CN103441480A - 一种新型广域电网行波保护方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种新型广域行波保护方法。其步骤为：按照行波检测单元的配置原则在电网中若干节点配置行波检测单元；根据广域电网中线路间的保护关联度将整个电网划分为若干行波保护域，其包括线形行波保护域和辐射形行波保护域两种；根据各行波保护域的对外极性特征判定行波故障域，再判别故障支路；若行波故障域为线形行波保护域，界定行波故障域即可直接确定故障支路，若行波故障域为辐射形行波保护域，根据故障行波时间信息来确定故障支路。本发明可实现区域电网的集中决策，简便易行，能够在有限行波检测单元的配置情况下，准确判别故障线路，有助于进一步提高行波保护的实用性。

Description

一种新型广域电网行波保护方法
技术领域
本发明涉及一种电网行波保护方法，特别涉及一种广域电网行波保护方法。
背景技术
随着现代电网的大规模发展，传统继电保护已无法满足复杂电网安全稳定运行的要求，而广域继电保护可利用多点故障信息可靠判断故障，提高了继电保护的可靠性，因此基于广域信息的继电保护成为了研究热点。与传统继电保护技术相比，行波保护作为一种新型继电保护技术，具有响应速度快、可靠性高和不受分布电容、系统震荡、电流互感器饱和影响等优点，同时，随着电力系统广域信息采集技术、高精度同步时钟技术和广域通信技术的发展，可以实现广域行波信息的同步采集和传送，为广域行波保护技术提供了重要的平台，因此近几年广域行波保护技术得到发展迅速。但现有的广域行波保护方法需在电网中所有节点配置行波保护装置，由所有故障行波极性信息构成复杂的数学矩阵，通过数学求解的方法实现线路保护，无法做到精确故障定位，且存在经济性不高、、误动风险大等问题，易受网络拓扑结构变化、干扰信号的影响，无法满足工程推广的要求。
发明内容
为解决上述广域行波保护方法中存在的技术问题，实现广域复杂电网的故障精确定位，本发明提供了一种新型广域行波保护方法。本发明根据电网的拓扑结构和行波检测单元的配置情况在广域电网中形成若干行波保护域，利用广域行波保护系统实现区域电网的集中决策，电网故障时，根据行波保护域的对外极性特征判断行波故障域，再精确判定故障支路，电网中发生开关变位时只需要在原有行波保护域的基础上进行局部修改，更新行波保护域，提高广域行波保护的自适应能力。
本发明解决上述技术问题的技术方案包括以下步骤：（1）对广域电网进行网络拓扑结构分析，依据电网线路故障检测的可靠性与经济性要求，根据行波检测单元的配置原则在电网中若干节点配置行波检测单元；（2）根据广域电网中线路间的保护关联度，将关联紧密的若干条线路作为一个区域电网，将整个电网划分为若干行波保护域，其包括广义行波保护域和狭义行波保护域两种；（3）电网发生故障时，根据行波保护域的对外极性判别结果                                                
Figure 896280DEST_PATH_IMAGE001
判断行波故障域，当
Figure 308807DEST_PATH_IMAGE002
时，行波保护域为行波故障域，当
Figure 402052DEST_PATH_IMAGE003
时，保护域为非故障域，再判定故障支路，若行波故障域为线形行波保护域，界定行波故障域即可直接确定故障支路，若行波故障域为辐射形行波保护域，根据行波检测单元记录的初始行波到达时间信息
Figure 583635DEST_PATH_IMAGE004
来确定故障支路；（4）电网中个别开关产生变位时，不需要重新划分行波保护域，仅在原保护域的基础上进行必要的局部修改，更新行波保护域，提高广域行波保护的自适应能力。
上述的新型广域行波保护方法中，步骤（1）中按照行波检测单元的配置原则在电网中配置行波检测单元步骤为：终端节点必须配置行波检测单元；若某节点有 个相邻节点，且相邻节点中有2个以上节点配置了行波检测单元，则该节点可不配置行波检测单元；若某节点同时属于三个及以上环网，则该节点必须配置行波检测单元；若某节点同时属于两个环网，连接线路数大于2，且相邻节点均未配置行波检测单元，则该节点必须配置行波检测单元；若某节点与终端节点相邻，且该节点连接的支路数大于2，则该节点必须配置行波定位装置。
上述的新型广域行波保护方法中，步骤（2）中将整个电网划分为若干行波保护域步骤为：对广域电网中任一节点，首先判断其是否配置有行波检测单元，同时搜索包含该节点的所有支路；若该节点配置有行波检测单元，且其所在支路的对端节点也配置有行波检测单元，则定义该支路及两端节点为一个狭义行波保护域；若该节点未配置行波检测单元，但包含该节点的所有支路的对端节点均配置有行波检测单元，则以该节点为中心，定义包含该节点的所有支路及该节点为一个广义行波保护域；若该节点未配置行波检测单元，且该节点所在的某条支路的对端节点也未配置行波检测单元，则将这两节点视为一个广义节点，按（3）中的方法重新形成一个行波保护域。
上述的新型广域行波保护方法中，步骤（3）中根据行波保护域的对外极性判别结果
Figure 773308DEST_PATH_IMAGE005
判断行波故障域步骤为：电网发生故障时，电网中所有的行波检测单元行波迅速启动，记录到达变电站i的初始电压行波极性、初始电流行波极性
Figure 301558DEST_PATH_IMAGE007
和时间信息
Figure 603226DEST_PATH_IMAGE008
；判别各行波保护域的对外极性特征
Figure 963801DEST_PATH_IMAGE009
（i为行波保护域内配置有行波检测单位的节点），其中
Figure 350920DEST_PATH_IMAGE010
。
上述的新型广域行波保护方法中，步骤（3）中若行波故障域为辐射形行波保护域，根据行波检测单元记录的初始行波到达时间信息 来确定故障支路步骤为：当行波故障域中存在环网时，采用直接断开法对环网进行解网；按初始行波到达时间从小到大的顺序对装设有行波检测单元的变电站进行排序
Figure 783038DEST_PATH_IMAGE011
，并依据各变电站间的最短路径距离 （i,j=
Figure 673634DEST_PATH_IMAGE012
，且）构建最短路径关联矩阵
Figure 79524DEST_PATH_IMAGE014
；根据
Figure 315333DEST_PATH_IMAGE015
，按同样方法构建时间矩阵；依次选取最短路径矩阵和时间关联矩阵中的对应元素，按双端行波定位算法计算故障点距离变电站A的距离
Figure 293971DEST_PATH_IMAGE017
；再根据
Figure 390103DEST_PATH_IMAGE018
与行波故障域中各电站间最短路径距离的关系确定故障支路。
本发明的技术效果是：（1）本发明根据广域电网线路间的保护关联度对广域电网进行虚拟分区，形成若干行波保护域，可通过广域行波保护系统实现区域电网的集中决策，满足了大规模智能电网广域保护要求；（2）融合故障域中的初始行波时间信息来判定故障线路，可消除干扰信号的影响，通过更新行波保护域可消除电网拓扑结构变化对保护的影响，提高广域行波保护的自适应能力，进一步提高行波保护的实用性。
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
附图说明
图1是本发明中500kV电网的结构图。
图2是本发明广域行波保护系统图。
具体实施方式
参见图1，图1是实施本发明的电网结构图，整个电网共有14个500kV 变电站和16条500kV输电线路，根据行波检测单元的配置原则，电网中各行波定位装置的配置情况如表1。
表1
 
Figure 164024DEST_PATH_IMAGE019
。
由行波检测单元的配置情况和电网的拓扑结构可知，狭义行波保护域和广义行波保护域的初始拓扑分析结果如表2和表3所示。
表2 
 
Figure 29211DEST_PATH_IMAGE020
。
表3 
Figure 168069DEST_PATH_IMAGE021
。
当支路5-10发生故障时，记录到达各变电站i的初始电压行波极性、初始电流行波极性
Figure 63529DEST_PATH_IMAGE023
及时间信息
Figure 48803DEST_PATH_IMAGE024
，计算各行波保护域的对外极性特征判别结果
Figure 358562DEST_PATH_IMAGE025
如表4所示。
表4 
 
Figure 429286DEST_PATH_IMAGE026
。
行波故障域中各节点配置的行波检测单元记录的行波达到时刻如表5所示。
表5
。
由表6可知，广义行波保护域9对外极性判别结果，因此判断广义行波保护域9为行波故障域。
行波故障域9中支路5-10、9-10和10-11的长度分别为82.427km、34.293 km、36.105 km，当支路5-10中与节点5距离40.5 km处发生单相接地故障后，构建最短路径矩阵
Figure 865449DEST_PATH_IMAGE029
（单位：km）。
根据表5中记录的初始行波到达时间
Figure 157890DEST_PATH_IMAGE024
计算得到时间关联矩阵
Figure 14988DEST_PATH_IMAGE030
（单位：ns）。
对应选取简化最短路径矩阵和时间关联矩阵中的第一列元素，按式
Figure 771591DEST_PATH_IMAGE031
计算故障点距离节点5的距离为： 
Figure 423153DEST_PATH_IMAGE032
 (km)。
该数值不等于保护域中任意电站与节点5所在电站的最短路径距离，由此可判定支路5-10发生故障，与设定的故障支路相同，可准确实现广域电网的故障区段定位。
本发明简便易行，能够在有限配置行波检测单元的情况下，准确判定故障线路，有助于进一步提高行波保护的实用性。

Claims (4)

1.一种新型广域行波保护方法，包括如下步骤：（1）根据行波检测单元的配置原则在电网中对应节点配置行波检测单元；（2）根据广域电网中线路间的保护关联度，将关联紧密的若干条线路作为一个区域电网，将整个电网划分为若干行波保护域，其包括线形行波保护域和辐射形行波保护域两种；（3）电网发生故障时，根据行波保护域的对外极性判别结果                                                
Figure 573696DEST_PATH_IMAGE001
判断行波故障域，当
Figure 2013104144888100001DEST_PATH_IMAGE002
时，行波保护域为行波故障域，当
Figure 553154DEST_PATH_IMAGE003
时，行波保护域为非故障域，再判别故障支路，若行波故障域为线形行波保护域，判定行波故障域即可直接确定故障支路，若行波故障域为辐射形行波保护域，根据行波检测单元记录的初始行波到达时间信息来确定故障支路；（4）电网中个别开关产生变位时，不需要重新划分行波保护域，仅在原保护域的基础上进行必要的局部修改，更新行波保护域，提高广域行波保护的自适应能力。
2.根据权利要求1所述的新型广域行波保护方法，步骤（2）中将整个电网划分为若干行波保护域步骤为：对广域电网中任一节点，首先判断其是否配置有行波检测单元，同时搜索包含该节点的所有支路；若该节点配置有行波检测单元，且其所在支路的对端节点也配置有行波检测单元，则定义该支路及两端节点为一个线形行波保护域；若该节点未配置行波检测单元，但包含该节点的所有支路的对端节点均配置有行波检测单元，则以该节点为中心，定义包含该节点的所有支路及该节点为一个辐射形行波保护域；若该节点未配置行波检测单元，且该节点所在的某条支路的对端节点也未配置行波检测单元，则将这两节点视为一个广义节点，重新开始广义节点的支路搜索，形成行波保护域。
3.根据权利要求1所述的新型广域行波保护方法，步骤（3）中的根据行波保护域的对外极性判别结果
Figure 332891DEST_PATH_IMAGE005
判断行波故障域步骤为：电网发生故障后，电网中所有的行波检测单元迅速启动，记录到达变电站i的初始电压行波极性
Figure 2013104144888100001DEST_PATH_IMAGE006
、初始电流行波极性
Figure 790417DEST_PATH_IMAGE007
和初始行波到达时间信息
Figure 2013104144888100001DEST_PATH_IMAGE008
；判别各行波保护域的对外极性特征
Figure 604789DEST_PATH_IMAGE009
（i为行波保护域内配置有行波检测单位的节点），其中
Figure 2013104144888100001DEST_PATH_IMAGE010
。
4.根据权利要求1所述的新型广域行波保护方法，步骤（3）中若行波故障域为辐射形行波保护域，根据行波检测单元记录的初始行波到达时间信息
Figure 427252DEST_PATH_IMAGE011
来确定故障支路步骤为：当行波故障域中存在环网时，采用直接断开法对环网进行解网；按初始行波到达时间从小到大的顺序对装设有行波检测单元的变电站进行排序
Figure 2013104144888100001DEST_PATH_IMAGE012
，并依据各变电站间的最短路径距离（i,j=
Figure 2013104144888100001DEST_PATH_IMAGE014
，且
Figure 955502DEST_PATH_IMAGE015
）构建最短路径关联矩阵
Figure 2013104144888100001DEST_PATH_IMAGE016
；根据
Figure 686698DEST_PATH_IMAGE017
，按同样方法构建时间矩阵
Figure 2013104144888100001DEST_PATH_IMAGE018
；依次选取最短路径矩阵和时间关联矩阵中的对应元素，按双端行波定位算法计算故障点距离变电站
Figure 680061DEST_PATH_IMAGE019
的距离
Figure 2013104144888100001DEST_PATH_IMAGE020
；再根据
Figure 496708DEST_PATH_IMAGE021
与行波故障域中各电站间最短路径距离的关系确定故障支路。
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