CN104779590A - 基于虚拟电流相关度的母线保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于虚拟电流相关度的母线保护方法，属于电力系统及其自动化技术领域。本发明对所述的每个支路按照固定的采样间隔采样，对每条支路的电流采样值在每个采样点进行滚动积分处理，处理结果作为支路电流正负的判别依据，通过合并同时刻采样值将多支路母线系统简化为只有虚拟流入电流和流出电流的简单母线，根据虚拟电流在母线不同运行状态下的波形特征差异，利用短数据窗连续计算虚拟电流波形相关度，根据多点相关度的数值分布情况来区分母线区内外故障。本发明能够快速、可靠的判别母线区内外故障，不受故障类型、故障过渡电阻的影响，并具有一定的抗TA饱和能力和对频率偏移的抵御能力，从而提高动作的准确性及快速性。

Description

基于虚拟电流相关度的母线保护方法

技术领域

本发明属于电力系统及其自动化技术领域，更准确地说，本发明涉及一种母线系统的继电保护方法。

背景技术

母线是发电厂和变电站的重要组成部分，一旦发生故障，将严重影响与母线相连的其他电气设备的正常运行，造成大面积停电。目前影响母线保护动作正确性的关键是区外故障电流互感器饱和问题。尽管继电保护工作者提出了各种检测电流互感器饱和的判据和方法，在一定程度上解决了电流互感器饱和对母线保护的影响，但是实际运行中仍出现不少因电流互感器饱和而导致保护误动拒动的严重情况。因此，有必要探索新的、反应速度更快的微机母线保护原理。

采样值差动保护直接对各离散采样值进行处理，具有判据简洁、计算量少的特点，特别是应用于母线保护，能满足快速切除故障的要求。但是保护动作边界不确定，存在一定范围的模糊区并且易受干扰的影响，若整定不合适可能会导致保护误动或拒动，其保护的抗干扰能力及可靠性需要进一步研究。

发明内容

本发明目的是：针对现有技术中的不足，提供一种母线系统保护基于虚拟电流相关度的母线保护方法。该方法能够快速、可靠的判别母线区内外故障，不受故障类型、故障过渡电阻的影响，并具有一定的抗TA饱和能力和对频率偏移的抵御能力，从而提高动作的准确性及快速性。

具体地说，本发明是采用以下技术方案实现的，包括以下步骤：

1)数据采集和预处理：

对母线上各条支路的A、B、C三相电流以恒定的采样频率进行电流采样，所述支路包括母联断路器、线路和/或变压器；

对每条支路的电流采样值在每个采样点进行滚动积分处理，对于第n条支路的电流采样值，当采样点为k时，此点数据滚动积分用以下公式计算：

其中，表示支路电流相别，表示第n条支路第k个采样点的电流采样值，表示第n条支路第k个采样点的数据滚动积分；

2)虚拟电流合成：

将所述步骤1)中公式处理结果作为该支路电流正负的判别依据，以流入母线为正，把第k个采样点的电流采样值处理结果为正的各支路电流求和虚拟成流入电流，记为把第k个采样点的电流采样值处理结果为负的各支路电流求和虚拟成流出电流，记为即：

其中，表示第1个第k个采样点的电流采样值处理结果为正的支路第k个采样点的数据滚动积分，表示第2个第k个采样点的电流采样值处理结果为正的支路第k个采样点的数据滚动积分，表示第n个第k个采样点的电流采样值处理结果为正的支路第k个采样点的数据滚动积分，以此类推；表示第1个第k个采样点的电流采样值处理结果为负的支路第k个采样点的数据滚动积分，表示第2个第k个采样点的电流采样值处理结果为负的支路第k个采样点的数据滚动积分，表示第n个第k个采样点的电流采样值处理结果为负的支路第k个采样点的数据滚动积分，以此类推；表示支路电流相别；

3)计算虚拟电流相关度：

结合所述步骤1)和2)，假设某一段时间内的虚拟流入电流和虚拟流出电流采样值序列分别为和设该段时间内采样点数为N，则和的相关度根据以下公式计算：

其中，表示支路电流相别，以采样点数N表示相关度计算数据窗长度；

假设故障发生后一段时间内的采样点数为M，M≥N+1，利用上式连续计算这M点中和的相关度，每次相关度计算数据窗长度仍为N，设这段时间内连续计算R次，R≥2，得到R个相关度，求取平均值

其中，表示第i次计算得到和的相关度，表示支路电流相别；

4)保护逻辑判断：

利用所述步骤3)中计算的和对波形差异进行定量分析，令相关度门槛值为ρ_set，如果则为母线区外故障，保护不动作；如果且满足存在连续两次计算的大于ρ_set，则为母线区外故障时TA饱和，保护不动作，否则为母线区内故障，保护动作切除故障

上述技术方案的进一步特征在于：相关度门槛值ρ_set的大小，由母线系统正常运行的不平衡电流和母线各出线的最大负荷电流决定，其值在0～1之间。

本发明的有益效果如下：本发明基于瞬时采样值并综合多个采样值的信息进行故障判别，不依赖于故障电流本身的大小和母线的运行状态，能够快速、可靠的判别母线区内外故障，不受故障类型、故障过渡电阻的影响，并具有一定的抗TA饱和能力。由于适当的数据处理有效地消除采样点的高频分量，因此本发明方法对频率偏移也有一定的抵御能力，从而提高动作的准确性及快速性。

附图说明

图1是本发明的电力系统母线系统各支路连接示意图。

图2是本发明的母线正常运行或外部故障时虚拟流入流出电流波形特征图。

图3是本发明的母线内部故障时虚拟流入流出电流波形特征图。

图4是本发明的母线外部故障且故障支路TA饱和时虚拟流入流出电流波形特征图。

图5是本发明方法所述的保护逻辑流程框图。

具体实施方式

下面参照附图对本发明作进一步详细描述。

图1是本发明的电力系统母线系统各支路连接示意图。如图1所示，假设母线系统由n条支路组成，支路包括母联断路器、线路和/或变压器。对母线上各条支路的A，B，C三相电流以恒定的采样频率进行电流采样。本实施例中分析均以40点/周波为例采样(对于50Hz的电力系统，一周波为20ms)。故障发生后取5ms的采样值数据，对每条支路的电流采样值在每个采样点进行滚动积分处理，如对于第n条支路的电流采样值，当采样点为k时，此点数据滚动积分可用以下公式计算：

其中，表示支路电流相别，表示第n条支路第k个采样点的电流采样值，表示第n条支路第k个采样点的数据滚动积分。

滚动积分处理作为每条支路电流正负的判别依据，以流入母线为正，把第k个采样点的电流采样值处理结果为正的各支路电流求和虚拟成流入电流，记为把第k个采样点的电流采样值处理结果为负的各支路电流求和虚拟成流出电流，记为即：

其中，表示第1个第k个采样点的电流采样值处理结果为正的支路第k个采样点的数据滚动积分，表示第2个第k个采样点的电流采样值处理结果为正的支路第k个采样点的数据滚动积分，表示第n个第k个采样点的电流采样值处理结果为正的支路第k个采样点的数据滚动积分，以此类推；表示第1个第k个采样点的电流采样值处理结果为负的支路第k个采样点的数据滚动积分，表示第2个第k个采样点的电流采样值处理结果为负的支路第k个采样点的数据滚动积分，表示第n个第k个采样点的电流采样值处理结果为负的支路第k个采样点的数据滚动积分，以此类推；表示支路电流相别。

通过合并多支路母线系统同时刻采样值得到虚拟流入电流和虚拟流出电流采样值序列，分别记为和利用短数据窗连续计算虚拟电流波形相关度，相关度计算公式如下：

其中，表示电流相别，N为该段时间内采样点数、用来表示相关度计算数据窗长度，一般可取3。

母线正常运行或外部故障时，每一采样时刻均满足虚拟流入电流等于虚拟流出电流，即和波形完全相似，如图2所示，各相的相关度接近于1。如发生母线内部故障时，虚拟电流不再平衡，和波形特征差异很大，如图3所示，故障相的相关度都接近于0。而对于母线外部故障且故障支路TA饱和的情况，在故障开始时刻和电流过零点，TA存在线性传变区，能够正确传递一次电流，虚拟电流处处相等，即和波形完全相似。当TA饱和后，随着饱和程度的加深，TA的励磁电流逐渐增大，感应到TA二次侧电流逐渐变小，二次电流出现缺损，不能准确传变一次电流，此时虚拟电流不再平衡，和波形特征与母线内部故障相似，如图4所示，故障相的相关度在0和1之间分布，但是在故障初始时刻和电流过零点总是存在连续两次计算相关度大于设定定值的情况。针对这种波形特征差异，引入相关技术对波形差异进行定量分析，通过相关度的大小和分布情况可靠的区分母线区内外故障。其判据如下：

上述式中，表示第i次计算得到和的相关度，表示支路电流相别，R为连续计算的次数，为相关度平均值。利用公式(4)连续计算多次(如6次)和的波形相关度，求平均得到平均值。

令相关度门槛值为ρ_set，相关度门槛值ρ_set的大小，由母线系统正常运行的不平衡电流和母线各出线的最大负荷电流决定，其值在0～1之间，为保证母线最小方式故障时有足够的灵敏度，同时尽可能躲过母线出线最大负荷电流可取0.3。如果则为外部故障，保护不动作；如果且满足 (i＝1,2,...,R-1)，即存在连续两次计算的相关度大于ρ_set，则为外部故障时TA饱和，保护不动作，否则为内部故障，保护动作切除故障。

具体保护逻辑流程如下，假设故障发生后一段时间内的采样点数为M，M要满足至少连续滑动计算两次相关度的条件，即M大于等于N+1，利用公式(3)连续计算这M点中和的相关度，每次相关度计算数据窗长度仍为N，设这段时间内连续计算R次，由于M大于等于N+1，因此R大于等于2，故可得到R个相关度，利用公式(4)求取平均值再根据计算的和对波形差异进行定量分析，结合上述判据进行保护逻辑判断。整个保护逻辑流程如图5所示。从图中可以看出，当判断为母线区外故障或区外故障时TA饱和时，保护不动作，如为母线区内故障时，则保护动作切除故障。

虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但实施例并不是用来限定本发明的。在不脱离本发明之精神和范围内，所做的任何等效变化或润饰，同样属于本发明之保护范围。因此本发明的保护范围应当以本申请的权利要求所界定的内容为标准。

Claims (2)

1.基于虚拟电流相关度的母线保护方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)数据采集和预处理：

对母线上各条支路的A、B、C三相电流以恒定的采样频率进行电流采样，所述支路包括母联断路器、线路和/或变压器；

对每条支路的电流采样值在每个采样点进行滚动积分处理，对于第n条支路的电流采样值，当采样点为k时，此点数据滚动积分用以下公式计算：

其中，表示支路电流相别，表示第n条支路第k个采样点的电流采样值，表示第n条支路第k个采样点的数据滚动积分；

2)虚拟电流合成：

将所述步骤1)中公式处理结果作为该支路电流正负的判别依据，以流入母线为正，把第k个采样点的电流采样值处理结果为正的各支路电流求和虚拟成流入电流，记为把第k个采样点的电流采样值处理结果为负的各支路电流求和虚拟成流出电流，记为即：

其中，表示第1个第k个采样点的电流采样值处理结果为正的支路第k个采样点的数据滚动积分，表示第2个第k个采样点的电流采样值处理结果为正的支路第k个采样点的数据滚动积分，表示第n个第k个采样点的电流采样值处理结果为正的支路第k个采样点的数据滚动积分，以此类推；表示第1个第k个采样点的电流采样值处理结果为负的支路第k个采样点的数据滚动积分，表示第2个第k个采样点的电流采样值处理结果为负的支路第k个采样点的数据滚动积分，表示第n个第k个采样点的电流采样值处理结果为负的支路第k个采样点的数据滚动积分，以此类推；表示支路电流相别；

3)计算虚拟电流相关度：

结合所述步骤1)和2)，假设某一段时间内的虚拟流入电流和虚拟流出电流采样值序列分别为和设该段时间内采样点数为N，则和的相关度根据以下公式计算：

其中，表示支路电流相别，以采样点数N表示相关度计算数据窗长度；

假设故障发生后一段时间内的采样点数为M，M≥N+1，利用上式连续计算这M点中和的相关度，每次相关度计算数据窗长度仍为N，设这段时间内连续计算R次，R≥2，得到R个相关度，求取平均值

其中，表示第i次计算得到和的相关度，表示支路电流相别；

4)保护逻辑判断：

利用所述步骤3)中计算的和对波形差异进行定量分析，令相关度门槛值为ρ_set，如果则为母线区外故障，保护不动作；如果且满足存在连续两次计算的大于ρ_set，则为母线区外故障时TA饱和，保护不动作，否则为母线区内故障，保护动作切除故障。

2.根据权利要求1所述的基于虚拟电流相关度的母线保护方法，其特征在于，相关度门槛值ρ_set的大小，由母线系统正常运行的不平衡电流和母线各出线的最大负荷电流决定，其值在0～1之间。