CN101651324A - 基于同步采样点向量补偿原理的纵联差动保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于同步采样点向量补偿原理的纵联差动保护方法，其特征在于包括以下步骤：在通信通道正常情况下，当同步计算条件满足时，实时计算本侧的电流补偿系数，并用式

Description

基于同步采样点向量补偿原理的纵联差动保护方法

技术领域

本发明涉及一种纵联差动数据同步方法以及相应的纵联差动保护方法，适用于数字化变电站纵联差动保护，属于电力系统技术领域。

背景技术

传统纵联差动保护主要基于同步采样原理实现，如采样点调整法、矢量旋转法、差值法等，由于数字化站中数据采样不受保护装置控制，故其不能在数字化保护中直接使用。为此，刘宏军，孙一民，李延新.数字化变电站光纤纵差保护性能分析.电力系统自动化，2008，32(17)：72-74.LIU hongjun，SUN yimin，LI  yanxin.A Performance Analysis of Line Differential Protection inDigitized Substation.Automation of Electric Power Systems，2008，32(17)：72-74.提出了基于乒乓原理的时钟信号同步方案，但其对通道要求较高，当通道延时波动较大时，将影响保护的性能。赵上林，胡敏强，窦晓波，杜炎森.基于IEEE 1588的数字化变电站时钟同步技术研究.电网技术，2008，32(21)：97-102.ZHAO shanglin，HU minqiang，DOU xiaobo，DU dansen.Research of Time Synchronization in Digital Substation Based on IEEE 1588，Power System Technology，2008，32(21)：97-102.提出的基于GPS时钟和IEEE1588协议的数字化变电站时钟同步技术对实现站间采样数据同步有一定的借鉴意义，但其高度依赖GPS时钟和高精度的时钟源，不利于电网安全可靠运行。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服数字化站中纵联保护对GPS时钟、高精度时钟源或高性能通信通道的依赖，确保了纵联保护运行的安全可靠性。

为解决上述技术问题，本发明提供一种基于同步采样点向量补偿原理的纵联差动保护方法。

1)基于同步采样点向量补偿原理

若保护装置测得被保护线路电流值大于一定门槛(如有流门槛值)，且两侧的同步采样点位置已经确定，则可以得到两侧电流基于各自同步采样点的电流向量的比值

$\stackrel{\·}{k}=\frac{{\stackrel{\·}{I}}_1}{{\stackrel{\·}{I}}_2}---\left(1\right)$

其中

为本侧电流，

为对侧电流，比值结果

称为对侧电流在本侧的补偿系数。此时本侧差动保护的差动电流和制动电流的计算公式可描述如下：

$I_d=|{\stackrel{\·}{I}}_1-\stackrel{\·}{k}{\stackrel{\·}{I}}_2|,I_r=|{\stackrel{\·}{I}}_1+\stackrel{\·}{k}{\stackrel{\·}{I}}_2|---\left(2\right)$

当线路两端采用同样的电子式电流互感器(ECT)，且两侧采样同步点在时间上保持严格同步，在不考虑电容电流的影响时，补偿系数 $\stackrel{\·}{k}=-1,$ 式(2)将还原为

$I_d=|{\stackrel{\·}{I}}_1+{\stackrel{\·}{I}}_2|,I_r=|{\stackrel{\·}{I}}_1-{\stackrel{\·}{I}}_2|---\left(3\right)$

即为常用的差动电流和制动电流计算公式。

当两侧ECT变换特性有差异，或两侧同步采样点在时间上不同步时，补偿系数

为复数。另外，如线路较长，线路的分布电容影响不可忽略时，两侧电流须经电容补偿后再求其补偿系数。

由于ECT变换特性近似为线性，不存在饱和区，当两侧的同步采样点不存在时间上的滑步时，补偿系数

近似恒定，不随线路电流大小变化而改变。

当线路空载或断开出现线路无流时，公式(1)不能使用。此时有两种解决方案：第一种是要求两侧保护将各自带有方向的后备保护(距离或零序)动作情况传送至对方，构成允许(或闭锁)式纵联方向保护，临时充当线路主保护。其结果不但可以确保线路保护的全线速动性，而且还可在纵联通信通道受扰较大导致通道延时过长或误码增多情况下维持保护的速动性；第二种是假设GPS时钟和保护纵联通道状态良好，并简单认为两侧同步采样点时间保持严格同步，近似取补偿系数 $\stackrel{\·}{k}=-1.$

为防止两侧同步采样点间出现时间滑步，可在两侧保护均无起动或动作情况下，周期性地进行同步计算(即补偿系数的计算)，同步周期与采样数据编号周期相同。为杜绝极端情况下故障过程中出现同步计算情况，可设置一向量门槛，限制每次调整计算的幅值和相角。

2)同步采样点的确定方法

当线路两端保护均采用等采样间隔的保护算法时，若两侧厂站MU采样数据编号周期相同，两侧的同步点可固定取相同编号的采样点。此时若两侧厂站的GPS时钟均正常工作，由于采样数据编号在一定时间误差范围内保持同步，补偿系数 $\stackrel{\·}{k}\≈-1.$ 但当GPS无法正常工作，且两侧时钟源守时精度误差不可忽略时， $\stackrel{\·}{k}\≠-1,$ 有无补偿将会影响计算结果的准确性。通过对补偿系数

的相角监视，可实时估计两侧时钟源的误差，当发现其长期大于允许上限时(如90°)，通过立即闭锁差动保护的措施，可有效避免因一侧厂站时钟源紊乱引起的差动保护误动的情况出现。

当线路两端保护均采用每周波等采样点数的保护算法时，保护两端相同编号的两采样点之间的时间间隔会因频率跟踪导致不固定，此现象在系统振荡中心落在本线路上时表现尤为突出。在此模式下，可采用传统的基于通道延时测量的两侧同步采样点确定方案。为应对两侧同步采样点周期性滑码情况的出现，应对补偿系数

的相角进行监视，当发现其绝对值大于一定门槛(如90°)时，则重新调整同步采样点。

3)纵联通信通道监视

考虑到采样数据编号的周期性，两侧同步采样点之间的时间间隔不宜太大，否则单纯的矢量补偿将无法满足计算要求。这就要求实时监视通信通道的延时情况。

通道延时的计算可采用传统的乒乓原理实现，参见许正亚.变压器及中低压网络数字式保护[M].北京：中国水利水电出版社，2004.XU Zhengya.DigitalProtection for Power Transformer and Medial-low Voltage Electric PowerNet[M].Beijing：China Water Power Press，2004.考虑到正常情况下电流电压波形的周期性，当通道延时长期大于15ms时，可发告警信号，要求进行通道维护。

对于依赖于通道延时的采样点同步法，数据同步须在通信状态稳定后进行。由于其根据通道延时值确定两侧采样数据的同步点，理论上两同步采样点间的时间差可以控制在收发回路延时之差的一半以内，若保护纵联通道收发回路延时近似相等，此误差约为一个采样间隔时间。同步后两侧同步采样点间时间差因频率跟踪或时钟精度误差导致的波动，可通过周期性地补偿系数计算予以弥补。

由于两侧保护的补偿系数均独立计算，故其不要求收发回路的延时严格相等，只需控制在一定范围内即可(如10ms)。

基于上述原理，本发明提供一种基于同步采样点向量补偿原理的纵联差动保护方法，其特征在于包括以下步骤：

1)装置上电后，待保护计算缓冲区填满采样数据后，开放保护逻辑功能运算，置补偿系数初始值为无效状态；

2)监视纵联通道通信情况，若发现通道异常(误码率高或通道延时大于15ms)，闭锁纵联差动保护，否则用乒乓法测通道延时，并开放纵联保护；

3)当线路两端保护均采用等采样间隔的保护算法时，两侧的同步点可固定取相同编号的采样点，当线路两端保护均采用每周波等采样点数的保护算法时，则基于通道延时确定两侧的同步采样点，当同步采样点确定后，记录两侧同步采样点编号；

4)在通信通道正常情况下，判断对侧采样数据接受缓冲区，待其填满后，计算对侧电流向量值，判断两侧电流向量幅值是否均大于电流门槛值(如0.1I_N)，若条件满足，则按(1)式计算本侧的电流补偿系数

否则可令其等于一特殊值，表示此系数不起作用，另投入纵联方向保护临时充当主保护(可简单令 $\stackrel{\·}{k}=-1$ )。当线路分布电容不可忽略或线路含串补电容时，则需按集中参数双端补偿法先对两侧电流进行补偿计算，再计算电流补偿系数。在第一次进行同步计算时，需检查

的相角，判断其是否超过限定值(如90°)，若超过限定值，则发告警信号，并根据需要选择是否闭锁纵差保护；

5)在保护无启动或动作条件下，实时判断对侧当前采样点编号，若其值等于同步采样点编号时，则重复步骤4)内容，重新计算电流补偿系数

并对计算结果的幅值和相角加以判断，若均未超越允许的调整范围(幅值和相角的调整范围，可根据系统振荡中心落在本线时线路两侧的允许频率差决定，当此频差等于3Hz时，每周波允许的调整量为相角20°，幅值为1.3)，则用其更新上次结果，否则仅将要求调整补偿系数次数计数器加1，直到计数器计数值大于数值N后，用最新计算结果更新补偿系数，更新完毕后计数器归零，所述N＝2或3。当保护采用每周波等采样点数的保护算法时，每次更新补偿系数后须检查其相角，判断其是否超过限定值(如90°)，若超过限定值，则需重新计算同步采样点；

6)当补偿系数有效时，若纵联保护开放，则按式(2)计算本侧的差动电流和制动电流，然后用常规差动保护原理进行差动计算。

本发明所达到的有益效果：

本发明的基于同步采样点向量补偿原理的纵联差动保护方法，克服了数字化站中纵联保护对GPS时钟、高精度时钟源或高性能通信通道的依赖，确保了纵联保护运行的安全可靠性。

具体实施方式

本发明的一种实施例的具体实施过程如下：

1)装置上电后，待保护计算缓冲区填满采样数据后，开放保护逻辑功能运算。置补偿系数初始值为无效状态；

2)监视纵联通道通信情况，若发现通道异常(误码率高或通道延时大于15ms)，闭锁纵联差动保护，否则用乒乓法测通道延时，并开放纵联保护；

3)当线路两端保护均采用等采样间隔的保护算法时，两侧的同步点可固定取相同编号的采样点，当线路两端保护均采用每周波等采样点数的保护算法时，则基于通道延时确定两侧的同步采样点，当同步采样点确定后，记录两侧同步采样点编号；

4)在通信通道正常情况下，判断对侧采样数据接受缓冲区，待其填满后，调用DFT算法，计算对侧电流向量值。判断两侧电流向量幅值是否均大于电流门槛值(如0.1I_N)，若条件满足，则按(1)式计算本侧的电流补偿系数

否则可简单令 $\stackrel{\·}{k}=-1.$ 当线路分布电容不可忽略(或线路含串补电容)时，则需按集中参数双端补偿法先对两侧电流进行补偿计算，再计算电流补偿系数。在第一次进行同步计算时，需检查

的相角，判断其是否超过限定值(如90°)，若超过限定值，则发告警信号，并根据需要选择是否闭锁纵差保护。

5)在保护无启动或动作条件下，实时判断对侧当前采样点编号，若其值等于同步采样点编号时，则重复步骤4)内容，重新计算电流补偿系数并对计算结果的幅值和相角加以判断，若均未超越允许的调整范围(幅值和相角的调整范围，可根据系统振荡中心落在本线时线路两侧的允许频率差决定，当此频差等于3Hz时，每周波允许的调整量为相角20°，幅值为1.3)，则用其更新上次结果，否则仅将要求调整补偿系数次数计数器加1，直到计数器计数值大于数值N(N可取2或3)后，方用最新计算结果更新补偿系数，更新完毕后计数器归零。当保护采用每周波等采样点数的保护算法时，每次更新补偿系数后须检查其相角，判断其是否超过限定值(如90°)，若超过限定值，则需重新计算同步采样点。

6)当补偿系数有效时，若纵联保护开放，则按式(2)计算本侧的差动电流和制动电流，然后用常规差动保护原理进行差动计算。

以上已以较佳实施例公布了本发明，然其并非用以限制本发明，凡采取等同替换或等效变换的方案所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种基于同步采样点向量补偿原理的纵联差动保护方法，其特征在于包括以下步骤：

1)装置上电后，待保护计算缓冲区填满采样数据后，开放保护逻辑功能运算，置补偿系数初始值为无效状态；

2)监视纵联通道通信情况，若发现通道异常，闭锁纵联差动保护，否则用乒乓法测通道延时，并开放纵联保护；

3)当线路两端保护均采用等采样间隔的保护算法时，两侧的同步点固定取相同编号的采样点，当线路两端保护均采用每周波等采样点数的保护算法时，则基于通道延时确定两侧的同步采样点，当同步采样点确定后，记录两侧同步采样点编号；

4)在通信通道正常情况下，判断对侧采样数据接收缓冲区，待其填满后，计算对侧电流向量值，判断两侧电流向量幅值是否均大于电流门槛值，若条件满足，则按(1)式计算本侧的电流补偿系数

否则令其等于一特殊值，表示此系数不起作用，另投入纵联方向保护临时充当主保护；或简单认为两侧同步采样点时间保持严格同步，近似取补偿系数

$\stackrel{\·}{k}=\frac{{\stackrel{\·}{I}}_1}{{\stackrel{\·}{I}}_2}---\left(1\right)$

5)在保护无启动或动作条件下，实时判断对侧当前采样点编号，若其值等于同步采样点编号时，则重复步骤4)内容，重新计算电流补偿系数

并对计算结果的幅值和相角加以判断，若均未超越允许的调整范围，则用其更新上次结果，否则仅将要求调整补偿系数次数计数器加1，直到计数器计数值大于数值N后，用最新计算结果更新补偿系数，更新完毕后计数器归零，所述N＝2或3；

6)当补偿系数有效时，若纵联保护开放，则按式(2)计算本侧的差动电流和制动电流，然后用常规差动保护原理进行差动计算

$I_d=|{\stackrel{\·}{I}}_1-\stackrel{.}{k}{\stackrel{\·}{I}}_2|,I_r=|{\stackrel{\·}{I}}_1+\stackrel{\·}{k}{\stackrel{\·}{I}}_2|---\left(2\right).$

2.根据权利要求1所述的基于同步采样点向量补偿原理的纵联差动保护方法，其特征在于：在所述步骤2)中，所述通道异常情况包括误码率高或通道延时大于15ms。

3.根据权利要求1所述的基于同步采样点向量补偿原理的纵联差动保护方法，其特征在于：在所述步骤4)中，当线路分布电容不可忽略或线路含串补电容时，则需按集中参数双端补偿法先对两侧电流进行补偿计算，再计算电流补偿系数。

4.根据权利要求1或2或3所述的基于同步采样点向量补偿原理的纵联差动保护方法，其特征在于：在所述步骤4)中，在第一次进行同步计算时，需检查

的相角，判断其是否超过限定值，若超过限定值，则发告警信号，并根据需要选择是否闭锁纵差保护。

5.根据权利要求1或2或3所述的基于同步采样点向量补偿原理的纵联差动保护方法，其特征在于：在所述步骤5)中，所述允许的调整范围为：幅值和相角的调整范围根据系统振荡中心落在本线时线路两侧的允许频率差决定，当此频率差等于3Hz时，每周波允许的调整量为相角20°，幅值为1.3。

6.根据权利要求4所述的基于同步采样点向量补偿原理的纵联差动保护方法，其特征在于：在所述步骤5)中，所述允许的调整范围为：幅值和相角的调整范围根据系统振荡中心落在本线时线路两侧的允许频率差决定，当此频率差等于3Hz时，每周波允许的调整量为相角20°，幅值为1.3。

7.根据权利要求1或2或3所述的基于同步采样点向量补偿原理的纵联差动保护方法，其特征在于：在所述步骤5)中，当保护采用每周波等采样点数的保护算法时，每次更新补偿系数后须检查其相角，判断其是否超过限定值，若超过限定值，则需重新计算同步采样点。

8.根据权利要求4所述的基于同步采样点向量补偿原理的纵联差动保护方法，其特征在于：在所述步骤5)中，当保护采用每周波等采样点数的保护算法时，每次更新补偿系数后须检查其相角，判断其是否超过限定值，若超过限定值，则需重新计算同步采样点。