技术领域
[0001] 本
发明涉及直流输电线路保护技术，具体涉及一种基于电流频谱的直流输电线路保护方法和装置。
背景技术
[0002] 直流输电线路故障后要求直流输电线路的保护装置快速识别所发生的故障，并与直流
断路器配合将发生故障的直流输电线路隔离。现有的直流输电线路的保护方法包括行波保护、
电压突变量保护、电流突变量保护、过电流保护、
低电压保护和纵联差动等。其中的行波保护、电压突变量保护、电流突变量保护、过电流保护和低
电压保护都是单端量保护，无法保护直流输电线路全长，同时当直
流线路发生经高阻接地故障时，以上直流输电线路的保护方法的灵敏性低，动作时间有延时，不利于将发生故障的直流输电线路快速
切除，其中的纵联差动保护需要进行时间同步，且实时交互两侧电流量，对通道带宽要求高。
[0003] 直流输电线路上未安装直流断路器时，对保护动作速度及灵敏性要求不高，可以通过断开交流侧断路器隔离故障，当直流输电线路组网后需要安装直流断路器进行选择性隔离故障，对于直流输电线路，电流及电压
采样率高达50kHz，上述直流输电线路的保护方法无法满足动作时间和动作性能方面的要求。
发明内容
[0004] 为了克服上述
现有技术不能保护直流输电线路全长、灵敏度低、动作时间有延时且对通道带宽要求高的不足，本发明提供一种基于电流频谱的直流输电线路保护方法和装置，先计算直流输电线路两端电流频谱的幅值，然后根据直流输电线路两端电流频谱的幅值确定直流输电线路两端的电流频谱相关度，最后根据直流输电线路两端的电流频谱相关度确定保护装置是否动作，实现直流输电线路的保护。
[0005] 为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：
[0006] 第一个方面，本发明提供一种基于电流频谱的直流输电线路保护方法，包括：
[0007] 计算直流输电线路两端电流频谱的幅值；
[0008] 根据直流输电线路两端电流频谱的幅值确定直流输电线路两端的电流频谱相关度；
[0009] 根据直流输电线路两端的电流频谱相关度确定保护装置是否动作。
[0010] 所述计算直流输电线路两端的电流频谱包括：
[0011] 按下式计算直流输电线路第一端电流频谱的幅值：
[0012]
[0013] 其中，i1k(t)表示直流输电线路第一端t时刻第k个采样点电流频谱的幅值，a1k(t)表示直流输电线路第一端t时刻第k个采样点电流频谱的
实部，b1k(t)表示表示直流输电线路第一端t时刻第k个采样点电流频谱的
虚部，其中a1k(t)和b1k(t)分别按下式计算：
[0014]
[0015]
[0016] 其中，N1表示直流输电线路第一端的采样点数，f1k(t)表示直流输电线路第一端t时刻第k个采样点的电流值；
[0017] 按下式计算直流输电线路第二端电流频谱的幅值：
[0018]
[0019] 其中，i2l(t)直流输电线路第二端t时刻第l个采样点电流频谱的幅值，a2l(t)表示直流输电线路第二端t时刻第l个采样点电流频谱的实部，b2l(t)表示直流输电线路第二端t时刻第l个采样点电流频谱的虚部，其中a2l(t)和b2l(t)分别按下式计算：
[0020]
[0021]
[0022] 其中，N2表示直流输电线路第二端的采样点数，且N2＝N1；f2l(t)表示直流输电线路第二端t时刻第l个采样点的电流值。
[0023] 所述直流输电线路两端的电流频谱相关度按下式计算：
[0024]
[0025] 其中，ρ表示直流输电线路两端的电流频谱相关度，cov(i1k(t),i2l(t))表示i1k(t)与i2l(t)之间的协方差，σ2(i1k(t))表示i1k(t)的方差，σ2(i2l(t))表示i2l(t)的方差，cov(i1k(t),i2l(t))按下式计算：
[0026]
[0027] 其中，N为中间量，且N＝N2＝N1；
[0028] σ2(i1k(t))按下式计算：
[0029]
[0030] σ2(i2l(t))按下式计算：
[0031]
[0032] 所述根据直流输电线路两端的电流频谱相关度确定保护装置是否动作，包括：
[0033] 将直流输电线路两端的电流频谱相关度ρ与相关度预设值ρset进行比较；
[0034] 在ρ≤ρset时，确定故障发生在直流输电线路上，保护装置动作，且将动作
信号发送给发生故障的直流输电线路两侧的直流断路器，切除发生故障的直流输电线路。
[0035] 在ρ>ρset时，确定故障未发生在直流输电线路上，保护装置不动作，其中ρset表示相关度设定值。
[0036] 第二个方面，本发明还提供一种基于电流频谱的直流输电线路保护装置，包括：
[0037] 计算模
块，用于计算直流输电线路两端电流频谱的幅值；
[0038] 确定模块，用于根据直流输电线路两端电流频谱的幅值确定直流输电线路两端的电流频谱相关度；
[0039] 保护模块，用于根据直流输电线路两端的电流频谱相关度确定保护装置是否动作。
[0040] 所述计算模块，包括：
[0041] 第一计算单元，用于按下式计算直流输电线路第一端电流频谱的幅值：
[0042]
[0043] 其中，i1k(t)表示直流输电线路第一端t时刻第k个采样点电流频谱的幅值，a1k(t)表示直流输电线路第一端t时刻第k个采样点电流频谱的实部，b1k(t)表示表示直流输电线路第一端t时刻第k个采样点电流频谱的虚部，其中a1k(t)和b1k(t)分别按下式计算：
[0044]
[0045]
[0046] 其中，N1表示直流输电线路第一端的采样点数，f1k(t)表示直流输电线路第一端t时刻第k个采样点的电流值；
[0047] 第二计算单元，用于按下式计算直流输电线路第二端电流频谱的幅值：
[0048]
[0049] 其中，i2l(t)直流输电线路第二端t时刻第l个采样点电流频谱的幅值，a2l(t)表示直流输电线路第二端t时刻第l个采样点电流频谱的实部，b2l(t)表示直流输电线路第二端t时刻第l个采样点电流频谱的虚部，其中a2l(t)和b2l(t)分别按下式计算：
[0050]
[0051]
[0052] 其中，N2表示直流输电线路第二端的采样点数，且N2＝N1；f2l(t)表示直流输电线路第二端t时刻第l个采样点的电流值。
[0053] 所述确定模块具体用于：
[0054] 按下式计算直流输电线路两端的电流频谱相关度：
[0055]
[0056] 其中，ρ表示直流输电线路两端的电流频谱相关度，cov(i1k(t),i2l(t))表示i1k(t)与i2l(t)之间的协方差，σ2(i1k(t))表示i1k(t)的方差，σ2(i2l(t))表示i2l(t)的方差，cov(i1k(t),i2l(t))按下式计算：
[0057]
[0058] 其中，N为中间量，且N＝N2＝N1；
[0059] σ2(i1k(t))按下式计算：
[0060]
[0061] σ2(i2l(t))按下式计算：
[0062]
[0063] 所述保护模块，包括：
[0064] 比较单元，用于将直流输电线路两端的电流频谱相关度ρ与相关度预设值ρset进行比较；
[0065] 第一保护单元，用于在ρ≤ρset时，确定故障发生在直流输电线路上，保护装置动作，且将动作信号发送给发生故障的直流输电线路两侧的直流断路器，切除发生故障的直流输电线路。
[0066] 所述保护模块，进一步包括：
[0067] 第二保护单元，用于在ρ>ρset时，确定故障未发生在直流输电线路上，保护装置不动作，其中ρset表示相关度设定值。
[0068] 与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有以下有益效果：
[0069] 本发明提供的基于电流频谱的直流输电线路保护方法先计算直流输电线路两端电流频谱的幅值，然后根据直流输电线路两端电流频谱的幅值确定直流输电线路两端的电流频谱相关度，最后根据直流输电线路两端的电流频谱相关度确定保护装置是否动作，实现直流输电线路全段的保护；
[0070] 本发明提供的基于电流频谱的直流输电线路保护装置包括计算模块、确定模块和保护模块，计算模块用于计算直流输电线路两端电流频谱的幅值，确定模块用于根据直流输电线路两端电流频谱的幅值确定直流输电线路两端的电流频谱相关度，保护模块用于根据直流输电线路两端的电流频谱相关度确定保护装置是否动作，实现直流输电线路的保护；
[0071] 本发明提供的技术方案基于直流输电线路两端电流频谱的幅值确定直流输电线路两端的电流频谱相关度，并将直流输电线路两端的电流频谱相关度与相关度设定值比较，根据比较结果可以准确且快速的识别出故障发生在直流输电线路上或直流输电线路以外；
[0072] 本发明提供的技术方案识别出故障发生在直流输电线路上以后，保护装置动作，且将动作信号发送给发生故障的直流输电线路两侧的直流断路器，直流断路器立即切除发生故障的直流输电线路，实现故障线路的隔离；
[0073] 本发明提供的技术方案有效利用电流暂态分量中的电流频谱，消除了电流暂态分量时域特征
混叠对故障识别的影响，准确度高。
附图说明
[0074] 图1是本发明
实施例中基于电流频谱的直流输电线路保护方法
流程图；
[0075] 图2是本发明实施例中直流输电系统拓扑结构图；
[0076] 图3是本发明实施例中F2故障时B1处的电流频谱示意图；
[0077] 图4是本发明实施例中F2故障时B3处的电流频谱示意图；
[0078] 图5是本发明实施例中F1故障时B1处的电流频谱示意图；
[0079] 图6是本发明实施例中F1故障时B3处的电流频谱示意图。
具体实施方式
[0080] 下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
[0081] 当直流输电线路发生故障时，根据
叠加定理可将故障量分解为故障前负荷分量与故障后的附加分量。故障后的附加分量包括电流暂态分量，电流暂态分量是由于故障后电流行波从故障点沿直流输电线路传播并在
母线处来回反射和折射形成的，直流输电线路的电流暂态分量包括强迫分量和自由分量，其中强迫分量的幅值与过渡
电阻等因素相关，自由分量为振荡分量，其振荡
频率由直流回路参数决定。电流暂态分量中包含有大量的有用故障信息，通过有效利用电流暂态分量中的电流频谱可以消除时域上故障信息的混叠，准确识别出发生故障的直流输电线路，提高保护的动作性能。
[0082] 实施例1
[0083] 本发明实施例提供了一种采用上述电流暂态分量的电流频谱对直流输电线路进行保护的方法，具体流程图如图1所示，具体过程如下：
[0084] S101：计算直流输电线路两端电流频谱的幅值；
[0085] S102：根据S101计算出的直流输电线路两端电流频谱的幅值确定直流输电线路两端的电流频谱相关度；
[0086] S103：根据S102确定的直流输电线路两端的电流频谱相关度确定保护装置是否动作。
[0087] 上述S101中，计算直流输电线路两端的电流频谱包括：
[0088] 1)按下式计算直流输电线路第一端电流频谱的幅值：
[0089]
[0090] 其中，i1k(t)表示直流输电线路第一端t时刻第k个采样点电流频谱的幅值，a1k(t)表示直流输电线路第一端t时刻第k个采样点电流频谱的实部，b1k(t)表示表示直流输电线路第一端t时刻第k个采样点电流频谱的虚部，其中a1k(t)和b1k(t)分别按下式计算：
[0091]
[0092]
[0093] 其中，N1表示直流输电线路第一端的采样点数，f1k(t)表示直流输电线路第一端t时刻第k个采样点的电流值；
[0094] 2)按下式计算直流输电线路第二端电流频谱的幅值：
[0095]
[0096] 其中，i2l(t)直流输电线路第二端t时刻第l个采样点电流频谱的幅值，a2l(t)表示直流输电线路第二端t时刻第l个采样点电流频谱的实部，b2l(t)表示直流输电线路第二端t时刻第l个采样点电流频谱的虚部，其中a2l(t)和b2l(t)分别按下式计算：
[0097]
[0098]
[0099] 其中，N2表示直流输电线路第二端的采样点数，且N2＝N1；f2l(t)表示直流输电线路第二端t时刻第l个采样点的电流值。
[0100] 上述S102中，直流输电线路两端的电流频谱相关度可以按下式计算：
[0101]
[0102] 其中，ρ表示直流输电线路两端的电流频谱相关度，cov(i1k(t),i2l(t))表示i1k(t)与i2l(t)之间的协方差，σ2(i1k(t))表示i1k(t)的方差，σ2(i2l(t))表示i2l(t)的方差，cov(i1k(t),i2l(t))按下式计算：
[0103]
[0104] 其中，N为中间量，且N＝N2＝N1；
[0105] σ2(i1k(t))按下式计算：
[0106]
[0107] σ2(i2l(t))按下式计算：
[0108]
[0109] 直流输电系统拓扑结构图如图2所示，图中的M1～M8为
直流母线；直流母线之间为直流输电线路，B1～B16为直流断路器，C1～C8为换流
变压器，P1～P8为MMC，S1～S8为交流电源，F1和F2为故障点。
[0110] 上述S103中，根据直流输电线路两端的电流频谱相关度确定保护装置是否动作，可以包括：
[0111] 将直流输电线路两端的电流频谱相关度ρ与相关度设定值ρset进行比较；
[0112] 若ρ≤ρset，故障发生在直流输电线路上，保护装置动作，且将动作信号发送给发生故障的直流输电线路两侧的直流断路器，切除发生故障的直流输电线路；
[0113] 否则故障未发生在直流输电线路上，保护装置不动作。
[0114] 下面结合实例分别对上述两种故障识别进行详细介绍：
[0115] 若图2中的故障发生在F2处，即F2为故障点，对于直流输电线路B1-B3来说，故障发生在区内，即故障发生在直流输电线路B1-B3上，保护装置动作，且将动作信号发送给直流输电线路B1-B3两侧的直流断路器(B1和B3)，切除直流输电线路B1-B3，具体的F2故障时B1处的电流频谱示意图和F2故障时B3处的电流频谱示意图如图3和图4所示；
[0116] 若图2中的故障发生在F1处，即F1为故障点，对于直流输电线路B1-B3来说，故障发生在区外，即故障未发生在直流输电线路B1-B3上，保护装置不动作，具体的F1故障时B1处的电流频谱示意图和F1故障时B3处的电流频谱示意图分别如图5和图6所示。
[0117] 实施例2、
[0118] 基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种基于电流频谱的直流输电线路保护装置，这些设备解决问题的原理与基于电流频谱的直流输电线路保护方法相似，本发明实施例提供的基于电流频谱的直流输电线路保护装置可以包括计算模块、确定模块和保护模块，下面分别描述上述三个模块的功能：
[0119] 其中的计算模块，用于计算直流输电线路两端电流频谱的幅值；
[0120] 其中的确定模块，用于根据直流输电线路两端电流频谱的幅值确定直流输电线路两端的电流频谱相关度；
[0121] 其中的保护模块，用于根据直流输电线路两端的电流频谱相关度确定保护装置是否动作。
[0122] 上述的计算模块计算直流输电线路两端电流频谱的幅值具体包括以下两方面：
[0123] 第一计算单元，用于按下式计算直流输电线路第一端电流频谱的幅值：
[0124]
[0125] 其中，i1k(t)表示直流输电线路第一端t时刻第k个采样点电流频谱的幅值，a1k(t)表示直流输电线路第一端t时刻第k个采样点电流频谱的实部，b1k(t)表示表示直流输电线路第一端t时刻第k个采样点电流频谱的虚部，其中a1k(t)和b1k(t)分别按下式计算：
[0126]
[0127]
[0128] 其中，N1表示直流输电线路第一端的采样点数，f1k(t)表示直流输电线路第一端t时刻第k个采样点的电流值；
[0129] 第二计算单元，用于按下式计算直流输电线路第二端电流频谱的幅值：
[0130]
[0131] 其中，i2l(t)直流输电线路第二端t时刻第l个采样点电流频谱的幅值，a2l(t)表示直流输电线路第二端t时刻第l个采样点电流频谱的实部，b2l(t)表示直流输电线路第二端t时刻第l个采样点电流频谱的虚部，其中a2l(t)和b2l(t)分别按下式计算：
[0132]
[0133]
[0134] 其中，N2表示直流输电线路第二端的采样点数，且N2＝N1；f2l(t)表示直流输电线路第二端t时刻第l个采样点的电流值。
[0135] 上述的确定模块根据直流输电线路两端电流频谱的幅值确定直流输电线路两端的电流频谱相关度具体过程如下：
[0136] 按下式计算直流输电线路两端的电流频谱相关度：
[0137]
[0138] 其中，ρ表示直流输电线路两端的电流频谱相关度，cov(i1k(t),i2l(t))表示i1k(t)与i2l(t)之间的协方差，σ2(i1k(t))表示i1k(t)的方差，σ2(i2l(t))表示i2l(t)的方差，cov(i1k(t),i2l(t))按下式计算：
[0139]
[0140] 其中，N为中间量，且N＝N2＝N1；
[0141] 上述的σ2(i1k(t))按下式计算：
[0142]
[0143] 上述的σ2(i2l(t))按下式计算：
[0144]
[0145] 上述的保护模块根据直流输电线路两端的电流频谱相关度确定保护装置是否动作，具体可以包括：
[0146] 比较单元，用于将直流输电线路两端的电流频谱相关度ρ与相关度预设值ρset进行比较；
[0147] 第一保护单元，用于在ρ≤ρset时，确定故障发生在直流输电线路上，保护装置动作，且将动作信号发送给发生故障的直流输电线路两侧的直流断路器，切除发生故障的直流输电线路；
[0148] 第二保护单元，用于在ρ>ρset时，确定故障未发生在直流输电线路上，保护装置不动作，其中ρset表示相关度设定值。
[0149] 为了描述的方便，以上所述装置的各部分以功能分为各种模块或单元分别描述。当然，在实施本
申请时可以把各模块或单元的功能在同一个或多个
软件或
硬件中实现。
[0150] 本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或
计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘
存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0151] 本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方
框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程
数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中
指定的功能的装置。
[0152] 这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0153] 这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0154] 最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员参照上述实施例依然可以对本发明的具体实施方式进行
修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的
权利要求保护范围之内。
