超高压直流线路故障的行波识别方法，采用反向行波识别，A)故障极的判别：Wcx=Diff_bx(t)*Com_bx(t)式中，x=1，2。如果Wcx的短时积分值大于某个定值，则判为本极故障;否则，为非本极故障;B)行波突变量：C)行波积分量：D)检测直流电流突变量是否超过定值，以及直流电压是否满足低定值判据;A)至C)或D)共同构成线路行波保护的动作条件。

1、研究背景

高压直流输电由于其特有的优点，比如：长距离、大功率、异步联网、功率快速调节性、潮流可控性、输电经济性等，越来越广泛的得到应用。高压直流输电系统的核心是高压直流输电控制保护系统，它包括控制系统和保护系统。直流输电线路保护是长距离高压直流输电系统中必不可少的设备。

直流线路故障是常见的高压直流输电系统故障。其中，行波识别方法是行之有效的直流线路保护方法。高压直流输电系统直流电压始终处于高压(相对于大地)水平，这点与交流系统输电明显不同(交变、有过零点)。按照波动理论，故障时必定有行波在直流线路上往返传播。从理论上使得行波识别方法可行、可靠。

直流线路保护实现的难点在于：直流输电线路长，保护需覆盖全线路;需区分故障线路极，非故障线路极不允许动作;需区分线路故障和正常的极起停，以及非线路故障的保护停运，还有极间功率的转移;需识别是否线路遭受瞬间雷击;需适应各种运行方式(如金属回线运行)，各种电压等级(降压运行等)。

现有超高压直流线路故障行波识别方法的不足之处：当闪电(雷击)到线路时，行波保护容易误动。闪电(雷击)到线路时，会造成直流电压和直流电流的突变;但大多数情况线路并未因此受损，闪电(雷击)过后，仍可正常运行。现有的行波保护不容易区别出线路是否是遭到雷击的情况。

2、专利成果说明

本专利提出的技术方案如下：对于高压直流输电系统，其结构如下，一般分为极1、极2两条线路：

图1量值的含义说明

图1中，UDL1为极1直流电压，IDL1为极1直流电流，UDN1为极1中性母线电压;UDL2为极2直流电压，IDL2为极2直流电流，UDN2为极2中性母线电压;IDEL为接地极引线电流。直流电流的正反向为正常运行时电流流向，接地极引线电流的正反向为流向大地方向。

按照波动方程理论，电压和电流构成前向行波和反向行波。

反向行波：

b(t)=Z*Delta(IDL(t))-Delta(UDL(t))(1)

其中，Z为线路波阻抗;Delta(.)表示微分(突变量);t是时间变量。

另外，由UDN、IDEL构成的是共模反向行波(也称地模反向行波)。其波阻抗为共模波阻抗(也称地模波阻抗)。

采用反向行波，

对极1有：

b1(t)=Z*Delta(IDL1(t))-Delta(UDL1(t))(2)

对极2有：

b2(t)=Z*Delta(IDL2(t))-Delta(UDL2(t))(3)

行波差模(线模)量(对极1而言)：

Diff_b1(t)=0.5*(b1(t)-b2(t))(4)

行波共模(地模)量(对极1而言)：

Com_b1(t)=0.5*(b1(t)+b2(t))(5)

对极2而言：

Diff_b2(t)=-1.0*Diff_b1(t)，Com_b2(t)=Com_b1(t)(6)

算法：

A)故障极的判别：

Wcx=Diff_bx(t)*Com_bx(t)(7)

式中，x=1，2，下同。如果Wcx的短时积分值(积分时间常规为1毫秒)大于某个定值，则判为本极故障;否则，为非本极故障。

B)行波突变量：

Delta(Diff_bx(t))>差模突变定值(8)

Delta(Com_bx(t))>共模突变定值(9)

C)行波积分量：

Integ(Diff_bx(t))>差模积分定值(10)

Integ(Com_bx(t))>共模积分定值(11)

D)检测直流电流突变量是否超过定值，以及直流电压是否满足低定值判据。

A)至D)共同构成线路行波保护的动作条件。

以上4个判断条件的大致功能简述如下：条件A)区分故障极和非故障极;条件B)有利于区分线路区故障和对站极母线区故障，以及区分正常起/停和线路故障;条件C)有利于区分闪电(雷击)故障和线路故障;条件D)有利于防止该保护误动。

下图显示的是一种新的超高压直流线路故障的行波识别方法的实现框图。图中OP含义是指另一极。

现有的技术主要为反向行波抽样判断法和反向行波积分判断法，在实际系统运行时都出现过误判故障的情况，造成无故障极保护动作。对于高压直流输电，尤其是特高压直流输电，输送容量巨大，误判故障的后果将造成巨大的功率损失，还会对电力系统的稳定和安全也会产生极大的威胁。

本专利提出的直流线路行波保护方法，能够准确判断线路是仅遭遇雷击，还是在雷击后造成了短路故障;同时也可以准确判断出是本级发生了线路故障，还是另一极的线路故障对本级产生的影响，从而确保直流线路保护动作准确，减少功率损失，保障电网的安全。

3、创造价值及使用前景

中国目前已有18条在运行的直流工程，未来5年内还将建设十余个直流输电工程，成为直流输电大国。在直流工程的建设中直流输电重大装备国产化工作也是一项非常重要的工作，直流控制保护系统更是国家直流输电重大装备国产化重要内容。直流输电容量巨大，特高压直流输电，目前输送容量已经到达6400MW，将来会上升到10000MW，一旦保护误动造成的停电损失非常大，对电网的安全威胁也非常大。该专利能够有效的防止雷击、另一极线路故障造成的直流误停运，一定程度上消除了电网安全生产隐患。整体具有较高的社会和经济效益。

南京南瑞继保电气公司把“超高压直流线路故障的行波识别方法”的专利技术应用到所生产的“PCS-9500直流保护系统”中的“直流保护单元”，创造了巨大的经济效益，推动了产业发展。