CN111244914B - 一种适应柔直接入的线路保护方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种适应柔直接入的线路保护方法及系统，包括内容：S1、采集线路保护装置安装处电流互感器的二次电流，并根据电流互感器二次电流，计算线路的差动电流及制动电流；S2、判断“适应柔直接入的扩展动作区”控制字是否为设定切入值，若控制字为设定切入值，则扩展动作区功能投入，进入S3；否则扩展动作区功能退出，进入S4；S3、根据设定条件判断扩展动作区功能投入条件是否充分，若是，则确定为区内故障，保护动作跳闸，切除故障；若扩展动作区功能投入条件不充分，进入S4；S4、若扩展动作区功能退出或者扩展动作区功能投入条件不充分，判断线路两侧差动电流和制动电流是否满足电流差动动作条件，如果是，则确定为区内故障，保护动作跳闸，切除故障，否则保护返回。

Description

一种适应柔直接入的线路保护方法及系统
技术领域
本发明是关于一种适应柔直接入的线路保护方法及系统，涉及电力系统技术领域。
背景技术
为解决日益严峻的化石能源危机和环境问题，风电、光伏等新能源发电技术迅速发展。截至2017年底，我国风电和光伏累计装机容量分别达到1.64亿kW和1.3亿kW，其中大部分通过场站汇集后经高压送出线路并网。送出线路继电保护正确动作对于规模化新能源电力安全及高效利用至关重要。
柔直提供的短路电流受控制策略影响较大，可能造成线路两侧电流夹角为钝角，产生汲出电流的情况，造成差动电流下降，制动电流上升，在弱交流系统下，存在保护灵敏度不足的风险。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种适应柔直接入的线路保护方法系统，能够有效地提高差动灵敏度。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：
第一方面，本发明提供一种适应柔直接入的线路保护方法，包括以下内容：
S1、采集线路保护装置安装处电流互感器的二次电流，并根据电流互感器二次电流，计算线路的差动电流及制动电流；
S2、判断“适应柔直接入的扩展动作区”控制字是否为设定切入值，若控制字为设定切入值，则扩展动作区功能投入，进入S3；否则扩展动作区功能退出，进入S4；
S3、根据设定条件判断扩展动作区功能投入条件是否充分，若是，则确定为区内故障，保护动作跳闸，切除故障；若扩展动作区功能投入条件不充分，进入S4；
S4、若扩展动作区功能退出或者扩展动作区功能投入条件不充分，判断线路两侧差动电流和制动电流是否满足电流差动动作条件，如果是，则确定为区内故障，保护动作跳闸，切除故障，否则保护返回。
进一步地，上述S3的具体过程为：
S31、根据条件1判断差动电流及制动电流是否落入差动曲线扩展动作区，如果是，则进入S32；否则进入S4；
S32、采取新的制动电流算法，制动电流取两侧电流标量的最大值，根据条件2判断是否仍能落入差动曲线的扩展动作区内，如果是，则进入S33；否则进入S4；
S33、根据条件3判断两侧采样值的相关系数是否大于设定值，如果是，则判断为区内故障，保护动作跳闸切除故障；否则进入S4。
进一步地，条件1具体为：
ID﹥0.5*IH
ID﹥0.3IB
ID﹥0.5*(IB-5IH)+0.3*(IB-1.667IH)+IH
式中：
Figure BDA0002397193930000021
Figure BDA0002397193930000022
式中，ID为差动电流；IB为制动电流；IH为差动定值；
Figure BDA0002397193930000023
为M侧电流；
Figure BDA0002397193930000024
侧电流。
进一步地，条件2具体为：
ID﹥0.5*IH
ID﹥0.3IB2
ID﹥0.5*(IB2-5IH)+0.3*(IB2-1.667IH)+IH
式中：
Figure BDA0002397193930000025
Figure BDA0002397193930000026
式中，ID为差动电流；IB2为新制动电流；IH:差动定值；
Figure BDA0002397193930000027
M侧电流；
Figure BDA0002397193930000028
N侧电流。
进一步地，条件3具体为：
线路两侧采样值相关系数大于设定值，其中，两侧采样值相关系数，用下式计算：
Figure BDA0002397193930000029
式中，采集数据的数据窗内的采样点数为n；M侧检测到的电流记为iw＝{iw1,iw2…iwn}；N侧检测到的电流记为is＝{is1,is2,…isn}；r(iw,is)为两侧采样值相关系数其中，k和j为公式的中间参数，k和j的取值分别为1～n。
进一步地，S4中的电流差动动作条件具体为：
ID﹥IH
ID﹥0.6IB
ID﹥0.8*(IB-5IH)+0.6*(IB-1.667IH)+IH
式中：
Figure BDA00023971939300000210
Figure BDA00023971939300000211
式中，ID为差动电流；IB为制动电流；IH为差动定值；
Figure BDA00023971939300000212
为M侧电流；
Figure BDA00023971939300000213
为N侧电流。
第二方面，本发明还提供一种适应柔直接入的线路保护系统，该系统包括：
电流计算模块，用于采集线路保护装置安装处电流互感器的二次电流，并根据电流互感器二次电流，计算线路的差动电流及制动电流；
控制字判断模块，用于判断“适应柔直接入的扩展动作区”控制字是否为设定切入值，若控制字为设定切入值，则扩展动作区功能投入，否则扩展动作区功能退出；
扩展动作区线路保护模块，用于对扩展动作区功能投入是否充分进行判断，并对条件充分的扩展动作区进行线路保护；
差动保护动作区线路保护模块，用于对扩展动作区功能退出或者扩展动作区功能投入条件不充分的情况，根据线路两侧差动电流和制动电流的电流差动动作条件，进行线路保护。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下特点：本发明提供的适应柔直接入的线路保护方法，设置的扩展动作区能够有效提高灵敏度，解决柔直带来的汲出电流问题，而且本发明提出同时满足三个条件才判断为满足扩展动作区，可靠性高。
附图说明
图1为本实施例1的适应柔直接入的线路保护动作区示意图；
图2为本实施例1的适应柔直接入的线路保护方法流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为了使得本发明实施例的技术方案更加清楚，对本发明中使用的技术术语进行说明或定义。
控制字：为控制某些功能的投入或退出，设置控制字，例如用户可以将控制字置1时表示投入该功能；用户将控制字置0时表示退出该功能。
对于适应柔直接入的扩展动作区线路保护，设置“适应柔直接入的扩展动作区”控制字，当该控制字投入时，适应扩展动作区功能有效；当该控制字退出时，扩展动作区功能无效。电力系统的调度部门，可以按照具体系统要求，在弱交流系统时，对是否投入“适应柔直接入的扩展动作区”控制字进行控制。
实施例1
如图1、图2所示，本实施例提供的适应柔直接入的线路保护方法，主要思路为：动作元件的动作特性为现有差动保护动作区与扩展动作区取或逻辑，在距离保护中设置“适应柔直接入的扩展动作区”控制字，扩展动作区根据“适应柔直接入的扩展动作区”控制字的投退情况采用不同的动作特性方程和保护判据实现自适应保护，具体过程为：
S1、采集线路保护装置安装处的电流互感器(CT)二次电流，包括A相电流、B相电流和C相电流；
S2、根据二次电流，按照计算公式计算线路的差动电流及制动电流，进入S3；其中：
Figure BDA0002397193930000041
Figure BDA0002397193930000042
式中，ID为差动电流；IB为制动电流；IH为差动定值；
Figure BDA0002397193930000043
为线路M测电流；
Figure BDA0002397193930000044
为线路N测电流；
S3、判别“适应柔直接入的扩展动作区”控制字是否为1，若控制字为1，则扩展动作区功能投入，进入S4；若控制字为0，则扩展动作区功能退出，进入S5；
S4、根据设定条件判断扩展动作区功能投入条件是否充分，若是，则确定为区内故障，保护动作跳闸，切除故障；若扩展动作区功能投入条件不充分，进入S4，具体为：
S41、判断差动电流及制动电流是否落入差动曲线扩展动作区，如果是，则进入S42；否则进入S5，其中，差动曲线如图1所示，横坐标为制动电流IB，纵坐标为差动电流ID。
具体地，根据条件1判断差动电流及制动电流是否落入差动曲线扩展动作区，其中，条件1为：
ID﹥0.5*IH
ID﹥0.3IB
ID﹥0.5*(IB-5IH)+0.3*(IB-1.667IH)+IH
式中：
Figure BDA0002397193930000045
Figure BDA0002397193930000046
式中，ID为差动电流；IB为制动电流；IH为差动定值；
Figure BDA0002397193930000047
为M侧电流；
Figure BDA0002397193930000048
为N侧电流。
S42、采取新的制动电流算法，制动电流取两侧电流标量的最大值，根据条件2判断是否仍能落入差动曲线的扩展动作区内，如果是，则进入S43；否则进入S5；其中，条件2为：
ID﹥0.5*IH
ID﹥0.3IB2
ID﹥0.5*(IB2-5IH)+0.3*(IB2-1.667IH)+IH
式中：
Figure BDA0002397193930000051
Figure BDA0002397193930000052
式中，ID为差动电流；IB2为新制动电流；IH:差动定值；
Figure BDA0002397193930000053
M侧电流；
Figure BDA0002397193930000054
N侧电流。
S43、根据条件3判断线路两侧采样值的相关系数是否大于设定值，如果是，则判断为区内故障，保护动作跳闸切除故障；否则进入S5；其中，条件3为两侧采样值相关系数大于-0.9；两侧采样值相关系数，用下式计算：
Figure BDA0002397193930000055
式中，采集数据的数据窗内的采样点数为n；M侧检测到的电流记为iw＝{iw1,iw2…iwn}；N侧检测到的电流记为is＝{is1,is2,…isn}；r(iw,is)为两侧采样值相关系数其中，k和j为公式的中间参数，k和j的取值分别为1～n。
根据上述公式计算，在正常运行状态或者区外故障时，由于线路中流过穿越性电流，两侧电流相关系数为-1，而发生区内故障时，两侧相关系数值将大于-1。优选地，为了躲过正常运行时的通信误差与CT误差，本实施例将保护定值设定为-0.9，则得到保护判据式如下：
rφ＞-0.9
式中，r为两侧相暂态电流波形的相关系数，
Figure BDA0002397193930000056
为相别A、B、C。
S5、当“适应柔直接入的扩展动作区”控制字不投入，或者S4中3个条件任一条件不满足时，判断两侧差动电流和制动电流是否满足设定条件4，如果是，则确定为区内故障，保护动作跳闸，切除故障，否则保护返回。
具体地，条件4：
ID﹥IH
ID﹥0.6IB
ID﹥0.8*(IB-5IH)+0.6*(IB-1.667IH)+IH
式中：
Figure BDA0002397193930000057
Figure BDA0002397193930000058
式中，ID为差动电流；IB为制动电流；IH为差动定值；
Figure BDA0002397193930000061
为M侧电流；
Figure BDA0002397193930000062
为N侧电流。
综上，条件1-3取与逻辑，构成扩展动作区，扩展动作区与条件4取或逻辑，满足任一动作区，则为区内故障，保护跳闸。
实施例2：
本实施例提供一种适应柔直接入的线路保护系统，该系统包括：
电流计算模块，用于采集线路保护装置安装处电流互感器的二次电流，并根据电流互感器二次电流，计算线路的差动电流及制动电流；
控制字判断模块，用于判断“适应柔直接入的扩展动作区”控制字是否为设定切入值，若控制字为设定切入值，则扩展动作区功能投入，否则扩展动作区功能退出；
扩展动作区线路保护模块，用于对扩展动作区功能投入是否充分进行判断，并对条件充分的扩展动作区进行线路保护；
差动保护动作区线路保护模块，用于对扩展动作区功能退出或者扩展动作区功能投入条件不充分的情况，根据线路两侧差动电流和制动电流的电流差动动作条件，进行线路保护。
综上所述，在弱交流系统，柔直提供的短路电流受控制策略影响大，可能造成线路两侧电流夹角为钝角，产生在汲出电流的情况，会造成差动电流下降，制动电流上升，此时故障特征能够落入扩展动作区，有效解决电流差动灵敏度降低的问题。
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，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：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，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (6)

1.一种适应柔直接入的线路保护方法，其特征在于包括以下内容：
S1、采集线路保护装置安装处电流互感器的二次电流，并根据电流互感器二次电流，计算线路的差动电流及制动电流；
S2、判断“适应柔直接入的扩展动作区”控制字是否为设定切入值，若控制字为设定切入值，则扩展动作区功能投入，进入S3；否则扩展动作区功能退出，进入S4；
S3、根据设定条件判断扩展动作区功能投入条件是否充分，若是，则确定为区内故障，保护动作跳闸，切除故障；若扩展动作区功能投入条件不充分，进入S4，具体过程为：
S31、根据条件1判断差动电流及制动电流是否落入差动曲线扩展动作区，如果是，则进入S32；否则进入S4；
S32、采取新的制动电流算法，制动电流取两侧电流标量的最大值，根据条件2判断是否仍能落入差动曲线的扩展动作区内，如果是，则进入S33；否则进入S4；
S33、根据条件3判断两侧采样值的相关系数是否大于设定值，如果是，则判断为区内故障，保护动作跳闸切除故障；否则进入S4；
S4、若扩展动作区功能退出或者扩展动作区功能投入条件不充分，判断线路两侧差动电流和制动电流是否满足电流差动动作条件，如果是，则确定为区内故障，保护动作跳闸，切除故障，否则保护返回。
2.根据权利要求1所述的适应柔直接入的线路保护方法，其特征在于，条件1具体为：
ID﹥0.5*IH
ID﹥0.3IB
ID﹥0.5*(IB-5IH)+0.3*(IB-1.667IH)+IH
式中：
Figure FDA0003502827460000011
Figure FDA0003502827460000012
式中，ID为差动电流；IB为制动电流；IH为差动定值；
Figure FDA0003502827460000013
为M侧电流；
Figure FDA0003502827460000014
为N侧电流。
3.根据权利要求1所述的适应柔直接入的线路保护方法，其特征在于，条件2具体为：
ID﹥0.5*IH
ID﹥0.3IB2
ID﹥0.5*(IB2-5IH)+0.3*(IB2-1.667IH)+IH
式中：
Figure FDA0003502827460000015
Figure FDA0003502827460000022
式中，ID为差动电流；IB2为新制动电流；IH为差动定值；
Figure FDA0003502827460000023
为M侧电流；
Figure FDA0003502827460000024
为N侧电流。
4.根据权利要求1所述的适应柔直接入的线路保护方法，其特征在于，条件3具体为：
线路两侧采样值相关系数大于设定值，其中，两侧采样值相关系数，用下式计算：
Figure FDA0003502827460000021
式中，采集数据的数据窗内的采样点数为n；M侧检测到的电流记为iw＝{iw1,iw2…iwn}；N侧检测到的电流记为is＝{is1,is2,…isn}；r(iw,is)为两侧采样值相关系数，其中，k和j为公式的中间参数，k和j的取值分别为1～n。
5.根据权利要求1～4任一项所述的适应柔直接入的线路保护方法，其特征在于，S4中的电流差动动作条件具体为：
ID﹥IH
ID﹥0.6IB
ID﹥0.8*(IB-5IH)+0.6*(IB-1.667IH)+IH
式中：
Figure FDA0003502827460000025
Figure FDA0003502827460000026
式中，ID为差动电流；IB为制动电流；IH为差动定值；
Figure FDA0003502827460000027
为M侧电流；
Figure FDA0003502827460000028
为N侧电流。
6.一种适应柔直接入的线路保护系统，其特征在于该系统包括：
电流计算模块，用于采集线路保护装置安装处电流互感器的二次电流，并根据电流互感器二次电流，计算线路的差动电流及制动电流；
控制字判断模块，用于判断“适应柔直接入的扩展动作区”控制字是否为设定切入值，若控制字为设定切入值，则扩展动作区功能投入，否则扩展动作区功能退出；
扩展动作区线路保护模块，用于对扩展动作区功能投入是否充分进行判断，并对条件充分的扩展动作区进行线路保护，具体过程为：
根据条件1判断差动电流及制动电流是否落入差动曲线扩展动作区，如果是，则进入S32；否则执行差动保护动作区线路保护模块功能；
S32、采取新的制动电流算法，制动电流取两侧电流标量的最大值，根据条件2判断是否仍能落入差动曲线的扩展动作区内，如果是，则进入S33；否则执行差动保护动作区线路保护模块功能；
S33、根据条件3判断两侧采样值的相关系数是否大于设定值，如果是，则判断为区内故障，保护动作跳闸切除故障；否则执行差动保护动作区线路保护模块功能；
差动保护动作区线路保护模块，用于对扩展动作区功能退出或者扩展动作区功能投入条件不充分的情况，根据线路两侧差动电流和制动电流的电流差动动作条件，进行线路保护。
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CN105322536A (zh) * 2015-10-23 2016-02-10 深圳供电局有限公司 一种典型多端柔性直流配电系统的保护配置方法
CN106602521A (zh) * 2016-12-31 2017-04-26 南京理工大学 基于电流互感器线性传变区的母线采样值差动保护方法

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