基于并聯電抗器的輸電線路縱聯保護方法技術

本發明專利技術公開了基于并聯電抗器的輸電線路縱聯保護方法，本發明專利技術基于故障分量網絡建立了輸電線路內部故障模型和外部故障模型，并經變換簡化為統一的電感模型，通過對故障模型中的感抗Ｘ↓［Ｌ］進行識別，以Ｘ↓［Ｌ］的大小和符號來判斷內部故障和外部故障，解決了傳統差動保護在外部故障時容易誤動和高阻接地故障時靈敏度不足的問題，很大程度地提高了繼電保護的性能并通過了仿真驗證。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及雙端帶并聯電抗器的輸電線路縱聯保護研究領域，更具體涉及一種基于參數識別的輸電線路縱聯保護方法。
技術介紹
特高壓遠距離輸電線路一般都裝設并聯電抗器。其主要作用在于一、補償容性充電功率，抑制系統過電壓；二、輕負荷時吸收容性功率，控制無功潮流，穩定網絡運行電壓。 電流差動保護作為輸電線路的主保護廣泛應用于高壓輸電系統中，但特高壓輸電線路分布電容電流大和故障電流諧波含量高的特點影響了差動保護的性能。特高壓線路參數的分布性和各種補償裝置使故障電流中含有較多的低頻分量和非周期分量，而線路電感和電阻的比值大，時間常數大，使得故障電流中的低頻量、分數次諧波和非周期分量衰減緩慢。通過并聯電抗器的非周期分量、低頻分量與線路分布電容電流使不平衡電流增大，增加了差動保護誤動的風險。 目前，針對特高壓和超高壓輸電線路的電流差動保護采取了一些措施，但是這些措施都存在缺陷 (1)提高保護啟動整定值，該方法降低了差動保護的靈敏度。 (2)利用相量補償法對電容電流進行補償，該方法可以降低保護啟動整定值，但僅限于工頻量，不能克服低頻分量和非周期分量的影響，且所需數據窗較長。 (3)利用電壓和電流的瞬時值對電容電流和電抗器電流進行時域補償，由于不能確定故障起始時刻，并聯電抗器的電流無法準確計算，補償精度受到限制。
技術實現思路
本專利技術的目的在于克服現有技術的不足之處，提供一種，該方法能夠克服分布電容電流和故障電流諧波影響，適用性強，可靠性高。 本專利技術的原理采用參數識別的思想。在故障附加狀態網絡的基礎上建立內部故障和外部故障模型，經過變換后可將兩個模型簡化統一為具有相同形式的電感模型，內部故障時電感模型等效于兩端的系統阻抗，為一個較小的負阻抗；外部故障時電感模型等價于并聯電抗器的阻抗，為一個較大的正阻抗。本專利技術利用參數識別的原理計算故障模型中的感抗，通過比較識別感抗的大小和符號來判別內部故障和外部故障。 本專利技術的技術方案是這樣實現的 具體步驟如下 1)將雙端帶并聯電抗器的輸電線路發生內、外部故障時的故障附加狀態網絡模型統一為電感模型其中L，R分別為電感模型中的電感和電阻，Δucd為兩端母線電壓之和，Δicd為經過時域電容電流補償的差動電流； 內部故障模型為Δucd為兩端母線電壓之和，Δicd為經過時域電容電流補償的差動電流，Lseq和Rseq為兩端系統阻抗的等效電感和等效電阻； 外部故障模型為Δucd為兩端母線電壓之和，Δicd為經過時域電容電流補償的差動電流，LL和RL為并聯電抗器的電感和電阻； 2)利用最小二乘算法對電感模型中的電感參數L進行計算，定義識別感抗XL＝2πf·L，其中f＝50Hz，為電力系統頻率，L電感模型中的電感參數； 3)定義識別感抗整定值Xzd＝k·2πf·LL，其中k為可靠系數，可取0.5，f＝50Hz，為電力系統頻率，LL為并聯電抗器的電感值；若識別感抗XL滿足XL＜0或者|XL|＜Xzd，則判定為內部故障，保護裝置發出跳閘信號，若識別感抗XL滿足XL＞Xzd，則判定為外部故障，保護裝置發出閉鎖信號。 本專利技術具有以下優點 (1)本方法采用了參數識別，充分利用了故障后的諧波，不受非周期分量和低頻分量的影響。 (2)利用識別參數的大小和符號判斷內部故障和外部故障，區分度較大，保護具有較高的靈敏度。 (3)采用故障后暫態數據不需要延時躲過暫態過程，并且計算所需的數據窗短，動作速度快。 附圖說明 圖1為線路微機保護的硬件結構框圖， 圖2內部故障附加狀態網絡模型圖， 圖3外部故障附加狀態網絡模型圖， 圖4故障統一電感模型圖； 圖5判斷流程圖； 圖6500kV雙端電源輸電線路EMTP仿真系統圖； 具體實施例方式 下面結合附圖對本專利技術作進一步詳細說明，本專利技術屬于線路微機保護，線路兩側裝有使用本專利技術元件的保護裝置。以M側的保護裝置為例，輸入量為本側電壓電流和N側的電壓電流，本側的電壓電流由電流互感器TA和電壓互感器TV測量得到，N側的電壓電流由通信元件同步傳送得到，圖1給出了簡單示意。 參照圖1所示，本專利技術屬于微機保護，由數據采集系統(包括電壓互感器、電流互感器、低通濾波、采樣保持及A/D轉換部分)、通信系統、微機主系統(DSP)、輸入輸出系統四部分構成，本專利技術的判別元件核心算法通過編制程序在微機DSP主系統實現。A，B，C三相電壓和電流的模擬量輸入經采樣保持和A/D轉換后，送到微機主系統，由相應的算法計算出識別感抗，根據識別感抗的大小和符號來判斷故障發生在區內還是區外。 參照圖2、3所示，以單相輸電線路為例，內部故障和外部故障的故障附加狀態網絡，電壓的正方向為由母線指向接地點，電流的正方向為有母線指向線路。在外部故障分量網絡(圖2)中，uf為故障附加電源，m，n為兩側系統母線，Rl，Ll為線路電阻和電感；Δum，Δun分別為兩側故障分量電壓，ΔiLm，ΔiLn分別為流過并聯電抗器的故障分量電流，它們滿足下面的方程 其中LL，RL為電抗器的電感和電阻，定義兩端故障分量電壓之和為差動電壓Δucd＝Δum+Δun，定義經電容電流補償后的差動電流 Δicd＝(Δim+Δin)-(Δicm+Δicn)， 其中Δicm，Δicn為輸電線路兩端的電容電流。可以得到外部故障模型為 在內部故障模型(圖3)中，uf為故障附加電源，m，n為兩側系統母線；兩端母線的電壓和電流也分別滿足下面的方程 其中Lms，Rms，Lns，Rns分別為兩端系統的電阻和電感，將上面兩式相加可以得到 其中，在高壓電網中，故障分量網絡的分布系數約為實數，即Δim，Δin近似為同相位，所以km，kn均為實數，同時由于兩端的系統阻抗遠小于線路容抗，可以忽略補償電容電流的影響，內部故障模型可寫為 其中，Lseq＝Lmskm+Lnskn，Rseq＝Rmskm+Rnskn分別代表兩側系統阻抗中的等效電感和等效電阻。比較內部故障模型和外部故障模型，可以得到統一的故障模型如下 輸電線路故障統一模型如圖4所示。當輸電線路發生故障時，可以通過故障統一模型計算出參數R和L，并定義識別感抗XL和識別感抗整定值Xzd， XL＝2πf·L Xzd＝k·2πf·LL 其中k為可靠系數，可取0.5，f為電力系統頻率，取50Hz。 保護判據如下 內部故障XL＜0或者|XL|＜Xzd 外部故障XL＞Xzd 參照保護判斷處理流程圖5，本專利技術的具體實施步驟如下 (1)由啟動元件判定故障初始時刻，并確定故障相(以A相為例，下同)，采集故障后輸電線路兩端的相電壓序列uam和uan，和相電流序列iam，ian，利用記憶電壓和記憶電流計算故障分量電壓Δuam，Δuan和故障分量電流Δiam，Δian，并將數據傳送到對端。利用本側電壓電流和對側的電壓電流計算差動電壓和補償電容電流后的差動電流 Δucda(i)＝Δuam(i)+Δuan(i) 其中，i為采樣點，Ca為輸電線路A相電容，Δt為采樣間隔。 (2)將差動電壓和經補償后的差動電流帶入參數識別方程式 并利用最小二乘法對參數L進行識別，計算本文檔來自技高網...

【技術保護點】
基于并聯電抗器的輸電線路縱聯保護方法，其特征在于：?。保㈦p端帶并聯電抗器的輸電線路發生內、外部故障時的故障附加狀態網絡模型統一為電感模型：Δｕ↓［ｃｄ］＝ＬｄΔｉ↓［ｃｄ］／ｄｔ＋ＲΔｉ↓［ｃｄ］，其中Ｌ，Ｒ分別為電感模型中的電感和電阻 ，Δｕ↓［ｃｄ］為兩端母線電壓之和，Δｉ↓［ｃｄ］為經過時域電容電流補償的差動電流；　內部故障模型為：Δｕ↓［ｃｄ］＝－Ｌ↓［ｓｅｑ］ｄΔｉ↓［ｃｄ］／ｄｔ－Ｒ↓［ｓｅｑ］Δｉ↓［ｃｄ］，Δｕ↓［ｃｄ］為兩端母線電壓之和，Δｉ↓［ｃｄ ］為經過時域電容電流補償的差動電流，Ｌ↓［ｓｅｑ］和Ｒ↓［ｓｅｑ］為兩端系統阻抗的等效電感和等效電阻；　外部故障模型為：Δｕ↓［ｃｄ］＝Ｌ↓［Ｌ］ｄΔｉ↓［ｃｄ］／ｄｔ＋Ｒ↓［Ｌ］Δｉ↓［ｃｄ］，Δｕ↓［ｃｄ］為兩端母線電壓之和，Δｉ ↓［ｃｄ］為經過時域電容電流補償的差動電流，Ｌ↓［Ｌ］和Ｒ↓［Ｌ］為并聯電抗器的電感和電阻；?。玻├米钚《怂惴▽﹄姼心Ｐ椭械碾姼袇担踢M行計算，定義識別感抗Ｘ↓［Ｌ］＝２πｆ.Ｌ，其中ｆ＝５０Ｈｚ，為電力系統頻率，Ｌ電感模型中的電感參 數；?。常┒x識別感抗整定值：Ｘ↓［ｚｄ］＝ｋ.２πｆ.Ｌ↓［Ｌ］，其中ｋ為可靠系數，可取０．５，ｆ＝５０Ｈｚ，為電力系統頻率，Ｌ↓［Ｌ］為并聯電抗器的電感值；若識別感抗Ｘ↓［Ｌ］滿足：Ｘ↓［Ｌ］＜０或者｜Ｘ↓［Ｌ］｜＜Ｘ↓［ｚｄ］，則判 定為內部故障，保護裝置發出跳閘信號，若識別感抗ＸＬ滿足：Ｘ↓［Ｌ］＞Ｘ↓［ｚｄ］，則判定為外部故障，保護裝置發出閉鎖信號。...

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：索南加樂，張健康，孫成，粟小華，李懷強，
申請(專利權)人：西安交通大學，西北電網有限公司，
類型：發明
國別省市：87[中國|西安]