CN108199349A - 一种串联变压器阀侧绕组匝间零序差动保护方法和装置 - Google Patents
一种串联变压器阀侧绕组匝间零序差动保护方法和装置 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种串联变压器阀侧绕组匝间零序差动保护方法和装置，先计算零序差动电流启动门槛值和制动系数，然后确定零序差动电流启动判据和阀侧绕组匝间零序差动保护判据，最后判断阀侧绕组匝间零序差动保护是否动作。本发明提供的串联变压器阀侧绕组匝间零序差动保护方法中，阀侧绕组发生小匝间故障时，统一潮流控制器保护不动作的前提下，匝间保护能够准确快速动作，保证阀侧绕组匝间故障快速隔离，避免损坏阀侧绕组，保证串联变压器安全运行。
Description
技术领域
本发明涉及继电保护技术领域，具体涉及一种串联变压器阀侧绕组匝间零序差动保护方法和装置。
背景技术
随着电力系统输电走廊日趋饱和，依靠建设新输电线路来增加输送容量将会越来越困难，大型互联网络提高电网输送功率、降低损耗等需求成为了迫切需要解决的难点问题。统一潮流控制器(Unified Power Flow Controller，UPFC)为迄今为止功能最全面的新一代柔性交流输电设备能分别或同时实现并联补偿、串联补偿、移相和端电压调节等多种基本功能，其在实际工程中的应用具有较为明显的技术优势，应用前景广阔。
串联变压器是UPFC的重要组成部分，其阀侧绕组与换流阀相连，网侧绕组直接串入输电线路，给线路注入幅值和相角均可控的电压矢量，从而实现功率调节功能。串联变压器运行方式的特殊性决定了其结构及特性与传统变压器有很大的不同。
现有技术中为了隔离串联变压器阀侧绕组匝间故障，配置串联变压器的纵联差动保护，当网侧电流与折算至网侧的阀侧电流的相量和大于启动门槛且满足动作特性时，保护立即动作出口，闭合串联变压器网侧、阀侧开关。但当发生小匝间故障时，纵联差动保护拒动，导致纵联差动保护灵敏度不足，串联变压器阀侧绕组匝间故障不能可靠隔离。
发明内容
为了克服上述现有技术中纵联差动保护灵敏度不足导致的串联变压器阀侧绕组匝间故障不能可靠隔离的缺陷，本发明提供一种串联变压器阀侧绕组匝间零序差动保护方法和装置，先计算零序差动电流启动门槛值和制动系数，然后根据零序差动电流启动门槛值确定零序差动电流启动判据，并根据制动系数确定阀侧绕组匝间零序差动保护判据，最后根据零序差动电流启动判据和阀侧绕组匝间零序差动保护判据判断阀侧绕组匝间零序差动保护是否动作，本发明提供的阀侧绕组匝间零序差动保护灵敏度高，串联变压器阀侧绕组小匝间故障能够快速可靠隔离。
为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：
一方面，本发明提供一种串联变压器阀侧绕组匝间零序差动保护方法，所述串联变压器包括阀侧绕组、网侧绕组和平衡绕组；包括：
计算零序差动电流启动门槛值和制动系数；
根据零序差动电流启动门槛值确定零序差动电流启动判据，并根据制动系数确定阀侧绕组匝间零序差动保护判据；
根据零序差动电流启动判据和阀侧绕组匝间零序差动保护判据判断阀侧绕组匝间零序差动保护是否动作。
所述零序差动电流启动门槛值按下式计算：
其中，Iset表示零序差动电流启动门槛值，λ1和λ2表示线性比例系数，λ1＞0，且λ2＞0；表示故障前网侧绕组的纵向电压。
所述制动系数按下式计算：
其中，K1表示制动系数，表示故障后网侧绕组两端电流幅值小者的零序电流，η1和η2表示线性比例系数，η1＞0，且η2＞0。
根据零序差动电流启动门槛值，按下式确定零序差动电流启动判据：
其中，表示串联变压器的零序差动电流，且 表示折算至网侧的平衡绕组的零序电流， 分别表示折算至网侧的平衡绕组的三相电流一次值；表示网侧绕组以及阀侧绕组合为一侧后的零序电流，且 表示网侧绕组的零序电流，且 分别表示网侧绕组的三相电流一次值；表示折算至网侧的阀侧绕组的零序电流，且 分别表示折算至网侧的阀侧绕组的三相电流一次值。
根据制动系数，按下式确定阀侧绕组匝间零序差动保护判据：
其中，K2表示比例系数，且0＜K2＜1；和表示中间量，若 且若且
所述根据零序差动电流启动判据和阀侧绕组匝间零序差动保护判据判断阀侧绕组匝间零序差动保护是否动作，包括：
若串联变压器的零序差动电流不满足零序差动电流启动判据，阀侧绕组匝间零序差动保护不动作；
若串联变压器的零序差动电流同时满足零序差动电流启动判据和阀侧绕组匝间零序差动保护判据，阀侧绕组匝间零序差动保护动作。
另一方面，本发明还提供一种串联变压器阀侧绕组匝间零序差动保护装置，所述串联变压器包括阀侧绕组、网侧绕组和平衡绕组；包括：
计算模块，用于计算零序差动电流启动门槛值和制动系数；
确定模块，用于根据零序差动电流启动门槛值确定零序差动电流启动判据，并根据制动系数确定阀侧绕组匝间零序差动保护判据；
判断模块，用于根据零序差动电流启动判据和阀侧绕组匝间零序差动保护判据判断阀侧绕组匝间零序差动保护是否动作。
所述计算模块包括第一计算单元，所述第一计算单元按下式计算零序差动电流启动门槛值：
其中，Iset表示零序差动电流启动门槛值，λ1和λ2表示线性比例系数，λ1＞0，且λ2＞0；表示故障前网侧绕组的纵向电压。
所述计算模块包括第二计算单元，所述第二计算单元按下式计算制动系数：
其中，K1表示制动系数，表示故障后网侧绕组两端电流幅值小者的零序电流，η1和η2表示线性比例系数，η1＞0，且η2＞0。
所述确定模块包括第一确定单元，所述第一确定单元根据零序差动电流启动门槛值，按下式确定零序差动电流启动判据：
其中，表示串联变压器的零序差动电流，且 表示折算至网侧的平衡绕组的零序电流， 分别表示折算至网侧的平衡绕组的三相电流一次值；表示网侧绕组以及阀侧绕组合为一侧后的零序电流，且 表示网侧绕组的零序电流，且 分别表示网侧绕组的三相电流一次值；表示折算至网侧的阀侧绕组的零序电流，且 分别表示折算至网侧的阀侧绕组的三相电流一次值。
所述确定模块包括第二确定单元，所述第二确定单元根据制动系数，按下式确定阀侧绕组匝间零序差动保护判据：
其中，K2表示比例系数，且0＜K2＜1；和表示中间量，若 且若且
所述判断模块具体用于：
若串联变压器的零序差动电流不满足零序差动电流启动判据，阀侧绕组匝间零序差动保护不动作；
若串联变压器的零序差动电流同时满足零序差动电流启动判据和阀侧绕组匝间零序差动保护判据，阀侧绕组匝间零序差动保护动作。
与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有以下有益效果：
本发明提供的串联变压器阀侧绕组匝间零序差动保护方法中，先计算零序差动电流启动门槛值和制动系数，然后根据零序差动电流启动门槛值确定零序差动电流启动判据，并根据制动系数确定阀侧绕组匝间零序差动保护判据，最后根据零序差动电流启动判据和阀侧绕组匝间零序差动保护判据判断阀侧绕组匝间零序差动保护是否动作，本发明提供的阀侧绕组匝间零序差动保护灵敏度高，串联变压器小匝间故障能够可靠隔离；
本发明提供的串联变压器阀侧绕组匝间零序差动保护装置包括计算模块、确定模块和判断模块，计算模块用于计算零序差动电流启动门槛值和制动系数，确定模块用于根据零序差动电流启动门槛值确定零序差动电流启动判据并根据制动系数确定阀侧绕组匝间零序差动保护判据，判断模块用于根据零序差动电流启动判据和阀侧绕组匝间零序差动保护判据判断阀侧绕组匝间零序差动保护是否动作，本发明提供的阀侧绕组匝间零序差动保护灵敏度高，串联变压器小匝间故障能够可靠隔离；
本发明提供的串联变压器阀侧绕组匝间零序差动保护方法中，阀侧绕组发生小匝间故障时，统一潮流控制器保护不动作的前提下，匝间保护能够准确快速动作，保证阀侧绕组匝间故障快速隔离，避免损坏阀侧绕组，保证串联变压器安全运行。
附图说明
图1是本发明实施例中统一潮流控制器的结构图；
图2是本发明实施例中串联变压器阀侧绕组匝间零序差动保护方法流程图；
图3是本发明实施例中串联变压器阀侧绕组匝间故障零序等值回路示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
本发明实施例提供一种串联变压器阀侧绕组匝间零序差动保护方法，其中串联变压器属于统一潮流控制器的主要组成部分，统一潮流控制器位于线路首端，其具体结构图如图1所示，串联变压器串联接于线路PQ的首端，并联变压器并联接于母线P。TBS表示晶闸管旁路开关，TBS接于串联变压器阀侧绕组之间，用来在紧急工况下快速旁路串联侧换流器。QF1和QF2分别为线路PQ首末端开关，QF3和QF4分别为串联变压器高侧旁路开关和串联变压器低侧旁路开关，QF5和QF6分别为并联侧进线开关和出线开关，Zpq表示线路阻抗。图1中的串联变压器包括阀侧绕组、网侧绕组和平衡绕组，本发明实施例提供的串联变压器阀侧绕组匝间零序差动保护方法具体流程图如图2所示，具体过程如下：
S101：计算零序差动电流启动门槛值和制动系数；
S102：根据S101计算的零序差动电流启动门槛值确定零序差动电流启动判据，并根据制动系数确定阀侧绕组匝间零序差动保护判据；
S103：根据S102确定的零序差动电流启动判据和阀侧绕组匝间零序差动保护判据判断阀侧绕组匝间零序差动保护是否动作。
上述S101中，零序差动电流启动门槛值按下式计算：
其中，Iset表示零序差动电流启动门槛值，λ1和λ2表示线性比例系数，λ1＞0，且λ2＞0；表示故障前网侧绕组的纵向电压。
上述S101中，制动系数按下式计算：
其中，K1表示制动系数，表示故障后网侧绕组两端电流幅值小者的零序电流，η1和η2表示线性比例系数，η1＞0，且η2＞0。
上述S102中，根据零序差动电流启动门槛值，按下式确定零序差动电流启动判据：
其中，表示串联变压器的零序差动电流，且 表示折算至网侧的平衡绕组的零序电流， 分别表示折算至网侧的平衡绕组的三相电流一次值；表示网侧绕组以及阀侧绕组合为一侧后的零序电流，且 表示网侧绕组的零序电流，且 分别表示网侧绕组的三相电流一次值；表示折算至网侧的阀侧绕组的零序电流，且 分别表示折算至网侧的阀侧绕组的三相电流一次值。串联变压器阀侧绕组匝间故障零序等值回路示意图如图3所示，图3中，R表示中性点电阻，且R＝2000欧姆，串联变压器阀侧经R接地，Zline、Zvalve、Zturn分别为串联变压器网侧绕组、阀侧绕组以及平衡绕组的零序阻抗，Zsystem为串联变压器网侧系统的等值零序阻抗。阀侧绕组发生匝间故障f时，串联变压器网侧绕组、阀侧绕组和平衡绕组分别流过零序电流和
上述S102中，根据制动系数，按下式确定阀侧绕组匝间零序差动保护判据：
其中，K2表示比例系数，且0＜K2＜1；和表示中间量，若 且若且
上述S103中，根据零序差动电流启动判据和阀侧绕组匝间零序差动保护判据判断阀侧绕组匝间零序差动保护是否动作，具体过程分为以下两种情况：
1)若串联变压器的零序差动电流不满足零序差动电流启动判据，阀侧绕组匝间零序差动保护不动作；
2)若串联变压器的零序差动电流同时满足零序差动电流启动判据和阀侧绕组匝间零序差动保护判据，阀侧绕组匝间零序差动保护动作。
基于同一发明构思，本发明实施例还提供一种串联变压器阀侧绕组匝间零序差动保护装置，串联变压器包括阀侧绕组、网侧绕组和平衡绕组；本发明实施例提供的串联变压器阀侧绕组匝间零序差动保护装置包括计算模块、确定模块和判断模块，下面分别介绍上述三个模块的具体功能：
其中的计算模块，用于计算零序差动电流启动门槛值和制动系数；
其中的确定模块，用于根据零序差动电流启动门槛值确定零序差动电流启动判据，并根据制动系数确定阀侧绕组匝间零序差动保护判据；
其中的判断模块，用于根据零序差动电流启动判据和阀侧绕组匝间零序差动保护判据判断阀侧绕组匝间零序差动保护是否动作。
上述的计算模块包括第一计算单元，第一计算单元按下式计算零序差动电流启动门槛值：
其中，Iset表示零序差动电流启动门槛值，λ1和λ2表示线性比例系数，λ1＞0，且λ2＞0；表示故障前网侧绕组的纵向电压。
上述的计算模块还包括第二计算单元，第二计算单元按下式计算制动系数：
其中，K1表示制动系数，表示故障后网侧绕组两端电流幅值小者的零序电流，η1和η2表示线性比例系数，η1＞0，且η2＞0。
上述的确定模块包括第一确定单元，第一确定单元根据零序差动电流启动门槛值，按下式确定零序差动电流启动判据：
其中，表示串联变压器的零序差动电流，且 表示折算至网侧的平衡绕组的零序电流， 分别表示折算至网侧的平衡绕组的三相电流一次值；表示网侧绕组以及阀侧绕组合为一侧后的零序电流，且 表示网侧绕组的零序电流，且 分别表示网侧绕组的三相电流一次值；表示折算至网侧的阀侧绕组的零序电流，且 分别表示折算至网侧的阀侧绕组的三相电流一次值。
上述的确定模块还包括第二确定单元，第二确定单元根据制动系数，按下式确定阀侧绕组匝间零序差动保护判据：
其中，K2表示比例系数，且0＜K2＜1；和表示中间量，若 且若且
上述的判断模块根据零序差动电流启动判据和阀侧绕组匝间零序差动保护判据判断阀侧绕组匝间零序差动保护是否动作，具体过程分为以下两种情况：
1)若串联变压器的零序差动电流不满足零序差动电流启动判据，阀侧绕组匝间零序差动保护不动作；
2)若串联变压器的零序差动电流同时满足零序差动电流启动判据和阀侧绕组匝间零序差动保护判据，阀侧绕组匝间零序差动保护动作。
为了描述的方便，以上所述装置的各部分以功能分为各种模块或单元分别描述。当然，在实施本申请时可以把各模块或单元的功能在同一个或多个软件或硬件中实现。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员参照上述实施例依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (12)
1.一种串联变压器阀侧绕组匝间零序差动保护方法，所述串联变压器包括阀侧绕组、网侧绕组和平衡绕组；其特征在于，包括：
计算零序差动电流启动门槛值和制动系数；
根据零序差动电流启动门槛值确定零序差动电流启动判据，并根据制动系数确定阀侧绕组匝间零序差动保护判据；
根据零序差动电流启动判据和阀侧绕组匝间零序差动保护判据判断阀侧绕组匝间零序差动保护是否动作。
2.根据权利要求1所述的串联变压器阀侧绕组匝间零序差动保护方法，其特征在于，所述零序差动电流启动门槛值按下式计算：
其中，Iset表示零序差动电流启动门槛值，λ1和λ2表示线性比例系数，λ1＞0，且λ2＞0；表示故障前网侧绕组的纵向电压。
3.根据权利要求2所述的串联变压器阀侧绕组匝间零序差动保护方法，其特征在于，所述制动系数按下式计算：
其中，K1表示制动系数，表示故障后网侧绕组两端电流幅值小者的零序电流，η1和η2表示线性比例系数，η1＞0，且η2＞0。
4.根据权利要求2所述的串联变压器阀侧绕组匝间零序差动保护方法，其特征在于，根据零序差动电流启动门槛值，按下式确定零序差动电流启动判据：
其中，表示串联变压器的零序差动电流，且 表示折算至网侧的平衡绕组的零序电流， 分别表示折算至网侧的平衡绕组的三相电流一次值；表示网侧绕组以及阀侧绕组合为一侧后的零序电流，且 表示网侧绕组的零序电流，且 分别表示网侧绕组的三相电流一次值；表示折算至网侧的阀侧绕组的零序电流，且 分别表示折算至网侧的阀侧绕组的三相电流一次值。
5.根据权利要求4所述的串联变压器阀侧绕组匝间零序差动保护方法，其特征在于，根据制动系数，按下式确定阀侧绕组匝间零序差动保护判据：
其中，K2表示比例系数，且0＜K2＜1；和表示中间量，若 且若且
6.根据权利要求1所述的串联变压器阀侧绕组匝间零序差动保护方法，其特征在于，所述根据零序差动电流启动判据和阀侧绕组匝间零序差动保护判据判断阀侧绕组匝间零序差动保护是否动作，包括：
若串联变压器的零序差动电流不满足零序差动电流启动判据，阀侧绕组匝间零序差动保护不动作；
若串联变压器的零序差动电流同时满足零序差动电流启动判据和阀侧绕组匝间零序差动保护判据，阀侧绕组匝间零序差动保护动作。
7.一种串联变压器阀侧绕组匝间零序差动保护装置，所述串联变压器包括阀侧绕组、网侧绕组和平衡绕组；其特征在于，包括：
计算模块，用于计算零序差动电流启动门槛值和制动系数；
确定模块，用于根据零序差动电流启动门槛值确定零序差动电流启动判据，并根据制动系数确定阀侧绕组匝间零序差动保护判据；
判断模块，用于根据零序差动电流启动判据和阀侧绕组匝间零序差动保护判据判断阀侧绕组匝间零序差动保护是否动作。
8.根据权利要求7所述的串联变压器阀侧绕组匝间零序差动保护装置，其特征在于，所述计算模块包括第一计算单元，所述第一计算单元按下式计算零序差动电流启动门槛值：
其中，Iset表示零序差动电流启动门槛值，λ1和λ2表示线性比例系数，λ1＞0，且λ2＞0；表示故障前网侧绕组的纵向电压。
9.根据权利要求8所述的串联变压器阀侧绕组匝间零序差动保护装置，其特征在于，所述计算模块包括第二计算单元，所述第二计算单元按下式计算制动系数：
其中，K1表示制动系数，表示故障后网侧绕组两端电流幅值小者的零序电流，η1和η2表示线性比例系数，η1＞0，且η2＞0。
10.根据权利要求9所述的串联变压器阀侧绕组匝间零序差动保护装置，其特征在于，所述确定模块包括第一确定单元，所述第一确定单元根据零序差动电流启动门槛值，按下式确定零序差动电流启动判据：
其中，表示串联变压器的零序差动电流，且 表示折算至网侧的平衡绕组的零序电流， 分别表示折算至网侧的平衡绕组的三相电流一次值；表示网侧绕组以及阀侧绕组合为一侧后的零序电流，且 表示网侧绕组的零序电流，且 分别表示网侧绕组的三相电流一次值；表示折算至网侧的阀侧绕组的零序电流，且 分别表示折算至网侧的阀侧绕组的三相电流一次值。
11.根据权利要求10所述的串联变压器阀侧绕组匝间零序差动保护装置，其特征在于，所述确定模块包括第二确定单元，所述第二确定单元根据制动系数，按下式确定阀侧绕组匝间零序差动保护判据：
其中，K2表示比例系数，且0＜K2＜1；和表示中间量，若 且若且
12.根据权利要求7所述的串联变压器阀侧绕组匝间零序差动保护装置，其特征在于，所述判断模块具体用于：
若串联变压器的零序差动电流不满足零序差动电流启动判据，阀侧绕组匝间零序差动保护不动作；
若串联变压器的零序差动电流同时满足零序差动电流启动判据和阀侧绕组匝间零序差动保护判据，阀侧绕组匝间零序差动保护动作。
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