CN101662142A - 适用于串联电容补偿线路的行波差动保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于串联电容补偿线路的行波差动保护方法，步骤包括：1)模域下的电流计算，计算出从本侧和从对侧流入串补电容装置的各模电流i_m ^x和i_n ^x；2)差动方程的建立；3)差动电流的求取：利用相模反变换，求出各故障相和非故障相的差动电流的向量i_cd ^φ；4)差动继电器动作判据：采用故障相的动作量作制动，并加上适当的固定门槛。本发明可有效解决电容电流对于远距离输电线路差动保护的影响，且能很好的适用于串联电容补偿线路，提高差动保护的灵敏度。

Description

适用于串联电容补偿线路的行波差动保护方法

技术领域

本发明涉及一种适用于串联电容补偿线路的行波差动保护方案，属于电力系统自动化技术领域。

背景技术

串联电容补偿是提高输电系统经济性和可靠性的有效手段。其主要作用在于：通过控制潮流提高电力系统的输送能力；改善电力系统的稳定性；改善电压质量及无功功率平衡；减少系统的线路损耗，提高线路传输容量，还具有提高系统暂态稳定性、优化输电线路潮流的作用。

串补电容改变了输电线路阻抗的均匀性，给纵联保护和距离保护等带来了很多问题，纵联电流差动保护基本不受串补电容的影响，具有很好的适应性，成为了串联电容补偿线路的首选。

但是串补线路多为特高压、超高压长距离输电线路，电流差动保护用在这样的线路中分布电容电流不能被忽略，尤其在故障的暂态过程中电容电流更大，并且随着故障电压中谐波的频率升高而增大，极大地影响了分相电流差动保护的安全性和可靠性。许多保护工作者研究了电容电流补偿的方法，这些方法大致可以分为两类——基于向量的频域补偿方法和基于采样值的时域补偿方法；另外，有专家提出了行波差动理论，从原理上解决了分布电容对差动保护的影响。

串联补偿线路从整体上看不再是均匀传输线，传统的行波差动方案不能直接应用于串补线路。

发明内容

为解决上述问题，本发明旨在提供一种能够适用于串联电容补偿线路的行波差动保护方法。该方法且不受串补电容装置的安装位置、运行工况等的影响。

本发明以无损线模型为基础，从传统的正反行波方程入手，提出了一种可以适用于串补线路的行波差动保护方法，无需线路电阻参数，方便了整定，也不会因环境影响参数变了以后产生不平衡差流，且计算简单，适合于工程应用。

本发明具体采用以下技术方案：

一种能够适用于串联电容补偿线路的行波差动保护方法，其特征在于，所述行波差动保护方法包括以下步骤：

1)模域下的电流计算：进行相模变换，根据均匀传输线理论，分别利用本侧保护采用数据和对侧通过光纤通道传到本侧的采样数据计算出从本侧和从对侧流入串补电容装置的各模域电流i_m ^x和i_n ^x，m和n分别代表线路两端，x＝0，α，β分别代表各模分量；

2)差动方程的建立：串补电容装置为一无源二端口网络，对该点利用基尔霍夫电流定律(Kirchhoff’s current law)建立差动方程： $i_{\mathrm{cd}}^x=i_m^x+i_n^x,$ 其中i_cd ^x为x模下的差动量；

3)差动电流的求取：利用相模反变换，利用各模域下的差动电流icdx求取各相差动电流

其中

对

进行傅氏变换便可求出各故障相和非故障相的差动电流的向量

4)差动继电器动作判别：可采用故障相的动作量作制动，并加上适当的固定门槛。以A相为例进行说明，若满足 $\left|{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{cd}}^a\right|>k\·\max \left(\right|{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{cd}}^b|,|{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{cd}}^c\left|\right)+I_G$ 则A相差动继电器动作，差动保护可以动作跳A相，其中k为比例系数，一般在0.1-0.2之间就可以，I_G为固定门槛，可设为200A左右。

本发明的有益效果是：

(1)线路正常内部无故障时候差动动作电流非常小，具有很好的安全性；线路内部故障时候故障相具有很高的灵敏度，且具有很好的选相跳闸能力。

(2)行波差动算法不受串联电容补偿装置工况的影响，和其过电压保护是否动作无关。

(3)行波差动算法跟串补安装位置没有关系，可适用于串补安装在线路一侧和线路中点等各种情况。

(4)串补装置可看作一个点，这个点上有没有串补都满足基尔霍夫电流定律，因此新的行波差动算法同样适用于非串补线路。

(5)新算法无需提高采样频率，对于行波传播延时为非整数倍采样间隔的情况，可通过插值的方法得到各时间点上的电气量。采用三次样条插值或者三阶拉格朗日插值插值方法便能得到满意的计算精度。

(6)和传统行波差动算法相比无需增加通道通信容量，具有很强的实用性。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明的技术方案作进一步详细说明。

本发明的能够适用于串联电容补偿线路的行波差动保护方法，其包括以下步骤：

(1)保护启动后开始计算从线路两侧流入串联电容补偿装置的各模电流。令本侧保护采样的三相电流、电压分别为i_m ^a，i_m ^b，i_m ^c和u_m ^a，u_m ^b，u_m ^c，利用相模变换方法将各相电流、电压变换到各模域下的电流i_m ^x和电压u_m ^x，x＝0，α，β分别代表各模分量。相模变换可采用凯伦布尔变换；同样可根据对侧的各相电流电压求得各模域下的电流i_n ^x和电压u_n ^x。

利用本侧的各模电流、电压计算从本侧流入串补电容装置的各模电流。根据均匀传输线方程可得：

$i_{\mathrm{Fm}}^x\left(t\right)=i_m^x(t-{\mathrm{\τ}}_m^x)/2+u_m^x(t-{\mathrm{\τ}}_m^x)/\left(2z_c^x\right)+[i_m^x(t+{\mathrm{\τ}}_m^x)-u_m^x(t+{\mathrm{\τ}}_m^x)/z_c^x]/2---\left(1\right)$

$i_{\mathrm{Fn}}^x\left(t\right)=i_n^x(t-{\mathrm{\τ}}_n^x)/2+u_n^x(t-{\mathrm{\τ}}_n^x)/\left(2z_c^x\right)+[i_n^x(t+{\mathrm{\τ}}_n^x)-u_n^x(t+{\mathrm{\τ}}_n^x)/z_c^x]/2---\left(2\right)$

其中：i_Fm ^x和i_Fn ^x为从本侧和对侧流入串补电容装置的各模电流；τ_m ^x和τ_n ^x分别为各模行波从本侧和对侧到串补安装点之间的传播行波延时；z_c ^x为各模域下的波阻抗；x＝0，α，β，分别代表各模分量。对于行波传播延时为非整数倍采样间隔的情况，可通过插值的方法得到各时间点上的电气量。采用三次样条插值或者三阶拉格朗日插值插值方法便能得到满意的计算精度

(2)各模域下的差动电流计算

$i_{\mathrm{cd}}^x\left(t\right)=i_{\mathrm{Fm}}^x\left(t\right)+i_{\mathrm{Fn}}^x\left(t\right)---\left(3\right)$

其中：i_cd ^x(t)为各模域下的差动电流；

(3)各相差动电流的计算

对模域下的差动电流进行相模反变换可得各相差动电流的瞬时值

对

进行傅氏变换便能得到各相差动电流的向量

，φ＝a，b，c。

(4)差动继电器的判别

可采用故障相的动作量制动，并加上适当的固定门槛。

$\left\{\begin{array}{c}{I}_{\mathrm{cd}}^a>k\·\max (I_{\mathrm{cd}}^b,I_{\mathrm{cd}}^c)+I_G\\ I_{\mathrm{cd}}^b>k\·\max (I_{\mathrm{cd}}^c,I_{\mathrm{cd}}^a)+I_G\\ I_{\mathrm{cd}}^c>k\·\max (I_{\mathrm{cd}}^a,I_{\mathrm{cd}}^b)+I_G\end{array}\right.---\left(4\right)$

其中k为比例系数，一般在0.1和0.2之间就可以；I_G为固定门槛，可设为200A左右；I_cd ^a、I_cd ^b和I_cd ^c分别为A，B，C三相的差动电流的幅值；max(x，y)函数表示取x和y两者之间的最大值；

任何一相满足式(4)差动继电器便可动作出口跳开该相。

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容。

Claims (5)

1.一种适用于串联电容补偿线路的行波差动保护方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

1)计算从线路两侧流入串补电容装置的各模域下的电流：根据线路本侧保护采样的线路本侧三相电流、电压和线路对侧保护传送过来的线路对侧三相电流、电压利用相模变换将线路两侧各相电流、电压变换到线路两侧各模域下的电流i_m ^x、i_n ^x和电压u_m ^x、u_n ^x；

利用本侧的各模域下的电流i_m ^x和本侧各模域下的电压u_m ^x计算从本侧流入串补电容装置的各模域电流i_Fm ^x(t)，利用对侧各模域下的电流i_n ^x和对侧各模域下的电压u_n ^x计算从对侧流入串补电容装置的各模域电流i_Fn ^x(t)；

其中，m和n分别代表线路的本侧和对侧，x＝0，α，β分别代表各模分量；

2)建立差动方程：利用基尔霍夫电流定律建立差动方程：

$i_{\mathrm{cd}}^x\left(t\right)=i_{\mathrm{Fm}}^x\left(t\right)+i_{\mathrm{Fn}}^x\left(t\right)$

其中：i_cd ^x(t)为各模域下的差动电流，x＝0，α，β分别代表各模分量；

3)求取各相差动电流：利用相模反变换，根据各模域下的差动电流i_cd ^x(t)求取各相差动电流其中

对

进行傅氏变换便可求出各故障相和非故障相的差动电流的向量

4)差动继电器动作判别：采用故障相的动作量作制动，并加上适当的固定门槛，

$\left\{\begin{array}{c}{I}_{\mathrm{cd}}^a>k\·\max (I_{\mathrm{cd}}^b,I_{\mathrm{cd}}^c)+I_G\\ I_{\mathrm{cd}}^b>k\·\max (I_{\mathrm{cd}}^c,I_{\mathrm{cd}}^a)+I_G\\ I_{\mathrm{cd}}^c>k\·\max (I_{\mathrm{cd}}^a,I_{\mathrm{cd}}^b)+I_G\end{array}\right.$

其中，k为比例系数，I_G为固定门槛，i_cd ^a、i_cd ^b和i_cd ^c分别为A，B，C三相的差动电流的幅值，A，B，C三相的任何一相满足上式，差动继电器便可动作出口跳开该相。

2、根据权利要求1所述的行波差动保护方法，其特征在于，所述比例系数k的取值优选0.1-0.2之间，固定门槛I_G优选200A。

3、根据权利要求1或2所述的行波差动保护方法，其特征在于，所述相模变换采用凯伦布尔变换。

4、根据权利要求1或2所述的行波差动保护方法，其特征在于，线路本侧流入串补电容装置的各模域电流i_Fm ^x(t)以及线路对侧流入串补电容装置的各模域电流i_Fn ^x(t)，分别根据以下均匀传输线方程得到：

$i_{\mathrm{Fm}}^x\left(t\right)=i_m^x(t-{\mathrm{\τ}}_m^x)/2+u_m^x(t-{\mathrm{\τ}}_m^x)/\left(2z_c^x\right)+[i_m^x(t+{\mathrm{\τ}}_m^x)-u_m^x(t+{\mathrm{\τ}}_m^x)/z_c^x]/2$

$i_{\mathrm{Fn}}^x\left(t\right)=i_n^x(t-{\mathrm{\τ}}_n^x)/2+u_n^x(t-{\mathrm{\τ}}_n^x)/\left(2z_c^x\right)+[i_n^x(t+{\mathrm{\τ}}_n^x)-u_n^x(t+{\mathrm{\τ}}_n^x)/z_c^x]/2$

其中：i_Fm ^x和i_Fn ^x为从本侧和对侧流入串补电容装置的各模电流；τ_m ^x和τ_n ^x分别为各模行波从本侧和对侧到串补安装点之间的传播行波延时；z_c ^x为各模域下的波阻抗；x＝0，α，β，分别代表各模分量；i_m ^x和u_m ^x为本侧各模域下的电流、电压；i_n ^x和u_n ^x为对侧各模域下的电流、电压。

5、根据权利要求4所述的行波差动保护方法，其特征在于，对于行波传播延时为非整数倍采样间隔的情况，通过插值的方法得到各时间点上的电气量。