CN100380765C - 一种母线系统保护基于虚拟电流比相的故障判别方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种母线系统保护基于虚拟电流比相的故障判别方法，所述的方法包括：对所述的每个支路按照固定的采样间隔采样，并将采样值存入相应的存储区，对每个支路的采样值在每个采样点进行数据处理，处理结果作为支路电流正负的判别依据，计算虚拟电流和虚拟电流制动系数K，并根据虚拟电流制动系数的计算结果，判断母线的运行状态，如果计算结果大于Kz，则表示母线系统处于故障状态，否则，母线是正常运行状态或区外故障。该方法可以有效的消除采样中的高频分量，在保证了保护的灵敏度和抗干扰能力的情况下，提高了保护动作速度，特别适用于快速突变量计算，可广泛应用于750kV及以下的各种母线系统。

Description

一种母线系统保护基于虚拟电流比相的故障判别方法

技术领域

本发明涉及电力系统继电保护的技术领域，具体地说涉及母线系统保护的方法。

背景技术

实施“西电东送”是我国电力发展一个重大战略，“十五”期间，国家将重点加快实施“西电东送”南线的电源和输电线路建设。目前来看，我国电网的发展形成两大趋势：其一是形成西电东送和北电南送等长距离、大容量的电力输送格局。其二是实现大区域电网的密集发展与互联。从限制短路电流水平，线路走廊，输送容量，网路安全等方面考虑，现有的500KV最高电压等级下已经不能满足要求，我国在西北正尝试利用750KV的特高压交流输电线路输电。特高电压交流输电是大容量电能输送和大区联网最经济合理的解决方案，国外也有这方面的成功经验。

而长距离送电和大区域电网互联需要建设一大批高压和超高压电压等级的变电站，这为母线保护的发展提出了一个新的课题，母线保护如何适应750KV母线大系统的暂态性能、快速动作、高可靠性和高抗干扰性的要求。现有的母线保护要么用差动电流判别，要么用采样值比例制动差动，差动电流判别利用差动电流的大小判别母线故障，而差动电流的大小受母线系统运行状态的影响较大，因而灵敏度不高。采用直接采样值比例制动的方法判别母线故障，在保护的暂态故障过程中如果存在高频分量，对动作性能有比较大的影响，对于750KV特高压母线系统，误动的可能性大大增加。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明的目的在于提出一种母线系统保护基于虚拟电流比相的故障判别方法。所述的一种母线系统保护基于虚拟电流比相的故障判别方法是通过如下的技术方案实现的，所述的母线系统是由多个支路组成的，所述的方法包括步骤：

根据母线系统的实际规模情况，对每个支路中的电流按照预先设定的采样点数采样，并将每个支路的采样值存入相应的存储区；

对每个支路的采样值在每个采样点进行数据处理，处理结果作为支路电流正负的判别依据，判出正负后，给每个支路置上相应的标志；

计算出每个支路电流的正负后，计算虚拟电流和虚拟电流制动系数K，并根据虚拟电流制动系数的计算结果，判别母线的运行状态，如果计算结果大于Kz，则表示母线系统处于故障状态，否则，母线是正常运行状态或区外故障。

所述的虚拟电流根据以下公式计算：

|∑I_ΦT+|＝IΦ_TP1+...+IΦ_TPn

|∑I_ΦT-|＝IΦ_TN1+...+IΦ_TNn

其中：IΦ_TPn表示第n个T点电流采样值处理结果为正的电流元件，IΦ_TNn表示第n个T点电流采样值处理结果为负的电流元件，|∑I_ΦT+|为所有正电流支路电流之和，|∑I_ΦT-|为所有负电流支路电流之和，Φ＝A，B，C。

所述的虚拟电流制动系数K满足以下公式：

$K=\max [\frac{\left|\mathrm{\Σ}{I}_{\mathrm{\ΦT}+}\right|}{\left|\mathrm{\Σ}{I}_{\mathrm{\ΦT}-}\right|}/\frac{\left|\mathrm{\Σ}{I}_{\mathrm{\ΦT}-}\right|}{\left|\mathrm{\Σ}{I}_{\mathrm{\ΦT}+}\right|}]\≥\mathrm{Kz}$

其中：|∑I_ΦT+|为所有正电流支路电流之和，|∑I_ΦT-|为所有负电流支路电流之和，Kz是根据母线系统所设置的虚拟电流制动系数，其值在2-10之间。

所述的采样值数据处理包括多点滚动积分或单点采样值进行处理。

所述的多点滚动积分为三点滚动积分，所述的数据处理步骤进一步包括：对于第N条支路，当采样点为T点时，此点的处理结果可用以下公式计算：

INΦ_T＝(IN_T+IN_T-1+IN_T-2)

根据INΦ_T的正负表示第N个支路电流在T点电流值的正负，以后的每个采样点类推计算。

经过适当的数据处理，可以有效地消除采样点的高频分量，提高保护在暂态故障过程中动作的可靠性，另外故障的判别也不依赖于故障电流本身的大小，灵敏度和母线的运行状态关系不大，极大地提高了保护的灵敏度。

下面结合附图进一步描述本发明的方法及工作过程，能够更清楚地了解本发明的实质和优点。

附图说明

图1是本发明的电力系统母线系统的示意图；

图2是本发明方法所述的虚拟电流母线系统示意图；

图3是本发明方法所述的母线系统故障的时候虚拟电流母线系统示意图。

具体实施方式

图1是本发明的电力系统母线系统的示意图。如图1所示，电力系统任何母线的电流按极性可划分为进电流和出电流，我们把进电流合成在一起，称为正电流；把出电流合成在一起，称为负电流。各元件的采样数据经过快速数字滤波器滤波后进行合成可以虚拟为两个电流：正电流和负电流。利用虚拟电流的比例关系，可以明显地区分母线的运行状态，当母线保护正常工作或区外故障时正电流等于负电流，而内部故障时正电流和负电流不再平衡。虚拟电流比相原理由于采用了快速的数据处理与数字滤波，可以在不影响保护动作速度的前提下，提高了保护的灵敏度和抗干扰能力，具有天然的抗高次谐波能力，满足超高压母线系统的需求。

其判据如下：

$K=\max [\frac{\left|\mathrm{\Σ}{I}_{\mathrm{\ΦT}+}\right|}{\left|\mathrm{\Σ}{I}_{\mathrm{\ΦT}-}\right|}/\frac{\left|\mathrm{\Σ}{I}_{\mathrm{\ΦT}-}\right|}{\left|\mathrm{\Σ}{I}_{\mathrm{\ΦT}+}\right|}]\≥\mathrm{Kz}$

其中∑I_ΦT+为所有正电流支路电流之和，|∑I_ΦT-|为所有负电流支路电流之和，Kz为不等于1的系数。

正常运行或区外故障时，母线系统的所有支路进电流等于出电流，因而所有支路电流满足 $\frac{\left|\mathrm{\Σ}{I}_{\mathrm{\ΦT}+}\right|}{\left|\mathrm{\Σ}{I}_{\mathrm{\ΦT}-}\right|}=1;$ 而区内故障时支路电流的流入和流出不再相等，正负电流的比例关系发生极大的变化，因此或

为一个远大于1的值，用该特征能明显地区分区内和区外故障。

假设母线系统是由N个支路组成的(如图1)，对于每个支路，母线保护要按照预定的采样间隔(采样点数)采样，采样的频率和CPU的性能及回路的设计有关系，我们以下的公式及分析都以24点/每周波为例子(对于50HZ的电力系统，一周波为20MS)。保护采样后，对每个支路的采样值在每个采样点进行数据处理，根据处理的结果置上大于零或小于零的标志，然后把大于零的数值合在一起用|∑I_ΦT+|表示，把小于零的数据合在一起用|∑I_ΦT-|表示，保护的电流就虚拟为两个电流，系统变为图2。图2是本发明方法所述的虚拟电流母线系统示意图。母线保护的故障判别也由判别N个支路的关系，改为判断两个虚拟电流的关系。利用虚拟电流的母线系统故障判别公式是：

$K=\max [\frac{\left|\mathrm{\Σ}{I}_{\mathrm{\ΦT}+}\right|}{\left|\mathrm{\Σ}{I}_{\mathrm{\ΦT}-}\right|}/\frac{\left|\mathrm{\Σ}{I}_{\mathrm{\ΦT}-}\right|}{\left|\mathrm{\Σ}{I}_{\mathrm{\ΦT}+}\right|}]\≥\mathrm{Kz}$ (公式1)

其中：|∑I_ΦT+|＝IΦ_TP1+...+IΦ_TPn    (公式2)

      |∑I_ΦT-|＝IΦ_TN1+...+IΦ_TNn    (公式3)

IΦ_TPn表示第n个正电流元件的T点采样值数据处理结果，IΦ_TNn表示第n个负电流元件的T点采样值数据处理结果，Kz是根据母线所设置的虚拟电流制动系数。

图3是本发明方法所述的母线系统故障的时候虚拟电流母线系统示意图。母线系统未发生故障时，根据基尔霍夫定理，|∑I_ΦT+|-|∑I_ΦT-|＝0，也就是|∑I_ΦT+|/|∑I_ΦT-|＝1。当母线系统故障时，如图3所示，此时，|∑I_ΦT+|-|∑I_ΦT-|-IK＝0

即|∑I_ΦT+|＝|∑I_ΦT-|+IK。由于发生故障时，可以分为两种情况来分析：

1)如果|∑I_ΦT+|＞|∑I_ΦT-|，那么IK约等于|∑I_ΦT+|，因此|∑I_ΦT-|是一个很小的值，远小于|∑I_ΦT+|。所以|∑I_ΦT+|/|∑I_ΦT-|是一个很大的值。

2)如果|∑I_ΦT-|＞|∑I_ΦT+|，那么IK约等于|∑I_ΦT-|，因此|∑I_ΦT+|是一个很小的值，远小于|∑I_ΦT-|。所以|∑I_ΦT-|/|∑I_ΦT+|是一个很大的值。

因此|∑I_ΦT-|＞|∑I_ΦT+|或|∑I_ΦT+|＞|∑I_ΦT-|的特征可以用在母线保护来判别故障。

根据母线系统的规模设置合理的采样支路，母线系统各支路的采样值必须同步，采样后存入相应的存储区，第一条支路在T点的采样值用用I1_T表示，在T-1点的采样值用I1_T-1表示，在T-2点的采样值用I1_T-2表示。第N条支路在T点的采样值用IN_T表示，在T-1点的采样值用IN_T-1表示，在T-2点的采样值用IN_T-2表示。

对于每条支路的采样值，在每个采样点都要进行数据处理，有多种方法，包括多点滚动积分、单点采样值等。计算结果作为支路电流正负的判别依据，判出正负后，给每个支路置上相应的标志。对于第N条支路，当采样点为T点时，以三点滚动积分为例，此点的处理结果可用以下公式计算：

INΦ_T＝(IN_T+IN_T-1+IN_T-2)

根据INΦ_T的正负表示第N个支路电流在T点电流值的正负，以后的每个采样点类推计算。

计算出每个回路电流的正负后，公式2和公式3计算虚拟电流，然后根据公式1计算虚拟电流制动系数，再根据虚拟电流制动系数的计算结果，判断母线的运行状态，如果计算结果大于Kz表示母线系统处于故障状态，否则，母线是正常运行状态或区外故障。

Claims (5)

1.一种母线系统保护基于虚拟电流比相的故障判别方法，所述的母线系统是由多个支路组成的，所述的方法包括步骤：

根据母线系统的实际规模情况，对每个支路中的电流按照预先设定的采样点数采样，并将每个支路的采样值存入相应的存储区；

对每个支路的采样值在每个采样点进行数据处理，处理结果作为支路电流正负的判别依据，判出正负后，给每个支路置上相应的标志；

计算出每个支路电流的正负后，计算虚拟电流和虚拟电流制动系数K，并根据虚拟电流制动系数的计算结果，判别母线的运行状态，如果计算结果大于根据母线系统所设置的虚拟电流制动系数Kz，则表示母线系统处于故障状态，否则，母线是正常运行状态或区外故障。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述的虚拟电流根据以下公式计算：

|∑I_ФT+|＝IФ_TP1+...+IФ_TPn

|∑I_ФT-|＝TФ_TN1+...+IФ_TNn

其中：IФ_TPn表示第n个T点电流采样值处理结果为正的电流元件，IФ_TNn表示第n个T点电流采样值处理结果为负的电流元件，|∑I_ФT+|为所有正电流支路电流之和，|∑I_ФT-|为所有负电流支路电流之和，Ф＝A，B，C。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征是所述的虚拟电流制动系数K满足以下公式：

$K=\max [\frac{\left|\mathrm{\Σ}{I}_{\mathrm{\ΦT}+}\right|}{\left|{\mathrm{\ΣI}}_{\mathrm{\ΦT}-}\right|},\frac{\left|{\mathrm{\ΣI}}_{\mathrm{\ΦT}-}\right|}{\left|\mathrm{\Σ}{I}_{\mathrm{\ΦT}+}\right|}]\≥\mathrm{Kz}$

其中：Kz是根据母线系统所设置的虚拟电流制动系数，其值在2-10之间。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征是所述的采样值数据处理包括多点滚动积分或单点采样值进行处理。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征是所述的多点滚动积分为三点滚动积分，所述的数据处理步骤进一步包括：对于第N条支路，当采样点为T点时，此点的处理结果可用以下公式计算：

INФ_T＝(IN_T+IN_T-1+IN_T-2)

根据INФ_T的正负表示第N个支路电流在T点电流值的正负，以后的每个采样点类推计算。

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