CN103762564B - 一种带静止同步串联补偿器输电线路的暂态能量方向保护方法 - Google Patents

一种带静止同步串联补偿器输电线路的暂态能量方向保护方法 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暂态能量方向保护方法，属于电力系统继电保护技术领域。当含有静止同步串联补偿器的输电线路发生故障时，将线路量测端获得的三相电流、电压故障暂态分量Δi k和Δu k（k=a,b,c）相乘获得瞬时功率p（t），在3ms时窗内对此瞬时功率p（t）进行积分计算得到暂态能量E（t），根据该能量值符号的正负判断故障方向；若该能量值的符号为负，则判为正向故障，否则判为反向故障。本发明对瞬时功率进行积分求得的暂态能量极性比较确定，避免了瞬时功率在故障后正负极性变化不恒定的情况，提高了判断的可靠性。

Description

一种带静止同步串联补偿器输电线路的暂态能量方向保护 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暂态能量方向保护方法，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。
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暂态能量方向保护方法，以解决含有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暂态能量方向保护方法，当含有静止同步串联补偿器的输电线路发生故障时，将线路量测端获得的三相电流、电压故障暂态分量Δik和Δuk（k=a,b,c）相乘获得瞬时功率p（t），在3ms时窗内对此瞬时功率p（t）进行积分计算得到暂态能量E（t），根据该能量值符号的正负判断故障方向；若该能量值的符号为负，则判为正向故障，否则判为反向故障。
所述方法具体步骤为：
第一步：静止同步串联补偿器在输电线路中点投入，当含有静止同步串联补偿器的输电线路发生故障后，在短时间窗内获得量测端M的电流、电压故障暂态分量Δik和Δuk，（k=a,b,c）；
第二步：静止同步串联补偿器的投入并未改变故障电流、电压的变化趋势，将得到的电流、电压故障暂态分量按式（1）相乘得到瞬时功率p（t）：
（1）
式中为t时刻量测端获得的瞬时功率；
第三步：对量测端M得到的瞬时功率按式（2）进行积分求和，得到相应的暂态能量：
（2）
式中，EM为故障后3ms时窗内的暂态能量值，n为采样点；
第四步：根据暂态能量的符号判断故障方向：
若sign（EM）=-1，则判为正向故障；
若sign（EM）=1，则判为反向故障。
本发明采样率为20kHz，积分时窗为3ms。
本发明的原来是：当含有静止同步串联补偿器的输电线路发生故障时，静止同步串联补偿器的投入并未改变故障暂态电流、暂态电压的变化趋势，量测端获得的3ms时窗内暂态能量在正方向故障和反方向故障时差异明显，正方向故障时暂态能量极性为负，反方向故障时暂态能量极性为正。基于此，提出了带静止同步串联补偿器输电线路的暂态能量方向保护方法。
通常，暂态能量方向元件的功率和能量信息恒存在于故障初瞬、故障暂态和故障稳态期间，故障过程因而可视为行波功率和能量在新的边界条件下通过行波的反复折反射重新获得平衡的过程，通过线路两侧的方向继电器对暂态能量方向的判断，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。
本发明的有益效果是：
（1）由于暂态能量方向元件的功率和能量信息恒存在于故障初瞬、故障暂态和故障稳态期间，故障过程因而可视为行波功率和能量在新的边界条件下通过行波的反复折反射重新获得平衡的过程，在此基础上提出的暂态能量方向纵联保护将兼具可靠性与速动性的优点。
（2）对瞬时功率进行积分求得的暂态能量极性比较确定，避免了瞬时功率在故障后正负极性变化不恒定的情况，提高了判断的可靠性。
附图说明
图1为研究的输电线路：图中，G1、G2为两侧系统的发电机，T1、T2为两侧的变压器，P、M、N、Q为系统的母线，CE为母线对地的杂散电容，R1、R2为线路两侧的继电器，F11、F12为仿真中设置的正向故障，分别处于SSSC与母线M、N之间，F2、F3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为实施例1中线路MN上F11（距M端60km处）故障时M端瞬时功率的变化曲线；
图3为实施例1中线路MN上（距M端60km处）故障时M端暂态能量的变化曲线；
图4为实施例2中线路MN上（距M端90km处）故障时M端瞬时功率的变化曲线；
图5为实施例2中线路MN上（距M端90km处）故障时M端暂态能量的变化曲线；
图6为实施例3中线路PM上（距M端50km处）故障时M端瞬时功率的变化曲线；
图7为实施例3中线路PM上（距M端50km处）故障时M端暂态能量的变化曲线。
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。接地阻抗0Ω，数据采样率为20kHz。MN段距M端60km处发生单相接地故障。
（1）根据说明书中的式（1）计算瞬时功率，M端的瞬时功率如图2所示。
（2）根据说明书中的式（2）对瞬时功率进行积分获得相应的暂态能量，其M端暂态能量如图3所示。
（3）根据说明书中的式（3）对暂态能量进行符号的判断，由图3中sign（EM）= -1知该故障点（F11）对于M端继电器R1为正方向故障。
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0Ω，数据采样率为20kHz。MN段距M端90km处发生单相接地故障。
（1）根据说明书中的式（1）计算瞬时功率，M端的瞬时功率如图4所示。
（2）根据说明书中的式（2）对瞬时功率进行积分获得相应的暂态能量，其M端暂态能量如图5所示。
（3）根据说明书中的式（3）对暂态能量进行符号的判断，由图5中sign（EM）= -1知该故障点（F12）对于M端继电器R1为正方向故障。
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0Ω，数据采样率为20kHz。PM段距M端50km处发生单相接地故障。
（1）根据说明书中的式（1）计算瞬时功率，M端的瞬时功率如图6所示。
（2）根据说明书中的式（2）对瞬时功率进行积分获得相应的暂态能量，其M端暂态能量如图7所示。
（3）根据说明书中的式（3）对暂态能量进行符号的判断，由图7中sign（EM）=1知该故障点（F2）对于M端继电器R1为反方向故障。……
实施例4：一种带静止同步串联补偿器输电线路的暂态能量方向保护方法，当含有静止同步串联补偿器的输电线路发生故障时，将线路量测端获得的三相电流、电压故障暂态分量Δik和Δuk（k=a,b,c）相乘获得瞬时功率p（t），在3ms时窗内对此瞬时功率p（t）进行积分计算得到暂态能量E（t），根据该能量值符号的正负判断故障方向；若该能量值的符号为负，则判为正向故障，否则判为反向故障。
所述方法具体步骤为：
第一步：静止同步串联补偿器在输电线路中点投入，当含有静止同步串联补偿器的输电线路发生故障后，在短时间窗内获得量测端M的电流、电压故障暂态分量Δik和Δuk，（k=a,b,c）；
第二步：静止同步串联补偿器的投入并未改变故障电流、电压的变化趋势，将得到的电流、电压故障暂态分量按式（1）相乘得到瞬时功率p（t）：
（1）
式中为t时刻量测端获得的瞬时功率；
第三步：对量测端M得到的瞬时功率按式（2）进行积分求和，得到相应的暂态能量：
（2）
式中，EM为故障后3ms时窗内的暂态能量值，n为采样点；
第四步：根据暂态能量的符号判断故障方向：
若sign（EM）=-1，则判为正向故障；
若sign（EM）=1，则判为反向故障。
本发明采样率为20kHz，积分时窗为3ms。
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 (1)

1.一种带静止同步串联补偿器输电线路的暂态能量方向保护方法，其特征在于：当含有静止同步串联补偿器的输电线路发生故障时，将线路量测端获得的三相电流、电压故障暂态分量Δik和Δuk(k＝a,b,c)相乘获得瞬时功率p(t)，在3ms时窗内对此瞬时功率p(t)进行积分计算得到暂态能量E(t)，根据该能量值符号的正负判断故障方向；若该能量值的符号为负，则判为正向故障，否则判为反向故障；
所述方法具体步骤为：
第一步：静止同步串联补偿器在输电线路中点投入，当含有静止同步串联补偿器的输电线路发生故障后，在短时间窗内获得量测端M的电流、电压故障暂态分量Δik和Δuk，(k＝a,b,c)；
第二步：静止同步串联补偿器的投入并未改变故障电流、电压的变化趋势，将得到的电流、电压故障暂态分量按式(1)相乘得到瞬时功率p(t)：
p ( t ) = Σ k = a , b , c Δu k ( t ) × Δi k ( t ) - - - ( 1 )
式中p(t)为t时刻量测端获得的瞬时功率；
第三步：对量测端M得到的瞬时功率按式(2)进行积分求和，得到相应的暂态能量：
E M = Σ 0 60 p ( n ) - - - ( 2 )
式中，EM为故障后3ms时窗内的暂态能量值，n为采样点；
第四步：根据暂态能量的符号判断故障方向：
若sign(EM)＝-1，则判为正向故障；
若sign(EM)＝1，则判为反向故障。
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