CN103248021B - 一种有损耗输电线路电压行波保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种有损耗输电线路电压行波保护方法。本发明方法首先采集输电线路两端各个采样时刻的电压、电流行波分量，计及输电线路损耗影响，利用1/4周期短数据窗的行波分量计算输电线路一端的电压行波分量，利用计算得到的输电线路一端电压行波分量与采样得到的该端线路电压行波分量构成电压行波保护判据，判断输电线路是否发生故障。本发明方法可在1/4周期的短数据窗内完成输电线路行波保护功能，无需通过插值运算可直接计算各采样时刻的电压行波分量，大幅减少行波保护运算量，提高行波保护动作速度，且计及输电线路损耗影响，因此适用于各种电压等级输电线路的整个暂态故障过程的行波保护。

Description

一种有损耗输电线路电压行波保护方法

技术领域

本发明涉及电力系统行波保护技术领域，具体地说是涉及一种有损耗输电线路电压行波保护方法。

背景技术

行波差动保护在保护算法数学模型中考虑了分布电容的影响，行波差动保护原理上不受输电线路分布电容的影响，具有很高的动作性能。申请号200910034669.1发明专利“适用于串联电容补偿线路的行波差动保护方法”解决了分布电容对差动保护动作性能的影响，但对于行波传播延时为非整数倍采样间隔的情况，需要通过插值运算得到各个时间点上的电气量，对保护装置采样频率的要求非常高，因此对保护装置硬件要求很高，且每个采样时间都要进行插值运算，保护算法本身所需运算量大，无法满足保护速动性的要求。苏斌、董新洲和孙元章发表的《特高压带并联电抗器线路的行波差动保护》以及苏斌、董新洲和孙元章发表的《基于小波变换的行波差动保护》和申请号200410079501.X发明专利“行波保护中电压过零附近故障的检测方法”对于行波传播延时为非整数倍采样间隔的情况也需要通过插值运算得到各个时间点上的电气量，同样存在着运算量大的问题；需要进行小波变换，所需数据窗大，保护检测到故障发生所需时间长。因此，已有输电线路行波差动保护方法对行波传播延时为非整数倍采样间隔的情况都需要进行插值运算求其各个时间点上的电气量，保护算法本身运算量大，对保护装置采样硬件要求高。其中部分输电线路行波差动保护方法甚至需要进行小波变换，所需数据窗大，延长了行波保护检测到输电线路故障发生的时间，无法满足继电保护对速动性的要求。因此，计及输电线路损耗影响，研究一种无需插值运算的输电线路故障行波保护方法具有十分重要的学术研究和工程实用价值。

发明内容

本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种有损耗输电线路电压行波保护方法。

本发明采用如下技术方案：

一种有损耗输电线路电压行波保护方法，其要点在于，包括如下依序步骤：

（1）提供一种保护装置，其利用位于输电线路两端的m变电站保护安装处和n变电站保护安装处的各采样时刻的行波电气量计算t采样时刻的m变电站保护安装处的0、α、β模电压行波分量u′_m0(t)、u′_mα(t)、u′_mβ(t)：

$u_{m0}^{\′}\left(t\right)=\frac{(i_{m0}\left(t\right)+i_{n0}\left(t\right))(1+\cos \left({\mathrm{\ω\τ}}_0\right))(Z_{c0}+\frac{R_0}{4})}{1-\cos \left({\mathrm{\ω\τ}}_0\right)}+\frac{(i_{m0}(t-\frac{T}{4})+i_{n0}(t-\frac{T}{4}))(Z_{c0}+\frac{R_0}{4})\sin \left({\mathrm{\ω\τ}}_0\right)}{1-\cos \left({\mathrm{\ω\τ}}_0\right)}$

$+\frac{(u_{m0}(t-\frac{T}{4})+u_{n0}(t-\frac{T}{4}))\sin \left({\mathrm{\ω\τ}}_0\right)}{1-\cos \left({\mathrm{\ω\τ}}_0\right)}-u_{n0}\left(t\right)$

$u_{\mathrm{m\α}}^{\′}\left(t\right)=\frac{(i_{\mathrm{m\α}}\left(t\right)+i_{\mathrm{n\α}}\left(t\right))(1+\cos \left({\mathrm{\ω\τ}}_{\mathrm{\α}}\right))(Z_{\mathrm{c\α}}+\frac{R_{\mathrm{\α}}}{4})}{1-\cos \left({\mathrm{\ω\τ}}_{\mathrm{\α}}\right)}+\frac{(i_{\mathrm{m\α}}(t-\frac{T}{4})+i_{\mathrm{n\α}}(t-\frac{T}{4}))(Z_{\mathrm{c\α}}+\frac{R_{\mathrm{\α}}}{4})\sin \left({\mathrm{\ω\τ}}_{\mathrm{\α}}\right)}{1-\cos \left({\mathrm{\ω\τ}}_{\mathrm{\α}}\right)}$

$+\frac{(u_{\mathrm{m\α}}(t-\frac{T}{4})+u_{\mathrm{n\α}}(t-\frac{T}{4}))\sin \left({\mathrm{\ω\τ}}_{\mathrm{\α}}\right)}{1-\cos \left({\mathrm{\ω\τ}}_{\mathrm{\α}}\right)}-u_{\mathrm{n\α}}\left(t\right)$

$u_{\mathrm{m\β}}^{\′}\left(t\right)=\frac{(i_{\mathrm{m\β}}\left(t\right)+i_{\mathrm{n\β}}\left(t\right))(1+\cos \left({\mathrm{\ω\τ}}_{\mathrm{\β}}\right))(Z_{\mathrm{c\β}}+\frac{R_{\mathrm{\β}}}{4})}{1-\cos \left({\mathrm{\ω\τ}}_{\mathrm{\β}}\right)}+\frac{(i_{\mathrm{m\β}}(t-\frac{T}{4})+i_{\mathrm{n\β}}(t-\frac{T}{4}))(Z_{\mathrm{c\β}}+\frac{R_{\mathrm{\β}}}{4})\sin \left({\mathrm{\ω\τ}}_{\mathrm{\β}}\right)}{1-\cos \left({\mathrm{\ω\τ}}_{\mathrm{\β}}\right)}$

$+\frac{(u_{\mathrm{m\β}}(t-\frac{T}{4})+u_{\mathrm{n\β}}(t-\frac{T}{4}))\sin \left({\mathrm{\ω\τ}}_{\mathrm{\β}}\right)}{1-\cos \left({\mathrm{\ω\τ}}_{\mathrm{\β}}\right)}-u_{\mathrm{n\β}}\left(t\right)$

其中，t为采样时间；l为连接m变电站和n变电站的输电线路长度；T为基频分量的周期时间；Z_c0、Z_cα、Z_cβ分别为输电线路0、α、β模行波分量的特性阻抗；ν_c0、ν_cα、ν_cβ分别为输电线路0、α、β模行波分量的传播速度；ω为电力系统角频率；R₀、R_α、R_β分别为输电线路0、α、β模行波分量的电阻；i_m0(t)、i_mα(t)、i_mβ(t)分别为m变电站保护安装处的t采样时刻的0、α、β模的电流行波分量；u_n0(t)、u_nα(t)、u_nβ(t)分别为n变电站保护安装处的t采样时刻的0、α、β模的电压行波分量；i_n0(t)、i_nα(t)、i_nβ(t)分别为n变电站保护安装处的t采样时刻的0、α、β模的电流行波分量；分别为m变电站保护安装处的采样时刻的0、α、β模的电压行波分量；分别为n变电站保护安装处的采样时刻的0、α、β模的电压行波分量；分别为m变电站保护安装处的采样时刻的0、α、β模的电流行波分量； 分别为n变电站保护安装处的采样时刻的0、α、β模的电流行波分量；

（2）若|u′_m0(t)-u_m0(t)|>U_set或|u′_mα(t)-u_mα(t)|>U_set或|u′_mβ(t)-u_mβ(t)|>U_set成立，则保护装置发出动作跳闸信号，跳开输电线路两端的断路器；其中，u_m0(t)、u_mα(t)、u_mβ(t)分别为m变电站保护安装处的t采样时刻的0、α、β模的电压行波分量；U_set为电压行波保护整定值。

本发明与现有技术相比较，具有以下积极成果：

本发明方法可在1/4周期的短数据窗内完成输电线路行波保护功能，无需通过插值运算可直接计算各采样时刻的电压行波分量，大幅减少行波保护运算量，提高行波保护动作速度，且计及线路损耗影响，因此适用于各种电压等级输电线路的整个暂态故障过程的行波保护。

附图说明

图1为应用本发明方法的一种有损耗输电线路电压行波保护方法流程图。

具体实施方式

下面根据说明书附图对本发明的技术方案做进一步详细表述。

图1为应用本发明方法的一种有损耗输电线路电压行波保护方法流程图。本实施例首先采集输电线路在m变电站保护安装处的各t采样时刻的三相电压行波分量和三相电流行波分量；采集输电线路在n变电站保护安装处的各t采样时刻的三相电压行波分量和三相电流行波分量。

采用相模变换将m变电站保护安装处的各t采样时刻的三相电压行波分量、三相电流行波分量转换成各t采样时刻的0、α、β模电压行波分量u_m0(t)、u_mα(t)、u_mβ(t)和各t采样时刻的0、α、β模电流行波分量i_m0(t)、i_mα(t)、i_mβ(t)。

采用相模变换将n变电站保护安装处的各t采样时刻的三相电压行波分量、三相电流行波分量转换成各t采样时刻的0、α、β模电压行波分量u_n0(t)、u_nα(t)、u_nβ(t)和各t采样时刻的0、α、β模电流行波分量i_n0(t)、i_nα(t)、i_nβ(t)。

利用位于输电线路两端的m变电站保护安装处和n变电站保护安装处的各采样时刻的行波电气量计算t采样时刻的m变电站保护安装处的0、α、β模电压行波分量u′_m0(t)、u′_mα(t)、u′_mβ(t)：

$u_{m0}^{\′}\left(t\right)=\frac{(i_{m0}\left(t\right)+i_{n0}\left(t\right))(1+\cos \left({\mathrm{\ω\τ}}_0\right))(Z_{c0}+\frac{R_0}{4})}{1-\cos \left({\mathrm{\ω\τ}}_0\right)}+\frac{(i_{m0}(t-\frac{T}{4})+i_{n0}(t-\frac{T}{4}))(Z_{c0}+\frac{R_0}{4})\sin \left({\mathrm{\ω\τ}}_0\right)}{1-\cos \left({\mathrm{\ω\τ}}_0\right)}$

$+\frac{(u_{m0}(t-\frac{T}{4})+u_{n0}(t-\frac{T}{4}))\sin \left({\mathrm{\ω\τ}}_0\right)}{1-\cos \left({\mathrm{\ω\τ}}_0\right)}-u_{n0}\left(t\right)$

$u_{\mathrm{m\α}}^{\′}\left(t\right)=\frac{(i_{\mathrm{m\α}}\left(t\right)+i_{\mathrm{n\α}}\left(t\right))(1+\cos \left({\mathrm{\ω\τ}}_{\mathrm{\α}}\right))(Z_{\mathrm{c\α}}+\frac{R_{\mathrm{\α}}}{4})}{1-\cos \left({\mathrm{\ω\τ}}_{\mathrm{\α}}\right)}+\frac{(i_{\mathrm{m\α}}(t-\frac{T}{4})+i_{\mathrm{n\α}}(t-\frac{T}{4}))(Z_{\mathrm{c\α}}+\frac{R_{\mathrm{\α}}}{4})\sin \left({\mathrm{\ω\τ}}_{\mathrm{\α}}\right)}{1-\cos \left({\mathrm{\ω\τ}}_{\mathrm{\α}}\right)}$

$+\frac{(u_{\mathrm{m\α}}(t-\frac{T}{4})+u_{\mathrm{n\α}}(t-\frac{T}{4}))\sin \left({\mathrm{\ω\τ}}_{\mathrm{\α}}\right)}{1-\cos \left({\mathrm{\ω\τ}}_{\mathrm{\α}}\right)}-u_{\mathrm{n\α}}\left(t\right)$

$u_{\mathrm{m\β}}^{\′}\left(t\right)=\frac{(i_{\mathrm{m\β}}\left(t\right)+i_{\mathrm{n\β}}\left(t\right))(1+\cos \left({\mathrm{\ω\τ}}_{\mathrm{\β}}\right))(Z_{\mathrm{c\β}}+\frac{R_{\mathrm{\β}}}{4})}{1-\cos \left({\mathrm{\ω\τ}}_{\mathrm{\β}}\right)}+\frac{(i_{\mathrm{m\β}}(t-\frac{T}{4})+i_{\mathrm{n\β}}(t-\frac{T}{4}))(Z_{\mathrm{c\β}}+\frac{R_{\mathrm{\β}}}{4})\sin \left({\mathrm{\ω\τ}}_{\mathrm{\β}}\right)}{1-\cos \left({\mathrm{\ω\τ}}_{\mathrm{\β}}\right)}$

$+\frac{(u_{\mathrm{m\β}}(t-\frac{T}{4})+u_{\mathrm{n\β}}(t-\frac{T}{4}))\sin \left({\mathrm{\ω\τ}}_{\mathrm{\β}}\right)}{1-\cos \left({\mathrm{\ω\τ}}_{\mathrm{\β}}\right)}-u_{\mathrm{n\β}}\left(t\right)$

其中，t为采样时间；l为连接m变电站和n变电站的输电线路长度；T为基频分量的周期时间；Z_c0、Z_cα、Z_cβ分别为输电线路0、α、β模行波分量的特性阻抗；ν_c0、ν_cα、ν_cβ分别为输电线路0、α、β模行波分量的传播速度；ω为电力系统角频率；R₀、R_α、R_β分别为输电线路0、α、β模行波分量的电阻；i_m0(t)、i_mα(t)、i_mβ(t)分别为m变电站保护安装处的t采样时刻的0、α、β模的电流行波分量；u_n0(t)、u_nα(t)、u_nβ(t)分别为n变电站保护安装处的t采样时刻的0、α、β模的电压行波分量；i_n0(t)、i_nα(t)、i_nβ(t)分别为n变电站保护安装处的t采样时刻的0、α、β模的电流行波分量；分别为m变电站保护安装处的采样时刻的0、α、β模的电压行波分量；分别为n变电站保护安装处的采样时刻的0、α、β模的电压行波分量；分别为m变电站保护安装处的采样时刻的0、α、β模的电流行波分量； 分别为n变电站保护安装处的采样时刻的0、α、β模的电流行波分量；

若|u′_m0(t)-u_m0(t)|>U_set或|u′_mα(t)-u_mα(t)|>U_set或|u′_mβ(t)-u_mβ(t)|>U_set成立，则保护装置发出动作跳闸信号，跳开输电线路两端的断路器；其中，u_m0(t)、u_mα(t)、u_mβ(t)分别为m变电站保护安装处的t采样时刻的0、α、β模的电压行波分量；U_set为电压行波保护整定值。

本发明方法可在1/4周期的短数据窗内完成输电线路行波保护功能，无需通过插值运算可直接计算各采样时刻的电压行波分量，大幅减少行波保护运算量，提高行波保护动作速度，且计及线路损耗影响，因此适用于各种电压等级输电线路的整个暂态故障过程的行波保护。

以上所述仅为本发明的较佳具体实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种有损耗输电线路电压行波保护方法，其特征在于，包括如下依序步骤：

(1)提供一种保护装置，其利用位于输电线路两端的m变电站保护安装处和n变电站保护安装处的各采样时刻的行波电气量计算得到t采样时刻的m变电站保护安装处的0、α、β模电压行波分量的计算值

$\begin{array}{c}{u}_{m0}^{\′}\left(t\right)=\frac{(i_{m0}\left(t\right)+i_{n0}\left(t\right))(1+\cos \left({\mathrm{\ω\τ}}_0\right))(Z_{c0}+\frac{R_0}{4})}{1-\cos \left({\mathrm{\ω\τ}}_0\right)}+\frac{(i_{m0}(t-\frac{T}{4})+i_{n0}(t-\frac{T}{4}))(Z_{c0}+\frac{R_0}{4})\sin \left({\mathrm{\ω\τ}}_0\right)}{1-\cos \left({\mathrm{\ω\τ}}_0\right)}\\ +\frac{(u_{m0}(t-\frac{T}{4})+u_{n0}(t-\frac{T}{4}))\sin \left({\mathrm{\ω\τ}}_0\right)}{1-\cos \left({\mathrm{\ω\τ}}_0\right)}-u_{n0}\left(t\right)\end{array}$

$\begin{array}{c}{u}_{\mathrm{m\α}}^{\′}\left(t\right)=\frac{(i_{\mathrm{m\α}}\left(t\right)+i_{\mathrm{n\α}}\left(t\right))(1+\cos \left({\mathrm{\ω\τ}}_{\mathrm{\α}}\right))(Z_{\mathrm{c\α}}+\frac{R_{\mathrm{\α}}}{4})}{1-\cos \left({\mathrm{\ω\τ}}_{\mathrm{\α}}\right)}+\frac{(i_{\mathrm{m\α}}(t-\frac{T}{4})+i_{\mathrm{n\α}}(t-\frac{T}{4}))(Z_{\mathrm{c\α}}+\frac{R_{\mathrm{\α}}}{4})\sin \left({\mathrm{\ω\τ}}_{\mathrm{\α}}\right)}{1-\cos \left({\mathrm{\ω\τ}}_{\mathrm{\α}}\right)}\\ +\frac{(u_{\mathrm{m\α}}(t-\frac{T}{4})+u_{\mathrm{n\α}}(t-\frac{T}{4}))\sin \left({\mathrm{\ω\τ}}_{\mathrm{\α}}\right)}{1-\cos \left({\mathrm{\ω\τ}}_{\mathrm{\α}}\right)}-u_{\mathrm{n\α}}\left(t\right)\end{array}$

$\begin{array}{c}{u}_{\mathrm{m\β}}^{\′}\left(t\right)=\frac{(i_{\mathrm{m\β}}\left(t\right)+i_{\mathrm{n\β}}\left(t\right))(1+\cos \left({\mathrm{\ω\τ}}_{\mathrm{\β}}\right))(Z_{\mathrm{c\β}}+\frac{R_{\mathrm{\β}}}{4})}{1-\cos \left({\mathrm{\ω\τ}}_{\mathrm{\β}}\right)}+\frac{(i_{\mathrm{m\β}}(t-\frac{T}{4})+i_{\mathrm{n\β}}(t-\frac{T}{4}))(Z_{\mathrm{c\β}}+\frac{R_{\mathrm{\β}}}{4})\sin \left({\mathrm{\ω\τ}}_{\mathrm{\β}}\right)}{1-\cos \left({\mathrm{\ω\τ}}_{\mathrm{\β}}\right)}\\ +\frac{(u_{\mathrm{m\β}}(t-\frac{T}{4})+u_{\mathrm{n\β}}(t-\frac{T}{4}))\sin \left({\mathrm{\ω\τ}}_{\mathrm{\β}}\right)}{1-\cos \left({\mathrm{\ω\τ}}_{\mathrm{\β}}\right)}-u_{\mathrm{n\β}}\left(t\right)\end{array}$

其中，t为采样时间；l为连接m变电站和n变电站的输电线路长度；T为基频分量的周期时间；Z_c0、Z_cα、Z_cβ分别为输电线路0、α、β模行波分量的特性阻抗；ν_c0、ν_cα、ν_cβ分别为输电线路0、α、β模行波分量的传播速度；ω为电力系统角频率；R₀、R_α、R_β分别为输电线路0、α、β模行波分量的电阻；i_m0(t)、i_mα(t)、i_mβ(t)分别为m变电站保护安装处的t采样时刻的0、α、β模的电流行波分量；u_n0(t)、u_nα(t)、u_nβ(t)分别为n变电站保护安装处的t采样时刻的0、α、β模的电压行波分量；i_n0(t)、i_nα(t)、i_nβ(t)分别为n变电站保护安装处的t采样时刻的0、α、β模的电流行波分量；分别为m变电站保护安装处的采样时刻的0、α、β模的电压行波分量；分别为n变电站保护安装处的采样时刻的0、α、β模的电压行波分量；分别为m变电站保护安装处的采样时刻的0、α、β模的电流行波分量；分别为n变电站保护安装处的采样时刻的0、α、β模的电流行波分量；

(2)若 $|u_{m0}^{\′}\left(t\right)-u_{m0}\left(t\right)|>U_{\mathrm{set}}$ 或 $|u_{\mathrm{m\α}}^{\′}\left(t\right)-u_{\mathrm{m\α}}\left(t\right)|>U_{\mathrm{set}}$ 或 $|u_{\mathrm{m\β}}^{\′}\left(t\right)-u_{\mathrm{m\β}}\left(t\right)|>U_{\mathrm{set}}$ 成立，则保护装置发出动作跳闸信号，跳开输电线路两端的断路器；其中，u_m0(t)、u_mα(t)、u_mβ(t)分别为m变电站保护安装处实际测量到的t采样时刻的0、α、β模的电压行波分量；U_set为电压行波保护整定值。