CN110726955A - 一种电力系统振荡与短路故障识别方法 - Google Patents

一种电力系统振荡与短路故障识别方法 Download PDF

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CN110726955A CN201911079687.1A CN201911079687A CN110726955A CN 110726955 A CN110726955 A CN 110726955A CN 201911079687 A CN201911079687 A CN 201911079687A CN 110726955 A CN110726955 A CN 110726955A
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Abstract

本发明公开一种电力系统振荡与短路故障识别方法，涉及电力系统领域，包括：首先，获取电力系统的第一发电机组的第一电势以及第二发电机组的第二电势，采集被保护线路第一端部的第一电压以及线路电流，采集被保护线路第二端部的第二电压；然后，根据第一电势、第二电势、第一电压以及线路电流，求解第一电势与第二电势之间的系统功角；然后，根据第一电势、第二电势、系统功角，设定短路判断阈值电流；最后，根据线路电流幅值与短路判断阈值电流的大小关系，判断电力系统是否处于振荡模式。本发明根据不同的系统功角设定可变的短路判断阈值电流，避免系统振荡电流较大而被误认为是短路电流较大，提高短路电流判断的准确性，提高电力系统状态判断的准确性。

Description

一种电力系统振荡与短路故障识别方法
技术领域
本发明涉及电力系统领域，特别涉及一种电力系统振荡与短路故障识别方法。
背景技术
电力系统是由发电厂、送变电线路、供配电所和用电等环节组成的电能生产与消费系统。它的功能是将自然界的一次能源通过发电动力装置转化成电能，再经输电、变电和配电将电能供应到各用户。为实现这一功能，电力系统在各个环节和不同层次还具有相应的信息与控制系统，对电能的生产过程进行测量、调节、控制、保护、通信和调度，以保证用户获得安全、优质的电能。
在本领域中，电力系统的振荡常常被误判断为三相短路而使得电力系统跳闸。目前,为了解决距离保护易受电力系统振荡影响而误动的问题,所广泛采用的振荡闭锁及振荡中再故障的识别方法均具有一定的局限性。现有方法大部分基于保护安装处的本地信息,对于电力系统振荡和再故障的有效信息利用不足,难以在短时间内将三相短路和振荡区分开来。
此外，现有技术还存在计算求解复杂，识别时间较长而造成三相短路判断不及时而使得跳闸保护的执行速度不快，对电力系统具有一定的破坏性。
发明内容
有鉴于现有技术存在的一部分缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种电力系统振荡与短路故障识别方法，旨在提高振荡识别速度以及提高电力系统状态判断的准确性。
为实现上述目的，本发明提供一种电力系统振荡与短路故障识别方法，包括：
步骤S1、获取电力系统的送电端的第一发电机组的第一电势
Figure BDA0002263556040000021
获取所述电力系统的受电端的第二发电机组的第二电势其中，所述
Figure BDA0002263556040000024
为所述第一电势
Figure BDA0002263556040000025
的幅值，所述
Figure BDA0002263556040000026
为所述第一电势
Figure BDA0002263556040000027
的幅值；
步骤S2、采集所述电力系统的所述第一发电机组与所述第二发电机组之间的被保护线路靠近所述第一发电机组的第一端部的所测量的第一电压
Figure BDA0002263556040000028
以及线路电流
Figure BDA0002263556040000029
采集所述被保护线路靠近所述第二发电机组的第二端部所测量的第二电压
Figure BDA00022635560400000210
步骤S3、根据所述第一电势
Figure BDA00022635560400000211
所述第二电势
Figure BDA00022635560400000212
所述第一电压
Figure BDA00022635560400000213
以及所述线路电流求解所述第一电势与所述第二电势
Figure BDA00022635560400000216
之间的系统功角δ；所述系统功角
Figure BDA00022635560400000217
所述
Figure BDA00022635560400000218
为所述第一电压
Figure BDA00022635560400000219
的幅值，所述
Figure BDA00022635560400000220
为所述第一电压与所述线路电流
Figure BDA00022635560400000222
之间的相角差，所述
Figure BDA00022635560400000223
为所述被保护线路的阻抗角；
步骤S4、根据所述第一电势
Figure BDA00022635560400000224
所述第二电势系统功角δ，设定短路判断阈值电流ITH；其中，所述
Figure BDA0002263556040000031
所述β为预设系数，所述β>0，所述
Figure BDA0002263556040000032
步骤S5、判断所述线路电流
Figure BDA0002263556040000033
的线路电流幅值
Figure BDA0002263556040000034
与所述短路判断阈值电流ITH的大小关系；若所述线路电流幅值小于所述短路判断阈值电流ITH，则判断所述电路系统处于振荡模式；若所述线路电流幅值
Figure BDA0002263556040000036
大于或等于所述短路判断阈值电流ITH，则判断所述电力系统处于三相短路模式，执行电路跳闸操作。
在该技术方案中，通过公式
Figure BDA0002263556040000037
求解系统功角，求解速度快，提高振荡识别速度，并且通过设定短路判断阈值电流ITH，根据不同的第一电势
Figure BDA0002263556040000038
第二电势
Figure BDA0002263556040000039
系统功角δ得到相应的短路判断阈值电流ITH，使得当系统功角δ趋近于180°时，短路判断阈值电流ITH的数值越大而避免电力系统振荡电流在此时较大而被误认为是短路电流较大，采用可变的短路判断阈值电流ITH提高短路电流判断的准确性，提高电力系统状态判断的准确性。
在一具体实施方式中，所述步骤S3，还包括：
根据所述第一电压
Figure BDA00022635560400000310
与所述线路电流
Figure BDA00022635560400000311
获得所述第一电压
Figure BDA00022635560400000312
与所述线路电流
Figure BDA00022635560400000313
之间的相角差
Figure BDA00022635560400000314
在一具体实施方式中，所述方法还包括：
步骤S6、在一次振荡识别操作中，判断所述电力系统处于三相短路模式且执行电路跳闸操作之后，经人工排查而判断该次振荡识别操作的所述电路系统处于所述振荡模式，调整所述预设系数β。
在该技术方案中，通过后续的人工排查进行反馈，调整预设系数，提高系统的识别准确性。
在一具体实施方式中，在所述步骤S6中，所述调整所述预设系数β为：增大所述预设系数β。
在一具体实施方式中，在所述步骤S2中，所述第一端部的所测量的所述第一电压
Figure BDA0002263556040000041
所述线路电流以及所述第二端部所测量的所述第二电压
Figure BDA0002263556040000043
由同步相量测量装置测量获得的。
在一具体实施方式中，所述第一发电机组至少包括一个第一发电机；所述第二发电机组至少包括一个第二发电机。
在一具体实施方式中，所述系统功角δ满足：0≤δ<360°。
在一具体实施方式中，所述方法还包括：三相短路实验获得所述预设系数β的步骤SA；所述步骤SA包括：
获取所述电力系统的全阻抗Z∑以及所述第一发电机组的所述第一电势
求解所述预设系数β；所述预设系数
Figure BDA0002263556040000045
所述α≥1.2。
在该技术方案中，对预设系数β进行预设求解，可以根据实际需求设定合适的预设系数β以便识别电力系统振荡以及三相短路电流。
本发明的有益效果是：
在本发明中，通过公式
Figure BDA0002263556040000046
求解系统功角，求解速度快，提高振荡识别速度，并且通过设定短路判断阈值电流ITH，根据不同的第一电势
Figure BDA0002263556040000051
第二电势
Figure BDA0002263556040000052
系统功角δ得到相应的短路判断阈值电流ITH，使得当系统功角δ趋近于180°时，短路判断阈值电流ITH的数值越大而避免电力系统振荡电流在此时较大而被误认为是短路电流较大，采用可变的短路判断阈值电流ITH提高短路电流判断的准确性，提高电力系统状态判断的准确性。
附图说明
图1为本发明具体实施方式中提供的一种电力系统振荡与短路故障识别方法的流程示意图；
图2为本发明具体实施方式中的电力系统的振荡分析模型图；
图3为本发明具体实施方式中的电力系统的系统振荡下的电压电流相量图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
如图1-3所示，在本发明第一实施例中，提供一种电力系统振荡与短路故障识别方法，所述方法包括：
步骤S1、获取电力系统的送电端的第一发电机组的第一电势
Figure BDA0002263556040000053
获取所述电力系统的受电端的第二发电机组的第二电势
Figure BDA0002263556040000054
其中，
Figure BDA0002263556040000055
所述
Figure BDA0002263556040000056
为所述第一电势
Figure BDA0002263556040000057
的幅值，所述
Figure BDA0002263556040000058
为所述第一电势的幅值；
步骤S2、采集所述电力系统的所述第一发电机组与所述第二发电机组之间的被保护线路靠近所述第一发电机组的第一端部的所测量的第一电压以及线路电流
Figure BDA00022635560400000511
采集所述被保护线路靠近所述第二发电机组的第二端部所测量的第二电压
步骤S3、根据所述第一电势所述第二电势
Figure BDA0002263556040000063
所述第一电压
Figure BDA0002263556040000064
以及所述线路电流
Figure BDA0002263556040000065
求解所述第一电势与所述第二电势
Figure BDA0002263556040000067
之间的系统功角δ；所述系统功角所述
Figure BDA0002263556040000069
为所述第一电压的幅值，所述为所述第一电压
Figure BDA00022635560400000611
与所述线路电流
Figure BDA00022635560400000612
之间的相角差，所述为所述被保护线路的阻抗角；其中，
Figure BDA00022635560400000614
Figure BDA00022635560400000615
步骤S4、根据所述第一电势
Figure BDA00022635560400000616
所述第二电势
Figure BDA00022635560400000617
系统功角δ，设定短路判断阈值电流ITH；其中，所述
Figure BDA00022635560400000618
所述β为预设系数，所述β>0，所述
Figure BDA00022635560400000619
步骤S5、判断所述线路电流的线路电流幅值
Figure BDA00022635560400000621
与所述短路判断阈值电流ITH的大小关系；若所述线路电流幅值
Figure BDA00022635560400000622
小于所述短路判断阈值电流ITH，则判断所述电路系统处于振荡模式；若所述线路电流幅值
Figure BDA00022635560400000623
大于或等于所述短路判断阈值电流ITH，则判断所述电力系统处于三相短路模式，执行电路跳闸操作。
在本实施例中，所述步骤S3，还包括：
根据所述第一电压
Figure BDA00022635560400000624
与所述线路电流
Figure BDA00022635560400000625
获得所述第一电压
Figure BDA00022635560400000626
与所述线路电流
Figure BDA00022635560400000627
之间的相角差
Figure BDA00022635560400000628
在本实施例中，所述方法还包括：
步骤S6、在一次振荡识别操作中，判断所述电力系统处于三相短路模式且执行电路跳闸操作之后，经人工排查而判断该次振荡识别操作的所述电路系统处于所述振荡模式，调整所述预设系数β。
在本实施例中，在所述步骤S6中，所述调整所述预设系数β为：增大所述预设系数β。
在本实施例中，在所述步骤S2中，所述第一端部的所测量的所述第一电压
Figure BDA0002263556040000071
所述线路电流
Figure BDA0002263556040000072
以及所述第二端部所测量的所述第二电压
Figure BDA0002263556040000073
由同步相量测量装置测量获得的。
在本实施例中，所述第一发电机组至少包括一个第一发电机；所述第二发电机组至少包括一个第二发电机。
在本实施例中，所述系统功角δ满足：0≤δ<360°。
在本实施例中，所述方法还包括：三相短路实验获得所述预设系数β的步骤SA；所述步骤SA包括：
获取所述电力系统的全阻抗Z∑以及所述第一发电机组的所述第一电势
求解所述预设系数β；所述预设系数
Figure BDA0002263556040000075
所述α≥1.2。
实际上，三相短路电流与振荡电流相比差值较大，可以根据实际情况选取较大的预设系数β。
双发电机组的电力系统可以等效为如图3，包括两个发电机组以及二者之间的被保护线路MN，M侧为送电端，将被保护线路上端的发电机组定义为M发电机组，将发电机组下端的发电机组定义为及发电机组N，被保护线路的阻抗为ZL,被保护线路两侧保护背侧的系统阻抗分别为ZM、ZN，电力系统的全阻抗Z∑＝ZM+ZL+ZN，被保护线路阻抗角为
Figure BDA0002263556040000076
Figure BDA0002263556040000081
电力系统的送电端的第一发电机组的第一电势
Figure BDA0002263556040000082
Figure BDA0002263556040000083
为电力系统的受电端的第二发电机组的第二电势；
Figure BDA0002263556040000084
第一电压
Figure BDA0002263556040000085
以及线路电流
Figure BDA0002263556040000086
是在第一发电机组的第一端部M位置上所测量得到的，第二电压
Figure BDA0002263556040000087
是在被保护线路靠近所述第二发电机组的第二端部所测量得到的；
若电力系统处于振荡状态，则振荡电流Iosc满足：
Figure BDA0002263556040000088
则可得：振荡电流Iosc的幅值
Figure BDA0002263556040000089
由上式可知：振荡电流Iosc的幅值|Iosc|的最大值为
Figure BDA00022635560400000810
振荡电流Iosc的幅值|Iosc|的最小值为
Figure BDA00022635560400000811
据此，根据系统功角δ的取值不同，可以得到不同的振荡电流Iosc的幅值|Iosc|；
在本实施例中，短路判断阈值电流ITH的设定是与振荡电流Iosc的幅值|Iosc|相关的，振荡电流Iosc的幅值
Figure BDA00022635560400000812
其中，可以看成常数，
Figure BDA00022635560400000814
基于此，根据系统功角δ，而设定可变的短路判断阈值电流ITH，能够避免振荡模式下的高电流被识别为三相短路电流，提供系统识别的准确性。
同时，在图3中给出了系统振荡下的电压电流相量图，根据电压电流相量图可得系统功角δ：
其中，O点为零点位点，OC为△OMN的垂线。
以上详细描述了本发明的具体实施例。应当理解，本发明的具体实施例并不唯一，本领域的普通技术人员可以在权利要求的范围内根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本领域中的技术人员根据本发明的具体实施例在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (8)

1.一种电力系统振荡与短路故障识别方法，其特征在于，所述方法包括：
步骤S1、获取电力系统的送电端的第一发电机组的第一电势
Figure FDA0002263556030000011
获取所述电力系统的受电端的第二发电机组的第二电势
Figure FDA0002263556030000012
其中，k≥1，所述
Figure FDA0002263556030000015
为所述第一电势
Figure FDA0002263556030000016
的幅值，所述
Figure FDA0002263556030000017
为所述第一电势
Figure FDA0002263556030000018
的幅值；
步骤S2、采集所述电力系统的所述第一发电机组与所述第二发电机组之间的被保护线路靠近所述第一发电机组的第一端部的所测量的第一电压
Figure FDA0002263556030000019
以及线路电流采集所述被保护线路靠近所述第二发电机组的第二端部所测量的第二电压
Figure FDA00022635560300000111
步骤S3、根据所述第一电势
Figure FDA00022635560300000112
所述第二电势
Figure FDA00022635560300000113
所述第一电压
Figure FDA00022635560300000114
以及所述线路电流
Figure FDA00022635560300000115
求解所述第一电势
Figure FDA00022635560300000116
与所述第二电势
Figure FDA00022635560300000117
之间的系统功角δ；所述系统功角
Figure FDA00022635560300000118
所述
Figure FDA00022635560300000119
为所述第一电压的幅值，所述为所述第一电压
Figure FDA00022635560300000122
与所述线路电流
Figure FDA00022635560300000123
之间的相角差，所述
Figure FDA00022635560300000124
为所述被保护线路的阻抗角；
步骤S4、根据所述第一电势
Figure FDA00022635560300000125
所述第二电势
Figure FDA00022635560300000126
所述系统功角δ，设定短路判断阈值电流ITH；其中，所述
Figure FDA00022635560300000127
所述β为预设系数，所述β>0，所述
Figure FDA00022635560300000128
步骤S5、判断所述线路电流的线路电流幅值
Figure FDA00022635560300000130
与所述短路判断阈值电流ITH的大小关系；若所述线路电流幅值
Figure FDA0002263556030000021
小于所述短路判断阈值电流ITH，则判断所述电路系统处于振荡模式；若所述线路电流幅值
Figure FDA0002263556030000022
大于或等于所述短路判断阈值电流ITH，则判断所述电力系统处于三相短路模式，执行电路跳闸操作。
2.如权利要求1所述的一种电力系统振荡与短路故障识别方法，其特征在于，所述步骤S3，还包括：
根据所述第一电压
Figure FDA0002263556030000023
与所述线路电流
Figure FDA0002263556030000024
获得所述第一电压与所述线路电流
Figure FDA0002263556030000026
之间的相角差
Figure FDA0002263556030000027
3.如权利要求1所述的一种电力系统振荡与短路故障识别方法，其特征在于，所述方法还包括：
步骤S6、在一次振荡识别操作中，判断所述电力系统处于三相短路模式且执行电路跳闸操作之后，经人工排查而判断该次振荡识别操作的所述电路系统处于所述振荡模式，调整所述预设系数β。
4.如权利要求3所述的一种电力系统振荡与短路故障识别方法，其特征在于，在所述步骤S6中，所述调整所述预设系数β为：增大所述预设系数β。
5.如权利要求1所述的一种电力系统振荡与短路故障识别方法，其特征在于，在所述步骤S2中，所述第一端部的所测量的所述第一电压
Figure FDA0002263556030000028
所述线路电流
Figure FDA0002263556030000029
以及所述第二端部所测量的所述第二电压
Figure FDA00022635560300000210
由同步相量测量装置测量获得的。
6.如权利要求1所述的一种电力系统振荡与短路故障识别方法，其特征在于，所述第一发电机组至少包括一个第一发电机；所述第二发电机组至少包括一个第二发电机。
7.如权利要求1所述的一种电力系统振荡与短路故障识别方法，其特征在于，所述系统功角δ满足：0≤δ<360°。
8.如权利要求1所述的一种电力系统振荡与短路故障识别方法，其特征在于，所述方法还包括：三相短路实验获得所述预设系数β的步骤SA；所述步骤SA包括：
获取所述电力系统的全阻抗Z∑以及所述第一发电机组的所述第一电势
Figure FDA0002263556030000031
求解所述预设系数β；所述预设系数
Figure FDA0002263556030000032
所述α≥1.2。
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