本发明涉及电力系统直流输电，特别涉及一种基于暂态电压波形比较的柔性直流输电线路故障判别方法。
背景技术：
1、基于模块化多电平换流器(modular multilevel converter,mmc)的柔性直流输电技术灵活可控、谐波含量低、无换相失败的问题，可大规模消纳新能源，在全世界得到了广泛应用。然而柔性直流电网的阻尼小，直流侧发生短路故障后，换流站子模块电容向故障点迅速放电，故障电流迅速增大，在几个ms内，故障电流将达到电力电子器件额定电流的数倍甚至十数倍，将造成换流器的阀组等一次设备的过流损坏，这就要求主保护快速动作隔离故障，而区内外故障快速识别是构成直流线路保护的基础。因此，柔性直流线路区内外故障的快速、可靠识别是一个亟待解决的关键问题。
2、现有的通常为利用线路两端换流站电气信息在区内和区外故障时的差异，如基于电流的线路边界计算电压与测量电压的相关性特点、线路两侧正反向行波的幅值特点等，但该类方法需要换流站间通信，不够便利。
3、鉴于此，需要一种基于暂态电压波形比较的柔性直流输电线路故障判别方法。
技术实现思路
1、针对现有技术中利用线路两端换流站电气信息在区内和区外故障时的差异需要换流站间通信，不够便利的问题，本发明提供了一种基于暂态电压波形比较的柔性直流输电线路故障判别方法，能够仅基于本地信息进行区内外故障的判别，不需要换流站间通信，其速动性和可靠性较好，且具备较强的耐受过渡电阻能力，能有效区分区内末端高阻故障与区外故障，具体技术方案如下：
2、一种基于暂态电压波形比较的柔性直流输电线路故障判别方法，包括以下步骤：
3、基于柔性直流系统的故障简化模型，分别计算典型区内故障和区外故障的线模电压首行波变化率表达式；
4、对计算得到的线模电压首行波变化率波形作归一化处理，处理后的波形为基准波形；
5、实测线路一端保护测点处的正负极线路电压、电流；
6、利用相模变换矩阵得到测点处电压、电流的线模分量；
7、计算线模故障电压行波，得到首行波波形，计算其变化了后做归一化处理，得到待比较波形；
8、利用欧式距离，计算待比较波形与区内外故障基准波形之间的距离，若待比较波形与区内基准波形距离更小，则判断为区内故障，反之则判断为区外故障；
9、优选地，以两端柔性直流线路发生正极接地故障为例，以rcl串联模型等值mmc换流站，直流线路采用bergeron模型，其线路中点故障时的系统简化模型如图2所示。
10、图中ldc为线路平波电感，zc1为直流线路线模波阻抗，zc0为直流线路地模波阻抗，bt12_1、bf12_1、bf21_1、bt21_1为行波等值线模电压源，bt12_0、bf12_0、bf21_0、bt21_0为行波等值地模电压源，zmmc1与zmmc2为线路两端换流站的等值阻抗，rf为故障电阻，为区内故障的故障附加电压源。
11、优选地，区内故障的线模电压首行波变化率波形的计算方法如下：
12、
13、bt12_1＝2a1(s)uf1
14、
15、其中，ur1、ir1分别为保护测点处的线模电压和线模电流，a1(s)为线路传递函数，ub1_in(s)为保护测点处的线模电压首行波的复频域表达式，由拉普拉斯反变换得到时域表达式ub1_in(t)，求导后得到其变化率波形u’b1_in(t)即典型区内故障波形。
16、优选地，两端柔性直流线路限流电抗器后发生正极接地故障的系统简化模型如图3所示。
17、图中ldc为线路平波电感，zc1为直流线路线模波阻抗，zc0为直流线路地模波阻抗，bt12_1、bt21_0分别为行波等值线模电压源和行波等值地模电压源，zmmc1与zmmc2为线路两端换流站的等值阻抗，rf为故障电阻，为区外故障的故障附加等值电压源。其线模电压首行波变化率的计算过程如下：
18、
19、bt12_1＝2a1(s)uf
20、
21、其中，ur1、ir1分别为保护测点处的线模电压和线模电流，a1(s)为线路传递函数，ub1_out(s)为保护测点处的线模电压首行波的复频域表达式，由拉普拉斯反变换得到时域表达式ub1_out(t)，求导后得到其变化率波形u’b1_out(t)即典型区外故障波形。
22、优选地，采用线性函数归一化对典型区内外故障电压首行波波形进行归一化处理，具体为：
23、
24、其中，u’b1_in(t)和u’b1_out(t)为上述计算得到的典型区内、区外故障线模电压首行波，ub1_in_std(t)、ub1_out_std(t)为归一化处理后的波形，即区内、区外故障基准波形。
25、优选地，根据线路首端测量得的正负极线路电压、电流，采用如下方法计算其线模电压首行波变化率波形：
26、
27、其中，up、un为测量点处测得的正负极线路电压，ip、in为测量点处测得的正负极线路电流，t为相模变换矩阵，zc1为直流线路的线模波阻抗，ub1(t)为线模电压首行波，u’b1(t)为线模电压首行波变化率波形。
28、优选地，对上述测点处测得的线模电压首行波进行归一化处理，得到待比较波形，利用欧式距离计算待比较与区内外基准波形之间的距离，具体如下：
29、
30、
31、其中din为待比较波形与区内基准波形的距离，dout为待比较波形与区外基准波形的距离。
32、通过比较din和dout的大小，判断区内外故障：
33、
34、本发明与现有技术相比，具有以下优点和有益效果：
35、1)直流系统的平波电抗器是天然的物理边界，其对高频分量呈带阻特性，本端接受到的区外故障电压首行波畸变严重，与区内故障电压首行波的特征差异显著。
36、2)利用归一化方法将波形数据限制在[-1,0]之间，针对不同电压等级的系统，不需要重新整定其动作阈值，原理简单。
37、3)通过仿真测试，验证了所提保护方案的有效性与可靠性。能准确识别不同类型的区内外故障，具备较强的耐受过渡电阻能力。
38、4)区内外故障的判别仅基于本地信息，不需要换流站间通信，其速动性和可靠性较好。
1.一种基于暂态电压波形比较的柔性直流输电线路故障判别方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于暂态电压波形比较的柔性直流输电线路故障判别方法，其特征在于，以两端柔性直流线路发生正极接地故障为例，区内故障的线模电压首行波变化率波形的计算方法如下：
3.根据权利要求2所述的一种基于暂态电压波形比较的柔性直流输电线路故障判别方法，其特征在于，区外故障的线模电压首行波变化率波形的计算方法如下：
4.根据权利要求3所述的一种基于暂态电压波形比较的柔性直流输电线路故障判别方法，其特征在于，采用线性函数归一化对典型区内外故障电压首行波变化率波形进行归一化处理，具体为：
5.根据权利要求1所述的一种基于暂态电压波形比较的柔性直流输电线路故障判别方法，其特征在于，根据线路首端测量得的正负极线路电压、电流，采用如下方法计算其线模电压首行波变化率波形：
6.根据权利要求5所述的一种基于暂态电压波形比较的柔性直流输电线路故障判别方法，其特征在于，对实测的线模电压首行波变化率波形进行归一化处理，得到待比较波形，具体如下：
7.根据权利要求6所述的一种基于暂态电压波形比较的柔性直流输电线路故障判别方法，其特征在于，利用欧式距离计算待比较与区内外基准波形之间的距离，具体如下：
8.根据权利要求7所述的一种基于暂态电压波形比较的柔性直流输电线路故障判别方法，其特征在于，通过比较din和dout的大小，判断区内外故障，具体如下：
