CN103336191A - 基于故障分量无功功率的故障关联域识别系统及其方法 - Google Patents

Abstract

基于故障分量无功功率的故障关联域识别系统及其方法，属于电力系统故障识别技术领域。包括关联域划分子系统、保护动作判断子系统。关联域划分子系统以各启动保护所在站为中心，同电压等级出线对端站为边界划分保护关联域；保护动作判断子系统建立保护算法模型，保护算法信息选取模块提取故障关联域中故障分量无功功率，保护原理模块基于故障分量无功功率构造保护动作量和制动量；保护动作特性模块依据保护动作判据，识别故障关联域。本发明在关联域内外各类故障时均能得到准确的判断结果，保护性能灵敏可靠；不仅实现了一般情况下的电网远后备保护功能，同时还成功解决了变电站直流消失情况下的保护难题，使电网安全性得以提高。

Description

基于故障分量无功功率的故障关联域识别系统及其方法

技术领域

本发明涉及一种基于故障分量无功功率的故障关联域识别系统及其方法，属于变电站电力系统故障识别技术领域。

技术背景

高压输电线路中继电保护配置基本以电流差动保护和距离保护作为双重保护，其中以距离三段式保护作为后备保护。而距离后备保护仅利用本地信息反应故障，客观上只能采取逐级配合的方式切除故障，从而产生了种种缺陷。在线自适应整定和潮流转移识别利用了广域多信息的优势，但未对保护逐级配合的方式进行革新，因此主要是实现了部分性能的改善。而故障识别算法的出现则彻底改变了传统保护的配置方式，利用电网多点、多类型信息识别故障关联域、故障元件或故障点，根据判别结果直接隔离故障对象，能够显著增加保护动作速度、同时兼顾可靠性和灵敏性，且不受系统运行方式变化和潮流转移过负荷的影响，对保护性能予以全面提升。鉴于此，国内外学者对基于广域信息的故障识别算法开展了大量研究，从所利用信息的角度出发，主要包括：基于PMU全布点的故障识别算法、基于稀疏PMU布点的故障识别算法和无需数据同步的故障识别算法。

基于PMU全布点的故障识别算法对电网硬件要求颇高，基于稀疏PMU布点的故障识别算法有效降低了对电网同步条件的要求。但无论在当前或未来实现PMU全布点的情况下，由于PMU装置的同步信号由属于美国国防部的24颗GPS卫星提供，其持续可用性难以得到充分保证。在这样的情况下，继电保护高可靠性、高安全性的特点客观要求必须研究无需数据同步的故障识别算法，使区域保护在完全不依赖同步信号的情况下仍能可靠动作。而基于稳态分量的功率差动保护算法是非同步算法中具有代表性的一类，该算法根据能量守恒定律制定判据，无需同步，原理简单，且由于功率信息属于电气量，其包含的故障特征比距离元件、方向元件输出的动作信息更为丰富，因此更容易构成性能优良的保护原理。但同时还存在以下问题有待研究：

1）大多数算法均采用电压、电流稳态量计算功率值，其动作量在区外故障和区内金属性故障时均为线路阻抗消耗的功率，因此在区内金属性故障时存在死区，更适合作为反应高阻故障的辅助判据；

2）能量守恒定律适应于任何范围的闭合区域，因此利用功率信息进行故障关联域识别具有独特的优势，目前该方面的研究还比较少，应该在问题1）得到解决的同时进行积极的探索。

与此同时，变电站直流消失会导致站内二次系统全部瘫痪，其自身及出线故障均需由相邻站提供远后备。但由于变电站涵盖多个电压等级，区域电流差动等原理无法实施，传统单端量远后备亦可能因跨变压器而灵敏度不足，要构建合理有效的保护方案仍是一个难题。在变电站直流消失下电网安全将面临严重威胁。

针对上述问题，本专利提出了基于故障分量无功功率的故障关联域识别算法，该算法以能量守恒定律为依据，将保护关联域边界无功之和作为动作量，该值在区内外故障时分别反应不同电网元件消耗的无功，极性通常相反，从而可以用来判别故障。当变电站直流消失需要跨不同电压等级构成保护时其同样适用。

发明内容

本发明提出一种基于故障分量无功功率的故障关联域识别系统及其方法，不仅适用于常规的单电压等级电网，同时也适用于包含变压器在内的多电压等级电网。

基于故障分量无功功率的故障关联域识别系统，

该系统包括两个子系统：关联域划分子系统、保护动作判断子系统。其中，关联域划分子系统划分保护关联域:关联域划分子系统以各启动保护所在站为中心，以其同电压等级出线的对端站为边界构成多个保护关联域；保护动作判断子系统建立了保护算法模型，包括保护算法信息选取模块、保护原理模块和保护动作特性模块；保护算法信息选取模块基于关联域划分子系统输出结果，提取保护关联域中故障分量无功功率信息作为保护原理模块的输入；保护原理模块基于故障分量无功功率构造保护动作量和制动量；最后，保护动作特性模块依据保护动作判据，通过比较保护原理模块中输出的动作量和制动量，识别故障关联域。

基于故障分量无功功率的故障关联域识别方法的步骤为：

步骤1：关联域划分子系统以各启动保护所在站为中心，以其所连出线的对端站为边界构成多个保护关联域，并将输出结果传输到保护算法信息模块；

步骤2：保护算法信息选取模块提取故障关联域中故障分量无功功率信息，并传输至保护原理模块；

步骤3：保护原理模块利用故障分量无功功率构造保护动作量和制动量，并传输至保护动作特性模块；

步骤4：保护动作特性模块通过比较保护动作量和制动量，识别故障关联域。

本发明的有益效果是：本发明提出一种基于故障分量无功功率的故障关联域识别系统及其方法，不仅适用于常规的单电压等级电网，同时也适用于包含变压器在内的多电压等级电网。

基于Matlab平台与PSCAD/EMTDC平台的算例验证结果表明，本发明在关联域内外各类型故障时均能得到准确的判断结果，保护性能灵敏可靠。该系统不仅实现了一般情况下的电网远后备保护功能，同时还成功解决了变电站直流消失情况下的保护难题，使电网安全性得以提高。

附图说明

图1为本发明所提出的故障关联域识别系统结构示意图。

图2为保护关联域划分示意图。

图3为保护关联域拓展结构示意图。

图4为保护关联域故障附加网图

图5为IEEE39节点系统电气接线示意图。

图6为线路L_19-20中点发生三相故障时仿真结果示意图。

图7为母线B₁₉三相故障时仿真结果示意图。

图8为母线B₁₆三相故障时仿真结果示意图。

图9为变电站直流消失下的保护关联域系统示意图。

图10为K₁、K₂点三相故障时保护算法的仿真结果示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例进一步说明本发明。

本发明提出一种基于故障分量无功功率的故障关联域识别系统及其方法。

一种基于故障分量无功功率的故障关联域识别系统，包括：

1.关联域划分子系统

当区域内发生故障时，故障点附近距离保护启动判据会动作，则以各启动保护所在站为中心，以其同电压等级出线的对端站为边界构成多个保护关联域。区域保护主机则利用各关联域边界信息判断故障是否发生在其内部，从而确定故障关联域。当故障元件识别失败后，就可利用故障关联域判断结果制定跳闸策略，最终将故障切除。

以图2为例，当线路L₂发生故障时，保护3、4启动，则根据保护关联域形成规则分别以变电站B₂和B₃为中心形成保护关联域1和保护关联域2。然后分别根据保护1、4、9和保护3、6、7、11处信息，利用故障识别方法进行判断，确定其为故障关联域，为后续隔离故障做准备。

上述为一般情况下的故障关联域识别方法的构成方式，但是当某变电站直流消失时，该站所有信息将无法采集传输，断路器亦无法跳闸。这时在某条出线上发生故障时要求跳开该站所有出线对端断路器才能隔离故障。同时由于站内无直流支撑，站域保护也会失效，则站内元件故障也需要通过区域保护进行检测和隔离。

对于变电站直流消失的情况，以图2为例，B₂为开关站，无不同电压等级的其他出线，B₃为变电站，内部有变压器并接有不同电压等级的多条出线（如图3），为方便阐述B₂、B₃统称变电站。若直流消电站为B₂，由于区域主机无法获取B₂信息，则当故障发生时，即以保护1、4、9的启动信号为触发对保护关联域1进行故障识别，其他方面则与一般情况没有差别。

若直流消失站为B₃，此时B₃所连线路L₂、L₃、L₅已被包含在关联域2所在区域主机的保护范围之内，但线路L₆、L₇由于分属不同电压等级，并未包含于原区域保护范围内。因此为准确判别故障，B₃所在区域的区域保护主机需要通过通信网络采集线路L₆和L₇的对端信息，将原保护关联域2（图2）拓展为保护关联域3（图3），新保护关联域在原保护关联域的基础上，将与该变电站所连其它电压等级出线的对端站为边界构成新保护关联域，并利用保护3、6、11、13、15处的信息进行故障关联域判别。若确定该关联域发生故障，则可经过适当延时后直接跳开该关联域边界所有断路器，将故障隔离。

2.保护动作判断子系统

1)保护算法信息选取模块

故障关联域识别系统要求在电网不具备同步条件的情况下，完成一般情况和变电站直流消失等特殊情况下的区域远后备功能，尤其变电站直流消失将涉及不同电压等级的信息交互计算，增加了信息选取难度。

功率信息具有故障特征丰富、无需数据同步和适应多电压等级网络的优势，是在上述情况下构造保护算法的首选信息。功率信息又可进一步分为四类，即利用稳态分量和故障分量的有功功率和无功功率。其中基于稳态分量的功率差动保护算法由于在区内金属性故障时存在死区，因此主要作为经过渡电阻接地故障的辅助判据。

而对于故障分量构成的有功功率和无功功率，由于故障附加网中各元件阻抗角很大，计算功率时无功成份远大于有功成份，在误差影响下，有功量很可能会发生极性的变化（正值变负/负值变正），可靠性难以保证，而无功量一般仅发生幅值变化，极性不会变，具有实现高可靠性保护的条件。因此，经过综合比较，基于故障分量无功功率构造故障关联域识别方法。

2)保护原理模块

图4为某保护关联域的某序故障附加网。如图4所示当其外部K₂点发生故障时，近似忽略关联域内线路对地电容影响，根据能量守恒定律关联域边界注入无功功率之和等于关联域内各线路阻抗消耗的无功功率之和。由于线路各序阻抗均呈感抗性质，因此该值大于零。而内部K1点故障时，边界注入无功之和等于边界各节点外接系统消耗的无功功率之和的负值。由于外接系统等值阻抗通常也呈感抗性质，因此其负值小于零。利用以上特点可以构造基于故障分量的无功功率方法进行关联域故障判别。

以图4为例，其保护关联域以变电站B₀为中心，B₀连接p条出线，令p条出线对端保护的某序故障分量电压电流分别为

和

（省略序下标）。由于出线对端保护注入无功功率之和在区外故障时为正，区内故障时为负，因此可将其取负作为故障关联域识别方法的动作量：

$\mathrm{\Δ}{Q}_D=-\underset{j=1}{\overset{p}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{Im}\left(\mathrm{\Δ}\stackrel{\·}{U_j}\mathrm{\Δ}{{\stackrel{\·}{I}}^{*}}_j\right)---\left(1\right)$

式中，函数Im表示对括号中数值取虚部。

进一步将对端各保护中无功功率绝对值最大者作为保护制动量，从而可得保护制动量和故障关联域识别判据分别为：

$\mathrm{\Δ}{Q}_R=\max \left(\right|\mathrm{Im}\left(\mathrm{\Δ}\stackrel{\·}{U_1}\mathrm{\Δ}\stackrel{\·}{I_1^{*}}\right)|,|\mathrm{Im}\left(\mathrm{\Δ}\stackrel{\·}{U_2}\mathrm{\Δ}\stackrel{\·}{I_2^{*}}\right)|\·\·\·\·\·\·\·\·\·|\mathrm{Im}\left(\mathrm{\Δ}\stackrel{\·}{U_p}\mathrm{\Δ}\stackrel{\·}{I_p^{*}}\right)\left|\right)---\left(2\right)$

ΔQ_D＞K_RΔQ_R                   (3)

式中，K_R为保护制动系数，在小于1范围内无严格要求，为具有较高灵敏度，可取值0.2。

3)保护动作特性模块

公式(3)给出了故障关联域识别判据，当故障发生在关联域内部时，动作量ΔQ_D为关联域外接系统消耗的无功功率之和，其值大于零。制动量ΔQ_R为某个边界保护流过无功功率的绝对值，其值同样大于零。由于内部故障时通常所有边界保护流出无功功率（对应ΔQ_D中各元素）均为正值，因此一般情况下ΔQ_D均大于ΔQ_R。为提高灵敏度，对制动量ΔQ_R乘以制动系数K_R（0.2），保证其能可靠动作。故障发生在关联域外部时，动作量ΔQ_D为关联域内线路消耗无功功率的负值，其值小于零。而制动量ΔQ_R为某边界保护无功功率的绝对值，其值大于零，因此保护能够可靠制动。

上述分析以图4为例，图中线路均为同电压等级线路，保护性能明确。若为变电站直流消失的情况（如图3），则保护关联域中会包含变压器和不同电压等级线路。当外部故障时关联域边界节点注入无功功率之和除包含内部所有线路阻抗消耗无功外，还包含变压器漏抗和励磁电抗消耗的无功功率。由于漏抗和励磁电抗同样呈感性，消耗无功大于零，因此动作量ΔQ_D仍小于零，保护可靠性不受影响。当关联域内部故障时，无论是线路、母线或变压器故障，由于故障附加网中的故障点支路位于关联域内部，因此边界节点注入无功之和仍等于外接系统消耗无功之和的负值，保护能够灵敏动作。

由此可见，正是由于能量守恒定律在包含变压器的关联域内同样成立，与变电站内部接线形式、变压器绕组数目、各侧电压等级以及变压器变比等因素均无关，使得判据(3)在某站直流消失情况下仍然适用，且原理简单容易实现，从而有效地解决了变电站直流消失这一保护难题。

基于故障分量无功功率的故障关联域识别方法，步骤为：

步骤1：关联域划分子系统以各启动保护所在站为中心，以其所连出线的对端站为边界构成多个保护关联域，并将输出结果传输到保护算法信息模块；

步骤2：保护算法信息选取模块提取故障关联域中故障分量无功功率信息，并传输至保护原理模块；

步骤3：保护原理模块利用故障分量无功功率构造保护动作量和制动量，并传输至保护动作特性模块；

步骤4：保护动作特性模块依据故障关联域识别判据，通过比较保护保护量和制动量，识别故障关联域。

实施例1：

(1)关联域划分子系统

基于IEEE39节点系统模型进行仿真分析，电气接线图如图5所示。分别以变电站B₁₉和B₂₀为中心构建保护关联域1和保护关联域2，保护关联域1中包含母线B₁₉和线路L_16-19、L_19-20、L_19-33，保护关联域2中包含母线B₂₀和线路L_19-20、L_20-34。以此二者为例对基于故障分量无功功率的故障关联域识别方法进行仿真分析。

仿真类型设置如下：1）线路L_19-20中点发生三相故障、两相接地故障、两相故障、单相故障和单相经100Ω电阻接地故障；2）母线B₁₉处发生三相故障、两相接地故障、两相故障、单相故障和单相经100Ω电阻接地故障；3）母线B₁₆发生三相故障。故障仿真采用正序故障分量形式的判据，故障发生在0s，仿真时长为0.06s，仿真波形从0.01s输出，各表中记录0.05s时刻的输出结果。

(2)保护动作判断子系统

1)设定保护的动作量和保护的制动量

根据仿真模型设定保护的动作量和保护的制动量，分别是出线对端保护注入无功功率之和ΔQ_D和对端各保护中无功功率绝对值最大者ΔQ_R。

2)保护动作的判据

保护动作的判据为：ΔQ_D＞K_RΔQ_R。

3)保护动作的判断

1.两关联域交互线路发生各类型故障

线路L_19-20中点发生三相故障时仿真结果如图6所示。由图6可知，由于线路L_19-20同时被包含于保护关联域1和保护关联域2中，二者故障识别方法均正确动作。

表1列出了线路L_19-20中点发生各类不对称故障时的仿真结果。由表1可见，与三相故障类似，在各类不对称故障下保护关联域1和保护关联域2均判断准确，且在经高阻接地时也能得到正确的判断结果，方法具有良好的灵敏度。

表1L_19-20中点各类故障

2.仅属于单一关联域的母线各类型故障

图7为母线B₁₉三相故障时保护关联域的判断结果。母线B₁₉属于保护关联域1，而不属于保护关联域2，仿真中保护关联域1动作而保护关联域2不动作，所得结果准确。且由图7(b)可见，在关联域外部故障时，故障识别方法动作量为负值，与动作特性分析中所得结果一致，保护具有很高的可靠性。

表2列出了母线B₁₉其他各类故障时两个保护关联域的动作情况。由表可见，在母线处发生各类不对称故障以及单相高阻接地故障时，故障识别方法在区内故障时均灵敏动作，而在区外故障时可靠制动，动作特性良好。

表2母线B₁₉各类型故障

3.两关联域外部三相故障

图8为母线B₁₆三相故障时两个保护关联域的故障判断结果。由于故障发生在关联域外，两者所得动作量均小于零，判据可靠制动。

实施例2：

以图9所示网络为例对故障关联域识别方法在变电站直流消失情况下的动作性能进行仿真分析。

电网中元件参数如下，M侧系统：

Z_MS1=4.5∠80°Ω，Z_MS0=5.0∠80°Ω；N侧系统：

Z_MS1=15.0∠80°Ω，Z_MS0=18.0∠80°Ω；P侧系统：

Z_MS1=20.0∠80°Ω，Z_MS0=∞；变压器参数：绕组结构为YNyn0d11，S_1N/S_2N/S_3N＝300/300/300MVA，U_1N/U_2N/U_3N＝220/110/35kV，U_k(1-2)%=11.27%，U_k(2-3)%=8.21%，U_k(3-1)%=15.14%，忽略变压器电阻和励磁支路；线路L₁、L₂、L₃参数：Z_L1=0.034+0.405jΩ/km，Y_C1=3.007×10^-6jS/km，Z_L0=0.287+1.005jΩ/km，Y_C0=1.132×10^-6jS/km，l＝50km。

仿真类型设置：1）区内线路L₁、L₂中点K₁、K₂三相故障、两相接地、两相故障、单相接地、单相经100Ω电阻接地，线路L₃中点三相故障、两相故障；2）区外M、N、P侧反向出口K₄、K₅、K₆点三相故障。故障仿真采用正序故障分量形式的判据，故障发生在0时刻，仿真时长为0.06s，仿真波形从0.01s时刻输出，各表中记录0.05s时刻的输出结果。

(1)关联域划分子系统

如图9所示网络，假设图中变电站B₀直流消失，以B₀为中心构成保护关联域，同时包含线路L₁、L₂、L₃。

(2)保护动作判断子系统

1)设定保护的动作量和保护的制动量

根据仿真模型设定保护的动作量和保护制动量，分别是出线对端保护注入无功功率之和ΔQ_D和对端各保护中无功功率绝对值最大者ΔQ_R。

2)保护动作判据

保护动作的判据为：ΔQ_D＞K_RΔQ_R。

3)保护动作判据的求解

1.两关联域交互线路发生各类型故障

图10为K₁、K₂点三相故障时保护算法的仿真结果图。故障点K₁、K₂所在位置分属保护关联域内的高压侧线路和中压侧线路，由图可见，两处故障时保护均判断准确，动作特性良好。

表3进一步列出了0.05s时刻K₁、K₂点各类不对称故障和低压侧K₃点三相及两相故障时保护算法的输出结果。由表可见关联域内部不同电压等级下发生包括高阻接地在内的各类型故障时保护均能准确识别，且具有很高的灵敏度。

表3区内各点各类型故障

2.关联域外部各侧三相故障

表4为关联域外K₄、K₅、K₆点三相故障时的保护算法的判断结果。可见在关联域外侧不同电压等级故障时判据动作量ΔQ_D均小于零，而制动部分K_RΔQ_R均大于零，方法具有很高的可靠性。

表4区外各侧三相故障

由实施例1和实施例2仿真结果表明，本发明所提出的基于故障分量无功功率的故障关联域识别方法不仅适用于常规的单电压等级电网，同时也适用于包含变压器在内的多电压等级电网，在关联域内外各类型故障时均能得到准确的判断结果，保护性能灵敏可靠。因而不仅实现了一般情况下的电网远后备保护功能，同时还成功解决了变电站直流消失情况下的保护难题，使电网安全性得以提高。

Claims (5)

1.基于故障分量无功功率的故障关联域识别系统，其特征在于，该识别系统包括关联域划分子系统、保护动作判断子系统；

关联域划分子系统以各启动保护所在站为中心，以与其所连出线的对端站为边界构成多个保护关联域；

保护动作判断子系统建立保护算法模型，保护动作判断子系统包括保护算法信息选取模块、保护原理模块和保护动作特性模块；

所述保护算法信息选取模块基于关联域划分子系统输出结果，提取保护关联域中故障分量无功功率信息作为所述保护原理模块的输入；

所述保护原理模块基于故障分量无功功率构造保护动作量和制动量；

所述保护动作特性模块通过比较保护原理模块中输出的动作量和制动量，识别故障关联域。

2.根据权利要求1所述的基于故障分量无功功率的故障关联域识别系统，其特征在于，所述关联域划分子系统为：

当区域内发生故障时，故障点距离保护启动判据会动作，则以各启动保护所在站为中心，以其同电压等级出线的对端站为边界构成多个保护关联域；区域保护主机则利用各关联域边界信息判断故障是否发生在其内部，从而确定故障关联域；当故障元件识别失败后，就可利用故障关联域判断结果制定跳闸策略，最终将故障切除；

若变电站所连线路属于同一电压等级，对于变电站直流消失的情况，由于区域主机无法获取该站信息，则当故障发生时，即以各启动保护所在站的启动信号为触发对保护关联域进行故障识别；

若变电站所连线路分属不同电压等级，对于变电站直流消失的情况，由于变电站所连线路并未包含于同一区域保护范围内，因此为准确判别故障，将原保护关联域拓展为新保护关联域；新保护关联域在原保护关联域的基础上，将与该变电站所连其它电压等级出线的对端站为边界构成新保护关联域，该变电站所在区域的区域保护主机通过通信网络采集各电压等级线路的对端信息进行故障关联域判别；若确定该关联域发生故障，则经过延时后直接跳开该关联域边界所有断路器，将故障隔离。

3.根据权利要求2所述的基于故障分量无功功率的故障关联域识别系统，其特征在于，所述变电站包括开关站。

4.根据权利要求1所述的基于故障分量无功功率的故障关联域识别系统，其特征在于，所述保护动作判断子系统包括：

1)保护算法信息选取模块

基于稳态分量的功率差动保护算法由于在区内金属性故障时存在死区，因此，作为经过渡电阻接地故障的辅助判据；

本模块选取基于故障分量无功功率信息构造故障关联域识别算法；所述基于故障分量无功功率的故障关联域识别算法为：以能量守恒定律为依据，将保护关联域边界无功之和作为动作量，该值在区内外故障时分别反应不同电网元件消耗的无功，极性通常相反，从而可以用来判别故障；本算法对变电站直流消失的情况同样适用；

2)保护原理模块

据能量守恒定律，关联域边界注入无功功率之和等于关联域内各线路阻抗消耗的无功功率之和；由于线路各序阻抗均呈感抗性质，因此该值大于零；边界注入无功之和等于边界各节点外接系统消耗的无功功率之和的负值；由于外接系统等值阻抗通常也呈感抗性质，因此其负值小于零；利用以上构造基于故障分量无功功率的故障关联域识别算法进行关联域故障判别；

3)保护动作特性模块

$\mathrm{\Δ}{Q}_D=-\underset{j=1}{\overset{p}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{Im}\left(\mathrm{\Δ}\stackrel{\·}{U_j}\mathrm{\Δ}{{\stackrel{\·}{I}}^{*}}_j\right)---\left(1\right)$

$\mathrm{\Δ}{Q}_R=\max \left(\right|\mathrm{Im}\left(\mathrm{\Δ}\stackrel{\·}{U_1}\mathrm{\Δ}\stackrel{\·}{I_1^{*}}\right)|,|\mathrm{Im}\left(\mathrm{\Δ}\stackrel{\·}{U_2}\mathrm{\Δ}\stackrel{\·}{I_2^{*}}\right)|\·\·\·\·\·\·\·\·\·|\mathrm{Im}\left(\mathrm{\Δ}\stackrel{\·}{U_p}\mathrm{\Δ}\stackrel{\·}{I_p^{*}}\right)\left|\right)---\left(2\right)$

ΔQ_D＞K_RΔQ_R                              (3)

式中，函数Im表示对括号中数值取虚部；K_R为保护制动系数，且小于1；

公式(3)给出了故障关联域识别判据，当故障发生在关联域内部时，动作量ΔQ_D为关联域外接系统消耗的无功功率之和，其值大于零；制动量ΔQ_R为某个边界保护流过无功功率的绝对值，其值同样大于零；由于内部故障时通常所有边界保护流出无功功率（对应ΔQ_D中各元素）均为正值，ΔQ_D大于ΔQ_R；为提高灵敏度，对制动量ΔQ_R乘以制动系数K_R，保证其能可靠动作；故障发生在关联域外部时，动作量ΔQ_D为关联域内线路消耗无功功率的负值，其值小于零；而制动量ΔQ_R为某边界保护无功功率的绝对值，其值大于零，因此保护能够可靠制动；

由于能量守恒定律在包含变压器的关联域内同样成立，与变电站内部接线形式、变压器绕组数目、各侧电压等级以及变压器变比等因素均无关，使得判据(3)在某站直流消失情况下仍然适用，有效地解决了变电站直流消失这一保护难题。

5.基于故障分量无功功率的故障关联域识别方法，其特征在于，该方法步骤为：

步骤1：关联域划分子系统以各启动保护所在站为中心，以其所连出线的对端站为边界构成多个保护关联域，并将输出结果传输到保护算法信息模块；

步骤2：保护算法信息选取模块提取故障关联域中故障分量无功功率信息，并传输至保护原理模块；

步骤3：保护原理模块利用故障分量无功功率构造保护动作量和制动量，并传输至保护动作特性模块；

步骤4：保护动作特性模块依据故障关联域识别判据，通过比较保护动作量和制动量，识别故障关联域。

Images