CN105790233A - 一种适用于半波输电线路的中段阻抗保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种适用于半波输电线路的中段阻抗保护方法，包括步骤1：计算半波输电线路中测量点的阻抗模值|Z_M|；步骤2：计算半波输电线路中点处的补偿阻抗模值|Z′_M|；步骤3：确定补偿阻抗模值的变化量|ΔZ′_M|；步骤4：对半波输电线路的中段阻抗保护动作进行判别。与现有技术相比，本发明提供的一种适用于半波输电线路的中段阻抗保护方法，仅利用单端电气量，不依赖通信通道，可以较好地实现本线路中段的后备保护，具有较高的可靠性和灵敏度；实施简单，判据明确，可靠性高。

Description

一种适用于半波输电线路的中段阻抗保护方法

技术领域

本发明涉及半波交流输电技术领域，具体涉及一种适用于半波输电线路的中段阻抗保护方法。

背景技术

半波长交流输电(HalfWavelengthACTransmission/HWACT)是指输电的电气距离接近一个工频半波，即3000公里(50周)的超远距离的三相交流输电。在幅员广大的国家，HWACT是很有吸引力的输电方案。巴西为把亚马孙流域的大水电送到负荷中心，曾经研究过HWACT，被认为是非常有竞争力的。韩国也曾经研究过用HWACT将西伯利亚的水电送到韩国。

最近全球应对气候变化挑战，超远距离大功率送电又提上日程，半波长交流输电技术以其独特的优势受到关注。

中等距离的超/特高压交流输电，无功调节是一个重要的技术关键问题。空载HWACT线路沿线电压的变化规律截然不同:空载线路两端电压相等，而中间点(1/4波长处)电压为零。也就是说，空载线路末端电压与带负荷时电压接近，基本上不需要安装无功补偿设备；HWACT线路无需无功补偿，中途不需要设开关站，可以实现真正的点对点输电，减少下一级电网的分流。实际输电能力很强。一回特高压HWACT可以输送8GW左右的电力；在半波长的这种特定的超远距离送电，情况却相反。HWACT输电的经济性不仅优于中短距离的HVAC，也优于HVDC

半波长输电线路也带来一些特殊的保护问题。对距离保护而言，由于其特殊的运行特性和故障特性。常规的距离保护无法区分近区故障和远端区外故障(附图3)，从而失效。因此，需要提供一种适用于半波长交流输电线路的保护方法。

发明内容

为了满足现有技术的需要，本发明提供了一种适用于半波输电线路的中段阻抗保护方法。

本发明的技术方案是：

所述方法包括：

步骤1：计算所述半波输电线路中测量点的阻抗模值|Z_M|；

步骤2：计算所述半波输电线路中点处的补偿阻抗模值|Z′_M|；

步骤3：确定所述补偿阻抗模值的变化量|ΔZ′_M|；

步骤4：对所述半波输电线路的中段阻抗保护动作进行判别。

优选的，所述步骤1中计算测量点的阻抗模值Z_M的计算公式为：

$\left|Z_M\right|=\frac{\left|U_M\right|}{\left|I_M\right|}---\left(1\right)$

其中，U_M为测量点的电压相量，I_M为测量点的电流相量。

优选的，所述步骤2中补偿阻抗模值Z′_M的计算公式为：

$\left|Z_M^{\′}\right|=\left|\frac{U_{M}ch\left(l\mathrm{\γ}\right)-Z_C{I}_{M}sh\left(l\mathrm{\γ}\right)}{-U_{M}sh\left(l\mathrm{\γ}\right)/Z_C+I_{M}ch\left(l\mathrm{\γ}\right)}\right|---\left(2\right)$

其中，l为半波输电线路的长度的一半，U_M为测量点的电压相量，I_M为测量点的电流相量；

γ为半波输电线路的传播常数，Y₀为单位长度半波输电线路的导纳值，Z₀为单位长度半波输电线路的阻抗值，Z_C为波阻抗，

优选的，所述步骤3中补偿阻抗模值的变化量ΔZ′_M的计算公式为：

|ΔZ′_M|＝|Z_0M’|-|Z_M’|(3)

其中，|Z_0M'|为故障前的补偿阻抗模值。

优选的，所述步骤4中对半波输电线路的中段阻抗保护动作进行判别包括：

第一判据：判断补偿阻抗模值是否满足|Z′_M|＜k₁|Z_M|；

第二判据：判断补偿阻抗模值是否满足|Z′_M|＜k₂|Z_C|；；

第三判据：判断补偿阻抗模值的变化量是否满足|ΔZ′_M|＞k₃|Z_C|；

若所述第一判据、第二判据和第三判据同时成立时，则半波输电线路的中段发生故障，中段保护元件启动保护动作；

其中，Z_C为波阻抗，Y₀为单位长度半波输电线路的导纳值，Z₀为单位长度半波输电线路的阻抗值；k₁、k₂和k₃分别为判断系数。

与最接近的现有技术相比，本发明的优异效果是：

1、本发明提供的一种适用于半波输电线路的中段阻抗保护方法，解决了现有技术中常规距离保护无法区分近区和远端区外故障，线路中段故障拒动，保护范围无法确定的问题；

2、本发明提供的一种适用于半波输电线路的中段阻抗保护方法，仅利用单端电气量，不依赖通信通道，可以较好地实现本线路中段的后备保护，具有较高的可靠性和灵敏度；

3、本发明提供的一种适用于半波输电线路的中段阻抗保护方法，实施简单，判据明确，可靠性高。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明。

图1：本发明实施例中半波输电线路示意图；

图2：本发明实施例中一种适用于半波输电线路的中段阻抗保护方法流程图；

图3：本发明实施例中半波输电线路沿线故障时测量阻抗模值示意图；

图4：本发明实施例中半波输电线路0km处故障时沿线补偿阻抗示意图；

图5：本发明实施例中半波输电线路500km处故障时沿线补偿阻抗示意图；

图6：本发明实施例中半波输电线路1000km处故障时沿线补偿阻抗示意图；

图7：本发明实施例中半波输电线路1500km处故障时沿线补偿阻抗示意图；

图8：本发明实施例中半波输电线路2000km处故障时沿线补偿阻抗示意图；

图9：本发明实施例中半波输电线路2500km处故障时沿线补偿阻抗示意图；

图10：本发明实施例中半波输电线路3000km处故障时沿线补偿阻抗示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

本发明提供的一种适用于半波输电线路的中段阻抗保护方法，利用均匀传输线防尘的稳态解，由保护装置安装点多额电压和电流，可以推导出半波长输电线路沿线的补偿电压和补偿电流，从而可以确定沿线补偿阻抗，其实施例如图2所示，具体为：

一、计算半波输电线路中测量点的阻抗模值Z_M。

如图1所示，长度为3000km的半波长输电线路MN，M侧为送电侧，N为受电侧。补偿点为重点，即距离M侧1500km处。保护装置安装在M侧母线，保护装置采集的电气量为电压和电流。

本实施例中对测量点进行电流、电压采用，并利用全波傅氏算法计算得到测量点的电压、电流相量幅值从而得到测量点的阻抗模值，具体为：

1、对保护装置安装处的电压和电流进行采样，并进行低通滤波，得到电压、电流的第k次电流采样值i(k)和电压采样值u(k)。

2、对i(k)和u(k)进行傅里叶变换得到电压相量的实部U_r和虚部I_r，得到电流相量的实部U_i和虚部I_i：

$U_r=\frac{1}{N}\[2\underset{k=1}{\overset{N-1}{\Σ}}{u}_{k}sin\left(k\frac{2\mathrm{\π}}{N}\right)\]---\left(1\right)$

$I_r=\frac{1}{N}\[2\underset{k=1}{\overset{N-1}{\Σ}}{i}_{k}sin\left(k\frac{2\mathrm{\π}}{N}\right)\]---\left(2\right)$

$U_i=\frac{1}{N}\[2\underset{k=1}{\overset{N-1}{\Σ}}{u}_{k}cos\left(k\frac{2\mathrm{\π}}{N}\right)\]---\left(3\right)$

$I_i=\frac{1}{N}\[2\underset{k=1}{\overset{N-1}{\Σ}}{i}_{k}cos\left(k\frac{2\mathrm{\π}}{N}\right)\]---\left(4\right)$

其中，N为基波在一个周期内的采样点数。

3、通过实部和虚部计算得到电压相量U_M和电流相量I_M，以及电压相角θ_u和电流相角θ_i：

$U_M=\sqrt{\frac{U_r^2+U_m^2}{2}}---\left(5\right)$

$I_M=\sqrt{\frac{I_r^2+I_m^2}{2}}---\left(6\right)$

${\mathrm{\θ}}_u=arctg\frac{U_i}{U_r}---\left(7\right)$

${\mathrm{\θ}}_i=arctg\frac{I_i}{I_r}---\left(8\right)$

4、计算测量点的阻抗模值Z_M为：

$\left|Z_M\right|=\frac{\left|U_M\right|}{\left|I_M\right|}---\left(9\right)$

二、计算半波输电线路中点处的补偿阻抗模值Z′_M。

补偿阻抗模值Z′_M的计算公式为：

$\left|Z_M^{\′}\right|=\left|\frac{U_{M}ch\left(l\mathrm{\γ}\right)-Z_C{I}_{M}sh\left(l\mathrm{\γ}\right)}{-U_{M}sh\left(l\mathrm{\γ}\right)/Z_C+I_{M}ch\left(l\mathrm{\γ}\right)}\right|---\left(10\right)$

其中，l为半波输电线路的长度的一半，本实施例中l＝1500km；

γ为半波输电线路的传播常数，Y₀为单位长度半波输电线路的导纳值，Z₀为单位长度半波输电线路的阻抗值，Z_C为波阻抗，

本实施例中图3～10示出了在不同故障点的补偿阻抗示意图。

三、确定补偿阻抗模值的变化量ΔZ′_M。

补偿阻抗模值的变化量ΔZ′_M的计算公式为：

|ΔZ′_M|＝|Z_0M’|-|Z_M’|(11)

其中，|Z_0M'|为为故障前的补偿阻抗模值。

四、对半波输电线路的中段阻抗保护动作进行判别。

本实施例中对半波输电线路的中段阻抗保护动作进行判别的判据包括：

①：第一判据：判断补偿阻抗模值是否满足|Z′_M|＜k₁|Z_M|；

②：第二判据：判断补偿阻抗模值是否满足|Z′_M|＜k₂|Z_C|；；

③：第三判据：判断补偿阻抗模值的变化量是否满足|ΔZ′_M|＞k₃|Z_C|，k₁、k₂和k₃分别为判断系数。

若第一判据、第二判据和第三判据同时成立时，则半波输电线路的中段发生故障，中段保护元件启动保护动作，否则中段保护元件不启动保护动作。

通过理论分析和仿真发现，在半波长输电线路上故障时，其补偿阻抗在故障点为最小，离开故障点两侧，补偿阻抗非线性增加。与故障点相距1500km处阻抗达到最大值。且本实施例中，此补偿阻抗以3000km为周期。

根据补偿阻抗的非线性，周期性的特点，利用线路中点补偿阻抗的模值大小及其与测量点阻抗模值的相对关系，中点补偿阻抗模值变化趋势及变化量大小，可对线路上距重点两侧一段范围实现距离保护。

最后应当说明的是：所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

Claims (5)

1.一种适用于半波输电线路的中段阻抗保护方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤1：计算所述半波输电线路中测量点的阻抗模值|Z_M|；

步骤2：计算所述半波输电线路中点处的补偿阻抗模值|Z′_M|；

步骤3：确定所述补偿阻抗模值的变化量|ΔZ′_M|；

步骤4：对所述半波输电线路的中段阻抗保护动作进行判别。

2.如权利要求1所述的一种适用于半波输电线路的中段阻抗保护方法，其特征在于，所述步骤1中计算测量点的阻抗模值Z_M的计算公式为：

$\left|Z_M\right|=\frac{\left|U_M\right|}{\left|I_M\right|}---\left(1\right)$

其中，U_M为测量点的电压相量，I_M为测量点的电流相量。

3.如权利要求1所述的一种适用于半波输电线路的中段阻抗保护方法，其特征在于，所述步骤2中补偿阻抗模值Z′_M的计算公式为：

$\left|Z_M^{\′}\right|=\left|\frac{U_{M}ch\left(l\mathrm{\γ}\right)-Z_C{I}_{M}sh\left(l\mathrm{\γ}\right)}{-U_{M}sh\left(l\mathrm{\γ}\right)/Z_C+I_{M}ch\left(l\mathrm{\γ}\right)}\right|---\left(2\right)$

其中，l为半波输电线路的长度的一半，U_M为测量点的电压相量，I_M为测量点的电流相量；

γ为半波输电线路的传播常数，Y₀为单位长度半波输电线路的导纳值，Z₀为单位长度半波输电线路的阻抗值，Z_C为波阻抗，

4.如权利要求1所述的一种适用于半波输电线路的中段阻抗保护方法，其特征在于，所述步骤3中补偿阻抗模值的变化量ΔZ′_M的计算公式为：

|ΔZ′_M|＝|Z_0M′|-|Z_M′|(3)

其中，|Z_0M'|为故障前的补偿阻抗模值。

5.如权利要求1所述的一种适用于半波输电线路的中段阻抗保护方法，其特征在于，所述步骤4中对半波输电线路的中段阻抗保护动作进行判别包括：

第一判据：判断补偿阻抗模值是否满足|Z′_M|＜k₁|Z_M|；

第二判据：判断补偿阻抗模值是否满足|Z′_M|＜k₂|Z_C|；；

第三判据：判断补偿阻抗模值的变化量是否满足|ΔZ′_M|＞k₃|Z_C|；

若所述第一判据、第二判据和第三判据同时成立时，则半波输电线路的中段发生故障，中段保护元件启动保护动作；

其中，Z_C为波阻抗，Y₀为单位长度半波输电线路的导纳值，Z₀为单位长度半波输电线路的阻抗值；k₁、k₂和k₃分别为判断系数。