CN103762563A - 一种带静止同步串联补偿器输电线路的序列重叠差分方向保护方法 - Google Patents

一种带静止同步串联补偿器输电线路的序列重叠差分方向保护方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种带静止同步串联补偿器输电线路的序列重叠差分方向保护方法，属于电力系统继电保护技术领域。当带静止同步串联补偿器的输电线路发生故障时，由量测端M的方向继电器R1采集并计算含故障相的线模电压暂态量ul和线模电流暂态量il，分别对ul和il进行四阶序列重叠差分变换，得到电压差分序列Sul和电流差分序列Sil，进而将电压差分序列和电流差分序列相乘求得功率差分序列SPl，并根据SPl的首个非零突变极性的正负判断故障方向，若极性为负，则判为正向故障，反之判为反向故障。本发明利用电压差分序列与电流差分序列相乘获得功率差分序列，极化故障方向，使得判据可靠有效。

Description

一种带静止同步串联补偿器输电线路的序列重叠差分方向保护方法
技术领域
本发明涉及一种带静止同步串联补偿器输电线路的序列重叠差分方向保护方法，属于电力系统继电保护技术领域。
背景技术
近年来，由于大量FACTS设备在电网中的应用，使得电网故障的暂态过程也日趋复杂化，对继电保护提出了更高的要求。在含FACTS元件的系统中，由于FACTS元件的控制参数可能依系统的不同运行工况而发生变化，故障产生的谐波和暂态分量，其幅值和频率也会依不同的元件和故障位置而变化，不仅给传统保护的整定带来困难，甚至给传统的保护理论也提出了挑战。
静止同步串联补偿器（简称：SSSC）是一种常见的FACTS设备，它的装设使得线路参数发生变化，进而破坏线路阻抗的均匀性，故障期间改变线路的结构，增加了继电保护系统判断故障的难度。在静止同步串联补偿器投入并处于容性补偿方式时，补偿元件起到类似串联电容补偿的效果，此时行波在补偿安装处的折反射情况：对于高频分量，其频率越高，透射系数越大，反射作用越弱，而对低频则具有较小的透射系数和较大的反射系数。
针对带静止同步串联补偿器设备的线路故障识别难的问题，我们提出了带静止同步串联补偿器输电线路序列重叠差分方向保护方法。由此提出的判据对于正、反向故障性质的识别将具有很高的精度，线路两侧的方向继电器对故障性质的准确判断，可靠地闭锁区外故障，动作区内故障，对进一步提高电网的稳定运行能力具有着重要的意义。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种带静止同步串联补偿器输电线路的序列重叠差分方向保护方法，用以解决针对带静止同步串联补偿器设备的线路故障识别难的问题。
本发明的技术方案是：一种带静止同步串联补偿器输电线路的序列重叠差分方向保护方法，当带静止同步串联补偿器的输电线路发生故障时，由量测端M的方向继电器R 1采集并计算含故障相的线模电压暂态量u l和线模电流暂态量i l，分别对u l和i l进行四阶序列重叠差分变换，得到电压差分序列Su l和电流差分序列Si l，进而将电压差分序列和电流差分序列相乘求得功率差分序列SP l，并根据SP l的首个非零突变极性的正负判断故障方向，若极性为负，则判为正向故障，反之判为反向故障。
所述方法具体步骤为：
第一步：在暂态仿真软件PSCAD的环境下建立带有静止同步串联补偿器的输电线路仿真模型，由量测端M的方向继电器R 1采集并计算含故障相的线模电压暂态量u l和线模电流暂态量i l；
第二步：分别利用u l和i l当前采样值及之前的4个采样值进行四阶序列重叠差分变换，得到电压差分序列Su l和电流差分序列Si l，变换公式如式（1）、（2）所示：
Su l（k）= u l （k）-4u l（k -1）+6u l（k -2）-4u l（k -3）+u l（k -4）               （1）
Si l（k）= i l （k）-4i l（k -1）+6i l（k -2）-4i l（k -3）+i l（k -4）                （2）
式中k表示当前采样点，k取大于4的自然数；
第三步：对第二步中求得的电压差分序列和电流差分序列按式（3）计算，获得功率差分序列SP l：
SP l（k）= Su l （k）×Si l（k）                          （3）
第四步：对第三步所求得的SP l（k）取符号，根据SP l（k）的首个非零突变极性的正负判断故障方向，具体的判据为：
若sign[SP l（k）]=-1，则判为正向故障；
若sign[SP l（k）]=1，则判为反向故障。
所述采样率为20kHz。
本发明的原理是：当含有静止同步串联补偿器的输电线路发生故障时，由量测端的继电器采集含故障相数据并进行数据预处理，然后分别对线模电流、线模电压暂态量进行四阶序列重叠差分变换，相乘得到功率重叠差分序列，根据功率重叠差分序列的首个非零突变极性的正负判断故障方向，若极性为负，则判为正向故障，反之，则判为反向故障。基于此，实现带静止同步串联补偿器输电线路序列重叠差分方向保护方法，该方法不受静止同步串联补偿器投入的影响。
本发明的有益效果是：
（1）四阶序列重叠差分法利用故障后量测端获得的电压、电流当前采样值前0.2ms的数据进行重叠差分计算，较传统差分算法而言，在不损失波形特征的前提下可反映电压、电流波形的突变情况。
（2）利用电压差分序列与电流差分序列相乘获得功率差分序列，极化故障方向，使得判据可靠有效。
（3）静止同步串联补偿器在输电线路上的投入并未影响电压、电流波形的变化趋势，所以并未影响电压、电流差分序列的变化趋势，进而使得功率差分序列的首个非零突变极性可正确反映故障方向。
附图说明
图1是本发明研究的输电线路：图中，G 1、G 2为两侧系统的发电机，T 1、T 2为两侧的变压器，P、M、N、Q为系统的母线，C E为母线对地的杂散电容，R 1、R 2为线路两侧的继电器，F 11、F 12为仿真中设置的正向故障，分别处于SSSC与母线M、N之间，F 2、F 3分别为仿真中设置的反向、正向故障，分别处于线路PM、线路NQ上；SSSC为线路中静止同步补偿器的安装位置（考虑到补偿效果，仿真中SSSC安装与线路MN的中点处）；
图2是本发明实施例1中线路MN上                                               
Figure 2014100156965100002DEST_PATH_IMAGE002
（距M端1km处）故障时量测端M端得的线模电压故障分量的4阶差分曲线图；
图3是本发明实施例1中线路MN上（距M端1km处）故障时量测端M获得的线模电流故障分量的4阶差分曲线图；
图4是本发明实施例1中线路MN上
Figure 988720DEST_PATH_IMAGE002
（距M端1km处）故障时量测端M获得的线模电压、电流故障分量乘积的4阶差分曲线图；
图5是本发明实施例2中线路MN上
Figure 2014100156965100002DEST_PATH_IMAGE004
（距M端149km处）故障时量测端M端得的线模电压故障分量的4阶差分曲线图；
图6是本发明实施例3中线路MN上
Figure 719916DEST_PATH_IMAGE004
（距M端149km处）故障时量测端M获得的线模电流故障分量的4阶差分曲线图；
图7是本发明实施例3中线路MN上
Figure 775597DEST_PATH_IMAGE004
（距M端149km处）故障时量测端M获得的线模电压、电流故障分量乘积的4阶差分曲线图；
图8是本发明实施例3中线路PM上（距M端75km处）故障时量测端M端得的线模电压故障分量的4阶差分曲线图；
图9是本发明实施例3中线路PM上
Figure 654560DEST_PATH_IMAGE006
（距M端75km处）故障时量测端M获得的线模电流故障分量的4阶差分曲线图；
图10是本发明实施例3中线路PM上
Figure 391572DEST_PATH_IMAGE006
（距M端75km处）故障时量测端M获得的线模电压、电流故障分量乘积的4阶差分曲线图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，对本发明作进一步说明。
实施例1：500kV含静止同步串联补偿器的线路如图1所示。其线路参数如下：线路全长PM段150km，MN段150km，NQ端220km。故障位置：MN段距M端1km处发生单相接地故障。接地阻抗0Ω，故障时刻0.464s，初始故障角
Figure 2014100156965100002DEST_PATH_IMAGE008
，采样率为20kHz。
（1）根据说明书中的步骤一获得的线模电压、电流暂态量数据，
（2）根据说明书中的步骤二将步骤一获得的线模电压、电流暂态量数据进行4阶差分运算得到电压、电流差分序列以及它们的乘积差分序列曲线，如图2、3、4所示。
（3）根据说明书中的步骤四的式4和式5对图4进行判定，由sign[SP l（k）]=-1可知该故障点（
Figure 2014100156965100002DEST_PATH_IMAGE010
处）为正向故障。
实施例2：500kV含静止同步串联补偿器的线路如图1所示。其线路参数如下：线路全长PM段150km，MN段150km，NQ端220km。接地阻抗10Ω，故障时刻0.454s，初始故障角-90°，数据采样率为20kHz。MN段距M端149km处发生单相接地故障。
（1）根据说明书中的步骤一获得的线模电压、电流暂态量数据，
（2）根据说明书中的步骤二将步骤一获得的线模电压、电流暂态量数据进行4阶差分运算得到电压、电流差分序列以及它们的乘积差分序列曲线，如图5、6、7所示。
（3）根据说明书中的步骤四的式4和式5对图4进行判定，由sign[SP l（k）]=-1可知该故障点（
Figure 2014100156965100002DEST_PATH_IMAGE012
处）为正向故障。
实施例3：500kV含静止同步串联补偿器的线路如图1所示。其线路参数如下：线路全长PM段150km，MN段150km，NQ端220km。接地阻抗0.1Ω，故障时刻0.454s，初始故障角-90°，数据采样率为20kHz。PM段距M端75km处发生单相接地故障。
（1）根据说明书中的步骤一获得的线模电压、电流暂态量数据，
（2）根据说明书中的步骤二将步骤一获得的线模电压、电流暂态量数据进行4阶差分运算得到电压、电流差分序列以及它们的乘积差分序列曲线，如图8、9、10所示。
（3）根据说明书中的步骤四的式4和式5对图4进行判定，由sign[SP l（k）]= 1可知该故障点（
Figure 2014100156965100002DEST_PATH_IMAGE014
处）为反向故障。
实施例4：一种带静止同步串联补偿器输电线路的序列重叠差分方向保护方法，当带静止同步串联补偿器的输电线路发生故障时，由量测端M的方向继电器R 1采集并计算含故障相的线模电压暂态量u l和线模电流暂态量i l，分别对u l和i l进行四阶序列重叠差分变换，得到电压差分序列Su l和电流差分序列Si l，进而将电压差分序列和电流差分序列相乘求得功率差分序列SP l，并根据SP l的首个非零突变极性的正负判断故障方向，若极性为负，则判为正向故障，反之判为反向故障。
所述方法具体步骤为：
第一步：在暂态仿真软件PSCAD的环境下建立带有静止同步串联补偿器的输电线路仿真模型，由量测端M的方向继电器R 1采集并计算含故障相的线模电压暂态量u l和线模电流暂态量i l；
第二步：分别利用u l和i l当前采样值及之前的4个采样值进行四阶序列重叠差分变换，得到电压差分序列Su l和电流差分序列Si l，变换公式如式（1）、（2）所示：
Su l（k）= u l （k）-4u l（k -1）+6u l（k -2）-4u l（k -3）+u l（k -4）               （1）
Si l（k）= i l （k）-4i l（k -1）+6i l（k -2）-4i l（k -3）+i l（k -4）                （2）
式中k表示当前采样点，k取大于4的自然数；
第三步：对第二步中求得的电压差分序列和电流差分序列按式（3）计算，获得功率差分序列SP l：
SP l（k）= Su l （k）×Si l（k）                          （3）
第四步：对第三步所求得的SP l（k）取符号，根据SP l（k）的首个非零突变极性的正负判断故障方向，具体的判据为：
若sign[SP l（k）]=-1，则判为正向故障；
若sign[SP l（k）]=1，则判为反向故障。
所述采样率为20kHz。
上面结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (2)

1.一种带静止同步串联补偿器输电线路的序列重叠差分方向保护方法，其特征在于：当带静止同步串联补偿器的输电线路发生故障时，由量测端M的方向继电器R 1采集并计算含故障相的线模电压暂态量u l和线模电流暂态量i l，分别对u l和i l进行四阶序列重叠差分变换，得到电压差分序列Su l和电流差分序列Si l，进而将电压差分序列和电流差分序列相乘求得功率差分序列SP l，并根据SP l的首个非零突变极性的正负判断故障方向，若极性为负，则判为正向故障，反之判为反向故障。
2.根据权利要求1所述的带静止同步串联补偿器输电线路的序列重叠差分方向保护方法，其特征在于所述方法具体步骤为：
第一步：在暂态仿真软件PSCAD的环境下建立带有静止同步串联补偿器的输电线路仿真模型，由量测端M的方向继电器R 1采集并计算含故障相的线模电压暂态量u l和线模电流暂态量i l；
第二步：分别利用u l和i l当前采样值及之前的4个采样值进行四阶序列重叠差分变换，得到电压差分序列Su l和电流差分序列Si l，变换公式如式（1）、（2）所示：
Su l（k）= u l （k）-4u l（k -1）+6u l（k -2）-4u l（k -3）+u l（k -4）               （1）
Si l（k）= i l （k）-4i l（k -1）+6i l（k -2）-4i l（k -3）+i l（k -4）                （2）
式中k表示当前采样点，k取大于4的自然数；
第三步：对第二步中求得的电压差分序列和电流差分序列按式（3）计算，获得功率差分序列SP l：
SP l（k）= Su l （k）×Si l（k）                          （3）
第四步：对第三步所求得的SP l（k）取符号，根据SP l（k）的首个非零突变极性的正负判断故障方向，具体的判据为：
若sign[SP l（k）]=-1，则判为正向故障；
若sign[SP l（k）]=1，则判为反向故障。
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