CN106329495A - 一种基于ρ平面的抗相移多端差动保护方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于ρ平面的抗相移多端差动保护方法及装置，该方法或装置包括：对多端输电线路各端支路电流进行采样的步骤或单元；判断上述采样电流是否满足多端差动保护判据的步骤或单元；若满足所述多端差动保护判据公式，则判定为区内故障，差动保护动作；否则差动保护不动作的步骤或单元。本发明可有效解决多端线路差动保护对时问题，同时保证了多端输电线路区内故障灵敏度以及区外故障抗相移能力。

Description

一种基于ρ平面的抗相移多端差动保护方法及装置

技术领域

本发明涉及一种基于ρ平面的抗相移多端差动保护方法及装置，属于继电保护技术领域。

背景技术

随着电网密度的增加和电力负荷的持续攀升，出于节省设备投资与输电走廊用地等方面的考虑，T型和多端输电线路已越来越多地出现在110kV甚至更高电压等级电网中。多端线路差动保护在实际工程应用中尤其是硬件条件有限的110kV电网中，面临着比其它通道保护更为严峻的对时同步问题。多端线路差动保护在地理分布上跨站、跨区域，采用两两乒乓对时方式，误差将在多点多次对时过程中累积，保护装置因对时误差而发生拒动或误动的风险将会大大增加。由于T型和多端输电线路通常与发电厂和大系统相连，因此必须具备较高的区内故障灵敏度和区外故障抗相移能力，以满足应用需求。

目前，针对上述问题的解决思路大多集中在对时系统硬件和配套软件层面的优化，以提供更加优质的数据同步对时服务，但是电力通信网处于新旧技术交替阶段，使得这些依赖于新通信技术或是新采样设备的同步对时方法难以大规模实施。在优化保护原理以增强对同步误差抗性的研究方面，国内外学者较多针对双端电流差动保护进行研究，尚未出现针对三端乃至多端线路差动保护的研究。

综上分析，有必要从保护原理方面提出一种能有效解决多端线路差动保护对时问题的保护新判据，来提高T型和多端输电线路区内故障灵敏度和区外故障抗相移能力。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于ρ平面的抗相移多端差动保护方法及装置，用以解决现有单一保护判据针对T型和多端输电线路区内故障灵敏不足及区外故障抗相移能力差的问题。

为解决上述技术问题，本发明提出了一种基于ρ平面的抗相移多端差动保护方法，包括以下步骤：

步骤1，对多端输电线路各端支路电流进行采样；

步骤2，判断上述采样电流是否满足多端差动保护判据，所述多端差动保护判据包括判别公式：

$\left|\underset{j=1}{\overset{m}{\Σ}}\stackrel{\·}{I_j}\right|>\left|K_1\max \{\stackrel{\·}{I_i},\underset{j=1}{\overset{m-1}{\Σ}}\stackrel{\·}{I_j}\}-K_2\min \{\stackrel{\·}{I_i},\underset{j=1}{\overset{m-1}{\Σ}}\stackrel{\·}{I_j}\}\right|$

其中，为所述各端支路中的最大支路电流，m为所述各端支路的数目，为所述各端支路电流的向量和，为所述各端支路中除最大支路电流外的其他任一支路电流，为除最大支路电流外的其他各支路电流的相量和，为和中模长较大的向量，为和中模长较小的向量，K₁和K₂为制动系数；

步骤3，若满足所述多端差动保护判据，则判定为区内故障，差动保护动作；否则差动保护不动作。

进一步地，选取作为基准值，令则所述判别公式简化为：

$\left|1+\stackrel{\·}{\mathrm{\ρ}}\right|>\left|K_1-K_2\stackrel{\·}{\mathrm{\ρ}}\right|$

其中，表示和中模长较大的向量，

令所述判别公式转化为：

$\left\{\begin{array}{c}\left|r\right|-\left|n\right|=\left|g\right|\\ \frac{r}{\sin (\mathrm{\π}-{\mathrm{\φ}}_{sr})}=\frac{1}{sin(\mathrm{\π}-2\mathrm{\φ})}\\ \frac{1}{\sin \mathrm{\φ}}=\frac{\left|g\right|}{\sin (\mathrm{\π}-{\mathrm{\φ}}_{sr}-\mathrm{\φ})}\end{array}\right.$

求解r和n，得到K₁和K₂，其中，g和已知，

进一步地，所述多端差动保护判据还包括判别公式：

$\left|\underset{k=1}{\overset{m}{\Σ}}\stackrel{\·}{I_k}\right|>K\underset{k=1}{\overset{m}{\Σ}}\left|\stackrel{\·}{I_k}\right|$

其中，表示所述各端支路中任一支路电流，K为传统多端差动保护判据制动系数。

进一步地，步骤2中在同步对时环境相对恶劣，对判据的安全性要求较高的应用场景，当同时满足所述两判别公式时，才判断满足多端差动保护判据；在数据源相对可靠，反而对判据灵敏性要求较高的应用场合，只要满足所述两判别公式中的一个，则判断满足多端差动保护判据。

一种基于ρ平面的抗相移多端差动保护装置，包括：

用于对多端输电线路各端支路电流进行采样的单元；

用于判断上述采样电流是否满足多端差动保护判据的单元，所述多端差动保护判据包括判别公式：

$\left|\underset{j=1}{\overset{m}{\Σ}}\stackrel{\·}{I_j}\right|>\left|K_1\max \{\stackrel{\·}{I_i},\underset{j=1}{\overset{m-1}{\Σ}}\stackrel{\·}{I_j}\}-K_2\min \{\stackrel{\·}{I_i},\underset{j=1}{\overset{m-1}{\Σ}}\stackrel{\·}{I_j}\}\right|$

其中，为所述各端支路中的最大支路电流，m为所述各端支路的数目，为所述各端支路电流的向量和，为所述各端支路中除最大支路电流外的其他任一支路电流，为除最大支路电流外的其他各支路电流的相量和，为和中模长较大的向量，为和中模长较小的向量，K₁和K₂为制动系数；

用于若满足所述多端差动保护判据，则判定为区内故障，差动保护动作；否则差动保护不动作的单元。

进一步地，选取作为基准值，令则所述判别公式简化为：

$\left|1+\stackrel{\·}{\mathrm{\ρ}}\right|>\left|K_1-K_2\stackrel{\·}{\mathrm{\ρ}}\right|$

其中，表示和中模长较大的向量，

令所述判别公式转化为：

$\left\{\begin{array}{c}\left|r\right|-\left|n\right|=\left|g\right|\\ \frac{r}{\sin (\mathrm{\π}-{\mathrm{\φ}}_{sr})}=\frac{1}{sin(\mathrm{\π}-2\mathrm{\φ})}\\ \frac{1}{\sin \mathrm{\φ}}=\frac{\left|g\right|}{\sin (\mathrm{\π}-{\mathrm{\φ}}_{sr}-\mathrm{\φ})}\end{array}\right.$

求解r和n，得到K₁和K₂，其中，g和已知，

进一步地，所述多端差动保护判据还包括判别公式：

$\left|\underset{k=1}{\overset{m}{\Σ}}\stackrel{\·}{I_k}\right|>K\underset{k=1}{\overset{m}{\Σ}}\left|\stackrel{\·}{I_k}\right|$

其中，表示所述各端支路中任一支路电流，K为传统多端差动保护判据制动系数。

进一步地，在同步对时环境相对恶劣，对判据的安全性要求较高的应用场景，当同时满足所述两判别公式时，才判断满足多端差动保护判据；在数据源相对可靠，反而对判据灵敏性要求较高的应用场合，只要满足所述两判别公式中的一个，则判断满足多端差动保护判据。

本发明的有益效果是：通过采用两个制动系数K₁和K₂来调整制动区域的形状和面积，在构造的ρ平面上，根据期望的最大相角抑制和区内故障灵敏度对新判据进行整定，有效解决多端线路差动保护对时问题，同时保证了多端输电线路区内故障灵敏度及区外故障抗相移能力。

同时，结合传统的多端比率制动判据，针对不同的应用场景，给出了抗相移多端差动复合判据，通过两种判据的逻辑综合以获得不同的综合特性，以满足对保护的不同需求。

附图说明

图1是T型输电线路拓扑图；

图2是新判据的整定计算示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细的介绍。

本发明提供的一种基于ρ平面的抗相移多端差动保护方法，将传统的单一制动系数，调整为两个制动系数K₁和K₂，以ρ平面内相角抑制和区内故障灵敏度期望最大为依据进行整定，并与传统的多端比率制动判据互补结合，通过两种判据的逻辑综合以获得不同应用场景下的最优保护效果。

下面以T型输电线路拓扑图为例，如图1所示，一种基于ρ平面的抗相移多端差动保护方法的具体步骤如下：

步骤1)，对T型输电线路三端支路电流进行采样，分别为和

步骤2)，选取模长最大的作为参考侧，将电流和相加，记为判断和是否满足多端差动保护判据的判别式(1)：

$\left|{\stackrel{\·}{I}}_m+{\stackrel{\·}{I}}_n\right|>\left|K_{1}max\{{\stackrel{\·}{I}}_m,{\stackrel{\·}{I}}_n\}-K_2\min \{{\stackrel{\·}{I}}_m,{\stackrel{\·}{I}}_n\}\right|---\left(1\right)$

其中，K₁和K₂为制动系数，函数表示选取和中模长较大的向量，函数表示选取和中模长较小的向量。

以和中模长较大的一个作为基准值令则所述多端差动保护判据公式简化为：

$\left|1+\stackrel{\·}{\mathrm{\ρ}}\right|>\left|K_1-K_2\stackrel{\·}{\mathrm{\ρ}}\right|$

此时，电流间的幅相关系可用一个以作为基准值的单位圆来完整表示，如图2所示。

其中，参照图2，求取系数K₁和K₂的方法具体如下：

令上述多端差动保护判据公式转化为：

$\left\{\begin{array}{c}\left|r\right|-\left|n\right|=\left|g\right|\\ \frac{r}{\sin (\mathrm{\π}-{\mathrm{\φ}}_{sr})}=\frac{1}{sin(\mathrm{\π}-2\mathrm{\φ})}\\ \frac{1}{\sin \mathrm{\φ}}=\frac{\left|g\right|}{\sin (\mathrm{\π}-{\mathrm{\φ}}_{sr}-\mathrm{\φ})}\end{array}\right.$

其中，g和已知，求解r和n，得到K₁和K₂。

另外，给定的传统多端模值和制动判据如判别式(2)所示：

$\left|\stackrel{\·}{I_m}+\stackrel{\·}{I_n}+\stackrel{\·}{I_k}\right|>K\left(\right|\stackrel{\·}{I_m}|+|\stackrel{\·}{I_n}|+|\stackrel{\·}{I_k}\left|\right)---\left(2\right)$

其中，K为传统多端差动保护判据制动系数。

判别式(1)可单独使用，也可和判别式(2)组合使用。在组合使用时，当同步对时环境相对恶劣，对判据的安全性要求较高的应用场景，同时满足上述判别式(1)和(2)时，才判断满足多端差动保护判据；当数据源相对可靠，反而对判据灵敏性要求较高的应用场合，只要满足上述判别式(1)和(2)时中的一个，则判断满足多端差动保护判据。

当然，判别式(1)也可采用同样的方式与现有技术中的其他保护判据组合使用，以应对不同的保护场景。

步骤3)，若满足所述多端差动保护判据，则判定为区内故障，差动保护动作；否则差动保护不动作。

一种基于ρ平面的抗相移多端差动保护装置实施例，包括：

用于对多端输电线路各端支路电流进行采样的单元；

用于判断上述采样电流是否满足多端差动保护判据的单元，所述多端差动保护判据包括判别公式：

$\left|\underset{j=1}{\overset{m}{\Σ}}\stackrel{\·}{I_j}\right|>\left|K_1\max \{\stackrel{\·}{I_i},\underset{j=1}{\overset{m-1}{\Σ}}\stackrel{\·}{I_j}\}-K_2\min \{\stackrel{\·}{I_i},\underset{j=1}{\overset{m-1}{\Σ}}\stackrel{\·}{I_j}\}\right|$

其中，为所述各端支路中的最大支路电流，m为所述各端支路的数目，为所述各端支路电流的向量和，为所述各端支路中除最大支路电流外的其他任一支路电流，为除最大支路电流外的其他各支路电流的相量和，为和中模长较大的向量，为和中模长较小的向量，K₁和K₂为制动系数；

用于若满足所述多端差动保护判据，则判定为区内故障，差动保护动作；否则差动保护不动作的单元。

该装置实际上基于上述多端差动保护方法的一种计算机解决方案，即一种软件构架，该软件可以运行于保护设备中。由于对上述多端差动保护方法的介绍已经足够清楚完整，故不再详细进行描述。

以上给出了本发明具体的实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。在本发明给出的思路下，采用对本领域技术人员而言容易想到的方式对上述实施例中的技术手段进行变换、替换或修改，并且起到的作用与本发明中的相应技术手段基本相同、实现的发明目的也基本相同的技术方案均是对上述实施例进行微调形成的，仍落入本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种基于ρ平面的抗相移多端差动保护方法，其特征在于，步骤如下：

步骤1，对多端输电线路各端支路电流进行采样；

步骤2，判断上述采样电流是否满足多端差动保护判据，所述多端差动保护判据包括判别公式：

$\left|\underset{j=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}\stackrel{.}{I_j}\right|>\left|K_1\max \{\stackrel{.}{I_i},\underset{j=1}{\overset{m-1}{\mathrm{\Σ}}}\stackrel{.}{I_j}\}-K_2\min \{\stackrel{.}{I_i},\underset{j=1}{\overset{m-1}{\mathrm{\Σ}}}\stackrel{.}{I_j}\}\right|$

其中，为所述各端支路中的最大支路电流，m为所述各端支路的数目，为所述各端支路电流的向量和，为所述各端支路中除最大支路电流外的其他任一支路电流，为除最大支路电流外的其他各支路电流的相量和，为和中模长较大的向量，为和中模长较小的向量，K₁和K₂为制动系数；

步骤3，若满足所述多端差动保护判据，则判定为区内故障，差动保护动作；否则差动保护不动作。

2.根据权利要求1所述的基于ρ平面的抗相移多端差动保护方法，其特征在于，选取作为基准值，令则所述判别公式简化为：

$\left|1+\stackrel{\·}{\mathrm{\ρ}}\right|>\left|K_1-K_2\stackrel{\·}{\mathrm{\ρ}}\right|$

其中，表示和中模长较大的向量，

令所述判别公式转化为：

$\left\{\begin{array}{c}\left|r\right|-\left|n\right|=\left|g\right|\\ \frac{r}{\sin (\mathrm{\π}-{\mathrm{\φ}}_{sr})}=\frac{1}{sin(\mathrm{\π}-2\mathrm{\φ})}\\ \frac{1}{\sin \mathrm{\φ}}=\frac{\left|g\right|}{\sin (\mathrm{\π}-{\mathrm{\φ}}_{sr}-\mathrm{\φ})}\end{array}\right.$

求解r和n，得到K₁和K₂，其中，g和已知，

3.根据权利要求1所述的基于ρ平面的抗相移多端差动保护方法，其特征在于，所述多端差动保护判据还包括判别公式：

$\left|\underset{k=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}\stackrel{.}{I_k}\right|>K\underset{k=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}\left|\stackrel{.}{I_k}\right|$

其中，表示所述各端支路中任一支路电流，K为传统多端差动保护判据制动系数。

4.根据权利要求3所述的基于ρ平面的抗相移多端差动保护方法，其特征在于，步骤2中在同步对时环境相对恶劣，对判据的安全性要求较高的应用场景，当同时满足所述两判别公式时，才判断满足多端差动保护判据；在数据源相对可靠，反而对判据灵敏性要求较高的应用场合，只要满足所述两判别公式中的一个，则判断满足多端差动保护判据。

5.一种基于ρ平面的抗相移多端差动保护装置，其特征在于，包括：

用于对多端输电线路各端支路电流进行采样的单元；

用于判断上述采样电流是否满足多端差动保护判据的单元，所述多端差动保护判据包括判别公式：

$\left|\underset{j=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}\stackrel{.}{I_j}\right|>\left|K_1\max \{\stackrel{.}{I_i},\underset{j=1}{\overset{m-1}{\mathrm{\Σ}}}\stackrel{.}{I_j}\}-K_2\min \{\stackrel{.}{I_i},\underset{j=1}{\overset{m-1}{\mathrm{\Σ}}}\stackrel{.}{I_j}\}\right|$

其中，为所述各端支路中的最大支路电流，m为所述各端支路的数目，为所述各端支路电流的向量和，为所述各端支路中除最大支路电流外的其他任一支路电流，为除最大支路电流外的其他各支路电流的相量和，为和中模长较大的向量，为和中模长较小的向量，K₁和K₂为制动系数；

用于若满足所述多端差动保护判据，则判定为区内故障，差动保护动作；否则差动保护不动作的单元。

6.根据权利要求5所述的基于ρ平面的抗相移多端差动保护装置，其特征在于，选取作为基准值，令则所述判别公式简化为：

$\left|1+\stackrel{\·}{\mathrm{\ρ}}\right|>\left|K_1-K_2\stackrel{\·}{\mathrm{\ρ}}\right|$

其中，表示和中模长较大的向量，

令所述判别公式转化为：

$\left\{\begin{array}{c}\left|r\right|-\left|n\right|=\left|g\right|\\ \frac{r}{\sin (\mathrm{\π}-{\mathrm{\φ}}_{sr})}=\frac{1}{sin(\mathrm{\π}-2\mathrm{\φ})}\\ \frac{1}{\sin \mathrm{\φ}}=\frac{\left|g\right|}{\sin (\mathrm{\π}-{\mathrm{\φ}}_{sr}-\mathrm{\φ})}\end{array}\right.$

求解r和n，得到K₁和K₂，其中，g和已知，

7.根据权利要求5所述的基于ρ平面的抗相移多端差动保护装置，其特征在于，所述多端差动保护判据还包括判别公式：

$\left|\underset{k=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}\stackrel{.}{I_k}\right|>K\underset{k=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}\left|\stackrel{.}{I_k}\right|$

其中，表示所述各端支路中任一支路电流，K为传统多端差动保护判据制动系数。

8.根据权利要求7所述的基于ρ平面的抗相移多端差动保护装置，其特征在于，在同步对时环境相对恶劣，对判据的安全性要求较高的应用场景，当同时满足所述两判别公式时，才判断满足多端差动保护判据；在数据源相对可靠，反而对判据灵敏性要求较高的应用场合，只要满足所述两判别公式中的一个，则判断满足多端差动保护判据。