CN107276049B - 应对超导限流器接入的自适应电流速断保护方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及应对超导限流器接入的自适应电流速断保护方法及系统,该方法包括:实时采集待检测电路故障前后的电压和电流值,根据所述待检测电路故障前后的电压和电流值,计算所述待检测电路故障时的附加阻抗,根据所述附加阻抗、待检测电路的整定阻抗、超导限流器的内阻和工频突变量电流计算得到待检测电路故障后的故障电路瞬时电压,当所述故障电路瞬时电压大于或等于所述待检测电路故障前电压值与继电器的可靠系数的乘积时,向继电器发送保护动作指令。本发明实现了在电路中增加超导限流器后,采取新的自适应电流速断保护方法实现在电路发生故障时,通过继电器切断电路进而保护电路中其他器件的功能。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统继电保护领域,特别涉及一种应对超导限流器接入的自适应电流速断保护方法及系统。
背景技术
近年来,随着高压、特高压电网的发展和电力系统规模的扩大,短路电流超标现象越来越严重,给电力系统的安全、稳定运行带来很大的挑战。同时,随着超导技术的日益成熟,超导故障限流器具备结构简单,集检测、转换、限流功能于一身,阻抗上升速度快、阻抗特性平稳是一种最为理想的限流设备,受到世界各国的广泛关注。
超导限流器的挂网运行,同时也给传统的继电保护带来了挑战,尤其对继电器、距离保护的正确动作带来影响。工频突变量保护采用故障前、后的工频突变电压、电流整定工作电压,采用额定电压或者故障前的负荷电压作为制动电压,不必进行阻抗计算,因此具备非常高的速动性,同时又具备阻抗圆的方向性、没有死区、不反应振荡、抗过渡电阻能力强等优点,从而得到广泛的应用。然而,以电阻型超导限流器为代表的故障限流设备的投入,势必改变线路参数,对基于故障前、后电压、电流工频突变量的保护带来新的挑战。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种应对超导限流器接入的自适应电流速断保护方法及系统,解决安装有超导限流等阻抗可测的故障限流设备的电力系统,工频突变量保护不适应的问题;设计一种新的满足速动性、选择性的自适应电流速断保护方法。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下:一种应对超导限流器接入的自适应电流速断保护方法,包括以下步骤:
S1、实时采集待检测电路故障前后的电压和电流值,并进行记录;
S2、根据所述待检测电路故障前后的电压和电流值,计算所述待检测电路故障时的附加阻抗;
S3、根据所述附加阻抗、待检测电路的整定阻抗、超导限流器的内阻和工频突变量电流计算得到待检测电路故障后的故障电路瞬时电压;
S4、当所述故障电路瞬时电压大于或等于所述待检测电路故障前电压值与继电器的可靠系数的乘积时,向继电器发送保护动作指令。
本发明的有益效果是:本发明实现了在电路中增加超导限流器后,采取新的自适应电流速断保护方法实现在电路发生故障时,通过继电器切断电路进而保护电路中其他器件的功能。
在上述技术方案的基础上,本发明还可以做如下改进。
进一步,S2中根据所述待检测电路故障前后的电压和电流值计算出所述待检测电路故障时的附加阻抗,具体包括:
当所述待检测电路正向区内故障时,待检测电路的附加阻抗即为送电端电源内部等效阻抗;
当所述待检测电路反向区外故障时,根据以下公式计算所述待检测电路故障时的附加阻抗:
其中,ikm、ukm分别为所述继电器安装处故障后实时测量的电流瞬时值、电压瞬时值;i|0|、u|0|分别为所述待检测电路故障前记录的正常运行的电流瞬时值、电压瞬时值;Δi*、Δu*分别为所述待检测电路故障后的工频突变电流、电压的瞬时值;分别为所述待检测电路故障后的工频突变量电流、电压的相量值;ZΔ*为所述待检测电路的附加阻抗。
采用上述进一步方案的有益效果是:通过分析待检测电路的故障的区域,根据电路情况的变化得到待检测电路正向区内故障和反向区外故障时的附加阻抗。
进一步,S3中根据所述附加阻抗、待检测电路的整定阻抗、超导限流器的内阻和工频突变量电流计算得到待检测电路故障后的故障电路瞬时电压,具体包括根据以下公式计算:
其中,为所述故障电路瞬时电压;为所述待检测电路故障后的工频突变量电流;ZΔ*为所述待检测电路的附加阻抗;Zset为待检测电路的整定阻抗;Rfc为电阻型超导限流器的内阻。
采用上述进一步方案的有益效果是:通过附加阻抗、待检测电路的整定阻抗、超导限流器的内阻和工频突变量电流计算出待检测电路发生故障时,故障电路的瞬时电压,通过所述瞬时电压与待检测电路故障前的电路电压值的大小比较,确定如何控制继电器进行断路保护。
进一步,S4中当所述故障电路瞬时电压大于或等于所述待检测电路故障前电压值乘以继电器的可靠系数时,向继电器发送动作指令,具体包括:
当故障电路瞬时电压满足满足时,向继电器发送动作指令;
其中,为所述故障电路瞬时电压;为所述待检测电路故障后的工频突变量电流;ZΔ*为所述待检测电路的附加阻抗;Zset为待检测电路的整定阻抗;Rfc为电阻型超导限流器的内阻;krel为继电器的继电器的可靠系数;UN为所述待检测电路故障前故障点的电压;
可以进一步改写为:
其中,为所述继电器安装处故障后实时测量的电流的相量值,为所述待检测电路故障后超导限流器启动,保护安装位置负荷电流的相量值;
进一步,可以改写为:
即当满足时,向继电器发送动作指令。
采用上述进一步方案的有益效果是:通过对初始的继电器动作判断公式进行化简,并对待检测电路中无法进行准确计算的值进行剔除,实现了通过数据大小比较来选取合适的控制点来控制继电器断开断保护电路。
本发明还提供了实现上述方法的一种应对超导限流器接入的自适应电流速断保护系统,包括:电压采集装置、电流采集装置、数据处理器和继电器;所述数据处理器包括存储器和控制器;
所述电压采集装置,用于实时采集待检测电路故障前后的电压值,并发送到数据处理器,通过存储器进行记录;
所述电流采集装置,用于实时采集待检测电路故障前后的电流值,并发送到数据处理器,通过存储器进行记录;
所述数据处理器,用于根据所述待检测电路故障前后的电压和电流值计算出所述待检测电路故障时的附加阻抗,并根据所述附加阻抗、待检测电路的整定阻抗、超导限流器的内阻和工频突变量电流计算得到待检测电路故障后的故障电路瞬时电压;
所述数据处理器,还用于对所述故障电路瞬时电压与所述待检测电路故障前电压值乘以继电器的可靠系数进行大小比较;当所述故障电路瞬时电压大于或等于所述待检测电路故障前电压值乘以继电器的可靠系数时,通过所述控制器向所述继电器发送动作指令;
所述继电器,用于接收所述动作指令,并根据所述动作指令进行动作。
进一步,所述数据处理器,具体用于,
当所述待检测电路正向区内故障时,待检测电路的附加阻抗即为送电端电源内部等效阻抗;
当所述待检测电路反向区外故障时,根据以下公式计算所述待检测电路故障时的附加阻抗:
其中,ikm、ukm分别为所述继电器安装处故障后实时测量的电流、电压瞬时值;i|0|、u|0|分别为所述待检测电路故障前记录的正常运行的电流、电压瞬时值;Δi*、Δu*分别为所述待检测电路故障后的工频突变电流、电压的瞬时值;分别为所述待检测电路故障后的工频突变量电流、电压的相量值;ZΔ*为所述待检测电路的附加阻抗。
进一步,所述数据处理器,具体用于,根据所述附加阻抗、待检测电路的整定阻抗、超导限流器的内阻和工频突变量电流计算得到待检测电路故障后的故障电路瞬时电压,根据以下公式计算:
其中,为所述故障电路瞬时电压;为所述待检测电路故障后的工频突变量电流;ZΔ*为所述待检测电路的附加阻抗;Zset为待检测电路的整定阻抗;Rfc为电阻型超导限流器的内阻。
进一步,所述数据处理器,具体用于对所述故障电路瞬时电压与所述待检测电路故障前电压值乘以继电器的可靠系数进行大小比较;
当故障电路瞬时电压满足满足时,通过所述控制器向所述继电器发送动作指令;
其中,为所述故障电路瞬时电压;为所述待检测电路故障后的工频突变量电流;ZΔ*为所述待检测电路的附加阻抗;Zset为待检测电路的整定阻抗;Rfc为电阻型超导限流器的内阻;krel为继电器的继电器的可靠系数;UN为所述待检测电路故障前电压值;
可以进一步改写为:
其中,为所述继电器安装处故障后实时测量的电流的相量值,为所述待检测电路故障后超导限流器启动,阻继电器安装位置负荷电流的相量值;
进一步,可以改写为:
即当满足时,通过所述控制器向所述继电器发送动作指令。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种应对超导限流器接入的自适应电流速断保护方法流程示意图;
图2为本发明实施例提供的一种应对超导限流器接入的自适应电流速断保护系统结构示意图;
图3为本发明实施例提供的一种应对超导限流器接入的自适应电流速断保护系统中典型双端供电模型示意图;
图4为本发明实施例提供的一种应对超导限流器接入的自适应电流速断保护系统中故障前电路状态示意图;
图5为本发明实施例提供的一种应对超导限流器接入的自适应电流速断保护系统中电路发生故障后超导限流器启动后的电力系统模型图;
图6为本发明实施例提供的一种应对超导限流器接入的自适应电流速断保护系统中电路发生故障后超导限流器启动后故障分量电路模型示意图;
图7为本发明实施例提供的一种应对超导限流器接入的自适应电流速断保护系统中正向区内故障时超导限流器启动后电位图;
图8为本发明实施例提供的一种应对超导限流器接入的自适应电流速断保护系统中反向区外故障时超导限流器启动后电位图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述,所举实例只用于解释本发明,并非用于限定本发明的范围。
如图1所示,一种应对超导限流器接入的自适应电流速断保护方法,包括以下步骤:
S1、实时采集待检测电路故障前后的电压和电流值,并进行记录;
S2、根据待检测电路故障前后的电压和电流值,计算待检测电路故障时的附加阻抗;
S3、根据附加阻抗、待检测电路的整定阻抗、超导限流器的内阻和工频突变量电流计算得到待检测电路故障后的故障电路瞬时电压;
S4、当所述故障电路瞬时电压大于或等于待检测电路故障前电压值与继电器的可靠系数的乘积时,向继电器发送保护动作指令。
上述实施例中,通过电流和电压采集装置实时采集待检测电路故障前后的电压和电流值,并根据待检测故障前后的电压和电流值计算出待检测电路故障时的附加阻抗,基于附加阻抗推导出自适应电流速断保护方法的继电器工作判断公式,根据附加阻抗、待检测电路的整定阻抗、超导限流器的内阻和工频突变量电流计算得到待检测电路故障后的故障电路瞬时电压,当故障电路瞬时电压大于或等于待检测电路故障前电压值乘以继电器的可靠系数时,向继电器发送动作指令,使继电器断开已以保护电路不受故障的影响。
继电器的可靠系数,为了你整定的保护定值能可靠的躲过你计算出来的短路电流,而选取的一个系数,一般会在1.1-1.3之间,需要你权衡是尽量不让保护误动还是不让它拒动而进行一定的取值。
如图2所示,本发明还提供了实现上述方法的一种应对超导限流器接入的自适应电流速断保护系统,包括:电压采集装置、电流采集装置、数据处理器和继电器;数据处理器包括存储器和控制器;
电压采集装置,用于实时采集待检测电路故障前后的电压值,并发送到数据处理器,通过存储器进行记录;
电流采集装置,用于实时采集待检测电路故障前后的电流值,并发送到数据处理器,通过存储器进行记录;
数据处理器,用于根据待检测电路故障前后的电压和电流值计算出待检测电路故障时的附加阻抗,并根据附加阻抗、待检测电路的整定阻抗、超导限流器的内阻和工频突变量电流计算得到待检测电路故障后的故障电路瞬时电压;
数据处理器,还用于对故障电路瞬时电压与待检测电路故障前电压值乘以继电器的可靠系数进行大小比较;当故障电路瞬时电压大于或等于待检测电路故障前电压值乘以继电器的可靠系数时,通过控制器向继电器发送动作指令;
继电器,用于接收动作指令,并根据动作指令进行动作。
如图3所示典型双端供电模型,送电端电压为230kV,受电端电压为220kV。双侧电源阻抗为r=0.01Ω,x=5.84Ω,220kV线路LAB=100km,LBC=80km,A-B段为电路区内,B-C段为电路区外,线路参数为r=0.08Ω/km,x=0.417Ω/km。故障前电路系统模型如图4所示,为负荷电压、电流。故障发生后,超导限流器启动。电力系统模型如图5所示,通过继电保护安装处的测量装置实时测量的电压、电流。如图6所示,电路发生故障后超导限流器启动后故障分量电路模型示意图,对比图4-6,超导限流器启动后,电路模型明显不一样,的差值中不仅包含故障分量,还保护限流阻抗的影响。如果继续采用 的差值进行工频突变量保护,如图7所示,电路正向区内故障时,实际的故障电路瞬时电压的值计算出来后,对比图7,继电器的动作范围显著缩小,如图7中阴影部分。如图8所示,电路反向区外故障时,实际的故障电路瞬时电压的值计算出来后,区外故障的选择性提高,保护范围缩短到30%。故超导限流器启动后,基于故障前负荷电压、电流的工频突变量保护范围缩短到30%,设ZR为保护安装位置到受电端的所有阻抗之和。
优选的,数据处理器,具体用于,
当待检测电路正向区内故障时,待检测电路的附加阻抗即为送电端电源内部等效阻抗;
当待检测电路反向区外故障时,根据以下公式计算所述待检测电路故障时的附加阻抗:
其中,ikm、ukm分别为继电器安装处故障后实时测量的电流瞬时值、电压瞬时值;i|0|、u|0|分别为待检测电路故障前记录的正常运行的电流瞬时值、电压瞬时值;Δi*、Δu*分别为待检测电路故障后的工频突变电流、电压的瞬时值;分别为待检测电路故障后的工频突变量电流、电压的相量值;ZΔ*为待检测电路的附加阻抗。
优选的,数据处理器,具体用于,根据附加阻抗、待检测电路的整定阻抗、超导限流器的内阻和工频突变量电流计算得到待检测电路故障后的故障电路瞬时电压,根据以下公式计算:
其中,为故障电路瞬时电压;为待检测电路故障后的工频突变量电流;ZΔ*为待检测电路的附加阻抗;Zset为待检测电路的整定阻抗;Rfc为电阻型超导限流器的内阻。
优选的,数据处理器,具体用于对故障电路瞬时电压与待检测电路故障前电压值乘以继电器的可靠系数进行大小比较;
当故障电路瞬时电压满足满足时,通过控制器向继电器发送动作指令;
其中,为故障电路瞬时电压;为待检测电路故障后的工频突变量电流;ZΔ*为待检测电路的附加阻抗;Zset为待检测电路的整定阻抗;Rfc为电阻型超导限流器的内阻;krel为继电器的继电器的可靠系数;UN为待检测电路故障前电压值;
可以进一步改写为:
其中,为继电器安装处故障后实时测量的电流的相量值,为待检测电路故障后超导限流器启动,继电器安装位置负荷电流的相量值;进一步,可以改写为:
即当满足时,通过控制器向继电器发送动作指令。
故障前,保护安装位置测量的正常运行电流:测量电压:故障后电阻型超导限流器启动,继电器安装位置实际的不可测的负荷电流:负荷电压:
其中,别为送电端系统、受电端系统电压。Zs1、Zs2分别为送电端系统、受电端系统的内部等效阻抗。ZL为保护线路的阻抗。Rfcl为超导限流器的限流阻抗。分别为故障前保护安装处测量的负荷电流、电压。 分别为限流设备启动后,实际的负荷电流、电压分量。
因此,在为待检测电路故障后超导限流器启动,继电器安装位置负荷电流的相量值;在增加电阻型超导限流器的电路中,为待检测电路故障后超导限流器启动,继电器安装位置负荷电流的相量值为不可测的负荷电流,故中,将删除,得到即当满足时,通过控制器向继电器发送动作指令。
以上所述仅为本发明的较佳实施例,分并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种应对超导限流器接入的自适应电流速断保护方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1、实时采集待检测电路故障前后的电压和电流值,并进行记录;
S2、根据所述待检测电路故障前后的电压和电流值,计算所述待检测电路故障时的附加阻抗;
S3、根据所述附加阻抗、待检测电路的整定阻抗、超导限流器的内阻和工频突变量电流计算得到待检测电路故障后的故障电路瞬时电压;
S4、当所述故障电路瞬时电压大于或等于所述待检测电路故障前电压值与继电器的可靠系数的乘积时,向继电器发送保护动作指令。
2.根据权利要求1所述的一种应对超导限流器接入的自适应电流速断保护方法,其特征在于,S2中根据所述待检测电路故障前后的电压和电流值计算出所述待检测电路故障时的附加阻抗,具体包括:
当所述待检测电路正向区内故障时,待检测电路的附加阻抗即为送电端电源内部等效阻抗;
当所述待检测电路反向区外故障时,根据以下公式计算所述待检测电路故障时的附加阻抗:
其中,ikm、ukm分别为所述继电器安装处故障后实时测量的电流瞬时值、电压瞬时值;i|0|、u|0|分别为所述待检测电路故障前记录的正常运行的电流瞬时值、电压瞬时值;Δi*、Δu*分别为所述待检测电路故障后的工频突变电流、电压的瞬时值;分别为所述待检测电路故障后的工频突变量电流、电压的相量值;ZΔ*为所述待检测电路的附加阻抗。
3.根据权利要求1所述的一种应对超导限流器接入的自适应电流速断保护方法,其特征在于,S3中根据所述附加阻抗、待检测电路的整定阻抗、超导限流器的内阻和工频突变量电流计算得到待检测电路故障后的故障电路瞬时电压,具体包括根据以下公式计算:
其中,为所述故障电路瞬时电压;为所述待检测电路故障后的工频突变量电流;ZΔ*为所述待检测电路的附加阻抗;Zset为待检测电路的整定阻抗;Rfc为电阻型超导限流器的内阻。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的一种应对超导限流器接入的自适应电流速断保护方法,其特征在于,S4中当所述故障电路瞬时电压大于或等于所述待检测电路故障前电压值乘以继电器的可靠系数时,向继电器发送动作指令,具体包括:
当故障电路瞬时电压满足时,向继电器发送动作指令;
其中,为所述故障电路瞬时电压;为所述待检测电路故障后的工频突变量电流;ZΔ*为所述待检测电路的附加阻抗;Zset为待检测电路的整定阻抗;Rfc为电阻型超导限流器的内阻;krel为继电器的可靠系数;UN为所述待检测电路故障前故障点的电压;
进一步改写为:
其中,为所述继电器安装处故障后实时测量的电流的相量值,为所述待检测电路故障后超导限流器启动,保护安装位置负荷电流的相量值;
进一步,改写为:
即当满足时,向继电器发送动作指令。
5.一种应对超导限流器接入的自适应电流速断保护系统,其特征在于,包括:电压采集装置、电流采集装置、数据处理器和继电器;所述数据处理器包括存储器和控制器;
所述电压采集装置,用于实时采集待检测电路故障前后的电压值,并发送到数据处理器,通过存储器进行记录;
所述电流采集装置,用于实时采集待检测电路故障前后的电流值,并发送到数据处理器,通过存储器进行记录;
所述数据处理器,用于根据所述待检测电路故障前后的电压和电流值,计算所述待检测电路故障时的附加阻抗,并根据所述附加阻抗、待检测电路的整定阻抗、超导限流器的内阻和工频突变量电流计算得到待检测电路故障后的故障电路瞬时电压;
所述数据处理器,还用于对所述故障电路瞬时电压与所述待检测电路故障前电压值乘以继电器的可靠系数进行大小比较;当所述故障电路瞬时电压大于或等于所述待检测电路故障前电压值与继电器的可靠系数的乘积时,向继电器发送保护动作指令;
所述继电器,用于接收所述动作指令,并根据所述动作指令进行动作。
6.根据权利要求5所述的一种应对超导限流器接入的自适应电流速断保护系统,其特征在于,所述数据处理器,具体用于,
当所述待检测电路正向区内故障时,待检测电路的附加阻抗即为送电端电源内部等效阻抗;
当所述待检测电路反向区外故障时,根据以下公式计算所述待检测电路故障时的附加阻抗:
其中,ikm、ukm分别为所述继电器安装处故障后实时测量的电流瞬时值、电压瞬时值;i|0|、u|0|分别为所述待检测电路故障前记录的正常运行的电流瞬时值、电压瞬时值;Δi*、Δu*分别为所述待检测电路故障后的工频突变电流、电压的瞬时值;分别为所述待检测电路故障后的工频突变量电流、电压的相量值;ZΔ*为所述待检测电路的附加阻抗。
7.根据权利要求5所述的一种应对超导限流器接入的自适应电流速断保护系统,其特征在于,所述数据处理器,具体用于,根据所述附加阻抗、待检测电路的整定阻抗、超导限流器的内阻和工频突变量电流计算得到待检测电路故障后的故障电路瞬时电压,根据以下公式计算:
其中,为所述故障电路瞬时电压;为所述待检测电路故障后的工频突变量电流;ZΔ*为所述待检测电路的附加阻抗;Zset为待检测电路的整定阻抗;Rfc为电阻型超导限流器的内阻。
8.根据权利要求5-7中任一项所述的一种应对超导限流器接入的自适应电流速断保护系统,其特征在于,所述数据处理器,具体用于对所述故障电路瞬时电压与所述待检测电路故障前电压值乘以继电器的可靠系数进行大小比较;
当故障电路瞬时电压满足满足时,通过所述控制器向所述继电器发送动作指令;
其中,为所述故障电路瞬时电压;为所述待检测电路故障后的工频突变量电流;ZΔ*为所述待检测电路的附加阻抗;Zset为待检测电路的整定阻抗;Rfc为电阻型超导限流器的内阻;krel为继电器的可靠系数;UN为所述待检测电路故障前电压值;
进一步改写为:
其中,为所述继电器安装处故障后实时测量的电流的相量值,为所述待检测电路故障后超导限流器启动,阻继电器安装位置负荷电流的相量值;
进一步,改写为:
即当满足时,通过所述控制器向所述继电器发送动作指令。
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