CN109245058A - 含upfc的输电线路快速距离保护方法与装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及含UPFC的输电线路快速距离保护方法与装置，通过在正常运行时计算UPFC的最大等效阻抗，在系统发生故障时，计算故障补偿电压时采用正常运行时计算的UPFC的最大等效阻抗，可有效防止当保护装置用于近UPFC侧，当发生反方向出口故障时，快速距离保护存在误动的风险；同时还可防止当保护装置用于远UPFC侧，当发生正方向区外金属性故障时，快速距离保护存在超越动作的风险。

Description

含UPFC的输电线路快速距离保护方法与装置
本申请为下述申请的分案申请，原申请的申请日：2016年05月11日，原申请的申请号：201610309848.1，原申请的发明名称：含UPFC的输电线路快速距离保护方法与装置。
技术领域
本发明属于电力系统继电保护技术领域，具体涉及含UPFC的输电线路快速距离保护方法与装置。
背景技术
统一潮流控制器(UPFC)，可以快速灵活的控制线路的潮流，改善电网的潮流分布特性，可最大化电网传输能力；同时还具备阻尼系统振荡，提高电网稳定性；提供紧急功率支援，避免大规模切负荷；优化潮流分布，减少环流，降低网络损耗。UPFC通过向线路注入相角和幅值可控的电压相量，直接改变了线路的首末端电势特征，从而进一步改变了系统中的电势相位及幅值分布，对于整个区域的潮流分布起到调节作用。UPFC在控制线路的潮流分布的同时也导致了输电线路参数的改变，UPFC等效阻抗可能呈现较大的容性，进而导致传统的距离保护误动作。
快速距离保护基于故障量，采用工作电压突变量大于固定门槛作为动作方程，作为故障分量保护，不受负荷状态的影响，具有较强的耐过渡电阻能力。快速距离保护作为快速单端量保护，可以极快的速度切除近端严重故障，以保障电网的安全运行。对含UPFC的输电线路，当安装于近UPFC侧，当发生反方向出口故障时，快速距离保护存在误动的风险；当安装于远UPFC侧，当发生正方向区外金属性故障时，快速距离保护存在超越动作的风险。由于快速距离保护动作速度较快，有可能会在UPFC系统本体保护动作之前动作。目前，业内还没有一种能够适用于含UPFC输电线路的快速距离保护方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种含UPFC的输电线路快速距离保护方法与装置，用于解决现有技术的距离保护用于UPFC线路时的误动和超越动作的问题。
一种含UPFC的输电线路快速距离保护方法，包括如下步骤：
(1)两侧线路保护装置分别独立采集各侧电压量和电流量；
(2)在线路保护启动元件未动作情况下实时计算UPFC的最大等效阻抗
(3)启动元件动作后实时计算电压变化量和补偿电流变化量；
(4)根据电压变化量和补偿电流变化量计算故障补偿电压；计算时采用步骤(2)中的线路保护启动元件动作前的UPFC的最大等效阻抗
(5)当故障补偿电压满足动作判据后经延时动作出口。
进一步的，所述步骤(1)中两侧电压量和电流量采集方法为：对于近UPFC侧电压量取线路侧PT，电流量取线路CT；对于远UPFC侧电压量取线路侧PT或母线侧PT，电流量取线路CT。
进一步的，所述步骤(2)中启动元件的公式为：|iqd[k]|＞1.25|iqd[k-2N]|+0.1In；其中：iqd[k]为各侧任意相电流；N为每周波采样点数；In为CT额定电流值；计算UPFC的最大等效阻抗公式为：其中：UPmax为UPFC系统串联变压器最大输出电压值；为当前电流。
进一步的，所述步骤(3)中，电压变化量计算公式为：其中：为当前电压相量；为两周前电压相量；补偿电流变化量计算公式为：其中：为当前电流相量；为当前零序电流相量；为两周前电流相量；为两周前零序电流相量；所述步骤(4)中故障补偿电压计算公式为：其中：为快速距离保护阻抗整定值；为任意相或相间。
进一步的，所述步骤(5)中动作判据公式为：延时的计算公式为：TP＝(5-α)×20ms；其中：UN为电压额定值；α为可靠系数，其取值范围为0～5；为任意相或相间。
本发明还提供了一种含UPFC的输电线路快速距离保护装置，包括如下模块：
模块(1)，通过两侧线路保护装置分别独立采集各侧电压量和电流量；
模块(2)，用于在线路保护启动元件未动作情况下实时计算UPFC的最大等效阻抗
模块(3)，用于启动元件动作后实时计算电压变化量和补偿电流变化量；
模块(4)，用于根据电压变化量和补偿电流变化量计算故障补偿电压；计算时采用模块(2)中的线路保护启动元件动作前的UPFC的最大等效阻抗
模块(5)，用于当故障补偿电压满足动作判据后经延时动作出口。
进一步的，所述模块(1)中两侧电压量和电流量采集方法为：对于近UPFC侧电压量取线路侧PT，电流量取线路CT；对于远UPFC侧电压量取线路侧PT或母线侧PT，电流量取线路CT。
进一步的，所述模块(2)中启动元件的公式为：|iqd[k]|＞1.25|iqd[k-2N]|+0.1In；其中：iqd[k]为各侧任意相电流；N为每周波采样点数；In为CT额定电流值；计算UPFC的最大等效阻抗公式为：其中：UPmax为UPFC系统串联变压器最大输出电压值；为当前电流。
进一步的，所述模块(3)中，电压变化量计算公式为：其中：为当前电压相量；为两周前电压相量；补偿电流变化量计算公式为：其中：为当前电流相量；为当前零序电流相量；为两周前电流相量；为两周前零序电流相量；所述模块(4)中故障补偿电压计算公式为：其中：为快速距离保护阻抗整定值；为任意相或相间。
进一步的，所述模块(5)中动作判据公式为：延时的计算公式为：TP＝(5-α)×20ms；其中：UN为电压额定值；α为可靠系数，其取值范围为0～5；为任意相或相间。
本发明与现有技术的区别主要在于：在正常运行时计算UPFC的最大等效阻抗并且保存，在系统发生故障，计算故障补偿电压时，不再实时计算UPFC的最大等效阻抗，而采用故障发生之前的计算并且保存的UPFC的最大等效阻抗。这种方式能够有效防止当保护装置用于近UPFC侧，当发生反方向出口故障时，快速距离保护存在误动的风险；同时还可防止当保护装置用于远UPFC侧，当发生正方向区外金属性故障时，快速距离保护存在超越动作的风险。
故障补偿电压满足动作判据后经动态调整的延时动作出口，不仅可有效保证发生严重故障时保护动作的速动性，还可保证弱故障情况下保护的可靠性。
附图说明
图1是含UPFC系统的输电线路示意图；
图2是本发明实施例的工作流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
方法实施例
本发明方法实施例的含UPFC的输电线路快速距离保护方法用于含UPFC系统接入的交流输电线路保护中。含UPFC系统的输电线路如图1所示，快速距离保护工作流程如图2所示，方法包括以下步骤：
(1)两侧线路保护装置分别独立采集各侧电压量和电流量；
两侧电压量和电流量采集方法为：对于近UPFC侧电压量取线路侧PT，电流量取线路CT；对于远UPFC侧电压量可取线路侧PT也可取母线侧PT，电流量取线路CT。
(2)在线路保护启动元件未动作情况下实时计算UPFC的最大等效阻抗启动保护不再计算，采用启动前计算的用于故障计算；
启动元件的公式为：|iqd[k]|＞1.25|iqd[k-2N]|+0.1In；其中：iqd[k]为各侧任意相电流；N为每周波采样点数；In为CT额定电流值。
UPFC的最大等效阻抗计算公式为：其中：UPmax为UPFC系统串联变压器最大输出电压值；为当前电流。
(3)启动元件动作后实时计算电压变化量和补偿电流变化量；
电压变化量计算公式为：其中：为当前电压相量；为两周前电压相量；为任意相或相间。
补偿电流变化量计算公式为：其中：为当前电流相量；为当前零序电流相量；为两周前电流相量；为两周前零序电流相量；为任意相或相间。
(4)根据电压变化量和补偿电流变化量计算故障补偿电压；
故障补偿电压计算公式为：其中：为快速距离保护阻抗整定值；为任意相或相间。
(5)当故障补偿电压满足动作判据后经动态调整的延时动作出口。
动作判据公式为：其中：UN为电压额定值；α为可靠系数，其取值范围为0～5，一般可取0.5；为任意相或相间。
动态调整的延时的计算公式为：TP＝(5-α)×20ms；其中：α为动作判据中的可靠系数。
本实施例中，通过在正常运行时计算UPFC的最大等效阻抗，在系统发生故障时，计算故障补偿电压时采用正常运行时计算的UPFC的最大等效阻抗，可有效防止当保护装置用于近UPFC侧，当发生反方向出口故障时，快速距离保护存在误动的风险；同时还可防止当保护装置用于远UPFC侧，当发生正方向区外金属性故障时，快速距离保护存在超越动作的风险。进一步，故障补偿电压满足动作判据后经动态调整的延时动作出口，不仅可有效保证发生严重故障时保护动作的速动性，还可保证弱故障情况下保护的可靠性。
本发明的主要构思是在正常运行时计算UPFC的最大等效阻抗并且保存，在系统发生故障，计算故障补偿电压时，不再实时计算UPFC的最大等效阻抗，而采用故障发生之前的计算并且保存的UPFC的最大等效阻抗。因此，上面实施例中涉及的启动元件判据、动作判据、延时的计算公式、电压及补偿电流变化量计算公式、故障补偿电压计算公式等等，作为其他实施方式，均可以采用现有技术中的其他具体公式进行替换。
装置实施例
一种含UPFC的输电线路快速距离保护装置，包括如下模块：
模块(1)，通过两侧线路保护装置分别独立采集各侧电压量和电流量；
模块(2)，用于在线路保护启动元件未动作情况下实时计算UPFC的最大等效阻抗
模块(3)，用于启动元件动作后实时计算电压变化量和补偿电流变化量；
模块(4)，用于根据电压变化量和补偿电流变化量计算故障补偿电压；计算时采用模块(2)中的线路保护启动元件动作前的UPFC的最大等效阻抗
模块(5)，用于当故障补偿电压满足动作判据后经延时动作出口。
上述各模块是与方法实施例中各个步骤一一对应的软件功能模块，其构成的装置是一种软件功能构架，以软件代码的形式存储在继电保护装置的存储器中。由于与上述方法实施例中的步骤一一对应，故不再赘述。
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、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，这样形成的技术方案是对上述实施例进行微调形成的，这种技术方案仍落入本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种含UPFC的输电线路快速距离保护方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)两侧线路保护装置分别独立采集各侧电压量和电流量；
(2)在线路保护启动元件未动作情况下实时计算UPFC的最大等效阻抗
(3)启动元件动作后实时计算电压变化量和补偿电流变化量；
(4)根据电压变化量和补偿电流变化量计算故障补偿电压；计算时采用步骤(2)中的线路保护启动元件动作前的UPFC的最大等效阻抗
(5)当故障补偿电压满足动作判据后经延时动作出口。
2.根据权利要求1所述的含UPFC的输电线路快速距离保护方法，其特征在于，所述步骤(1)中两侧电压量和电流量采集方法为：对于近UPFC侧电压量取线路侧PT，电流量取线路CT；对于远UPFC侧电压量取线路侧PT或母线侧PT，电流量取线路CT。
3.根据权利要求1或2所述的含UPFC的输电线路快速距离保护方法，其特征在于，所述步骤(2)中启动元件的公式为：|iqd[k]|＞1.25|iqd[k-2N]|+0.1In；其中：iqd[k]为各侧任意相电流；N为每周波采样点数；In为CT额定电流值；计算UPFC的最大等效阻抗公式为：其中：UPmax为UPFC系统串联变压器最大输出电压值；为当前电流。
4.根据权利要求3所述的含UPFC的输电线路快速距离保护方法，其特征在于，所述步骤(5)中动作判据公式为：延时的计算公式为：TP＝(5-α)×20ms；其中：UN为电压额定值；α为可靠系数，其取值范围为0～5；为任意相或相间。
5.一种含UPFC的输电线路快速距离保护装置，其特征在于，包括如下模块：
模块(1)，通过两侧线路保护装置分别独立采集各侧电压量和电流量；
模块(2)，用于在线路保护启动元件未动作情况下实时计算UPFC的最大等效阻抗
模块(3)，用于启动元件动作后实时计算电压变化量和补偿电流变化量；
模块(4)，用于根据电压变化量和补偿电流变化量计算故障补偿电压；计算时采用模块(2)中的线路保护启动元件动作前的UPFC的最大等效阻抗
模块(5)，用于当故障补偿电压满足动作判据后经延时动作出口。
6.根据权利要求5所述的含UPFC的输电线路快速距离保护装置，其特征在于，所述模块(1)中两侧电压量和电流量采集方法为：对于近UPFC侧电压量取线路侧PT，电流量取线路CT；对于远UPFC侧电压量取线路侧PT或母线侧PT，电流量取线路CT。
7.根据权利要求5或6所述的含UPFC的输电线路快速距离保护装置，其特征在于，所述模块(2)中启动元件的公式为：|iqd[k]|＞1.25|iqd[k-2N]|+0.1In；其中：iqd[k]为各侧任意相电流；N为每周波采样点数；In为CT额定电流值；计算UPFC的最大等效阻抗公式为：其中：UPmax为UPFC系统串联变压器最大输出电压值；为当前电流。
8.根据权利要求7所述的含UPFC的输电线路快速距离保护装置，其特征在于，所述模块(5)中动作判据公式为：延时的计算公式为：TP＝(5-α)×20ms；其中：UN为电压额定值；α为可靠系数，其取值范围为0～5；为任意相或相间。
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