CN104701830A - 过负荷识别系统和方法及距离保护系统和方法 - Google Patents

过负荷识别系统和方法及距离保护系统和方法 Download PDF

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CN104701830A CN201510131977.1A CN201510131977A CN104701830A CN 104701830 A CN104701830 A CN 104701830A CN 201510131977 A CN201510131977 A CN 201510131977A CN 104701830 A CN104701830 A CN 104701830A
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秦红霞
黄少锋
宋小舟
李继晟
张华年
王增平
马静
陈亦骏
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North China Electric Power University
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Beijing Sifang Automation Co Ltd
North China Electric Power University
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Abstract

一种过负荷识别系统和方法及距离保护系统和方法，所述过负荷识别系统包括顺序相连的数据读入模块、视在阻抗计算模块和过负荷识别模块；所述数据读入模块用于采集距离保护安装处的端口等值阻抗、系统等值阻抗和系统等值电源，并将采集的数据发送至视在阻抗计算模块；所述视在阻抗计算模块用于根据距离保护安装处的端口等值阻抗、系统等值阻抗和系统等值电源确定视在阻抗，并将确定的视在阻抗发送至过负荷识别模块；所述过负荷识别模块用于根据视在阻抗确定是否发生过负荷。通过本发明的过负荷识别系统和方法及距离保护系统和方法，能够利用广域信息，从距离保护角度识别过负荷。

Description

过负荷识别系统和方法及距离保护系统和方法
技术领域
本发明涉及电力系统技术领域，尤其涉及到电力系统继电保护设备和方法。
背景技术
距离保护是反应故障点至距离保护安装处之间的距离或阻抗，并根据距离的远近而确定动作时间的一种保护装置。该装置的主要元件为距离或阻抗继电器，它可根据其端子上所加的电压和电流测知距离保护安装处至短路点间的阻抗值，此阻抗称为继电器的测量阻抗。当短路点距距离保护安装处近时，其测量阻抗小，动作时间短；当短路点距距离保护安装处远时，其测量阻抗增大，动作时间增长，这样就保证了距离保护有选择性地切除故障线路。
距离保护根据保护安装处的测量阻抗与整定阻抗的关系判断是否动作，而测量阻抗根据保护安装处测量电压与测量电流的比值计算求出，其并非为线路的真实阻抗，而是一个能够反应故障点到保护安装处的距离并具有某些类似于阻抗性质的特征量。距离保护Ⅰ、Ⅱ段的整定均根据线路的真实阻抗来完成，其整定值不受系统运行方式的影响，而距离保护Ⅲ段的整定根据线路运行时的最小负荷阻抗来完成，其整定值与系统的运行方式密切相关。传统的距离保护Ⅲ段根据保护安装处的测量信息，通过区分系统的最大运行方式与最小运行方式来完成整定计算。这种整定方式无法识别电网在更广阔范围上的结构变化，而电网结构的变化又会对系统的运行带来影响，因此随着电网规模的不断壮大以及电网结构的复杂化，传统的距离保护Ⅲ段整定具有一定的局限性。
随着相量测量单元(Phasor Measurement Unit，PMU)在电网中的广泛应用，广域监测系统(Wide Area Measurement System，WAMS)的应用也愈加成熟和完善，WAMS采用同步相角测量技术，通过逐步布局全网关键测点的PMU，实现对全网同步相角及电网主要数据的实时高速率采集，PMU能够以数百Hz的速率采集电流、电压信息，通过计算获得测量点的功率、相位、功角等信息，并以每秒几十帧的频率向主站发送。PMU通过全球定位系统GPS对时，能够保证全网数据的同步性，时标信息与数据同时存储并发送到主站。因此，WAMS能够使调度人员实时监视到电网的动态过程。
在这一基础上，人们期望能够利用空间尺度更为广泛的广域信息来打破传统保护的局限性，将传统距离保护Ⅲ段整定要求中的能够识别系统运行方式的改变，上升为能够识别电网结构的改变。需要注意的是，系统运行方式的切换是可预计的，而电网结构的改变往往是突发的、意外的，前者依然保持稳定运行状态，而后者可能会出现小幅度的振荡现象。因此，现有技术中缺少对于系统结构突然改变时，对于线路过负荷的识别方法。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的旨在研究在潮流转移发生后，输电线路视在阻抗变化的动态过程，利用空间尺度更为广泛的广域信息，从距离保护角度识别过负荷。
为了实现此目的，本发明采取的技术方案为如下。
一种过负荷识别系统，所述过负荷识别系统包括顺序相连的数据读入模块、视在阻抗计算模块和过负荷识别模块；
所述数据读入模块用于采集距离保护安装处的端口等值阻抗、系统等值阻抗和系统等值电源，并将采集的数据发送至视在阻抗计算模块；
所述视在阻抗计算模块用于根据距离保护安装处的端口等值阻抗、系统等值阻抗和系统等值电源确定视在阻抗，并将确定的视在阻抗发送至过负荷识别模块；
所述过负荷识别模块用于根据视在阻抗确定是否发生过负荷。
其中，所述数据读入模块利用广域监测系统WAMS采集距离保护安装处的端口等值阻抗、系统等值阻抗和系统等值电源信息。
其中，所述视在阻抗计算模块用于根据距离保护安装处的端口等值阻抗、系统等值阻抗和系统等值电源确定视在阻抗包括：
Z R = Z S + Z E + Z U 1 - E U / E S - Z S ,
其中ZR为视在阻抗，
ZE为系统等值阻抗，
ZS、ZU为距离保护安装处的端口等值阻抗，
ES、EU为系统等值电源。
一种过负荷识别方法，所述过负荷识别方法包括以下步骤：
A、采集距离保护安装处的端口等值阻抗、系统等值阻抗和系统等值电源，并将采集的数据发送至视在阻抗计算模块；
B、根据距离保护安装处的端口等值阻抗、系统等值阻抗和系统等值电源确定视在阻抗，并将确定的视在阻抗发送至过负荷识别模块；
C、根据视在阻抗确定是否发生过负荷。
特别地，步骤A中利用广域监测系统WAMS采集距离保护安装处的端口等值阻抗、系统等值阻抗和系统等值电源信息。
其中，所述视在阻抗计算模块用于根据距离保护安装处的端口等值阻抗、系统等值阻抗和系统等值电源确定视在阻抗包括：
Z R = Z S + Z E + Z U 1 - E U / E S - Z S ,
其中ZR为视在阻抗，
ZE为系统等值阻抗，
ZS、ZU为距离保护安装处的端口等值阻抗，
ES、EU为系统等值电源。
一种距离保护系统，所述距离保护系统包括顺序相连的数据读入模块、视在阻抗计算模块和过负荷识别模块和距离保护动作模块，其中，
所述数据读入模块用于采集距离保护安装处的端口等值阻抗、系统等值阻抗和系统等值电源，并将采集的数据发送至视在阻抗计算模块；
所述视在阻抗计算模块用于根据距离保护安装处的端口等值阻抗、系统等值阻抗和系统等值电源确定视在阻抗，并将确定的视在阻抗发送至过负荷识别模块；
所述过负荷识别模块用于根据视在阻抗确定是否发生过负荷；
所述距离保护动作模块用于根据过负荷识别模块的结果，发出闭锁信号或跳闸信号。
其中，所述数据读入模块利用广域监测系统WAMS采集距离保护安装处的端口等值阻抗、系统等值阻抗和系统等值电源信息。
其中，所述视在阻抗计算模块用于根据距离保护安装处的端口等值阻抗、系统等值阻抗和系统等值电源确定视在阻抗包括：
Z R = Z S + Z E + Z U 1 - E U / E S - Z S ,
其中ZR为视在阻抗，
ZE为系统等值阻抗，
ZS、ZU为距离保护安装处的端口等值阻抗，
ES、EU为系统等值电源。
一种距离保护方法，所述距离保护方法包括以下步骤，
A、采集距离保护安装处的端口等值阻抗、系统等值阻抗和系统等值电源，并将采集的数据发送至视在阻抗计算模块；
B、根据距离保护安装处的端口等值阻抗、系统等值阻抗和系统等值电源确定视在阻抗，并将确定的视在阻抗发送至过负荷识别模块；
C、根据视在阻抗确定是否发生过负荷；
D、发出闭锁信号或跳闸信号。
特别地，步骤A中利用广域监测系统WAMS采集距离保护安装处的端口等值阻抗、系统等值阻抗和系统等值电源信息。
其中，所述视在阻抗计算模块用于根据距离保护安装处的端口等值阻抗、系统等值阻抗和系统等值电源确定视在阻抗包括：
Z R = Z S + Z E + Z U 1 - E U / E S - Z S ,
其中ZR为视在阻抗，
ZE为系统等值阻抗，
ZS、ZU为距离保护安装处的端口等值阻抗，
ES、EU为系统等值电源。
通过采用本发明的过负荷识别系统和方法及距离保护方法和系统，能够在潮流转移发生后，输电线路视在阻抗变化的动态过程，利用空间尺度更为广泛的广域信息，从距离保护角度识别过负荷。因此能够准确分析潮流转移发生后的暂态过程，从而为系统提供有效保护。
附图说明
图1是本发明具体实施方式中过负荷识别系统的结构示意图。
图2是本发明具体实施方式一个应用系统的拓扑结构示意图。
图3是本发明具体实施方式中应用系统的线路9视在阻抗变化过程示意图。
图4是本发明具体实施方式中应用系统的线路10视在阻抗变化过程示意图。
图5是本发明具体实施方式中应用系统在潮流转移后，线路3和线路10视在阻抗变化过程示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作详细说明。
以下公开详细的示范实施例。然而，此处公开的具体结构和功能细节仅仅是出于描述示范实施例的目的。
然而，应该理解，本发明不局限于公开的具体示范实施例，而是覆盖落入本公开范围内的所有修改、等同物和替换物。在对全部附图的描述中，相同的附图标记表示相同的元件。
同时应该理解，如在此所用的术语“和/或”包括一个或多个相关的列出项的任意和所有组合。另外应该理解，当部件或单元被称为“连接”或“耦接”到另一部件或单元时，它可以直接连接或耦接到其他部件或单元，或者也可以存在中间部件或单元。此外，用来描述部件或单元之间关系的其他词语应该按照相同的方式理解(例如，“之间”对“直接之间”、“相邻”对“直接相邻”等)。
如图1所示，本发明提供了一种过负荷识别系统，所述过负荷识别系统包括顺序相连的数据读入模块、视在阻抗计算模块和过负荷识别模块；
所述数据读入模块用于采集距离保护安装处的端口等值阻抗、系统等值阻抗和系统等值电源，并将采集的数据发送至视在阻抗计算模块；
所述视在阻抗计算模块用于根据距离保护安装处的端口等值阻抗、系统等值阻抗和系统等值电源确定视在阻抗，并将确定的视在阻抗发送至过负荷识别模块；
所述过负荷识别模块用于根据视在阻抗确定是否发生过负荷。
在一个具体实施方式中，所述数据读入模块利用广域监测系统WAMS采集距离保护安装处的端口等值阻抗、系统等值阻抗和系统等值电源信息。
因此，本发明的过负荷识别系统能够收集广域信息，利用分布的PMU来获取全面的信息，对距离保护动作作出准确的判断，并对电力系统提供有效的保护。
在一个具体实施方式中，所述视在阻抗计算模块用于根据距离保护安装处的端口等值阻抗、系统等值阻抗和系统等值电源确定视在阻抗包括：
Z R = Z S + Z E + Z U 1 - E U / E S - Z S ,
其中ZR为视在阻抗，
ZE为系统等值阻抗，
ZS、ZU为距离保护安装处的端口等值阻抗，
ES、EU为系统等值电源。
相应地，本发明还提供了一种过负荷识别方法，所述过负荷识别方法包括以下步骤：
A、采集距离保护安装处的端口等值阻抗、系统等值阻抗和系统等值电源，并将采集的数据发送至视在阻抗计算模块；
B、根据距离保护安装处的端口等值阻抗、系统等值阻抗和系统等值电源确定视在阻抗，并将确定的视在阻抗发送至过负荷识别模块；
C、根据视在阻抗确定是否发生过负荷。
特别地，步骤A中利用广域监测系统WAMS采集距离保护安装处的端口等值阻抗、系统等值阻抗和系统等值电源信息。
其中，所述视在阻抗计算模块用于根据距离保护安装处的端口等值阻抗、系统等值阻抗和系统等值电源确定视在阻抗包括：
Z R = Z S + Z E + Z U 1 - E U / E S - Z S ,
其中ZR为视在阻抗，
ZE为系统等值阻抗，
ZS、ZU为距离保护安装处的端口等值阻抗，
ES、EU为系统等值电源。
另外，本发明还提供一种距离保护系统，所述距离保护系统包括顺序相连的数据读入模块、视在阻抗计算模块和过负荷识别模块和距离保护动作模块，其中，
所述数据读入模块用于采集距离保护安装处的端口等值阻抗、系统等值阻抗和系统等值电源，并将采集的数据发送至视在阻抗计算模块；
所述视在阻抗计算模块用于根据距离保护安装处的端口等值阻抗、系统等值阻抗和系统等值电源确定视在阻抗，并将确定的视在阻抗发送至过负荷识别模块；
所述过负荷识别模块用于根据视在阻抗确定是否发生过负荷；
所述距离保护动作模块用于根据过负荷识别模块的结果，发出闭锁信号或跳闸信号。
在一个更具体的实施方式中，所述数据读入模块利用广域监测系统WAMS采集距离保护安装处的端口等值阻抗、系统等值阻抗和系统等值电源信息。
其中，所述视在阻抗计算模块用于根据距离保护安装处的端口等值阻抗、系统等值阻抗和系统等值电源确定视在阻抗包括：
Z R = Z S + Z E + Z U 1 - E U / E S - Z S ,
其中ZR为视在阻抗，
ZE为系统等值阻抗，
ZS、ZU为距离保护安装处的端口等值阻抗，
ES、EU为系统等值电源。
相应地，本发明还提供一种距离保护方法，所述距离保护方法包括以下步骤，
A、采集距离保护安装处的端口等值阻抗、系统等值阻抗和系统等值电源，并将采集的数据发送至视在阻抗计算模块；
B、根据距离保护安装处的端口等值阻抗、系统等值阻抗和系统等值电源确定视在阻抗，并将确定的视在阻抗发送至过负荷识别模块；
C、根据视在阻抗确定是否发生过负荷；
D、发出闭锁信号或跳闸信号。
特别地，步骤A中利用广域监测系统WAMS采集距离保护安装处的端口等值阻抗、系统等值阻抗和系统等值电源信息。
其中，所述视在阻抗计算模块用于根据距离保护安装处的端口等值阻抗、系统等值阻抗和系统等值电源确定视在阻抗包括：
Z R = Z S + Z E + Z U 1 - E U / E S - Z S ,
其中ZR为视在阻抗，
ZE为系统等值阻抗，
ZS、ZU为距离保护安装处的端口等值阻抗，
ES、EU为系统等值电源。
以下通过一个具体应用场景中的实例来说明本发明的技术效果。
采用新英格兰10机39节点测试系统来说明本发明过负荷识别系统和方法，新英格兰10机39节点测试系统的拓扑结构如图2所示。
假设系统初态潮流数据已知。在T1时刻系统中正常运行的线路11被切除，系统拓扑结构发生了改变。选择线路9、线路10为例，不计及关联方向统一取正值。基于WAMS的PMU测量到的信息，计算T1时刻前后相关线路上的视在阻抗，结果如图3、图4所示。
图3所示为线路9上视在阻抗ZR在复平面上的轨迹，横坐标轴为实轴，纵坐标轴为虚轴。T1时刻前，线路9上的视在阻抗幅值与相角变化的数量级为0.01，如图3(a)所示，可见在电网结构发生改变之前，线路9处于稳定运行状态。T1时刻后，线路9上的视在阻抗幅值与相角变化的数量级增大到0.1，如图3(b)所示，可见在电网结构发生改变之后，线路9出现小幅度振荡。
对比图3(a)与图3(b)，可知在T1时刻前后，线路9上的视在阻抗幅值明显减小，相角出现小幅度的位移，但总体仍处于T1时刻前的视在阻抗方向上，即依然表现为负荷阻抗特性。图4所示为线路10上视在阻抗ZR在复平面上的轨迹，与线路9上视在阻抗的变化过程类似，不再赘述。
另一个具体实施例中，假设系统初态潮流数据已知。在T1时刻系统中正常运行的线路11被切除，系统拓扑结构发生了改变。受潮流转移的影响，线路11的距离Ⅲ段发生误动，在T2时刻切除无故障线路5。选择线路3、线路10为例，不计及关联方向统一取正值，计算T2时刻前后相关线路上的视在阻抗ZR的动态变化过程，结果如图5所示。
图5(a)所示为线路3上视在阻抗ZR在复平面上的轨迹，图中上部区域为T1时刻至T2时刻ZR的轨迹，图中下部区域为T2时刻之后ZR的轨迹。如图所示，T2时刻前后线路3上视在阻抗的幅值和相角均发生了变化。视在阻抗的相角向实轴小幅度偏移，进一步表现为电阻特性，与故障状态时的电抗特性相差甚远，可见多支路相继切除的情况下，视在阻抗依然表现为负荷阻抗，不会与故障阻抗混淆。视在阻抗的幅值略微增大，表现为线路有功的略微减小，可见支路的切除并非一定会使临近线路进入过负荷状态，负荷的分配应满足电路的基本定理，即在电源不发生改变的情况下，负荷的转移会使部分线路有功功率正增长，部分线路有功功率负增长，正负增长的总和为转移负荷的总量。图5(b)所示为线路10上视在阻抗ZR在复平面上的轨迹，与线路9上视在阻抗的变化过程类似，不再赘述。
因此，通过本发明的过负荷识别系统和方法，能够在潮流转移发生后，输电线路视在阻抗变化的动态过程，利用空间尺度更为广泛的广域信息，从距离保护角度识别过负荷。因此能够准确分析潮流转移发生后的暂态过程，从而为系统提供有效保护。
需要说明的是，上述实施方式仅为本发明较佳的实施方案，不能将其理解为对本发明距离保护范围的限制，在未脱离本发明构思前提下，对本发明所做的任何微小变化与修饰均属于本发明的距离保护范围。

Claims (10)

1.一种过负荷识别系统，所述过负荷识别系统包括顺序相连的数据读入模块、视在阻抗计算模块和过负荷识别模块；
所述数据读入模块用于采集距离保护安装处的端口等值阻抗、系统等值阻抗和系统等值电源，并将采集的数据发送至视在阻抗计算模块；
所述视在阻抗计算模块用于根据距离保护安装处的端口等值阻抗、系统等值阻抗和系统等值电源确定视在阻抗，并将确定的视在阻抗发送至过负荷识别模块；
所述过负荷识别模块用于根据视在阻抗确定是否发生过负荷。
2.根据权利要求1中所述的过负荷识别系统，其特征在于，所述数据读入模块利用广域监测系统WAMS采集距离保护安装处的端口等值阻抗、系统等值阻抗和系统等值电源信息。
3.根据权利要求1中所述的过负荷识别系统，其特征在于，所述视在阻抗计算模块用于根据距离保护安装处的端口等值阻抗、系统等值阻抗和系统等值电源确定视在阻抗包括：
Z R = Z S + Z E + Z U 1 - E U / E S - Z S ,
其中ZR为视在阻抗，
ZE为系统等值阻抗，
ZS、ZU为距离保护安装处的端口等值阻抗，
ES、EU为系统等值电源。
4.一种过负荷识别方法，所述过负荷识别方法包括以下步骤：
A、采集距离保护安装处的端口等值阻抗、系统等值阻抗和系统等值电源，并将采集的数据发送至视在阻抗计算模块；
B、根据距离保护安装处的端口等值阻抗、系统等值阻抗和系统等值电源确定视在阻抗，并将确定的视在阻抗发送至过负荷识别模块；
C、根据视在阻抗确定是否发生过负荷。
5.根据权利要求4中所述的过负荷识别方法，其特征在于，步骤A中利用广域监测系统WAMS采集距离保护安装处的端口等值阻抗、系统等值阻抗和系统等值电源信息。
6.根据权利要求4中所述的过负荷识别方法，其特征在于，所述视在阻抗计算模块用于根据距离保护安装处的端口等值阻抗、系统等值阻抗和系统等值电源确定视在阻抗包括：
Z R = Z S + Z E + Z U 1 - E U / E S - Z S ,
其中ZR为视在阻抗，
ZE为系统等值阻抗，
ZS、ZU为距离保护安装处的端口等值阻抗，
ES、EU为系统等值电源。
7.一种距离保护系统，所述距离保护系统包括顺序相连的数据读入模块、视在阻抗计算模块和过负荷识别模块和距离保护动作模块，其中，
所述数据读入模块用于采集距离保护安装处的端口等值阻抗、系统等值阻抗和系统等值电源，并将采集的数据发送至视在阻抗计算模块；
所述视在阻抗计算模块用于根据距离保护安装处的端口等值阻抗、系统等值阻抗和系统等值电源确定视在阻抗，并将确定的视在阻抗发送至过负荷识别模块；
所述过负荷识别模块用于根据视在阻抗确定是否发生过负荷；
所述距离保护动作模块用于根据过负荷识别模块的结果，发出闭锁信号或跳闸信号。
8.根据权利要求7中所述的距离保护系统，其特征在于，所述视在阻抗计算模块用于根据距离保护安装处的端口等值阻抗、系统等值阻抗和系统等值电源确定视在阻抗包括：
Z R = Z S + Z E + Z U 1 - E U / E S - Z S ,
其中ZR为视在阻抗，
ZE为系统等值阻抗，
ZS、ZU为距离保护安装处的端口等值阻抗，
ES、EU为系统等值电源。
9.一种距离保护方法，所述距离保护方法包括以下步骤，
A、采集距离保护安装处的端口等值阻抗、系统等值阻抗和系统等值电源，并将采集的数据发送至视在阻抗计算模块；
B、根据距离保护安装处的端口等值阻抗、系统等值阻抗和系统等值电源确定视在阻抗，并将确定的视在阻抗发送至过负荷识别模块；
C、根据视在阻抗确定是否发生过负荷；
D、发出闭锁信号或跳闸信号。
10.根据权利要求9中所述的距离保护方法，其特征在于，所述视在阻抗计算模块用于根据距离保护安装处的端口等值阻抗、系统等值阻抗和系统等值电源确定视在阻抗包括：
Z R = Z S + Z E + Z U 1 - E U / E S - Z S ,
其中ZR为视在阻抗，
ZE为系统等值阻抗，
ZS、ZU为距离保护安装处的端口等值阻抗，
ES、EU为系统等值电源。
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