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申请/专利权人：国网湖北省电力有限公司荆门供电公司;三峡大学;湖北荆能输变电工程有限公司

摘要：本发明属于电力系统继电保护领域，公开了一种基于电压梯度能量比的柔直线路全线速动单端量保护方法，用柔性直流输电线路单端电压测量值，改进电压梯度计算以及能量值计算，构建多保护判据，在线路发生不同故障时能有效选出故障极并故障隔离。通过分析柔性直流线路区内外的电压故障特征构建改进电压梯度计算，消除干扰影响，构建保护启动判据；计算各采样点电压梯度的平方和构建电压梯度能量值，并集中于故障电压梯度能量值差异，构建能量值纵向比较的全线故障保护判据；利用正负极能量比的横向比较现故障选极判据。本发明能够在1ms内可靠完成区内外故障识别、故障极判断，有良好的抗噪性和耐高阻能力，有利于在柔性直流工程实现以及推广应用。

主权项：1.一种基于电压梯度能量比的柔直线路全线速动单端量保护方法，其特征在于：所述保护方法包括基于改进电压梯度的保护启动判据、改进电压梯度能量值计算，基于电压梯度能量值纵向比较的保护判据、基于正负极电压梯度能量值横向比较的选极判据构成；所述基于改进电压梯度的保护启动判据中：1改进电压梯度计算：在直流线路发生区内故障时，直流电压出现不同程度的电压陡降，并考虑干扰的影响，提出基于多点累计再相减构建改进型电压梯度计算，电压梯度的计算如下式: 式中，为k时刻电压梯度；uk-i为k-i时刻电压采样值，采样频率f＝20kHz，采样时间Ts＝0.05ms，考虑到正常运行时电压存在波动，为可靠区分电压的变化，基于6个采样点进行电压梯度计算；2保护启动判据：基于正极电压和负极电压采样值，分别实时计算各自的电压梯度，任一梯度出现较大波动时，视为系统发生故障，保护启动判据如下式: 式中，uset为保护启动门槛值，按躲过直流电压正常波动进行整定，考虑到不同脉动的整流桥，波动值存在较大差异，即使两脉动整流该电压波动也不超过0.01UN；所述改进电压梯度能量值计算中，考虑到电压梯度在高阻接地时特征不明显，引入能量法对电压梯度值处理，对梯度的N次方计算方法，提高特征显度，选择计算各采样点电压梯度的平方和，使得电压故障特征更加稳定，基于电压变化量的电压梯度能量值计算如下式: 式中，Ek为k时刻电压梯度能量值；n为滑动数据窗内采样点个数，取正整数；为k-i时刻的电压梯度；针对n的选取，采样频率越高，判断越准确，但计算量相应增大；采样率越低，将影响到保护动作速度，采样频率取f＝20kHz，针对不同n值，结合正负极电压能量值EP、EN与电压梯度能量比EPEN，当n＝20时，电压梯度能量比EPEN在2ms内波动频繁，在故障选极时容易发生误判；n＝30时，电压梯度能量值和电压梯度能量比的故障后的特征相对稳定，对于故障区域识别和故障选极相对有利，考虑到保护动作的速动性和故障选极的可靠性，数据窗采样点数取n＝30；所述基于电压梯度能量值纵向比较的保护判据:区内故障的电压梯度陡度大于区外故障的电压梯度陡度，经电压梯度能量值计算后，区内故障的电压梯度能量值也远大于区外故障发生时的值，应用电压梯度能量值的比较更有效识别区内外故障，能够区分区内末端高阻接地和区外金属性故障，基于电压梯度能量值比较的保护判据如下式:Ek≥Eset式中，Eset为电压梯度能量整定值,当能量值连续三个点满足式上述，则判定为区内故障；区内外发生金属性故障时，区内的电压梯度能量值都远大于区外的电压梯度能量值，但为正确区分线路末端高阻故障与区外金属性故障，Eset的整定需躲过区外故障电压梯度能量的最大值，引入可靠系数以保证能量判据的可靠性，具体整定如下式:Eset＝krel·EM式中，EM为区外金属性故障电压梯度能量的最大值；基于模型L12线路A点保护，区外正方向F4和反方向F12发生正极接地故障时，得到线路正极电压梯度能量值图，区外故障时，能量值都不超过3.8×104，在最严重区外金属性接地故障情况下，电压梯度能量的EM＜3.5×104，按照EM＝3.5×104进行整定，krel为可靠系数，取krel＝1.1；所述基于正负极电压梯度能量值横向比较的选极判据：纵向比较只能判断区内外故障，但在不同故障位置发生不同类型故障时，直流线路电压故障特征存在显著差异，经过能量法处理后，不同故障类型的正、负极电压梯度能量值EP、EN，单极金属性故障时，故障极电压梯度能量值远大于非故障极；极间故障时，正负极电压梯度能量值几乎相同，在满足Ek公式的基础上，应用正负极的电压梯度能量值比构建故障选极判据: 式中：rset为设定的比值系数，考虑裕度，并确保该判据有抗干扰能力。

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