CN100373726C - 基于时间尺度的可变制动系数的比率制动方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于时间尺度的可变制动系数的比率制动方法，所述的方法包括步骤：对保护装置的输入电流以预定的采样速率进行采样，并将采样结果存储在存储区中；依据采样结果，根据给定的计算公式进行处理，得到保护装置的差动和制动电流；将计算所得的差动电流值与预先设定的阈值进行比较，得到故障初步判别结果；然后差动电流值与制动系数和制动电流值的乘积值进行比较，制动系数根据预设的不同的时间尺度，自适应发生改变，在任意特定的时间尺度内，若差动电流值大于乘积值，则判断出保护范围内部故障。本发明的方法提高了比率制动保护的自适应能力，增强了保护的安全性，并且提高了保护的灵敏度，可应用于电力系统各类差动保护装置，极大的提高保护的动作性能。

Description

基于时间尺度的可变制动系数的比率制动方法

技术领域

本发明涉及电力系统继电保护领域，更具体地涉及差动保护基于时间尺度的可变制动系数的比率制动方法。

背景技术

差动保护是我国电力系统最广泛应用的继电保护原理之一，由于它是从电流的最基本原理基尔霍夫原理演变而来，可以说是完美原理，没有缺陷，相对于电力系统的其它原理比如距离保护、方向保护等等，它不受电力系统振荡的影响，不受故障类型的影响，不受运行方式的影响，再加上它构成装置简单，维护方便，它有最初的元件保护领域开始，逐步应用到线路保护等新的保护领域，并得到了主保护的地位，随着电力系统的发展和光纤通讯技术的广泛应用，差动保护的重要性越来越高。

差动保护技术中，最广泛应用的是比率制动差动保护装置，被保护对象在正常工作或其保护范围外部故障时所有流入及流出的电流之和为零(差动电流为零)，而在内部故障情况下所有流入及流出的电流之和不再为零(差动电流不为零)。基于这种前提，差动保护可以正确地区分保护范围的内部和外部故障。

比率制动式电流差动保护的基本判据为：

|I_Dif|>Iset    (6)

|I_Dif|>KI_f    (7)

其中I_Dif为差动电流，I_set为预先设定的阈值，I_f为制动电流，K为比率制动系数

公式6的动作条件是由不平衡差动电流决定的，而公式7的动作条件是由母线所有元件的差动电流和制动电流的比率决定的。在外部故障短路电流很大时，不平衡差动电流较大，公式6易于满足，但不平衡差动电流占制动电流的比率很小，因而公式7不会满足，装置的动作条件由上述两判据“与”门输出，提高了差动保护的可靠性，所以当外部故障短路电流较大时，由于公式7使得保护不误动，而内部故障时，公式7易于满足，只要同时满足公式6提供的差动电流动作门槛，保护就能正确动作，这样提高了差动保护的可靠性。

通过以上分析可知，制动系数对保护的可靠性非常重要，但从另一方面，由于制动系数K是人为设定的，在整定值高时，可靠性高，灵敏度不足，整定值低时，灵敏度高了，但可靠性降低，如何在提高可靠性的同时也能保持保护的灵敏度是一个值得研究的课题，为此国内外研究出了很多方法，它的主要特点是通过制动系数的选取方法来保证保护的灵敏度和可靠性，所以也就产生了各种各样的制动电流取法。但它们有一个共同的特点，一旦制动系数选取后，保护就只能按此制动系数判别故障，严重依赖整定值，整定值如果没有计算准确，保护则容易产生误动和拒动。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述现有技术的缺陷，本发明提出了基于时间尺度的可变制动系数的比率制动方法。

本发明的方法是通过如下的技术方案实现的，所述的方法包括以下步骤：

对继电保护装置的输入电流以预定的采样速率进行采样，并将采样结果存储在数据存储区中；

对上述采样结果进行处理，按设定算法的计算保护输入电流的差动电流和制动电流；

计算所述的差动电流值与预先设定的阀值进行比较，得到故障初步判别结果；然后差动电流值与制动系数和制动电流值的乘积值进行比较，制动系数根据预设的不同的时间尺度，自适应发生改变，在任意特定的时间尺度内，若差动电流值连续大于乘积值，则判断出保护范围内部故障，不同的保护可根据需要选取一个或多个时间尺度。

制动系数根据不同的时间尺度，发生适应不同的保护原理的改变，时间尺度可以根据需要选取一个或多个。制动系数和时间尺度的对应关系可以采用如下方法，首先根据不同的的保护选取保护动作的关键点，关键点的选取对于不同的保护是不同的，例如对于母线保护：时间尺度的关键点可以选取故障开始T0，故障后60ms的T1，故障后200ms的T2，故障后500msT3等等，这是因为故障开始时，保护的暂态分量最大，干扰的影响也最大，此时为了保证可靠性，制动系数应该选取保证保护可靠动作的最大值，取K0＝0.8，故障发生60ms后，暂态分量的衰减超过80％以上，此时制动系数可以降低，根据经验，取K1＝0.6就可以保证可靠性，200ms以后一般系统暂态分量基本不存在，制动系数可以进一步降低，保护主要是保证保护的灵敏度，制动系数只要能保证理论的可靠性即可，此时制动系数一般取K2＝0.3。500ms关键点的选取是如果母线保护500ms不能切除故障，该保护也就没有什么意义了。关键点的多少，以及其和制动系数在关键点的对应关系，可以根据理论结合实际的办法取得。不同的保护虽然对关键点的取法不一样，但同样可以到达通过关键点取得不同时间尺度和制动系数对应关系的目的。选取关键点以后，不同的关键点之间的点的时间尺度和制动系数的对应关系可以通过符合保护特性的曲线(不同的保护可以根据本身的特性利用不同的曲线描述)进行联系，然后通过描点法取得对应关系。例如：当我们采用直线法时，两者之间的对应关系在60ms和200ms之间是：

$K=K1-(T-T1)\frac{K1-K2}{T2-T1}---\left(1\right)$

这样当我们取时间尺度为故障后100ms时，计算可得制动系数K＝0.514。所述的差动电流I_Dif根据以下公式进行计算：

I_Dif＝i₁(t)+i₂(t)+…+i_n(t)    (2)

制动电流I_f可以根据以下公式进行计算：

I_f＝|i₁(t)|+|i₂(t)|+…+|i_n(t)|  (3)

故障的判别公式是：

|I_Dif|>Iset           (4)

|I_Dif|> K(a)I_f    (5)

其中，I_set为预先设定的阈值，i_n(t)可为差动回路任一电流t时刻的采样值或矢量值，K(a)为基于时间尺度的比率制动系数，n>＝2，对于制动电流，不同类型的保护的选取是为有差别的，上述公式只是其中的一种取法，但本方法的基本思想适用所有比率制动进行故障判别的差动电流保护。

本发明的基于时间尺度的可变制动系数的比率制动方法，充分利用了时间尺度的概念，不同的时间尺度使用不同的制动系数，利用时间和制动系数同时工作保证保护的可靠性和灵敏度，该原理应用在电力系统母线保护装置，可极大的提高差动保护的性能。

附图说明

下面结合附图进一步说明本发明的方法内容和优点。

图1是制动系数和时间尺度的对应关系分析；

图2是固定制动系数为高值时保护的灵敏度和可靠性分析；

图3是固定制动系数为低值时保护的灵敏度和可靠性分析；和

图4是利用时间尺度可变制动系数保护的灵敏度和可靠性分析。

具体实施方式

图1是制动系数和时间尺度的一个对应关系图，关键点选取了(K0，T0)、(K1，T1)、(K2、T2)、(K3，T3)，在关键点(K0，T0)、(K1，T1)之间，由于此时保护故障时间小于60ms，暂态分量的干扰比较大，此时为了更高的保证可靠性，选取制动系数不随时间尺度发生变化，也就是在此时间尺度范围内，任意时间尺度对应的制动系数都取为0.8。在关键点(K1，T1)，暂态分量已经衰减了80％以上，制动系数可以适当降低到0.6，在关键点(K2、T2)，暂态分量全部衰减，制动系数可以降低到0.3，关键点(K1，T1)、(K2、T2)之间在的对应关系可以考虑为线性：

$K=K1-(T-T1)\frac{K1-K2}{T2-T1}$

这样当我们取时间尺度为故障后T＝100ms时，计算可得制动系数K＝0.514。取时间尺度为故障后T＝150ms时，计算可得制动系数K＝0.493。取时间尺度为故障后T180ms时，计算可得制动系数K＝0.429。可以看到保护的灵敏度逐步提高。200ms以后一般系统暂态分量基本不存在，制动系数固定在0.3即可保证保护装置足够的灵敏度，所以(K2、T2)、(K3，T3)点之间的制动系数仍为直线，固定为0.3。

灵敏度是和制动系数相对应的量，当制动系数增大时，保护的灵敏度降低，当保护的制动系数减小时，保护的灵敏度提高。保护的制动系数也直接影响保护的动作区，当制动系数减小时，保护的动作区变大，当制动系数增高时，保护的动作区增大。因此保护的灵敏度也可以用保护的动作区表达，动作区大时，保护灵敏度高，动作区小时，保护的灵敏度低。图2、图3和图4都是采用动作区表达保护的灵敏度。

为分析方便我们设定保护的可靠性用可靠度表达，最高可靠度为1。由于差动保护的制动系数直接影响保护的可靠性，因此当制动系数和时间尺度无关时，无论时间尺度如何变化，保护的可靠性不会发生变化，此时保护的可靠度是一个和制动系数相关的量，保护的可靠度可以用制动系数来表达。

而当保护的制动系数随时间尺度发生变化时，保护的可靠度是一个和时间尺度及制动系数二维相关的量。当时间尺度增大时，可以提高保护的可靠性，时间尺度减小时，降低了保护的可靠性；当制动系数增大时，增加了保护的可靠性，当制动系数减小时，保护的可靠性降低。为了提高保护的灵敏度，我们可以减小制动系数，但同时降低了保护的可靠性，但如果我们同时增大了时间尺度，则可以增加保护的可靠性，同时可以保证灵敏度不变。基于时间尺度的可变制动系数的比率制动方法正是考虑到这点，如果选择了合适的时间尺度和制动系数，可以保证保护的可靠性不随制动系数发生变化，同时又能保证保护动作的灵敏度，本附图为了形象的说明本发明的优点，先假定时间尺度的选取能做到这一点。

图中K是保护的制动系数，KK是保护的可靠度值。每个时间尺度的大小为任意的，但时间尺度n比时间尺度n-1大。

图2是固定制动系数为高值时保护的灵敏度和可靠性分析示意图。如图1所示，当设定制动系数K＝0.8时，不管随着时间尺度如何变化，保护的动作区固定一样，不发生变化，也就是保护的灵敏度是不发生变化的，保护动作区较小，灵敏度比较低，但保护一直保持比较高的可靠性。

图3是固定制动系数为低值时保护的灵敏度和可靠性分析示意图。如图2所示，当设定制动系数K＝0.3时，不管随着时间尺度如何变化，保护的动作区固定一样，不发生变化，保持较大的保护动作区，保护灵敏度比较高，但保护可靠性一直比较低。

图4是是利用时间尺度可变制动系数保护的灵敏度和可靠性分析示意图。如图4所示，随着时间尺度的变化，保护的动作区发生变化，有较小的动作区，逐渐增大为较大的动作去，因此保护的灵敏度也就随着时间尺度的变化逐步提高，保护的可靠性由于时间尺度的变化，相关量的时时处理保持不变。没有发生减小。这样即保证了保护的灵敏度最终比较灵敏，又保证了保护整个时间尺度内的可靠性。

以上描述仅仅借助于实施例提供本发明的实现方法。对于本领域的技术人员是显而易见的，本发明不限于上面提供的实施细节，可以在不脱离本发明特征的情况下以另外的实施例实现。因此，提供的实施例应当被认为是说明性的，而不是限制性的。因此，实现和使用本发明的可能性是由所附的权利要求限定。因而，由权利要求确定的实现本发明的各种选择包括等效实施例也属于本发明的范围。

Claims (3)

1.基于时间尺度的可变制动系数的比率制动方法，其特征在于，所述的方法包括以下步骤：

对继电保护装置的输入电流以预定的采样速率进行采样，并将采样结果存储在数据存储区中；

对上述采样结果进行处理，按设定的算法计算保护输入电流的差动电流和制动电流；

将计算所得的差动电流值与预先设定的阈值进行比较，得到故障初步判别结果；

然后差动电流值与制动系数和制动电流值的乘积值进行比较，制动系数根据预设的不同的时间尺度，自适应发生改变，在任意的时间尺度内，若差动电流值连续大于乘积值，则判断出保护范围内部故障；

其中间尺度可以根据需要选取一个或多个。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：制动系数根据不同的时间尺度，发生适应不同的保护原理的改变，改变的范围在0.1～0.9之间。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：

所述的差动电流I_Dif根据以下公式进行计算：

I_Dif＝i₁(t)+i₂(t)+…+i_n(t)        (2)

制动电流I_f根据以下公式进行计算：

I_f＝|i₁(t)|+|i₂(t)|+…+|i_n(t)|    (3)

故障的判别公式是：

|I_Dif|＞Iset      (4)

|I_Dif|＞K(a)I_f    (5)

其中，i_n(t)为差动回路任一电流t时刻的采样值或矢量值，I_Set为预先设定的阈值，K(a)为基于时间尺度的比率制动系数，n＞＝2。

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