CN102255290B - 一种电流自适应保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了属于电力系统的技术领域的一种电流自适应保护方法。利用故障网络等值化简方法和故障稳态分量理论得到故障前节点电压与故障稳态注入电流的关系，使用网络系统参数矩阵构成故障稳态注入电流与故障稳态支路电流的线性映射关系，利用相关支路的故障稳态电流构造新型电流自适应保护。本发明通过网络系统参数矩阵消除分布式电源对各支路上故障稳态电流的作用，避免了由于分布式电源接入而造成的继电保护误动作情况的发生。整定算法更为简单、实用。主保护的保护范围是线路全长的72.88％-72.94％，因此，后备保护延伸到下级线路的保护范围小于主保护的保护范围，可满足保护配合的要求。

Description

一种电流自适应保护方法

技术领域

本发明属于电力系统的技术领域，特别涉及一种电流自适应保护方法。更具体地说，是涉及利用故障稳态分量理论的一种新型电力系统继电保护方法。

背景技术

传统继电保护以最大运行方式计算保护整定值，最小运行方式校验保护的灵敏性。这种严苛的整定条件虽然能够保证保护正确动作，但也有明显的缺陷：保护的整定值在其他运行方式下(包括系统的主要运行方式)，不是最佳的整定值；在最不利的短路条件下，保护性能严重变差甚至失效。此外，随着分布式电源的接入，电网的运行方式变得更加灵活，继电保护的选择性、灵敏性和可靠性之间的矛盾也表现的愈加突出。鉴于此，一些专家提出了电力系统自适应保护的概念，其精髓是：在电力系统运行方式发生变化的情况下，实时修正保护定值，以实现保护正确动作。

本发明要解决的技术问题是：在无需考虑分布式电源接入的位置、数量和容量的情况下，利用故障稳态分量理论计算出相关线路的故障稳态电流分量，由此构成一种电力系统电流自适应保护新方法，达到含分布式电源的智能电网的自适应保护目的。在故障稳态分量理论中，传统的故障分量可以再次细分为故障稳态分量和故障暂态分量。故障暂态是指故障发生后由节点注入电流变化量引起的暂态过渡过程；故障稳态是故障点附加电源引起的全网稳定状态。在系统正常运行状态下，故障稳态分量不存在；当故障发生后，故障点处产生故障稳态电源一直存在并且保持恒定。

发明内容

本发明的目的是一种电流自适应保护方法，其特征在于，利用故障网络等值化简方法和故障稳态分量理论得到故障前节点电压与故障稳态注入电流的关系，使用网络系统参数矩阵构成故障稳态注入电流与故障稳态支路电流的线性映射关系，利用相关支路的故障稳态电流构造新型电流自适应保护，具体步骤如下：

步骤1.1根据电力系统模型，首先采集：系统母线节点、线路、动模试验类型、分布式电源、发电机和负荷的相应表征参数，构建原始系统数据文件；

步骤1.2运用故障稳态分量理论提取各节点的故障稳态电压和各条支路的故障稳态电流；

步骤1.3根据故障位置建立节点电压方程，运用故障网络等值化简方法得到故障前节点电压与故障稳态注入电流的关系：

式中，

为节点J处的故障稳态注入电流；

为节点J的故障稳态电压；Y_EE、Y_BE、Y_EB、Y_BB、Y_BJ、Y_JB、Y_JJ为故障稳态网络的分块节点导纳矩阵，不受系统运行方式影响；

步骤1.4运用网络系统参数矩阵形成故障稳态注入电流与故障稳态支路电流的映射关系；

步骤1.5利用相关支路的故障稳态电流构造电流自适应保护，电流自适应保护由电流自适应主保护和电流自适应后备保护共同组成；其中，电流自适应主保护是保护系统的主保护，其表达式为：

$I_{\mathrm{set}.k}^I=\left\{\begin{array}{cc}{K}_{\mathrm{rel}}^I{K}_d{I}_{\mathrm{Sk}}& I_{\mathrm{Sk}}>K_p{I}_{\mathrm{Lk}}\\ K_p{I}_{\mathrm{Lk}}& I_{\mathrm{Sk}}\≤K_p{I}_{\mathrm{Lk}}\end{array}\right.$

式中，

是电流自适应主保护的整定值，

为可靠系数，取1.1；K_d为故障类型系数，三相短路为1，两相短路为

I_Sk为第k条线路的故障稳态电流幅值；I_Lk为第k条线路故障前负荷电流的幅值；K_p为门槛值，取K_p＝0.1；

电流自适应后备保护作为保护系统的后备保护，为电流自适应主保护提供后备保护，其表达式为：

$I_{\mathrm{set}.k}^{\mathrm{II}}=\left\{\begin{array}{cc}{K}_{\mathrm{rel}}^{\mathrm{II}}{K}_d{I}_{\mathrm{Sm}}& I_{\mathrm{Sm}}>K_p{I}_{\mathrm{Lm}}\\ K_p{I}_{\mathrm{Lm}}& I_{\mathrm{Sm}}\≤K_p{I}_{\mathrm{Lm}}\end{array}\right.$

式中，

是电流自适应后备保护的整定值，为了满足保护的选择性，必须使

可以考虑取K_d为故障类型系数，三相短路为1，两相短路为K_p为门槛值，取K_p＝0.1，第m条线路的故障稳态电流幅值用I_Sm表示，故障前负荷电流幅值用I_Lm表示。

所述步骤1.1的相应表征参数包括：

1)系统母线节点：采集内容包括节点编号、类型、节点电压大小、相位和节点功率上下限；

2)线路：采集内容包括线路两端节点编号、线路的阻抗值、线路的类型和各条线路的负荷电流；

3)发电机：采集内容包括发电机编号、发电机所连节点编号和发电机的出力变化情况；

4)动模试验类型：发生故障的线路、故障类型、故障发生时刻及清除时刻和动模试验时间参数；

5)分布式电源：内容包括分布式电源的类型、容量、接入位置、数量、控制方式和实时运行方式；

6)负荷：内容包括负荷类型、大小及负荷变化情况。

所述运用故障网络等值化简方法得到故障前节点电压与故障稳态注入电流的关系，包括如下步骤：

步骤2.1将发电机和负荷电流用节点注入电流表示，在不计系统中电力电子非线性器件情况下，将故障状态网络看成线性网络的叠加，即：无故障状态网络、故障暂态网络和故障稳态网络；其中，故障状态是指系统所处的现实故障状态；故障暂态是一个暂态过渡过程，由节点注入电流变化而引起，其线路电流列向量表示为：

式中，Y_N是系统的节点导纳矩阵；Y_b是支路导纳矩阵；A是节点-支路关联矩阵；

是节点注入电流变化量；

是故障状态网络的节点注入电流列向量，是无故障状态网络的节点注入电流列向量；

故障稳态是一个稳定状态，由故障点附加电源引起，其线路电流列向量

表示为：

式中，

为故障状态网络的线路电流列向量；

为无故障状态网络的线路电流列向量。

同理，设故障网络的节点电压列向量为

故障前稳态网络的节点电压列向量为

故障暂态网络的节点电压向量为

则故障稳态网络的节点电压列向量

表示为：

步骤2.2.1利用智能电子设备IED(Intelligent Electronic Device，IED)获得的网络拓扑信息，将与母线J直接相连的母线划分为边界节点，用集合B表示，其余母线划分为外部节点，用集合E表示，构造分块矩阵形式的节点电压方程：

步骤2.2.2消去节点故障稳态电压

得到节点J与边界节点的等效节点电压方程：

式中，和

分别是外部节点故障稳态节点电压列向量和边界节点故障稳态节点电压列向量，

为节点J的故障稳态电压。在第k条线路末端J处发生短路的情况下，该系统的故障稳态网络仅含有一个位于J处的电源

Y_EE、Y_BE、Y_EB、Y_BB、Y_BJ、Y_JB、Y_JJ为故障稳态网络的分块节点导纳矩阵，不受系统运行方式影响；

步骤2.2.3解式(5)方程组，得到故障稳态网络中的J支路的节点电压方程为：

式中，

为节点J处的故障稳态注入电流。

为节点J的故障稳态电压，可由式(3)获得。

步骤2.3.1故障稳态支路电流列向量与故障稳态支路电压满足欧姆定律：

步骤2.3.2根据基尔霍夫电压定律，可知：

式中，

表示故障稳态节点电压。

步骤2.3.3在电网络理论中，以节点分析法得到的节点网络方程为：

其中，Y_N＝AY_bA^T表示节点导纳矩阵，

表示故障稳态注入电流，

步骤2.3.4故障稳态注入电流

与故障稳态支路电流

的映射关系为：

${\stackrel{r}{I}}_S=Y_b{A}^T{\left(A{Y}_b{A}^T\right)}^{-1}{\stackrel{r}{I}}_N---\left(10\right)$

式中，定义网络系统参数矩阵C＝Y_bA^T(AY_bA^T)^-1，则矩阵C只由网络拓扑决定，与系统运行状态无关。

步骤2.3.5根据故障网络化简方法，故障发生在节点J处，故障稳态电源可以用故障稳态注入电流

等效；于是，式(10)可改写为：

步骤2.3.6将式(6)代入式(11)中，得到故障稳态支路电流列向量和故障节点J处故障稳态电压表达式：

式中，

为矩阵C的第J列。

所述利用相关支路的故障稳态电流构造电流自适应主保护和电流自适应后备保护的构造过程：

步骤3.1.1第k条线路的电流自适应主保护整定值可由下式计算得到

$I_{\mathrm{set}.k}^I=\left\{\begin{array}{cc}{K}_{\mathrm{rel}}^I{K}_d{I}_{\mathrm{Sk}}& I_{\mathrm{Sk}}>K_p{I}_{\mathrm{Lk}}\\ K_p{I}_{\mathrm{Lk}}& I_{\mathrm{Sk}}\≤K_p{I}_{\mathrm{Lk}}\end{array}\right.---\left(13\right)$

式中，

是电流自适应主保护的整定值，

为可靠系数，考虑实际的短路电流可能大于计算值、保护装置中电流继电器的实际动作电流可能小于整定值，取K_d为故障类型系数，三相短路为1，两相短路为

I_Sk为第k条线路的故障稳态电流幅值；I_Lk为第k条线路故障前负荷电流的幅值；K_p为门槛值，取K_p＝0.1；

步骤3.1.2第k条线路的电流自适应主保护测量值

可由式(1)-(2)得到；

步骤3.1.3电流自适应主保护的动作判据是：当测量值的幅值大于整定值

时，主保护动作；反之，主保护不动作；

步骤3.2.1第k条线路的电流自适应后备保护整定值

可由下式计算得到：

$I_{\mathrm{set}.k}^{\mathrm{II}}=\left\{\begin{array}{cc}{K}_{\mathrm{rel}}^{\mathrm{II}}{K}_d{I}_{\mathrm{Sm}}& I_{\mathrm{Sm}}>K_p{I}_{\mathrm{Lm}}\\ K_p{I}_{\mathrm{Lm}}& I_{\mathrm{Sm}}\≤K_p{I}_{\mathrm{Lm}}\end{array}\right.---\left(14\right)$

式中，

是电流自适应后备保护的整定值。为了满足保护的选择性，必须满足可以考虑取

K_d为故障类型系数，三相短路为1，两相短路为K_p为门槛值，取K_p＝0.1。第m条线路的故障稳态电流幅值用I_Sm表示，故障前负荷电流幅值用I_Lm表示。

步骤3.2.2第k条线路的电流自适应后备保护测量值

可由式(1)-(2)得到。

步骤3.2.3新型电流自适应后备保护的动作判据是：当测量值的幅值I_Cm大于整定值

时，后备保护动作；反之，后备保护不动作。

本发明具有以下优点：

1.本发明不用具体分析分布式电源的类型、接入位置、数量、容量、运行方式和控制方式，通过网络系统参数矩阵消除分布式电源对各支路上故障稳态电流的作用，避免了由于分布式电源接入而造成的继电保护误动作情况的发生。

2.整定过程中，无需计算传统继电保护中的分支系数，整定算法更为简单、实用。

3.运用故障稳态分量理论，提取故障分量中的故障稳态分量，该电气量在故障前为零，故障后仅在故障点处存在一个电源，并且处于稳态状态，特征明显，可靠。

4.主保护的保护范围不受故障类型的影响，即使在最不利的相间故障情况下，该保护仍有良好的保护范围。三相短路时，主保护的保护范围是线路全长的72.94％；两相短路时，主保护的保护范围是线路全长的72.88％。

5.后备保护的保护范围不受故障类型的影响，三相短路时，后备保护的保护范围延伸至下级线路的45.91％处，两相短路时，后备保护的保护范围延伸至下级线路的45.84％，并且鉴于主保护的保护范围是线路全长的72.88％-72.94％，因此，后备保护延伸到下级线路的保护范围小于主保护的保护范围，可满足保护配合的要求。

说明书附图

图1为故障网络示意图，其中，图a表示故障状态网络，图b表示故障暂态网络，图c表示故障稳态网络。

图2为主保护与后备保护关系示意图。

图3为动模试验系统示意图。

图4为区内故障时主保护的动作特性示意图。

图5为区外故障时主保护的动作特性示意图。

图6为区内故障时后备保护的动作特性示意图。

图7为区外故障时后备保护的动作特性示意图。

具体实施方式

本发明提供一种电流自适应保护方法。本发明主要利用分布式IED获取网络拓扑关系和系统运行状态信息，根据这些信息等值化简故障稳态网络，提取各节点的故障稳态电压和各支路的故障稳态电流，得到故障前节点电压与故障稳态注入电流的关系，运用网络系统参数矩阵形成故障稳态注入电流与故障稳态支路电流的映射关系，利用相关支路的故障稳态电流构造电流自适应保护。下面结合附图予以说明。

步骤一初始化

构建原始系统数据文件，采集量包括

1)系统节点(母线)：采集内容包括节点编号、类型、节点电压大小、相位、节点功率上下限。

2)线路：采集内容包括线路两端节点编号、线路的阻抗值、线路的类型和各条线路的负荷电流。

3)发电机：采集内容包括发电机编号、发电机所连节点编号、发电机的出力变化情况。

4)动模试验类型：发生故障的线路、故障类型、故障发生时刻及清除时刻和动模试验时间参数。

5)分布式电源：内容包括分布式电源的类型、容量、接入位置、数量、控制方式和实时运行方式。

6)负荷：内容包括负荷类型、大小、负荷变化情况。

步骤二获取电流自适应保护的测量值

如图1所示，若将发电机和负荷电流用节点注入电流表示，不计系统中电力电子等非线性器件，故障状态网络可以看成线性网络的叠加，即：无故障状态网络、故障暂态网络和故障稳态网络。其中，故障状态是指系统所处的现实故障状态，如图1(a)所示；故障暂态是一个暂态过渡过程，由节点注入电流变化而引起，如图1(b)所示，其线路电流列向量可表示为：

式中，Y_N是系统的节点导纳矩阵；Y_b是支路导纳矩阵；A是节点-支路关联矩阵；

是节点注入电流变化量；

是故障状态网络的节点注入电流列向量，

是无故障状态网络的节点注入电流列向量。

故障稳态是一个稳定状态，由故障点附加电源引起，如图1(c)所示，其线路电流列向量可表示为：

式中，为故障状态网络的线路电流列向量；

为无故障状态网络的线路电流列向量。

同理，设故障网络的节点电压列向量为

故障前稳态网络的节点电压列向量为

故障暂态网络的节点电压向量为

则故障稳态网络的节点电压列向量

可表示为：

其中，各支路的故障稳态电流即为新型电流自适应保护的测量值，可由式(1)-(2)计算得到。

步骤三构造电流自适应保护的整定方法

在被保护系统的每一个断路器和测量点处都装设IED，并采用分布式IED的通信方式。在此通信方式下，底层IED采集就地的模拟量、开关量及其他状态量信息，并与其后备保护所在变电站的IED通信，实现故障判断、保护策略制定、动作执行的功能。上层IED装设在各个变电站，作为底层IED的监视与管理中心。

利用IED获得的网络拓扑信息，将与母线J直接相连的母线划分为边界节点，用集合B表示。其余母线划分为外部节点，用集合E表示。构造分块矩阵形式的节点电压方程：

式中，

和

分别是外部节点故障稳态电压列向量和边界节点故障稳态电压列向量，为节点J的故障稳态电压。在第k条线路末端J处发生短路的情况下，该系统的故障稳态网络仅含有一个位于J处的电源

Y_EE、Y_BE、Y_EB、Y_BB、Y_BJ、Y_JB、Y_JJ为故障稳态网络的分块节点导纳矩阵，不受系统运行方式影响。

消去节点电压

则节点J与边界节点的等效节点电压方程为：

由式(5)可知：

式中，

为节点J处的故障稳态注入电流。为节点J的故障稳态电压，可由式(3)获得。

故障稳态支路电流列向量

与故障稳态支路电压

满足欧姆定律：

根据基尔霍夫电压定律，可知：

式中，

表示故障稳态节点电压。

在电网络理论中，以节点分析法得到的节点网络方程为：

其中，Y_N＝AY_bA^T表示节点导纳矩阵，

为故障稳态注入电流。

故障稳态注入电流

与故障稳态支路电流

的映射关系为：

${\stackrel{r}{I}}_S=Y_b{A}^T{\left(A{Y}_b{A}^T\right)}^{-1}{\stackrel{r}{I}}_N---\left(10\right)$

式中，定义网络系统参数矩阵C＝Y_bA^T(AY_bA^T)^-1，则矩阵C只由网络拓扑决定，与系统运行状态无关。

当故障发生在节点J处，故障稳态电源可以用故障稳态注入电流

等效。于是，式(10)可改写为：

将式(6)代入式(11)中，得到故障稳态支路电流列向量和故障节点J处故障稳态电压表达式：

式中，

为矩阵C的第J列。

当网络拓扑结构发生变化时，仅需修改分块节点导纳矩阵Y_EE，其值可由相应外部节点故障稳态注入电流和外部节点的故障稳态电压相除获得，因此，计算量小，且易于存取。

在配电网中，本方案仅需要在受DG影响的馈线上装设电压互感器，即可实现DG接入馈线的电流自适应保护，其余馈线仍可按照传统电流保护进行整定。同时，随着智能化配网的发展，引入电压量而构造的继电保护方案已成为一种趋势，电压互感器的布点情况将能够满足本方案的要求。

如图2所示，第k条线路和第m条线路为相邻线路，保护R2为保护R1的后备保护。

(1)电流自适应主保护

利用第k条线路故障稳态电流

构造第k条线路的电流自适应主保护判据为：

$I_{\mathrm{set}.k}^I=\left\{\begin{array}{cc}{K}_{\mathrm{rel}}^I{K}_d{I}_{\mathrm{Sk}}& I_{\mathrm{Sk}}>K_p{I}_{\mathrm{Lk}}\\ K_p{I}_{\mathrm{Lk}}& I_{\mathrm{Sk}}\≤K_p{I}_{\mathrm{Lk}}\end{array}\right.---\left(13\right)$

式中，

是电流自适应主保护的整定值。

为可靠系数，考虑实际的短路电流可能大于计算值、保护装置的电流继电器的实际动作电流可能小于整定值，取K_d为故障类型系数，三相短路为1，两相短路为

I_Sk为第k条线路的故障稳态电流幅值。I_Lk为第k条线路故障前负荷电流的幅值。K_p为门槛值，取K_p＝0.1。

当第k条线路的测量值的幅值I_Ck大于整定值

时，主保护动作；反之，主保护不动作。

为了说明正确性，本发明在图3所示的系统中进行了大量的动模试验。主保护的区内动作特性如图4所示，区外动作特性如图5所示。由图4和图5可知，故障发生在主保护动作区内时，主保护可靠动作；当故障发生在主保护动作区外时，主保护不动作。

表1  电流自适应主保护的整定值与测量值

表2  两相短路时DG对电流自适应主保护的影响

表1为在同一条线路的不同位置发生故障时，该线路的主保护的整定值与测量值。表2为DG容量变化对主保护的影响，可以看出随着DG容量的增加，电流自适应主保护的整定值逐渐增大，但是其保护范围基本保持不变。

(2)电流自适应后备保护

利用第m条线路故障稳态电流

构造第k条线路电流自适应后备保护判据为：

$I_{\mathrm{set}.k}^{\mathrm{II}}=\left\{\begin{array}{cc}{K}_{\mathrm{rel}}^{\mathrm{II}}{K}_d{I}_{\mathrm{Sm}}& I_{\mathrm{Sm}}>K_p{I}_{\mathrm{Lm}}\\ K_p{I}_{\mathrm{Lm}}& I_{\mathrm{Sm}}\≤K_p{I}_{\mathrm{Lm}}\end{array}\right.---\left(14\right)$

式中，

是电流自适应后备保护的整定值。为了满足保护的选择性，必须满足

可以考虑取K_d为故障类型系数，三相短路为1，两相短路为

K_p为门槛值，取K_p＝0.1。第m条线路的故障稳态电流幅值用I_Sm表示，故障前负荷电流幅值用I_Lm表示。

当第m条线路的测量值的幅值I_Cm大于整定值时，后备保护动作；反之，后备保护不动作。

为了说明正确性，本发明在图3所示的系统中进行了大量的动模试验。后备保护的区内动作特性如图6所示，区外动作特性如图7所示。由图6和图7可知，故障发生在后备保护动作区内时，后备保护可靠动作；当故障发生在后备保护动作区外时，后备保护不动作。

表3  电流自适应后备保护的整定值与测量值

表4  三相短路时DG对电流自适应后备保护的影响

表3为在同一条线路的不同位置发生故障时，该线路的后备保护的整定值与测量值。表4为DG容量变化对主保护的影响，可以看出随着DG容量的增加，电流自适应后备保护的整定值逐渐增大，但是其保护范围基本保持不变。

Claims (4)

1.一种电流自适应保护方法，其特征在于，利用故障网络等值化简方法和故障稳态分量理论得到故障前节点电压与故障稳态注入电流的关系，使用网络系统参数矩阵构成故障稳态注入电流与故障稳态支路电流的线性映射关系，利用相关支路的故障稳态电流构造电流自适应保护，具体步骤如下：

步骤1.1根据电力系统模型，首先采集：系统母线节点、线路、动模试验类型、分布式电源、发电机和负荷的相应表征参数，构建原始系统数据文件；

步骤1.2运用故障稳态分量理论提取各节点的故障稳态电压和各条支路的故障稳态电流；

步骤1.3根据故障位置建立节点电压方程，运用故障网络等值化简方法得到故障前节点电压与故障稳态注入电流的关系：

${\stackrel{\·}{I}}_J=[Y_{\mathrm{JJ}}-Y_{\mathrm{JB}}{(Y_{\mathrm{BB}}-Y_{\mathrm{BE}}{Y}_{\mathrm{EE}}^{-1}{Y}_{\mathrm{EB}})}^{-1}{Y}_{\mathrm{BJ}}]{\stackrel{\·}{U}}_J$

式中，

为母线J处的故障稳态注入电流；

为母线J的故障稳态电压；Y_EE、Y_BE、Y_EB、Y_BB、Y_BJ、Y_JB、Y_JJ为故障稳态网络的分块节点导纳矩阵，不受系统运行方式影响；

步骤1.4运用网络系统参数矩阵形成故障稳态注入电流与故障稳态支路电流的映射关系；

步骤1.5利用相关支路的故障稳态电流构造电流自适应保护，电流自适应保护由电流自适应主保护和电流自适应后备保护共同组成，其中，电流自适应主保护作为保护系统的主保护，其表达式为：

$I_{\mathrm{set}.k}^I\left\{\begin{array}{cc}{K}_{\mathrm{rel}}^I{K}_d{I}_{\mathrm{Sk}}& I_{\mathrm{Sk}}>K_p{I}_{\mathrm{Lk}}\\ K_p{I}_{\mathrm{Lk}}& I_{\mathrm{Sk}}\≤K_p{I}_{\mathrm{Lk}}\end{array}\right.$

式中，

是电流自适应主保护的整定值；

为主保护可靠系数，取1.1；K_d为故障类型系数，三相短路为1，两相短路为

I_Sk为第k条线路的故障稳态电流幅值；I_Lk为第k条线路故障前负荷电流的幅值；K_p为门槛值，取K_p=0.1；当第k条线路上保护安装处测量值

的幅值大于整定值

时，主保护动作；反之，主保护不动作；

电流自适应后备保护作为保护系统的后备保护，为电流自适应主保护提供后备保护，其表达式为：

$I_{\mathrm{set}.k}^{\mathrm{II}}=\left\{\begin{array}{cc}{K}_{\mathrm{rel}}^{\mathrm{II}}{K}_d{I}_{\mathrm{Sm}}& I_{\mathrm{Sm}}>K_p{I}_{\mathrm{Lm}}\\ K_p{I}_{\mathrm{Lm}}& I_{\mathrm{Sm}}\≤K_p{I}_{\mathrm{Lm}}\end{array}\right.$

式中，

是电流自适应后备保护的整定值；为后备保护可靠系数，为了满足保护的选择性，必须使

可以考虑取

K_d为故障类型系数，三相短路为1，两相短路为

K_p为门槛值，取K_p=0.1；第m条线路的故障稳态电流幅值用I_Sm表示，故障前负荷电流幅值用I_Lm表示；当第m条线路上保护安装处测量值

的幅值大于整定值

时，后备保护动作；反之，后备保护不动作。

2.根据权利要求1所述电流自适应保护方法，其特征在于，所述步骤1.1的相应表征参数包括：

1）系统母线节点：采集内容包括节点编号、类型、节点电压大小、相位和节点功率上下限；

2）线路：采集内容包括线路两端节点编号、线路的阻抗值、线路的类型和各条线路的负荷电流；

3）发电机：采集内容包括发电机编号、发电机所连节点编号和发电机的出力变化情况；

4）动模试验类型：发生故障的线路、故障类型、故障发生时刻及清除时刻和动模试验时间参数；

5）分布式电源：内容包括分布式电源的类型、容量、接入位置、数量、控制方式和实时运行方式；

6）负荷：内容包括负荷类型、大小及负荷变化情况。

3.根据权利要求1所述电流自适应保护方法，其特征在于，所述运用故障网络等值化简方法得到故障前节点电压与故障稳态注入电流的关系，包括如下步骤：

步骤2.1将发电机和负荷电流用节点注入电流表示，在不计系统中电力电子非线性器件情况下，将故障状态网络看成线性网络的叠加，即：无故障状态网络、故障暂态网络和故障稳态网络；其中，故障状态是指系统所处的现实故障状态；故障暂态是一个暂态过渡过程，由节点注入电流变化而引起，其线路电流列向量

表示为：

${\stackrel{\→}{I}}_T=Y_b{A}^T{Y}_N^{-1}{\stackrel{\→}{J}}_T---\left(1\right)$

式中，Y_N是系统的节点导纳矩阵；Y_b是支路导纳矩阵；A是节点-支路关联矩阵；

是节点注入电流变化列向量；是故障状态网络的节点注入电流列向量；

是无故障状态网络的节点注入电流列向量；

故障稳态是一个稳定状态，由故障点附加电源引起，其线路电流列向量

表示为：

${\stackrel{\→}{I}}_C={\stackrel{\→}{I}}_M-{\stackrel{\→}{I}}_W-{\stackrel{\→}{I}}_T---\left(2\right)$

式中，

为故障状态网络的线路电流列向量；

为无故障状态网络的线路电流列向量；

同理，设故障网络的节点电压列向量为

故障前稳态网络的节点电压列向量为

故障暂态网络的节点电压列向量为

则故障稳态网络的节点电压列向量

表示为：

${\stackrel{\→}{U}}_C={\stackrel{\→}{U}}_M-{\stackrel{\→}{U}}_W-{\stackrel{\→}{U}}_T---\left(3\right)$

步骤2.2.1利用智能电子设备（Intelligent Electronic Device，IED）获得的网络拓扑信息，将与母线J直接相连的母线划分为边界节点，用集合B表示，其余母线划分为外部节点，用集合E表示，构造分块矩阵形式的节点电压方程：

$\left[\begin{array}{ccc}{Y}_{\mathrm{EE}}& Y_{\mathrm{EB}}& 0\\ Y_{\mathrm{BE}}& Y_{\mathrm{BB}}& Y_{\mathrm{BJ}}\\ 0& Y_{\mathrm{JB}}& Y_{\mathrm{JJ}}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{\stackrel{\→}{U}}_E\\ {\stackrel{\→}{U}}_B\\ {\stackrel{\·}{U}}_J\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}0\\ 0\\ {\stackrel{\·}{I}}_J\end{array}\right]---\left(4\right)$

步骤2.2.2消去外部节点故障稳态电压得到母线J与边界节点的等效节点电压方程：

$\left[\begin{array}{cc}{Y}_{\mathrm{BB}}-Y_{\mathrm{BE}}{Y}_{\mathrm{EE}}^{-1}{Y}_{\mathrm{EB}}& Y_{\mathrm{BJ}}\\ Y_{\mathrm{JB}}& Y_{\mathrm{JJ}}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{\stackrel{\→}{U}}_B\\ {\stackrel{\·}{U}}_J\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}0\\ {\stackrel{\·}{I}}_J\end{array}\right]---\left(5\right)$

式中，

和分别是外部节点故障稳态电压和边界节点故障稳态电压；

为母线J的故障稳态电压；在第k条线路末端母线J处发生短路的情况下，该系统的故障稳态网络仅含有一个位于母线J处的故障稳态注入电流

Y_EE、Y_BE、Y_EB、Y_BB、Y_BJ、Y_JB、Y_JJ为故障稳态网络的分块节点导纳矩阵，不受系统运行方式影响；

步骤2.2.3解式(5)方程组，得到母线J处的故障稳态注入电流为：

${\stackrel{\·}{I}}_J=[Y_{\mathrm{JJ}}-Y_{\mathrm{JB}}{(Y_{\mathrm{BB}}-Y_{\mathrm{BE}}{Y}_{\mathrm{EE}}^{-1}{Y}_{\mathrm{EB}})}^{-1}{Y}_{\mathrm{BJ}}]{\stackrel{\·}{U}}_J---\left(6\right)$

式中，

为母线J处的故障稳态注入电流；为母线J的故障稳态电压，可由式(5)获得；

步骤2.3.1故障稳态支路电流列向量

与故障稳态支路电压

满足欧姆定律：

${\stackrel{\→}{I}}_S=Y_b{\stackrel{\→}{U}}_b---\left(7\right)$

步骤2.3.2根据基尔霍夫电压定律，可知：

${\stackrel{\→}{U}}_b=A^T{\stackrel{\→}{U}}_N---\left(8\right)$

式中，

表示故障稳态节点电压；

步骤2.3.3在电网络理论中，以节点分析法得到的节点网络方程为：

${\stackrel{\→}{U}}_N={\left(Y_N\right)}^{-1}{\stackrel{\→}{I}}_N---\left(9\right)$

式中，Y_N=AY_bA^T表示节点导纳矩阵；

表示故障稳态注入电流；

步骤2.3.4故障稳态注入电流列向量

与故障稳态支路电流列向量

的映射关系为：

${\stackrel{\→}{I}}_S=Y_b{A}^T{\left({\mathrm{AY}}_b{A}^T\right)}^{-1}{\stackrel{\→}{I}}_N---\left(10\right)$

式中，定义网络系统参数矩阵C=Y_bA^T（AY_bA^T）^-1，则矩阵C只由网络拓扑决定，与系统运行状态无关；

步骤2.3.5根据故障网络化简方法，故障发生在母线J处，故障稳态电源可以用故障稳态注入电流

等效，式(10)可改写为：

${\stackrel{\→}{I}}_S=Y_b{A}^T{\left({\mathrm{AY}}_b{A}^T\right)}^{-1}{\stackrel{\·}{I}}_J---\left(11\right)$

步骤2.3.6将式(6)代入式(11)中，得到故障稳态支路电流列向量为：

${\stackrel{\→}{I}}_S=\stackrel{\→}{C}\left(J\right)[Y_{\mathrm{JJ}}-Y_{\mathrm{JB}}{(Y_{\mathrm{BB}}-Y_{\mathrm{BE}}{Y}_{\mathrm{EE}}^{-1}{Y}_{\mathrm{EB}})}^{-1}{Y}_{\mathrm{BJ}}]{\stackrel{\·}{U}}_J---\left(12\right)$

式中，

为矩阵C的第J列。

4.根据权利要求3所述电流自适应保护方法，其特征在于，所述利用相关支路的故障稳态电流构造电流自适应主保护和电流自适应后备保护的过程：第k条线路上保护安装处测量值

可由公式(1)-(2)得到；第m条线路上保护安装处测量值

可由公式(1)-(2)得到。

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