调谐电路形成的边界对高频分量有过滤抑制作用，其故障电流的幅值和波头的陡度相对较。獾鉳1的故障信息变化比较平缓，此时通过小波能量的计算，得到母线侧能量Em1。N端测点情况与M端相同，计算得到N端两测点小波能量En1、En2比值的对数的符号函数。[0152] 此时有：[0153][0154] 即含调谐半波长交流输电线路区内发生故障时，无论是M端或者N端，线路侧和母线侧测点得到的故障信息的判据关系均为1。此时，线路保护逻辑判断为区内故障，双端保护判别元件发出跳闸信号，两端线路侧断路器跳开。[0155] Step10.2：线路保护区外故障[0156] 当发生区外F2处发生单相接地故障时，M端线路侧测点m2测量到的故障信息经过调谐电路形成的边界，其故障信号小波能量主要集中在低频段，高频分量相对含量较低，通过小波能量的计算，得到的线路侧能量Em2相对较。淮耸盡端母线侧测点m1感受到的故障信息未经过调谐电路形成的边界，故障信号中高频分量较高，此时通过小波能量计算得到母线侧能量Em1将于大于Em2。N端两侧采集到的电气量先经过测点n2，再经过测点n1，确定能量En1、En2比值的对数的符号函数。[0157] 此时有：[0158][0159] 可知，当区外F2处故障时，M端线路侧和母线侧测点感受到的故障信息的判据关系应为?1，而N端线路侧和母线侧测点感受到的故障信息的判据关系为1。此时，双端保护判别元件发出闭锁信号，保护不动作。[0160] 同理，对于区外F3处故障而言，由于先测量到故障信息的为N端，因此N端两个测点的小波能量比具有相对称的关系，为负，而M端正好相反，为正。此时，保护判别元件发出闭锁信号，保护不动作。[0161] 综上判断结果，提出保护判据：[0162][0163] 实施例2：线路保护区内以400km为步长遍历故障，具体步骤如实施例1所示。[0164] 为验证不同运行工况下基于CLC调谐电路边界特性的半波长输电线路纵联保护算法的适用性，在线路全长范围内以400km为步长遍历故障进行仿真，发生A相金属性接地故障。特高压输电系统中杆塔一般高于60米，发生小角度故障的可能性极低，因此在仿真中不考虑0°等小角度故障，初始故障相角分别设置为70°、80°、90°，计算出此时的小波能量的值、小波能量值的比值及其比值的对数。根据保护判据式(55)判别公式得出保护逻辑判断结果，仿真结果如图5、6、7所示。[0165] 从图5、6、7中可以看出，区内F1故障时M端线路测点Em2能量值明显大于母线测点Em1能量值，其比值大于1，对数均大于0，N端En1、En2也有相同的结论，此时，取其对数并确定符号函数，可以得到sgn[δm]＝1，sgn[δn]＝1，根据判断结果，均符合区内故障判据，保护稳定动作；[0166] 实施例3：线路保护反方向发生故障，具体步骤如实施例1所示。[0167] 为了验证不同运行工况下基于CLC调谐电路边界特性的半波长输电线路纵联保护算法的适用性，M端反方向区外以F2处AG、AB、ABG、ABCG四种故障类型进行仿真。特高压输电系统中杆塔一般高于60米，发生小角度故障的可能性极低，因此在仿真中不考虑0°等小角度故障，初始故障相角分别设置为70°、80°、90°，计算出此时的小波能量的值、小波能量值的比值及其比值的对数。根据保护判据式(29)判别公式得出保护逻辑判断结果，仿真结果如图8、9、10所示。[0168] 从图8、9、10中可以看出，F2处故障时，M端线路侧测点Em2能量值小于母线侧测点Em1能量值，其比值小于1，对数均小于0，而N端则是线路侧测点En2能量值大于母线侧测点En1能量值，但幅值均小于M端两测点，其比值稍大于1，此时取其对数并确定符号函数，有sgn[δm]＝?1，sgn[δn]＝1，根据判断结果，均符合区外故障判据，保护不会发生误动。[0169] 实施例4：在线路1200km处发生不同过渡电阻、不同故障类型等工况下的故障，具体步骤如实施例1所示。[0170] 选取不同过渡电阻、不同故障类型等工况为例在1200km处对该保护方法进行仿真验证，仿真结果见图11、12。[0171] 从图11、12的仿真结果可以得到sgn[δm]＝1，sgn[δn]＝1，均能有效判断为区内故障，因此该边界保护方法受故障类型、过渡电阻的影响较。蘼凼乔诨故乔夤收，保护元件均能可靠判断，且线路区外故障情况下符号函数sgn[δm]、sgn[δn]与区内故障时区分度很大，区外故障不会出现误动现象。[0172] 以上结合附图对本发明的具体实施方式作出详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

专利地区：云南

专利申请日期：2021-12-27

专利公开日期：2024-11-29

专利公告号：CN114977120B