CN111999583B - 适应交流电网的安全稳定控制装置故障跳闸判别方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种适应交流电网的安全稳定控制装置故障跳闸判别方法，通过检测是否发生突变量启动、三相中是否发生电流增加以及电压降低、是否发生跳闸信号以及是否满足联络线两端的电压相角差和频差的复合判据，来进行安全稳定控制装置故障跳闸判别，判别联络线是否发生单相瞬时故障、单相永久故障、相间故障或者三相故障；判别方法的建立过程包括：建立仿真模型，模拟故障跳闸状态；采集数据，判断异常事件；制定故障跳闸判据，识别故障跳闸状态。本发明中改进的故障跳闸判据适用于特定场景下具有不完备信息的交流输电电网，能够有效识别频率超限、功率振荡等异常事件，对电网安全运行有参考作用，提高了安全稳定控制装置的可靠性和工作效率。

Description

适应交流电网的安全稳定控制装置故障跳闸判别方法
技术领域
本发明属于电力系统安全稳定控制技术领域，具体涉及一种适应交流电网的安全稳定控制装置故障跳闸判别方法。
背景技术
随着大型电网的发展，世界各国为了满足本国电力需求，电网的发展趋势从单一孤立走向互联互通，从小规模转向大规模，从国内地区互联转为跨国互联，跨国互联电网的发展势在必行。为保证跨国互联电网系统的安全稳定运行，对安全稳定控制安全性的要求达到了一个空前的高度。如果不及时处理电力系统中的扰动，可能会发展成系统性事故，甚至可能造成区域大面积停电。因此，安全稳定控制装置作为维持电力系统安全稳定和可靠运行的必备装置，是否正确动作将直接影响到电网的安全稳定运行。
南方电网跨国输电技术的迅猛发展，使得区域电网间联系更加紧密。南方电网即将与东南亚一些国家电网交流互联，如中老两国即将在2021年左右实施500kV交流互联，这将是国内首次进行跨国交流电网互联。跨国电网运行的安全性事关国家形象及政治民生，必须超前分析跨国交流互联可能带来的安全风险，提前防范，在通报相关国家取得共识后，共防和共担风险。而电网详细的拓扑结构、网络参数、实时运行信息等均为国家机密，国家间不可能相互完全共享。而大容量、远距离等新形式电力输电方式的发展，使电力系统的稳定问题比以往更加突出，一旦出现危及系统稳定的事故，将波及多个区域电网，其危害性更大。因此，电网的安全稳定运行必须快速、准确识别电网中的故障并迅速及时采取措施。
跨国交流电网初期为弱联系系统，且东南亚国家中不少潜在交流联网国家的电网结构均较弱。在初期就需要考虑到频率超限、振荡、过电流、过电压、低电压等问题对己方电网造成的影响。本发明针对不完备信息下的跨国交流互联电网，通过仿真模拟联络线上发生的故障跳闸状态进行数据采集分析，制定适用于中国-老挝边境某一特定区域目标场景下的联络线故障跳闸判据。
发明内容
发明目的：针对现有技术中存在的问题，本发明公开了一种适应交流电网的安全稳定控制装置故障跳闸判别方法，基于现有的交流输电线路故障跳闸判据，针对云南-老挝边界特定场景下的交流互联电网，进行仿真分析，设置不同情况下的故障，制定适用于特定区域目标场景下的联络线故障跳闸判据。
技术方案：本发明采用如下技术方案：一种适应交流电网的安全稳定控制装置故障跳闸判别方法，其特征在于，采集三相电流、电压、有功功率、联络线两端的电压相角差和频差，检测是否发生突变量启动、三相中是否发生电流增加、三相中是否发生电压降低、是否发生跳闸信号以及是否满足联络线两端的电压相角差和频差的复合判据，进行安全稳定控制装置故障跳闸判别，判别方法包括：
若突变量启动、仅有一相电流增加、仅有一相电压降低、仅有一相跳闸信号并在15ms内查找不到其它相跳闸信号以及满足联络线两端的电压相角差和频差的复合判据，则联络线发生单相瞬时故障；
若突变量启动、至少有一相电流增加、至少有一相电压降低、有两相跳闸信号且两相跳闸信号之间的时间差大于或等于重合闸时间以及满足联络线两端的电压相角差和频差的复合判据，则联络线发生单相永久故障；
若突变量启动、至少有两相电流增加、至少有两相电压降低、有两相跳闸信号且两相跳闸信号之间的时间差小于重合闸时间以及满足联络线两端的电压相角差和频差的复合判据，则联络线发生相间故障；
若突变量启动、有三相跳闸信号或者三相断路器位置接点变化、三相电压均降低、三相电流均增加以及满足联络线两端的电压相角差和频差的复合判据，则联络线发生三相故障。
优选地，所述判别方法的建立包括如下步骤：
S1、建立目标场景下交流电网的仿真模型，基于现有的故障跳闸判据，模拟出对应的故障跳闸状态；
S2、采集仿真模型中不同故障跳闸状态下的电压值、电流值、有功功率、联络线两端的电压相角差和频差，针对采集的数据判别异常事件类型；
S3、根据不同的异常事件类型制定适用于目标场景的故障跳闸判别方法；
S4、根据制定的故障跳闸判别方法，识别交流电网的故障跳闸状态；
其中，步骤S3包括如下步骤：
S31、制定触发条件：根据有功功率与电流值的突变以及联络线两端电压相角差确定故障跳闸判据的触发条件，即是否发生突变量启动；
S32、制定动作条件判断：根据故障跳闸发生前后电压值、电流值、有功功率、联络线两端电压相角差和频差的变化情况初步确定所属的故障跳闸状态；
S33、制定控制措施：根据动作条件，分配各元素之间的逻辑关系与公式，然后针对电压值、电流值、有功功率、联络线两端电压相角差和频差制定出适用于联络线上的跳闸故障判别方法。
优选地，若满足|Pt-Pt-Δt|≥ΔPs，或者满足任意相|it-it-Δt|≥ΔIs，或者满足联络线两端电压的相角差Δθ＜130°，则发生了突变量启动；
其中，Pt表示当前有功功率值，Pt-Δt表示Δt时刻前的有功功率值，ΔPs表示有功功率触发定值；it表示当前电流瞬时值，it-Δt表示Δt时刻前电流瞬时值，ΔIs表示电流触发定值。
优选地，在500kV的系统电压级别下，ΔPs＝0.1，ΔIs＝1，ΔPs和ΔIs均为整定值。
优选地，若满足：
It-I-Δt≥In
则三相中发生了电流增加，其中，It为当前电流有效值，I-Δt为突变量启动前Δt时刻的电流有效值，In为电流突变定值。
优选地，在500kV的系统电压级别下，In＝100A；在其他的系统电压级别下，In可按比例计算。
优选地，若满足：
U-Δt-Ut≥20％Un
则三相中发生了电压降低，其中，Ut为当前电压有效值，U-Δt为突变量启动前Δt时刻的电压有效值，20％Un为电压突变定值，Un为系统额定电压。
优选地，若满足联络线两端电压相角差在0°-360°连续变化，或者满足联络线两端频差的绝对值|Δωt|≤0.1，或者满足联络线两端频差极大值的绝对值|Δωt|max＞Δωset，则满足联络线两端的电压相角差和频差的复合判据；
其中，Δωset为联络线两端频差阈值。
优选地，Δωset＝0.1，其中0.1为标幺值，基准值为50Hz。
有益效果：本发明具有如下有益效果：
(1)、本发明改进了安全稳定控制的故障跳闸判据，通过建立仿真模型，使其适用于特定场景下的具有不完备信息的跨国交流互联电网，提高了判据的适用范围；
(2)、本发明中的故障跳闸判据能够有效识别系统中频率超限、功率振荡等异常事件，包括低压过压、失步振荡、低频振荡和频压越限等；
(3)、本发明的故障跳闸判据能够对电网安全运行有参考作用，提高了安全稳定控制装置的可靠性和工作效率；
(4)、当系统发生单一严重故障(故障处理不及时)或者连锁故障时，振荡中心会发生迁移，此时系统的稳定性较差，而现有的失步解列判据均是通过某些电气量的轨迹变化进行失步状态的判断，当振荡中心在不同的线路上来回迁移时，这些电气量轨迹也快速变化，导致判据的整定存在问题；而本发明所提判据采用了电压相角差和频差的复合判据，不受振荡中心迁移和轨迹变化的限制，在振荡中心迁移时可以准确定位并判断失步状态；
(5)、随着电网稳定性不断恶化，失步周期会越来越短，意味着失步过程将越来越快，失步断面的捕捉会非常困难，对失步解列装置的要求会越来越高；而本发明所提判据采用了电压相角差和频差的复合判据，不受失步周期的影响；对此具有良好的适应性；
(6)、与现有失步解列判据的协调配合。当电网失步周期较长，振荡中心未发生迁移时，现有失步解列判据可以有效的判断失步状态；而本发明所提判据采用了电压相角差和频差的复合判据，通过频差的大小与现有失步解列判据进行协调配合，可以更加准确的判断失步状态。
附图说明
图1为500kV跨国交流互联电网系统示意图；
图2为电网联络线两端系统的连接示意图；
图3为故障跳闸判据的触发条件和动作条件示意图；
图4为故障跳闸判据的制定过程图；
图5为系统模拟单相瞬时故障下的波形图，其中，(5a)为电压的波形图，(5b)为电流的波形图，(5c)为有功功率的波形图；
图6为系统模拟单相永久故障下的波形图，其中，(6a)为电压的波形图，(6b)为电流的波形图，(6c)为有功功率的波形图；
图7为系统模拟相间故障下的波形图，其中，(7a)为电压的波形图，(7b)为电流的波形图，(7c)为有功功率的波形图；
图8为系统模拟三相故障下的波形图，其中，(8a)为电压的波形图，(8b)为电流的波形图，(8c)为有功功率的波形图；
图9为本发明中改进的安全稳定控制装置的单相瞬时故障跳闸判据的逻辑图；
图10为本发明中改进的安全稳定控制装置的单相永久故障跳闸判据的逻辑图；
图11为本发明中改进的安全稳定控制装置的相间故障跳闸判据的逻辑图；
图12为本发明中改进的安全稳定控制装置的三相故障跳闸判据的逻辑图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
本发明公开了一种适应交流电网的安全稳定控制装置故障跳闸判别方法，搭建具有不完备信息的跨国交流互联电网的PSCAD仿真模型，基于现有的安全稳定控制装置的线路故障跳闸判据，即DL 755-2001电力系统安全稳定导则，模拟出对应的跳闸故障状态，改进现有的跳闸故障判据，使其适用于跨国交流输电电力系统。其中，搭建仿真模型时必需的信息包括电压、电流和有功功率，非必需的信息包括相角和无功功率。
如图1所示是本发明的一种实施例中特定场景下的500kV跨国交流互联电网，该跨国交流输电系统电压等级为±500kV，传输容量为2500MW，联络线长度为100km。图1中，设置左侧为云南电网，G1、G21、G31为汽轮发电机，G1的电压为166.6kV，输出电流为10kA，G22、G32为水轮发电机，电压为83.3kV，输出电流为5kA；设置右侧为老挝电网，G4为汽轮发电机，G5、G6为水轮发电机，电压为83.3kV，输出电流为5kA。针对特定场景下的500kV跨国交流互联电网构建PSCAD仿真模型，用来模拟联络线上的四类跳闸故障：单相瞬时故障、单相永久故障、相间故障和三相短路故障，通过设置不同的故障来观测联络线上的电压、电流、有功功率的波形，采集不同故障跳闸状态下的交流输电线路上的电压值、电流值、有功功率、相角差和频率。
图5是单相瞬时故障仿真波形，设置联络线故障启动时间为2s，持续故障时间为200ms，短路相设置在A相。单相瞬时故障后联络线上的电压、电流、有功功率、频率见图5。在A相短路之前，三相电压、电流无变化，有功功率小幅震荡，频率维持在50Hz左右；在A相短路后的200ms内，即2s～2.20s时，故障相电压跳为0，非故障相电压瞬间降低至
Figure BDA0002645845210000051
倍，随后各相电压在2.20s～2.60s内逐步衰减振荡，随后各相电压在2.60s后均发生周期性失步振荡，周期大概为150ms；在A相短路后的200ms内，即2s～2.20s时，故障相电流升为2倍后衰减为0，随后故障相电流在2.20s～2.60s内逐步衰减振荡，其余非故障相电流在2s～2.60s内发生衰减振荡，随后三相电流在2.60s后均发生周期性失步振荡，周期大概为150ms；在A相短路后的200ms内，即2s～2.20s时，有功功率发生衰减振荡，随后有功功率逐渐减小为0后发生失步振荡。
图6是单相永久故障仿真波形。设置联络线故障启动时间为2s，持续故障时间为2s，短路相设置在A相。单相永久故障后联络线上的电压、电流、有功功率、频率见图6。故障相电压在故障发生后跳为0，故障结束后发生周期性失步振荡，非故障相电压瞬间下降1.5kV，非故障相电压在故障生成后发生衰减振荡至0，随后发生周期性失步振荡；故障相电流在故障发生期间升为2倍后衰减为0，故障结束后发生周期性失步振荡，非故障相电流在故障生成后发生衰减振荡至0，随后发生周期性失步振荡；在发生故障后，有功功率发生衰减振荡，衰减为0后发生失步振荡。
图7是相间故障仿真波形，设置联络线故障启动时间为2s，持续故障时间为200ms，短路相设置在A、B相。相间故障后联络线上的电压、电流、有功功率、频率见图7。故障前电压、电流没有变化。在发生A、B相间短路后，故障相电压跳为0，非故障相电压瞬间降为
Figure BDA0002645845210000061
倍，故障相电流升为2倍后衰减为0，非故障相电流逐步衰减；在故障发生500ms后三相电压、电流均发生周期性失步振荡，周期约为150ms；有功功率在故障期间逐步衰减，故障结束后发生失步振荡。
图8是三相故障仿真波形，设置联络线故障启动时间为2s，持续故障时间为200ms，短路相设置在A、B、C相。三相故障联络线上的电压、电流、有功功率、频率见图8。在发生故障前各相电压、电流均无变化。发生三相故障后，在故障持续的200ms内，三相电压均跳为0，三相电流均升为2倍后衰减为0，有功功率逐渐减小为0；故障结束后，三相电压均发生失步振荡，周期约为150ms，三相电流也均发生失步振荡，周期约为150ms，有功功率也发生失步振荡。
如图4所示，本发明制定故障跳闸判据的具体分析步骤如下：
步骤一：制定故障跳闸判据的触发条件
触发条件反映了系统故障状态，一般由运行方式、故障元件和故障类型的单个或多个元素组成。如图3所示，运行方式包括正常方式和检修方式等，故障元件包括联络线、输电线路和母线等，在交流线路中，故障类型包括相间故障、单相永久故障和无故障跳闸等。触发条件中的突变量一般是针对有功功率、电流与联络线两端电压的相角差来判断，根据图5至图8的仿真模型的波形分析，如果发生|Pt-Pt-200ms|≥ΔPs，或者任意一相|it-it-200ms|≥ΔIs，或者依据稳控装置的失步解列判据得到Δθ＜130°，即可以判断为突变量启动，其中，Pt表示当前有功功率值；Pt-200ms表示200ms前的有功功率值；ΔPs表示有功功率触发定值；it表示当前电流瞬时值；it-200ms表示200ms前电流瞬时值；ΔIs表示电流触发定值；Δθ表示线路两端母线电压的相角差。有功功率触发定值ΔPs和电流触发定值ΔIs依据现有的安全稳定控制导则设定。200ms仅是依据本实施例中的仿真模型设定，为了方便观测波形，在不同故障条件下可以设置不同的数值。
在本发明实施例中，以500kV正常状态运行为例，依据安全稳定控制导则，Ps取0.1，ΔIs取1，均为整定值；其他系统电压级别下，可依据安全稳定控制导则计算。
步骤二：制定故障跳闸判据的动作条件判断
动作条件判断作为判断环节，一般由断面潮流、功率门槛等元素组成。这里针对交流输电线路故障跳闸分为单相瞬时故障、单相永久故障、相间故障和三相故障四种，依据仿真模型的波形，依次进行分析判别。
根据图5至图8的波形，可以初步归纳出动作条件判据：
单相瞬时故障：
1、仅有一相电流增加；
2、仅有一相电压降低；
3、有一相跳闸信号，并在15ms内查找不到其它相跳闸信号。
单相永久故障：
1、至少有一相电流增加；
2、至少有一相电压降低；
3、有两相跳闸信号；
4、两相跳闸信号之间的时间差大于重合闸时间。
相间故障：
1、至少有两相电流增加；
2、至少有两相电压降低；
3、有两相跳闸信号；
4、两相跳闸信号之间的时间差小于重合闸时间。
三相故障：
1、发生三相跳闸信号或者三相断路器位置接点变化；
2、三相电压均降低；
3、三相电流均增加。
步骤三：制定控制措施
控制措施作为执行环节，一般由切机、速降直流等元素组成。可以根据动作条件，分配各元素之间的逻辑关系与公式，然后针对各个对象(电压、电流、有功功率、相角差等)制定出适用于跨国交流输电电力系统联络线上的跳闸故障判据。制定的跳闸故障判据如图9至图12所示，具体如下：
单相瞬时故障，如图9所示，满足：
1、突变量启动；
2、仅有一相电流增加，对于该相电流，存在It-I-200ms≥In，其中，It为当前电流有效值，I200ms为突变量启动前200ms电流有效值，In为电流突变定值，在本实施例中500kV的系统电压级别下优选In＝100A，在其他的系统电压级别下，可按比例计算；
3、仅有一相电压降低，对于该相电压，存在U-200ms-Ut≥20％Un，其中，Ut为当前电压有效值，U-200ms为突变量启动前200ms电压有效值，20％Un为电压突变定值，Un为额定电压，在本发明实施例中500kV的系统电压级别下，Un＝500kV；
4、仅有一相跳闸信号，并在15ms内查找不到其它相跳闸信号；
5、基于联络线两端电压相角差和频差的复合判据：
联络线两端电压相角差在0°-360°连续变化；
或者联络线两端频差的绝对值|Δωt|≤0.1；
或者联络线两端频差极大值的绝对值|Δωt|max＞Δωset，其中，Δωset为联络线两端频差阈值，等于正常运行情况下联络线首端频率减去末端频率，可以根据实际电网的特性分析、统计数据、实际运行经验进行具体整定，在本发明实施例中通过大量的仿真验证将频差阈值Δωset定为0.1(标幺值，基准值为50Hz)，表明失步振荡过程中联络线两端频差至少为5Hz。
单相永久故障，如图10所示，满足：
1、突变量启动；
2、至少有一相电流增加，对于该相电流，存在It-I-200ms≥In，其中，It为当前电流有效值，I200ms为突变量启动前200ms电流有效值，In为电流突变定值，在本实施例中500kV的系统电压级别下优选In＝100A，在其他的系统电压级别下，可按比例计算；
3、至少有一相电压降低，对于该相电压，存在U-200ms-Ut≥20％Un，其中，Ut为当前电压有效值，U-200ms为突变量启动前200ms电压有效值，20％Un为电压突变定值，Un为额定电压，在本实施例中500kV的系统电压级别下，Un＝500kV；
4、有两相跳闸信号；
5、两相跳闸信号之间的时间差大于或等于重合闸时间，即t2-t1≥Tchz，其中，t2为第2相跳闸输入时刻，t1为第1相跳闸输入时刻，Tchz为重合闸时间，重合闸时间为固定时间，一般选取0.2s到0.5s；
6、基于联络线两端电压相角差和频差的复合判据：
联络线两端电压相角差在0°-360°连续变化；
或者联络线两端频差的绝对值|Δωt|≤0.1；
或者联络线两端频差极大值的绝对值|Δωt|max＞Δωset，其中，Δωset为联络线两端频差阈值，等于正常运行情况下联络线首端频率减去末端频率，可以根据实际电网的特性分析、统计数据、实际运行经验进行具体整定，在本发明实施例中通过大量的仿真验证将频差阈值Δωset定为0.1(标幺值，基准值为50Hz)，表明失步振荡过程中联络线两端频差至少为5Hz。
相间故障，如图11所示，满足：
1、突变量启动；
2、至少有两相电流增加，对于该相电流，存在It-I-200ms≥In，其中，It为当前电流有效值，I200ms为突变量启动前200ms电流有效值，In为电流突变定值，在本实施例中500kV的系统电压级别下优选In＝100A，在其他的系统电压级别下，可按比例计算；
3、至少有两相电压降低，对于该相电压，存在U-200ms-Ut≥20％Un，其中，Ut为当前电压有效值，U-200ms为突变量启动前200ms电压有效值，20％Un为电压突变定值，Un为额定电压，在本实施例中500kV的系统电压级别下，Un＝500kV；
4、有两相跳闸信号；
5、两相跳闸信号之间的时间差小于重合闸时间，即t2-t1＜Tchz，其中，t2为第2相跳闸输入时刻，t1为第1相跳闸输入时刻，Tchz为重合闸时间，重合闸时间为固定时间，一般选取0.2s到0.5s；
6、基于联络线两端电压相角差和频差的复合判据：
联络线两端电压相角差在0°-360°连续变化；
或者联络线两端频差的绝对值|Δωt|≤0.1；
或者联络线两端频差极大值的绝对值|Δωt|max＞Δωset，其中，Δωset为联络线两端频差阈值，等于正常运行情况下联络线首端频率减去末端频率，可以根据实际电网的特性分析、统计数据、实际运行经验进行具体整定，在本发明实施例中通过大量的仿真验证将频差阈值Δωset定为0.1(标幺值，基准值为50Hz)，表明失步振荡过程中联络线两端频差至少为5Hz。
三相故障，如图12所示，满足：
1、突变量启动；
2、发生三相跳闸信号或者三相断路器位置接点变化；
3、三相电压均降低，对于每相电压，存在U-200ms-Ut≥20％Un，其中，Ut为当前电压有效值，U-200ms为突变量启动前200ms电压有效值，20％Un为电压突变定值，Un为额定电压，在本实施例中500kV的系统电压级别下，Un＝500kV；
4、三相电流均增加，对于每相电流，存在It-I-200ms≥In，其中，It为当前电流有效值，I200ms为突变量启动前200ms电流有效值，In为电流突变定值，在本实施例中500kV的系统电压级别下优选In＝100A，在其他的系统电压级别下，可按比例计算；
5、基于联络线两端电压相角差和频差的复合判据：
联络线两端电压相角差在0°-360°连续变化；
或者联络线两端频差的绝对值|Δωt|≤0.1；
或者联络线两端频差极大值的绝对值|Δωt|max＞Δωset，其中，Δωset为联络线两端频差阈值，等于正常运行情况下联络线首端频率减去末端频率，可以根据实际电网的特性分析、统计数据、实际运行经验进行具体整定，在本发明实施例中通过大量的仿真验证将频差阈值Δωset定为0.1(标幺值，基准值为50Hz)，表明失步振荡过程中联络线两端频差至少为5Hz。
研究发现基于联络线两端相角差的失步解列判据在失步周期较长时，其轨迹便于定位振荡中心并判断失步状态，当失步周期较短时，该判据需要多个周期进行整定；而基于联络线两端频差的失步解列判据对于振荡中心迁移具有良好的适用性，且失步周期较短对该判据的整定不存在影响。因此，本发明采用基于联络线两端电压相角差和频差的复合判据，结合各个判据的优点，可以有效区分同步故障、短路故障、失步振荡，不受失步周期的影响，不受振荡中心迁移的影响，可以准确定位振荡中心，快速判断失步状态并实施解列。其中，当联络线两端频差小于或等于0.1时，即可判断出此状态为失步振荡状态，采用电压相角差判据进行振荡中心定位；当两端母线频差大于0.1时，采用频差判据进行失步状态的判断。
如图2所示，令联络线两端的系统为M和N，M端系统的电压幅值为EM，N端系统的电压幅值为EN，其中EM是EN的Ke倍，两系统间的等值功角差为δ，则当电网异步运行时，联络线上C点处电压幅值的表达式为：
Figure BDA0002645845210000111
其中，
Figure BDA0002645845210000112
当电网失步运行时，联络线上各点电压与电流的频率不再是一个与工频差不多的常数，而是随着时间和空间的不同而改变；当频率发生变化时，系统感抗和容抗也会发生变化；同时由于电压、电流变化很大，元件的非线性也不容忽视。依据研究需要，可以认为在很短的时间内，失步振荡是一个相对稳定的过程，假设计算过程中各个系统的频率不变，令M端系统频率为ωM，N端系统频率为ωN，初始相角为零，则等值功角差可表示为：
δ＝(ωM-ωN)*t
结合上面两个公式可得：
Figure BDA0002645845210000113
可以看出：当电网异步运行时两侧系统频率差就是电压幅值包络线的频率，每个周期内，当等值功角差δ为0或2π时，电压幅值会达到最大值UCmax＝EN|Ke(1-k)+k|；当等值功角差δ为π时，电压幅值会达到最小值UCmin＝EN|Ke(1-k)-k|；由失步中心电压为零，即Ke(1-k)-k＝0可知，失步中心的位置为
Figure BDA0002645845210000121
因此，近似的使用联络线两端频差表示失步中心出现的时间间隔，由于失步振荡是一个较快的过程，其频率较大，所以可以用联络线两端频差的大小进行失步状态的检测。
以系统电压等级为500kV的交流互联电网为例，说明本发明所述的安全稳定控制装置故障跳闸判别方法的有效性。
1、单相瞬时故障，其中A相在2秒时刻发生短路故障，持续200ms
表1为500kV的交流互联电网单相瞬时故障前后三相电流与电压的统计表；表2为500kV的交流互联电网单相瞬时故障后联络线两端的电压相角差与频差的统计表。
表1
Figure BDA0002645845210000122
表2
联络线两端电压相角差 89.5°
联络线两端频差的绝对值|Δω<sub>t</sub>| 0.10985
联络线两端频差极大值的绝对值|Δω<sub>t</sub>|<sub>max</sub> 0.12
发生单相瞬时故障前后，存在|Pt-Pt-200ms|＝14.5-(-38)≥ΔPs，满足突变量启动；
对于三相电流，仅有A相电流满足It-I-200ms＝1.021kA≥In＝100A，满足仅有一相电流增加；
对于三相电压，仅有A相电压满足U-200ms-Ut＝183.0028kV≥20％Un＝100kV，满足仅有一相电压降低；
对于联络线两端的电压相角差与频差，有联络线两端频差极大值的绝对值|Δωt|max＝0.12＞Δωset＝0.1，满足基于联络线两端电压相角差和频差的复合判据。
2、单相永久故障，其中A相在2秒时刻发生短路故障，持续2s
表3为500kV的交流互联电网单相永久故障前后三相电流与电压的统计表；表4为500kV的交流互联电网单相永久故障后联络线两端的电压相角差与频差的统计表；表5为500kV的交流互联电网单相永久故障后跳闸信号的时间统计表。
表3
Figure BDA0002645845210000131
表4
联络线两端电压相角差 89.6°
联络线两端频差的绝对值|Δω<sub>t</sub>| 0.10125
联络线两端频差极大值的绝对值|Δω<sub>t</sub>|<sub>max</sub> 0.117
表5
第1相跳闸信号时间t<sub>1</sub> 第2相跳闸信号时间t<sub>2</sub> 重合闸时间T<sub>chz</sub>
1.98s 2.05s 0.05s
发生单相永久故障前后，存在|Pt-Pt-200ms|＝15.2-(-42)≥ΔPs，满足突变量启动；
对于三相电流，A相电流满足It-I-200ms＝3.375kA≥In＝100A，满足至少有一相电流增加；
对于三相电压，A相电压满足U-200ms-Ut＝215.992kV≥20％Un＝100kV，满足至少有一相电压降低；
对于跳闸信号，两相跳闸信号之间的时间差t2-t1＝0.07≥Tchz＝0.05s，满足两相跳闸信号之间的时间差大于或等于重合闸时间；
对于联络线两端的电压相角差与频差，有联络线两端频差极大值的绝对值|Δωt|max＝0.117＞Δωset＝0.1，满足基于联络线两端电压相角差和频差的复合判据。
3、相间故障，其中AB相发生相间故障
表6为500kV的交流互联电网相间故障前后三相电流与电压的统计表；表7为500kV的交流互联电网相间故障后联络线两端的电压相角差与频差的统计表；表8为500kV的交流互联电网相间故障后跳闸信号的时间统计表。
表6
Figure BDA0002645845210000141
/>
表7
联络线两端电压相角差 89.7°
联络线两端频差的绝对值|Δω<sub>t</sub>| 0.1021
联络线两端频差极大值的绝对值|Δω<sub>t</sub>|<sub>max</sub> 0.121
表8
第1相跳闸信号时间t<sub>1</sub> 第2相跳闸信号时间t<sub>2</sub> 重合闸时间T<sub>chz</sub>
2.2s 2.2s 2.25s
发生相间故障前后，存在|Pt-Pt-200ms|≥ΔPs，满足突变量启动；
对于三相电流，A相电流满足It-I-200ms＝2.744kA≥In＝100A，B相电流满足It-I-200ms＝1.03kA≥In＝100A，满足至少有两相电流增加；
对于三相电压，A相电压满足U-200ms-Ut＝200.8kV≥20％Un＝100kV，B相电压满足U-200ms-Ut＝226kV≥20％Un＝100kV，满足至少有两相电压降低；
对于跳闸信号，两相跳闸信号之间的时间差t2-t1＝0＜Tchz＝2.25s，满足两相跳闸信号之间的时间差小于重合闸时间；
对于联络线两端的电压相角差与频差，有联络线两端频差极大值的绝对值|Δωt|max＝0.121＞Δωset＝0.1，满足基于联络线两端电压相角差和频差的复合判据。
4、三相故障
表9为500kV的交流互联电网三相故障前后三相电流与电压的统计表；表10为500kV的交流互联电网三相故障后联络线两端的电压相角差与频差的统计表。
表9
Figure BDA0002645845210000151
表10
联络线两端电压相角差 67.7°
联络线两端频差的绝对值|Δω<sub>t</sub>| 0.1001
联络线两端频差极大值的绝对值|Δω<sub>t</sub>|<sub>max</sub> 0.1189
发生三相故障前后，存在|Pt-Pt-200ms|≥ΔPs，满足突变量启动；
对于三相电流，A相电流满足It-I-200ms＝0.9993kA≥In＝100A，B相电流满足It-I-200ms＝1.2198kA≥In＝100A，C相电流满足It-I-200ms＝1.218kA≥In＝100A，满足三相电流均增加；
对于三相电压，A相电压满足U-200ms-Ut＝224.1kV≥20％Un＝100kV，B相电压满足U-200ms-Ut＝195.5kV≥20％Un＝100kV，C相电压满足U-200ms-Ut＝206.8kV≥20％Un＝100kV，满足三相电压均降低；
对于联络线两端的电压相角差与频差，有联络线两端频差极大值的绝对值|Δωt|max＝0.1189＞Δωset＝0.1，满足基于联络线两端电压相角差和频差的复合判据。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种适应交流电网的安全稳定控制装置故障跳闸判别方法，其特征在于，包括：
S1、建立目标场景下交流电网的仿真模型，基于现有的故障跳闸判据，模拟出对应的故障跳闸状态；
S2、采集仿真模型中不同故障跳闸状态下的电压值、电流值、有功功率、联络线两端的电压相角差和频差，针对采集的数据判别异常事件类型；
S3、根据不同的异常事件类型制定适用于目标场景的故障跳闸判别方法；
S4、根据制定的故障跳闸判别方法，识别交流电网的故障跳闸状态；
其中，步骤S3包括如下步骤：
S31、制定触发条件：根据有功功率与电流值的突变以及联络线两端电压相角差确定故障跳闸判据的触发条件，即是否发生突变量启动；
S32、制定动作条件判断：根据故障跳闸发生前后电压值、电流值、有功功率、联络线两端电压相角差和频差的变化情况初步确定所属的故障跳闸状态；
S33、制定控制措施：根据动作条件，分配各元素之间的逻辑关系与公式，然后针对电压值、电流值、有功功率、联络线两端电压相角差和频差制定出适用于联络线上的跳闸故障判别方法；
其中，步骤S4包括如下步骤：
采集三相电流、电压、有功功率、联络线两端的电压相角差和频差，检测是否发生突变量启动、三相中是否发生电流增加、三相中是否发生电压降低、是否发生跳闸信号以及是否满足联络线两端的电压相角差和频差的复合判据，进行安全稳定控制装置故障跳闸判别，判别方法包括：
若突变量启动、仅有一相电流增加、仅有一相电压降低、仅有一相跳闸信号并在15ms内查找不到其它相跳闸信号以及满足联络线两端的电压相角差和频差的复合判据，则联络线发生单相瞬时故障；
若突变量启动、至少有一相电流增加、至少有一相电压降低、有两相跳闸信号且两相跳闸信号之间的时间差大于或等于重合闸时间以及满足联络线两端的电压相角差和频差的复合判据，则联络线发生单相永久故障；
若突变量启动、至少有两相电流增加、至少有两相电压降低、有两相跳闸信号且两相跳闸信号之间的时间差小于重合闸时间以及满足联络线两端的电压相角差和频差的复合判据，则联络线发生相间故障；
若突变量启动、有三相跳闸信号或者三相断路器位置接点变化、三相电压均降低、三相电流均增加以及满足联络线两端的电压相角差和频差的复合判据，则联络线发生三相故障。
2.根据权利要求1所述的一种适应交流电网的安全稳定控制装置故障跳闸判别方法，其特征在于，若满足|Pt-Pt-Δt|≥ΔPs，或者满足任意相|it-it-Δt|≥ΔIs，或者满足联络线两端电压的相角差Δθ＜130°，则发生了突变量启动；
其中，Pt表示当前有功功率值，Pt-Δt表示Δt时刻前的有功功率值，ΔPs表示有功功率触发定值；it表示当前电流瞬时值，it-Δt表示Δt时刻前电流瞬时值，ΔIs表示电流触发定值。
3.根据权利要求2所述的一种适应交流电网的安全稳定控制装置故障跳闸判别方法，其特征在于，在500kV的系统电压级别下，ΔPs＝0.1，ΔIs＝1，ΔPs和ΔIs均为整定值。
4.根据权利要求1所述的一种适应交流电网的安全稳定控制装置故障跳闸判别方法，其特征在于，若满足：
It-I-Δt≥In
则三相中发生了电流增加，其中，It为当前电流有效值，I-Δt为突变量启动前Δt时刻的电流有效值，In为电流突变定值。
5.根据权利要求4所述的一种适应交流电网的安全稳定控制装置故障跳闸判别方法，其特征在于，在500kV的系统电压级别下，In＝100A；在其他的系统电压级别下，In可按比例计算。
6.根据权利要求1所述的一种适应交流电网的安全稳定控制装置故障跳闸判别方法，其特征在于，若满足：
U-Δt-Ut≥20％Un
则三相中发生了电压降低，其中，Ut为当前电压有效值，U-Δt为突变量启动前Δt时刻的电压有效值，20％Un为电压突变定值，Un为系统额定电压。
7.根据权利要求1所述的一种适应交流电网的安全稳定控制装置故障跳闸判别方法，其特征在于，若满足联络线两端电压相角差在0°-360°连续变化，或者满足联络线两端频差的绝对值|Δωt|≤0.1，或者满足联络线两端频差极大值的绝对值|Δωt|max＞Δωset，则满足联络线两端的电压相角差和频差的复合判据；
其中，Δωset为联络线两端频差阈值。
8.根据权利要求7所述的一种适应交流电网的安全稳定控制装置故障跳闸判别方法，其特征在于，Δωset＝0.1，其中0.1为标幺值，基准值为50Hz。
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