CN112332371A - 基于定子双层绕组模型的发电机新型差动保护方法 - Google Patents

基于定子双层绕组模型的发电机新型差动保护方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112332371A
CN112332371A CN202011117289.7A CN202011117289A CN112332371A CN 112332371 A CN112332371 A CN 112332371A CN 202011117289 A CN202011117289 A CN 202011117289A CN 112332371 A CN112332371 A CN 112332371A
Authority
CN
China
Prior art keywords
winding
impedance
generator
sequence
current
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202011117289.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112332371B (zh
Inventor
夏经德
李邵卓
邵文权
白杰
苟乐
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xian Polytechnic University
Original Assignee
Xian Polytechnic University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xian Polytechnic University filed Critical Xian Polytechnic University
Priority to CN202011117289.7A priority Critical patent/CN112332371B/zh
Publication of CN112332371A publication Critical patent/CN112332371A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112332371B publication Critical patent/CN112332371B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/06—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for dynamo-electric generators; for synchronous capacitors
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Eletrric Generators (AREA)

Abstract

本发明公开的基于定子双层绕组模型的发电机新型差动保护方法，具体如下：步骤1、物理建模，将发电机每两相间的互阻抗作为公共阻抗和两相间互补偿阻抗共同模拟，给出假设发电机发生区外故障与区内故障的等效电路图，为后续有效判别所涉的区内、外故障提供理论基础；步骤2、数学建模，改进六序分量法，针对三相双层绕组两回线的参数不对称的特点，提出新的方法，进行解耦；通过合理解耦，为发电机内部绕组保护的相关研究提供可靠的模型基础；步骤3、在经步骤1与步骤2搭建好的发电机模型中，利用纵向阻抗电气三角平衡关系，完成有效判别所涉的区内、外故障。本方法可靠性更强，当发生区内故障时，具有良好的分相判别能力，灵敏度更高。

Description

基于定子双层绕组模型的发电机新型差动保护方法
技术领域
本发明属于发电机继电保护领域，具体涉及一种基于定子双层绕组模型的发电机新型差动保护方法。
背景技术
发电机作为电力能源转化的源头，影响着整个电力系统运行的可靠性。随着电力工业的发展，同步发电机单机容量不断增大，结构变得更加复杂，对其保护配置提出更高的要求。为了深入分析发电机内部故障后各电气量的变化规律及其量值大小，以便于分析各种保护方案的可靠性、选择性、灵敏性和提出新的保护原理，进一步完善发电机内部建模，用以研究发电机内部故障的分析算法，具有十分重要的意义。
现有很多用于分析发电机绕组短路故障的保护类型，对于定子绕组匝间短路故障而言，根据发电机定子绕组的接线形式和中性点分支引出端子的情况，可装设反应定子绕组匝间短路的单元件横差动保护或零序电压保护，但该保护的整定值需躲过发电机本身的对地电容电流，定值整定困难，且该保护灵敏度受发电机端母线上所连接元件的分布电容影响大，当出口母线连接元件较少时，保护灵敏度很低。对于发电机相间短路故障而言，可装设负序电流保护和单元件低电压起动的过电流保护，但是传统的绕组结构模型并不能完整的体现出内部故障状态，有一定的局限性，使得保护判别能力有待提高。对于定子绕组接地故障而言，可装设基于基波零序电压和三次谐波电压构成100％定子接地保护与外加信号的注入式定子接地保护，但是其灵敏度受制动系数的制约，且对于扩大单元接线方式来说，这些保护无选择性，任意一台发电机发生定子接地故障，所有并联运行的发电机保护均无选择性动作。
共最小互阻抗模型从原理上能完全模拟各相间的互感，可以全面地反映发电机定子绕组的电气量特征，在模型实现上也不存在现有部分动模中借助气隙实现参数调整的困难，在模型实现和参数调整上都很方便。
纵向阻抗的计算方法利用两侧电压故障分量差、电流故障分量和、线路阻抗的三角平衡关系，使得保护能应对更复杂的故障局面。为了提高改进算法的可靠性，以两侧电压故障分量差与该两侧绕组正序串联阻抗的比值作为发电机保护的制动量，整定裕度大。通过合理解耦，消减了绕组相间耦合对保护的影响，真正实现其分相跳闸的功能。
发明内容
本发明的目的是，提供一种基于定子双层绕组模型的发电机新型差动保护方法，具有良好的状态判别能力，整定简单、判别裕度大，可靠性高，同时能够有效抵御电流互感器饱和所带来的影响。
本发明所采用的技术方案是，基于定子双层绕组模型的发电机新型差动保护方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1、物理建模
将发电机每两相间的互阻抗作为公共阻抗和两相间互补偿阻抗共同模拟，给出假设发电机发生区外故障与区内故障的等效电路图，为后续有效判别所涉的区内、外故障提供理论基础；
步骤2、数学建模
改进六序分量法，针对三相双层绕组两回线的参数不对称的特点，提出新的方法，进行解耦；通过合理解耦，为发电机内部绕组保护的相关研究提供可靠的模型基础；
步骤3、在经步骤1与步骤2搭建好的发电机模型中，利用纵向阻抗电气三角平衡关系，完成有效判别所涉的区内、外故障。
本发明的特征还在于，
步骤1中，采用20°相带的分布绕组发电机为对象进行物理建模。
步骤2中，采用20°相带的分布绕组发电机为对象进行数学建模。
步骤2具体按照以下步骤实施：
步骤2.1、对于三相双层绕组而言，定子绕组线路的电压电流关系为：
Figure BDA0002730746740000031
式(1)中，Zl1为绕组1回线的自感，Zm1为绕组1回线相间互感；Zl2为绕组2回线的自感，Zm2为绕组2回线的相间互感，Zs为两回线之间的互感；ΔU1A、ΔU2A、ΔU1B、ΔU2B、ΔU1C、ΔU2C分别为绕组线路上的电压降；
步骤2.2、先对阻抗矩阵阵进行相间解耦，将其分解成正序、负序、零序，具体如下：
Figure BDA0002730746740000032
式(2)中，ΔU10为绕组1回线线路上的零序电压降，ΔU11为绕组1回线线路上的正序电压降、ΔU12为绕组1回线线路上的负序电压降；I10为绕组1回线的零序电流，I11为绕组1回线的正序电流，I12为绕组1回线的负序电流；Z10为绕组1回线的零序阻抗，Z11为绕组1回线的正序阻抗，Z12为绕组1回线的负序阻抗；ΔU20为绕组2回线线路上的零序电压降，ΔU21为绕组2回线线路上的正序电压降，ΔU22为绕组2回线线路上的负序电压降；I20为绕组2回线的零序电流，I21为绕组2回线的正序电流，I22为绕组2回线的负序电流；Z20为绕组2回线的零序阻抗，Z21为绕组2回线的正序阻抗、Z22为绕组2回线的负序阻抗；
步骤2.3、将式(1)中有绕组线间耦合零序电流分解为零序同向量I0T和零序反向量I0F，得到M为六序变换阵，具体如下：
Figure BDA0002730746740000041
式(3)中：X为相间解耦矩阵，Q为绕组线间解耦矩阵，γ1与γ2为修正系数，a为工频移相角，
Figure BDA0002730746740000042
步骤2.4、由上述六序变换阵可得解耦后零序电压、零序电流与阻抗之间的对应关系如下：
Figure BDA0002730746740000051
式(4)中：ΔU0T为解耦后零序电压的同向量分量，I0T为解耦后零序电流的同向量分量；ΔU0F为解耦后零序电压的反向量分量，I0F为解耦后零序电流的反向量分量；Z0T为零序同向量分量对应的阻抗，且
Figure BDA0002730746740000052
Z0F为零序反向量分量对应的阻抗，且
Figure BDA0002730746740000053
步骤3.1、假设发电机在电流互感器的尾端发生区外故障；
Figure BDA0002730746740000054
为电流互感器的一次侧得到的电压故障分量、
Figure BDA0002730746740000055
为电流互感器的二次侧得到的电压故障分量；
Figure BDA0002730746740000056
为电流互感器的一次侧得到的电流故障分量、
Figure BDA0002730746740000057
为电流互感器的二次侧得到的电流故障分量；Z1s为电流互感器的一次侧等效系统阻抗、Z2s为电流互感器的二次侧等效系统阻抗；Z1为电流互感器的一次侧发电机内部的等效漏阻抗、Z2为电流互感器的二次侧发电机内部的等效漏阻抗；
Figure BDA0002730746740000058
为电流互感器的一二次侧得到的电压差，
Figure BDA0002730746740000059
为电流互感器的一二次侧得到的电流和，
Figure BDA00027307467400000510
为纵向阻抗值；Z21s、Z22s为区外故障后分离出来的2个等效阻抗，其中有：Z2s＝Z21s+Z22s；参考方向为母线指向发电机，其电压、电流与阻抗之间有以下关系：
Figure BDA00027307467400000511
基于式(5)电压、电流与阻抗表达式之间的关系，可得纵向阻抗表述为：
Figure BDA0002730746740000061
将式(6)转化得到类似电流差动保护形式的改进算法：
Figure BDA0002730746740000062
此时差动保护的改进算法可通过
Figure BDA0002730746740000063
和
Figure BDA0002730746740000064
构成的三角平衡关系来描述；
理想状态下，
Figure BDA0002730746740000065
与
Figure BDA0002730746740000066
在幅值上基本相同，有
Figure BDA0002730746740000067
即
Figure BDA0002730746740000068
步骤3.2、假设发电机在电流互感器的尾端发生区内故障；
Figure BDA0002730746740000069
为电流互感器的一次侧得到的电压故障分量、
Figure BDA00027307467400000610
为电流互感器的二次侧得到的电压故障分量；
Figure BDA00027307467400000611
为电流互感器的一次侧得到的电流故障分量、
Figure BDA00027307467400000612
为电流互感器的二次侧得到的电流故障分量；Z1s为电流互感器的一次侧等效系统阻抗、Z2s为电流互感器的二次侧等效系统阻抗；Z1为电流互感器的一次侧发电机内部的等效漏阻抗、Z2为电流互感器的二次侧发电机内部的等效漏阻抗；
Figure BDA00027307467400000613
为电流互感器的一二次侧得到的电压差，
Figure BDA00027307467400000614
为电流互感器的一二次侧得到的电流和，
Figure BDA00027307467400000615
为纵向阻抗值；Z21、Z22为区外故障后分离出来的2个等效漏阻抗，其中有：Z2≈Z21+Z22；参考方向为母线指向发电机，其电压、电流与阻抗之间有以下关系：
Figure BDA00027307467400000616
上式(8)中：
Figure BDA0002730746740000071
方向与参考电流的方向相同，且由
Figure BDA0002730746740000072
可得到以下推论：
Figure BDA0002730746740000073
本发明的有益效果是：
(1)本发明方法所改进的模型从原理上能完全模拟各相间的互感，可以全面地反映发电机定子绕组的电气量特征，在模型实现上也不存在现有部分动模中借助气隙实现参数调整的困难，在模型实现和参数调整上都很方便。
(2)本发明方法通过改进六序分量法进行解耦，消减了发电机绕组相间耦合对保护的影响，真正实现了其分相跳闸的功能。使得保护能应对更复杂的故障局面。
(3)本发明方法当发生区外故障时，无论故障相还是非故障相，可靠性更强。当发生区内故障时，具有良好的分相判别能力，灵敏度更高；
(4)本发明方法使用共最小互阻抗模型，调整了发电机内部绕组各导线互感的物理模型；构建了发电机数学模型，对其绕组进行合理解耦；采用纵向阻抗电气三角平衡关系，合理地将两端线路保护的改进算法推广到发电机定子绕组内部故障保护，保留了电流差动保护的动作特性；
(5)本发明方法更细化确定相间和回间故障的状态；消除导线间电磁耦合以确保有效判别所涉的区内、外故障。
附图说明
图1为本发明基于定子双层绕组模型的发电机新型差动保护方法的发电机槽电势星形图；
图2为本发明基于定子双层绕组模型的发电机新型差动保护方法的分布绕组发电机定子绕组展开图；
图3为本发明基于定子双层绕组模型的发电机新型差动保护方法的动模结构简图；
图4为本发明基于定子双层绕组模型的发电机新型差动保护方法的耦合线路图；
图5为本发明基于定子双层绕组模型的发电机新型差动保护方法的向量分解方法对比；
图6为本发明基于定子双层绕组模型的发电机新型差动保护方法的发电机定子绕组发生区外故障情况下的R-L单相等效工频故障分量绕组线路模型；
图7为本发明基于定子双层绕组模型的发电机新型差动保护方法的发电机定子绕组发生区内故障情况下的R-L单相等效工频故障分量绕组线路模型；
图8为本发明基于定子双层绕组模型的发电机新型差动保护方法的模型整体结构。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明提供一种基于定子双层绕组模型的发电机新型差动保护方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：
步骤1、物理建模
在传统发电机模型的基础上，考虑发电机内部绕组各相间互感的物理模型构建，将发电机每两相间的互阻抗作为公共阻抗和两相间互补偿阻抗共同模拟。如附图3所示。从原理上完全模拟各相间的互感，全面地反映发电机定子绕组的电气量特征，并在搭建好的模型上设置故障位置，使得后续模型实现和参数调整可以顺利进行。如附图8所示。给出假设发电机发生区外故障与区内故障的等效电路图，为后续有效判别所涉的区内、外故障提供理论基础。区外故障的等效电路图如附图6所示，区内故障的等效电路图如附图7所示。步骤1中，采用20°相带的分布绕组发电机为对象进行物理建模，如图1所示；
步骤2、采用20°相带的分布绕组发电机进行为对象进行数学建模
改进六序分量法，针对三相双层绕组两回线的参数不对称的特点，提出新的方法，进行解耦；通过合理解耦，清楚反映发电机定子绕组相间和回间故障，可为发电机内部绕组保护的相关研究提供可靠的模型基础。
步骤2中，采用20°相带的分布绕组发电机为对象进行数学建模，如图2所示。
步骤2具体按照以下步骤实施：
步骤2.1、对于三相双层绕组而言，如附图4所示，定子绕组线路的电压电流关系为：
Figure BDA0002730746740000091
式(1)中，Zl1为绕组1回线的自感，Zm1为绕组1回线相间互感；Zl2为绕组2回线的自感，Zm2为绕组2回线的相间互感，Zs为两回线之间的互感；ΔU1A、ΔU2A、ΔU1B、ΔU2B、ΔU1C、ΔU2C分别为绕组线路上的电压降；
步骤2.2、先对阻抗矩阵阵进行相间解耦，将其分解成正序、负序、零序，具体如下：
Figure BDA0002730746740000101
式(2)中，ΔU10为绕组1回线线路上的零序电压降，ΔU11为绕组1回线线路上的正序电压降、ΔU12为绕组1回线线路上的负序电压降；I10为绕组1回线的零序电流，I11为绕组1回线的正序电流，I12为绕组1回线的负序电流；Z10为绕组1回线的零序阻抗，Z11为绕组1回线的正序阻抗，Z12为绕组1回线的负序阻抗；ΔU20为绕组2回线线路上的零序电压降，ΔU21为绕组2回线线路上的正序电压降，ΔU22为绕组2回线线路上的负序电压降；I20为绕组2回线的零序电流，I21为绕组2回线的正序电流，I22为绕组2回线的负序电流；Z20为绕组2回线的零序阻抗，Z21为绕组2回线的正序阻抗、Z22为绕组2回线的负序阻抗。
步骤2.3、将式(1)中有绕组线间耦合零序电流分解为零序同向量I0T和零序反向量I0F，如附图5所示，得到M为六序变换阵，具体如下：
Figure BDA0002730746740000111
式(3)中：X为相间解耦矩阵，Q为绕组线间解耦矩阵，γ1与γ2为修正系数，a为工频移相角，
Figure BDA0002730746740000112
步骤2.4、由上述六序变换阵可得解耦后零序电压、零序电流与阻抗之间的对应关系如下：
Figure BDA0002730746740000113
式(4)中：ΔU0T为解耦后零序电压的同向量分量，I0T为解耦后零序电流的同向量分量；ΔU0F为解耦后零序电压的反向量分量，I0F为解耦后零序电流的反向量分量；Z0T为零序同向量分量对应的阻抗，且
Figure BDA0002730746740000114
Z0F为零序反向量分量对应的阻抗，且
Figure BDA0002730746740000115
步骤3、在经步骤1与步骤2搭建好的发电机模型中，利用纵向阻抗电气三角平衡关系，完成有效判别所涉的区内、外故障；
步骤3.1、假设发电机在电流互感器的尾端发生区外故障；如附图6所示的故障网络，
Figure BDA0002730746740000116
为电流互感器的一次侧得到的电压故障分量、
Figure BDA0002730746740000117
为电流互感器的二次侧得到的电压故障分量；
Figure BDA0002730746740000121
为电流互感器的一次侧得到的电流故障分量、
Figure BDA0002730746740000122
为电流互感器的二次侧得到的电流故障分量；Z1s为电流互感器的一次侧等效系统阻抗、Z2s为电流互感器的二次侧等效系统阻抗；Z1为电流互感器的一次侧发电机内部的等效漏阻抗、Z2为电流互感器的二次侧发电机内部的等效漏阻抗；
Figure BDA0002730746740000123
为电流互感器的一二次侧得到的电压差，
Figure BDA0002730746740000124
为电流互感器的一二次侧得到的电流和，
Figure BDA0002730746740000125
为纵向阻抗值；Z21s、Z22s为区外故障后分离出来的2个等效阻抗，其中有：Z2s＝Z21s+Z22s；参考方向为母线指向发电机，其电压、电流与阻抗之间有以下关系：
Figure BDA0002730746740000126
基于式(5)电压、电流与阻抗表达式之间的关系，可得纵向阻抗表述为：
Figure BDA0002730746740000127
将式(6)转化得到类似电流差动保护形式的改进算法：
Figure BDA0002730746740000128
此时差动保护的改进算法可通过
Figure BDA0002730746740000129
和
Figure BDA00027307467400001210
构成的三角平衡关系来描述；
理想状态下，
Figure BDA00027307467400001211
与
Figure BDA00027307467400001212
在幅值上基本相同，有
Figure BDA00027307467400001213
即
Figure BDA00027307467400001214
步骤3.2、假设发电机在电流互感器的尾端发生区内故障；
如附图7所示的故障网络，
Figure BDA00027307467400001215
为电流互感器的一次侧得到的电压故障分量、
Figure BDA0002730746740000131
为电流互感器的二次侧得到的电压故障分量；
Figure BDA0002730746740000132
为电流互感器的一次侧得到的电流故障分量、
Figure BDA0002730746740000133
为电流互感器的二次侧得到的电流故障分量；Z1s为电流互感器的一次侧等效系统阻抗、Z2s为电流互感器的二次侧等效系统阻抗；Z1为电流互感器的一次侧发电机内部的等效漏阻抗、Z2为电流互感器的二次侧发电机内部的等效漏阻抗；
Figure BDA0002730746740000134
为电流互感器的一二次侧得到的电压差，
Figure BDA0002730746740000135
为电流互感器的一二次侧得到的电流和，
Figure BDA0002730746740000136
为纵向阻抗值。Z21、Z22为区外故障后分离出来的2个等效漏阻抗，其中有：Z2≈Z21+Z22。参考方向为母线指向发电机，其电压、电流与阻抗之间有以下关系：
Figure BDA0002730746740000137
上式(8)中：
Figure BDA0002730746740000138
方向与参考电流的方向相同，且由
Figure BDA0002730746740000139
可得到以下推论：
Figure BDA00027307467400001310
实施例
利用PSCAD建立定子绕组仿真模型，进行不同位置与类型的故障仿真。发电机模型如附图中8所示。图8中，K1、K2、K3为区外故障点；K4、K5、K6为区内故障点；模型中电源和等效线路采用分布参数模型表示，具体参数如表(1)与表(2)所示。
表1发电机的主要参数
Figure BDA0002730746740000141
表2发电机内部参数
Figure BDA0002730746740000142
仿真故障类型为单相接地与两相短路接地。仿真结果分别如表3与表4所示。表3与表4中，Ires为传统算法的制动量；Ksen1、为传统算法的灵敏度，Ksen2为本文算法的灵敏度(定义灵敏度为动作量与制动量的比值)。
表3两种算法的单相接地故障仿真结果对比
Figure BDA0002730746740000151
表4两种算法的两相短路仿真结果对比
Figure BDA0002730746740000161
由表3与表4的结果可以得出如下结论：
a.当发生区外故障时，无论故障相还是非故障相，本文判据的制动量都大于传统保护的制动量，可靠性更强。单相接地故障后，在考虑过渡电阻的情况下，对于故障相，本文算法的制动量比传统保护的算法的制动量至少提高了3倍，保护更加可靠动作；两相短路故障后，在考虑过渡电阻情况下，对于故障相，本文算法的制动量比传统保护中的制动量至少提高了6倍。
b.当发生区内故障时，本文算法具有良好的分相判别能力，故障相的制动量比传统保护中的制动量减小了1～3倍，灵敏度相对较高。发生单相金属性接地故障时，对于故障相，本文算法的灵敏度至少提高了2倍。对于非故障相，其制动量增大了至少96倍。可靠性极大增加；发生两相短路故障时，对于故障相，本文算法的灵敏度提高了1.6倍。
本发明提供一种基于定子双层绕组模型的发电机新型差动保护方法，通过调整强化了发电机内部绕组各导线互感的物理模型特性，更细化确定相间和回间故障的状态。构建发电机数学模型，对其绕组进行合理解耦，消除导线间电磁耦合，构建独立的判别功能。后采用纵向阻抗电气三角平衡关系，以确保有效判别所涉的区内、外故障，当发生区外故障时，无论故障相还是非故障相，可靠性更强，当发生区内故障时，具有良好的分相判别能力，灵敏度更高。

Claims (5)

1.基于定子双层绕组模型的发电机新型差动保护方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：
步骤1、物理建模
将发电机每两相间的互阻抗作为公共阻抗和两相间互补偿阻抗共同模拟，给出假设发电机发生区外故障与区内故障的等效电路图，为后续有效判别所涉的区内、外故障提供理论基础；
步骤2、数学建模
改进六序分量法，针对三相双层绕组两回线的参数不对称的特点，提出新的方法，进行解耦；通过合理解耦，为发电机内部绕组保护的相关研究提供可靠的模型基础；
步骤3、在经步骤1与步骤2搭建好的发电机模型中，利用纵向阻抗电气三角平衡关系，完成有效判别所涉的区内、外故障。
2.根据权利要求1所述的基于定子双层绕组模型的发电机新型差动保护方法，其特征在于，步骤1中，采用20°相带的分布绕组发电机为对象进行物理建模。
3.根据权利要求2所述的基于定子双层绕组模型的发电机新型差动保护方法，其特征在于，步骤2中，采用20°相带的分布绕组发电机为对象进行数学建模。
4.根据权利要求3所述的基于定子双层绕组模型的发电机新型差动保护方法，其特征在于，步骤2具体按照以下步骤实施：
步骤2.1、对于三相双层绕组而言，定子绕组线路的电压电流关系为：
Figure FDA0002730746730000021
式(1)中，Zl1为绕组1回线的自感，Zm1为绕组1回线相间互感；Zl2为绕组2回线的自感，Zm2为绕组2回线的相间互感，Zs为两回线之间的互感；ΔU1A、ΔU2A、ΔU1B、ΔU2B、ΔU1C、ΔU2C分别为绕组线路上的电压降；
步骤2.2、先对阻抗矩阵阵进行相间解耦，将其分解成正序、负序、零序，具体如下：
Figure FDA0002730746730000022
式(2)中，ΔU10为绕组1回线线路上的零序电压降，ΔU11为绕组1回线线路上的正序电压降、ΔU12为绕组1回线线路上的负序电压降；I10为绕组1回线的零序电流，I11为绕组1回线的正序电流，I12为绕组1回线的负序电流；Z10为绕组1回线的零序阻抗，Z11为绕组1回线的正序阻抗，Z12为绕组1回线的负序阻抗；ΔU20为绕组2回线线路上的零序电压降，ΔU21为绕组2回线线路上的正序电压降，ΔU22为绕组2回线线路上的负序电压降；I20为绕组2回线的零序电流，I21为绕组2回线的正序电流，I22为绕组2回线的负序电流；Z20为绕组2回线的零序阻抗，Z21为绕组2回线的正序阻抗、Z22为绕组2回线的负序阻抗；
步骤2.3、将式(1)中有绕组线间耦合零序电流分解为零序同向量I0T和零序反向量I0F，得到M为六序变换阵，具体如下：
Figure FDA0002730746730000031
式(3)中：X为相间解耦矩阵，Q为绕组线间解耦矩阵，γ1与γ2为修正系数，a为工频移相角，
Figure FDA0002730746730000032
步骤2.4、由上述六序变换阵可得解耦后零序电压、零序电流与阻抗之间的对应关系如下：
Figure FDA0002730746730000033
式(4)中：ΔU0T为解耦后零序电压的同向量分量，I0T为解耦后零序电流的同向量分量；ΔU0F为解耦后零序电压的反向量分量，I0F为解耦后零序电流的反向量分量；Z0T为零序同向量分量对应的阻抗，且
Figure FDA0002730746730000034
Z0F为零序反向量分量对应的阻抗，且
Figure FDA0002730746730000035
5.根据权利要求4所述的基于定子双层绕组模型的发电机新型差动保护方法，其特征在于，步骤3.1、假设发电机在电流互感器的尾端发生区外故障；
Figure FDA0002730746730000036
为电流互感器的一次侧得到的电压故障分量、
Figure FDA0002730746730000037
为电流互感器的二次侧得到的电压故障分量；
Figure FDA0002730746730000041
为电流互感器的一次侧得到的电流故障分量、
Figure FDA0002730746730000042
为电流互感器的二次侧得到的电流故障分量；Z1s为电流互感器的一次侧等效系统阻抗、Z2s为电流互感器的二次侧等效系统阻抗；Z1为电流互感器的一次侧发电机内部的等效漏阻抗、Z2为电流互感器的二次侧发电机内部的等效漏阻抗；
Figure FDA0002730746730000043
为电流互感器的一二次侧得到的电压差，
Figure FDA0002730746730000044
为电流互感器的一二次侧得到的电流和，
Figure FDA0002730746730000045
为纵向阻抗值；Z21s、Z22s为区外故障后分离出来的2个等效阻抗，其中有：Z2s＝Z21s+Z22s；参考方向为母线指向发电机，其电压、电流与阻抗之间有以下关系：
Figure FDA0002730746730000046
基于式(5)电压、电流与阻抗表达式之间的关系，可得纵向阻抗表述为：
Figure FDA0002730746730000047
将式(6)转化得到类似电流差动保护形式的改进算法：
Figure FDA0002730746730000048
此时差动保护的改进算法可通过
Figure FDA0002730746730000049
和
Figure FDA00027307467300000410
构成的三角平衡关系来描述；
理想状态下，
Figure FDA00027307467300000411
与
Figure FDA00027307467300000412
在幅值上基本相同，有
Figure FDA00027307467300000413
即
Figure FDA00027307467300000414
步骤3.2、假设发电机在电流互感器的尾端发生区内故障；
Figure FDA00027307467300000415
为电流互感器的一次侧得到的电压故障分量、
Figure FDA00027307467300000416
为电流互感器的二次侧得到的电压故障分量；
Figure FDA0002730746730000051
为电流互感器的一次侧得到的电流故障分量、
Figure FDA0002730746730000052
为电流互感器的二次侧得到的电流故障分量；Z1s为电流互感器的一次侧等效系统阻抗、Z2s为电流互感器的二次侧等效系统阻抗；Z1为电流互感器的一次侧发电机内部的等效漏阻抗、Z2为电流互感器的二次侧发电机内部的等效漏阻抗；
Figure FDA0002730746730000053
为电流互感器的一二次侧得到的电压差，
Figure FDA0002730746730000054
为电流互感器的一二次侧得到的电流和，
Figure FDA0002730746730000055
为纵向阻抗值；Z21、Z22为区外故障后分离出来的2个等效漏阻抗，其中有：Z2≈Z21+Z22；参考方向为母线指向发电机，其电压、电流与阻抗之间有以下关系：
Figure FDA0002730746730000056
上式(8)中：
Figure FDA0002730746730000057
方向与参考电流的方向相同，且由
Figure FDA0002730746730000058
可得到以下推论：
Figure FDA0002730746730000059
CN202011117289.7A 2020-10-19 2020-10-19 基于定子双层绕组模型的发电机差动保护方法 Active CN112332371B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011117289.7A CN112332371B (zh) 2020-10-19 2020-10-19 基于定子双层绕组模型的发电机差动保护方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011117289.7A CN112332371B (zh) 2020-10-19 2020-10-19 基于定子双层绕组模型的发电机差动保护方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112332371A true CN112332371A (zh) 2021-02-05
CN112332371B CN112332371B (zh) 2022-06-03

Family

ID=74313118

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011117289.7A Active CN112332371B (zh) 2020-10-19 2020-10-19 基于定子双层绕组模型的发电机差动保护方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112332371B (zh)

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1526614A (en) * 1977-02-16 1978-09-27 Belova T Dynamoelectric machine two-layer stator windings
CN1402401A (zh) * 2002-08-26 2003-03-12 南京南瑞继保电气有限公司 浮动门槛和电流比率制动相结合的发电机匝间保护方法
US20140117912A1 (en) * 2011-07-04 2014-05-01 Zoran Gajic System For Detecting Internal Winding Faults Of A Synchronous Generator, Computer Program Product And Method
CN103872646A (zh) * 2014-02-24 2014-06-18 南京南瑞继保电气有限公司 防止和应涌流导致发电机和变压器差动保护误动的方法
EP2747229A1 (en) * 2012-12-18 2014-06-25 Schneider Electric Industries SAS Method for predicting and detecting current transformer saturation under sympathetic inrush
US20160149390A1 (en) * 2014-11-26 2016-05-26 Schweitzer Engineering Laboratories, Inc. Secure and dependable differential protection for electric power generators
CN106066451A (zh) * 2016-08-01 2016-11-02 西安工程大学 一种基于纵向阻抗的t型线路保护计算方法
CN109802370A (zh) * 2019-01-30 2019-05-24 西安工程大学 一种t型线路差动保护改进判据

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1526614A (en) * 1977-02-16 1978-09-27 Belova T Dynamoelectric machine two-layer stator windings
CN1402401A (zh) * 2002-08-26 2003-03-12 南京南瑞继保电气有限公司 浮动门槛和电流比率制动相结合的发电机匝间保护方法
US20140117912A1 (en) * 2011-07-04 2014-05-01 Zoran Gajic System For Detecting Internal Winding Faults Of A Synchronous Generator, Computer Program Product And Method
CN103782509A (zh) * 2011-07-04 2014-05-07 Abb研究有限公司 用于检测同步发电机内部绕组故障的系统、计算机程序产品和方法
EP2747229A1 (en) * 2012-12-18 2014-06-25 Schneider Electric Industries SAS Method for predicting and detecting current transformer saturation under sympathetic inrush
CN103872646A (zh) * 2014-02-24 2014-06-18 南京南瑞继保电气有限公司 防止和应涌流导致发电机和变压器差动保护误动的方法
US20160149390A1 (en) * 2014-11-26 2016-05-26 Schweitzer Engineering Laboratories, Inc. Secure and dependable differential protection for electric power generators
CN106066451A (zh) * 2016-08-01 2016-11-02 西安工程大学 一种基于纵向阻抗的t型线路保护计算方法
CN109802370A (zh) * 2019-01-30 2019-05-24 西安工程大学 一种t型线路差动保护改进判据

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
唐政等: "基于场路耦合的永磁电机瞬态特性研究", 《微计算机信息》 *
唐政等: "基于场路耦合的永磁电机瞬态特性研究", 《微计算机信息》, vol. 25, no. 1, 10 January 2009 (2009-01-10), pages 235 - 236 *
邵文权等: "特高压输电线路差动保护电容电流补偿方法", 《陕西科技大学学报(自然科学版)》 *
邵文权等: "特高压输电线路差动保护电容电流补偿方法", 《陕西科技大学学报(自然科学版)》, vol. 29, no. 4, 25 August 2011 (2011-08-25), pages 63 - 66 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN112332371B (zh) 2022-06-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Baran et al. Fault analysis on distribution feeders with distributed generators
Chen et al. Power system modeling
CN106066918B (zh) 一种含分布式电源和非线性负荷的短路电流计算方法
CN111856210B (zh) 一种配电网线路故障类型的判定方法及装置
Kong et al. A three-zone distance protection scheme capable to cope with the impact of UPFC
US20160006243A1 (en) Hub
CN110504664B (zh) 含分布式电源的配电网自适应限时正序电流速断保护方法
Dai et al. Single-terminal quantity based line protection for ring flexible DC distribution grids
Saber et al. Time-domain fault location algorithm for double-circuit transmission lines connected to large scale wind farms
Yalçın et al. A study of symmetrical and unsymmetrical short circuit fault analyses in power systems
CN110048372B (zh) 一种改进的高压发电机定子单相接地故障保护方法
CN112332371B (zh) 基于定子双层绕组模型的发电机差动保护方法
CN112526396A (zh) 多回线接地故障分析方法、装置、电子设备及存储介质
CN116345448A (zh) 一种多端混合直流输电系统短路电流近似计算方法
Santiago et al. Electromagnetic transient study of a transmission line tuned for half wavelength
CN113258579B (zh) 混合电源模式双边供电系统电气化铁路短路电流计算方法
Goldshteyn et al. Mathematical models of short-circuit and break modes in electric networks with multi-circuitoverhead lines
CN115800234A (zh) 一种基于h桥变流器与消弧线圈串联分压的配电网故障消弧系统与方法
Li et al. A single-ended protection for multi-terminal flexible DC distribution system
Barber et al. Simulation of a synchronous generator connected via a delta—star transformer
Nakra et al. System considerations in converting one circuit of a double circuit AC line to DC
Pfeifer et al. Characteristics of a mixed 100-km EHV transmission line with shunt compensation for various topologies
Le et al. Directional relays for distribution networks with distributed generation
CN112865048B (zh) 交直流混联输电系统保护方法、装置及终端设备
Pfendler et al. Aggregation of a generic high-voltage network using the grey-box approach for dynamic frequency investigations

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant