CN114123125B - 基于参考相量的配电网差动保护故障自同步方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了基于参考相量的配电网差动保护故障自同步方法及系统，包括：被保护馈线两侧分别接收到被保护馈线故障发生信号，各侧以接收到的被保护馈线故障发生信号的时刻作为其计算电流相量的启动时刻；选取启动时刻前某一时间的电流采样数据计算各侧参考相量；计算由两侧参考相量表示的同一电气量的参考相量相角差；根据两侧参考相量的相角差对电流相量进行补偿，消除启动时刻不同步对两侧电流相量计算造成的误差。

Description

基于参考相量的配电网差动保护故障自同步方法及系统
技术领域
本发明属于配电网继电保护技术领域，尤其涉及基于参考相量的配电网差动保护故障自同步方法及系统。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
在分布式电源渗透率较高的配电网中，馈线电流的幅值与方向受分布式电源出力间歇性的影响，具有较大不确定性，传统配电网中广泛应用的电流保护已不再适用，需提出新的配电网保护方法。随着配网通信网络的完善，一些学者将已在输电线路中广泛应用的电流差动类保护引入到配电网馈线保护中。
现有技术提出了利用复用配电网自动化以太网无源光网络(ethernet passiveoptical network，EPON)实现的馈线差动保护，既无需额外增加保护专用信道，又可解决馈线保护选择性和速动性的问题。现有技术还提出了基于正序电流故障分量的有源配电网电流差动保护，采用正序分量取代三相电流降低了保护所需的通信量，采用故障分量提升了保护的灵敏性。以及现有技术考虑到T型接入配电网馈线内部的逆变型分布式电源，提出了虚拟多端电流差动保护。该方法首先根据线路两端的有功功率和线路阻抗推导出每个逆变型分布式电源的有功功率参考值和并网点正序电压，然后根据控制策略估算出各逆变型电源输出电流并结合线路两端的测量电流构造虚拟多端电流差动保护，相比多端电流差动保护成本较低。
上述电流差动类保护虽然在含高渗透率分布式电源的配电网中具有较高的可靠性与灵敏性，但在应用差动保护时必须要保证线路两侧的数据同步。在输电线路中一般采用基于数据通道的同步方法，通过乒乓原理测量通道时延以调整两侧时钟，从而实现数据同步。然而配电网通常不具备保护专用信道，而是通过复用配网自动化信道的方式通信，因此无法实现基于数据通道的数据同步。
另外，现有技术提出了基于全球导航卫星系统(Global Navigation SatelliteSystem，GNSS)进行外部授时的差动保护数据同步方法，卫星信号不受信道限制，但其可靠性易受环境、天气、干扰欺骗等因素影响，需要与高稳晶振配合使用。使用该技术实现数据同步需要在各个保护安装处加装GPS信号接收器和高稳晶振，考虑到配电网具有多节点多分支的特点，这将大大增加配电网的投资成本。因此，该技术受限于成本因素难以在配电网中大规模推广。
现有技术还提出了基于故障信号自同步的配电网电流差动保护数据同步方法。该方法认为配电网馈线较短，故障后线路两侧的保护装置将同时检测到故障信号，因此各装置分别以其测量电流达到启动门槛的时间作为参考时间，实现两侧数据的同步计算。该方案不依赖于保护专用通道及外部授时信号，具有较高的经济性。然而该方法受故障检测算法(启动判据)灵敏度的影响较大，当故障位置距负荷侧较远或故障点含有较大的过渡电阻时，负荷侧保护装置中的测量电流需经过较长的延时才能达到启动门槛，此时两侧装置的同步参考时间相差较大，严重影响电流差动保护的可靠性。
发明人发现，现有配电网差动保护的数据同步方法中均需外部授时信号，或受故障检测算法灵敏度的影响较大，不存在不依赖外部授时信号且不受故障检测算法影响的配电网差动保护数据同步方法。
发明内容
为克服上述现有技术的不足，本发明提供了基于参考相量的配电网差动保护故障自同步方法，仅利用电流信息，不依赖于GNSS信号以及保护专用信道，可适用于投资成本相对较低的配电网，且不受故障检测算法的影响，在不同故障场景中均能保证差动保护所需的同步精度。
为实现上述目的，本发明的一个或多个实施例提供了如下技术方案：
本发明的第一个方面提供了基于参考相量的配电网差动保护故障自同步方法，包括：
被保护馈线两侧分别接收到被保护馈线故障发生信号，各侧以接收到的被保护馈线故障发生信号的时刻作为其计算电流相量的启动时刻；
选取启动时刻前某一时间的电流采样数据计算各侧参考相量；
计算由两侧参考相量表示的同一电气量的参考相量相角差；
根据两侧参考相量的相角差对电流相量进行补偿，消除启动时刻不同步对两侧电流相量计算造成的误差。
在一些实施例子中，被保护馈线通过两侧的保护装置分别获得两侧的的三相电流，各侧三相电流满足所在保护装置的启动判据的时刻作为本侧被保护馈线故障发生时刻。
在一些实施例子中，两侧的保护装置以三相电流突变量作为检测被保护馈线故障是否发生的启动判据。
在一些实施例子中，基于两侧保护装置接收到被保护馈线故障发生时刻的时间不一致，所述两侧保护装置的启动时间不一致。
在一些实施例子中，被保护馈线各侧基于所述启动时刻计算本侧电流相量。
在一些实施例子中，选取启动时刻前某一时间的电流采样数据计算各侧参考相量，具体为：
基于保护启动判据的最大检测延时不会超过一个周波以及全周傅式算法的数据窗长度，选取计算参考相量的始点，以使参考相量计算的数据窗完全位于故障发生之前。
两侧保护装置以各自启动时刻向前40ms作为计算参考相量的始点。
在一些实施例子中，计算由两侧参考相量表示的同一电气量的参考相量的相角差之前，两侧保护装置相互传送本侧电流相量值及参考相量的相位角。
在一些实施例子中，计算由两侧参考相量表示的同一电气量的参考相量的相角差时：
Figure GDA0003731880580000041
和
Figure GDA0003731880580000042
分别为两侧保护装置测得的本侧电流相量，由M侧数据表征的N侧电流参考相量
Figure GDA0003731880580000043
为：
Figure GDA0003731880580000044
相量
Figure GDA0003731880580000045
和
Figure GDA0003731880580000046
为由两侧数据表征的同一电气量，二者之间的相角差即为两侧数据的同步误差。
本发明的第二个方面提供了基于参考相量的配电网差动保护故障自同步系统，包括：
启动时刻确定模块，用于被保护馈线两侧分别接收到被保护馈线故障发生信号，各侧以接收到的被保护馈线故障发生信号的时刻作为其计算电流相量的启动时刻；
电流相量计算模块，用于以两侧保护装置的启动时刻为起始时刻计算本侧电流相量及选取启动时刻前某一时间的电流采样数据计算各侧参考相量；
同步误差补偿模块，用于计算由两侧参考相量表示的同一电气量的参考相量相角差；
根据两侧参考相量的相角差对电流相量进行补偿，消除启动时刻不同步对两侧电流相量计算造成的误差。
进一步的技术方案，还包括三相电流获取模块，其用于获取流过被保护馈线两侧保护装置的三相电流。
以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：
本发明利用两侧保护装置的测量电流数据实现差动保护的数据同步，无需保护专用通道以及外部授时信号；可适用于复用配电网自动化中光纤以太网通信的配电网差动保护，经济性高，易于实现；
本发明利用故障前特定时刻参考相量的相角差对两侧电流相量进行同步校正，不受故障检测算法灵敏度的影响，在各种故障条件下均具有较高的同步精度，原理简单、清楚，识别准确，易于工程实现。
本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明实施例的配电网故障自同步技术示意图；
图2为本发明实施例的负荷侧启动延时较长时两侧电流波形示意图；
图3为本发明实施例的参考相量数据窗选取示意图；
图4为本发明实施例的配电网馈线等值电路示意图；
图5为本发明实施例的参考相量计算结果示意图；
图6为本发明实施例的配电网仿真模型示意图；
图7为本发明实施例的基于参考相量的配电网差动保护故障自同步方法的整体流程图。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。
在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
基于背景技术的描述，以图1所示的简单配电网为例描述传统故障自同步方法的原理。当馈线MN内部发生故障时，馈线两侧测量到的相电流会发生突变。由于配电网馈线长度较短(一般小于20千米)，故障电磁波在馈线上的传播时间极短(小于0.1毫秒)，因此可近似认为两侧保护装置Rm和Rn能够同时感受到故障信号，Rm和Rn以各自启动时刻(装置检测出的故障发生时刻)为参考时刻，计算保护相关的电气量，即可实现两侧数据的同步计算。
然而，上述故障自同步方法中的启动时刻并非真正的故障发生时刻，而是装置测量电流满足保护启动判据的时刻，因此启动延时是不可避免的。保护装置中常用的相电流突变量启动判据如下所示：
||i(k)-i(k-N)|-|i(k-N)-i(k-2N)||≥KSIN
式中，i(k)表示第k个采样点的相电流采样值，N为一个工频周期内的采样点数，KS为启动门槛系数，IN为额定电流。
由该判据可知，保护启动的延时取决于故障后相电流幅值的变化速度。当发生区外故障时，流经两侧保护装置的电流可视为流向故障点的同一穿越性电流，即使存在延时，由于延时是相同的，传统故障自同步方法仍能保证两侧数据同步计算。当发生区内故障时，流经两侧保护装置的电流具有独立性，馈线两侧短路电流的幅值与故障位置、故障类型、过渡电阻、分布式电源出力等因素有关。由于系统电源提供的短路电流较大，系统侧保护能够快速启动；负荷侧故障电流相对较小，若故障点距离负荷侧较远或含有较大的过渡电阻，负荷侧保护装置的启动延时较长。当负荷侧装置的启动延时较大时，两侧启动时刻相差较大，此时传统故障自同步方法将出现较大的同步误差。
图2为一个在图1所示的配电网中负荷侧(N侧)启动延时较长时的故障电流波形图。图中td.m和td.n分别表示Rm和Rn的启动时刻。
从图2中可以看出，由于故障瞬间系统侧(M侧)的电流波形发生了较大突变，电流突变量迅速超过门槛值，Rm可以快速启动；N侧电流突变不明显，电流突变量在故障后的短时间内无法达到启动门槛，直到电流接近下一个波峰时Rn才能启动。此时td.m和td.n之间的时差约6.8ms(毫秒)，若采用传统故障自同步方法，将存在约122.4°的同步误差，严重影响到电流差动保护的可靠性。
本发明提出的总体思路：
本发明先利用两侧保护装置检测到故障发生的时刻(启动时刻)作为计算两侧电流相量的起始时刻，再利用各侧启动时刻前40ms的电流采样数据计算参考相量，并计算由两侧参考相量表示的同一电气量的参考相量，最后根据两侧参考相量的相角差对电流相量进行补偿，以消除启动时刻不同步对两侧电流相量计算造成的误差，实现差动保护的数据同步。
实施例一
本实施例公开了基于参考相量的配电网差动保护故障自同步方法，其具体包括如下步骤：
步骤1：获取流过被保护馈线两侧保护装置的三相电流。
步骤2：以所述三相电流满足各个保护装置的启动判据的时刻作为各个保护装置相应启动时刻。
步骤3：两侧保护装置分别以各自的启动时刻为起始时刻，计算本侧电流相量。
在本实施例中，以相电流突变量作为检测故障是否发生的启动判据。
具体的，两侧保护装置分别以各自测量电流满足相电流突变量启动判据的时刻为起始时刻计算电流相量，启动判据如下：
||i(k)-i(k-N)|-|i(k-N)-i(k-2N)||≥KSIN
式中，i(k)表示第k个采样点的相电流采样值，N为一个工频周期内的采样点数，KS为启动门槛系数，IN为额定电流。
需要说明的是，该方法中以启动时刻前特定时刻的采样值计算参考相量的原因在于，在某些故障条件下两侧保护装置的启动时间相差较大，若仍按传统故障自同步方法以保护启动时刻为基准计算差动保护所需的两侧电流相量，将出现较大的同步误差，需对该误差进行补偿。
步骤4：两侧保护装置分别以各自的启动时刻前特定时刻的采样值计算参考相量。
其中，参考相量为根据线路模型由两侧故障前的数据计算出的表征同一个电气量个两个相量，忽略测量误差及模型误差，两侧数据同步时二者的相位角应该完全相同。若由两侧数据计算出的表征同一电气量的参考相量之间存在相角差，则说明两侧数据不同步且该相角差是由同步误差造成的。根据参考相量的相角差对步骤3中计算出的电流相量进行补偿，即可实现对传统自同步方法中启动时刻不一致造成的同步误差的校正。
具体地，选取启动时刻前特定时刻的采样值计算参考相量的过程为：
为保证计算精度，可以采用全周傅氏算法计算相量。为避免故障对参考相量的数据窗受故障后暂态分量的影响，须保证相量计算的数据窗完全位于故障发生之前。考虑到保护启动判据的最大检测延时不会超过一个周波以及全周傅式算法的数据窗长度，本发明中两侧保护装置以各自启动时刻向前40ms作为计算参考相量的始点。以图2(a)故障相电流示意图，图2(b)故障相电流突变量为例，参考相量数据窗的选取如图3所示。
步骤5：两侧保护装置相互传送本侧电流相量值及参考相量的相位角，该步骤为步骤6计算做准备。
步骤6：计算由两侧参考相量表示的同一电气量的参考相量的相角差。
具体地，计算由两侧参考相量表示的同一个电气量的参考相量的过程为：
在电力系统分析中，35kV及以下电压等级的线路可完全忽略分布电容的影响，仅以集中阻抗Z作为线路的等值电路，如图4所示。图中，
Figure GDA0003731880580000081
和
Figure GDA0003731880580000082
分别为两侧保护装置测得的本侧电流相量。由图4可知，以M侧保护装置为例，由M侧数据可推导出表征N侧电流的参考相量
Figure GDA0003731880580000091
为：
Figure GDA0003731880580000092
相量
Figure GDA0003731880580000093
和
Figure GDA0003731880580000094
为由两侧数据表征的同一电气量，二者之间的相角差即为两侧数据的同步误差。
同理，对于N侧保护装置，由N侧数据表征的M侧电流的参考相量为：
Figure GDA0003731880580000095
步骤7：根据由两侧参考相量表示的同一个电气量的参考相量的相角差对电流相量值进行补偿，消除由启动时刻不一致造成的同步误差。
具体补偿方式为，M侧和N侧保护装置仍以各自的启动时刻为基准计算本侧的电流相量
Figure GDA0003731880580000096
和
Figure GDA0003731880580000097
在M侧保护中，
Figure GDA0003731880580000098
不变，
Figure GDA0003731880580000099
按参考相量中
Figure GDA00037318805800000910
滞后于
Figure GDA00037318805800000911
的相角差顺时针旋转相同角度；同理，在N侧保护中，
Figure GDA00037318805800000912
不变，
Figure GDA00037318805800000913
按参考相量中
Figure GDA00037318805800000914
滞后于
Figure GDA00037318805800000915
的相角差顺时针旋转相同角度。
复相量中相位角的值决定于计算始点。由图3可知，由于两侧参考相量计算始点间的时差等于两侧的保护启动时差，因此由两侧参考相量表示的同一电流量之间的相位差即为传统故障自同步法的同步误差。利用离散全周傅式算法计算相量相位角θ的公式如下所示：
Figure GDA00037318805800000916
Figure GDA00037318805800000917
Figure GDA00037318805800000918
式中，Ir与Ii分别代表相量的实部与虚部，N表示一个周波内的采样点个数，i(n)表示第n个电流采样点的采样值。
将图3中两侧参考相量数据窗内数据代入上述公式，可得M侧和N侧的相位角分别为131.33°和73.69°。此时参考相量
Figure GDA0003731880580000102
和
Figure GDA0003731880580000103
的相位角相差122.36°，如图5所示。忽略计算误差，该相角差与故障自同步方法中由于两侧启动时刻不同造成的同步误差一致。因此可根据补偿该相角差实现对传统故障自同步法的校正。
验证例子
利用电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC搭建3馈线配电网模型，对本发明提出的基于参考相量的配电网差动保护故障自同步方法进行验证：
1)仿真模型
仿真模型结构如图6所示。该模型中性点经5Ω小电阻接地；系统变压器的变比为110/10.5kV，额定容量为50MVA；馈线1～3分别为5km架空线、5km电缆和10km电缆，单位长度的线路参数如表1所示；各条馈线末端均接有额定容量为2MW的DG和(5+j0.5)MVA的负荷；故障点f1～f3分别位于各条馈线的中点；保护装置R1～R6分布在各馈线两侧，其采样频率为10kHz(仿真步长为100μs)，启动判据中的灵敏度系数KS取0.1。
表1线路参数
Figure GDA0003731880580000101
2)仿真验证
a)本实施例所提同步方法与传统故障自同步方法的对比
由于传统故障自同步方法主要在过渡电阻较高的时候存在较大的同步误差，而本实施例提出的基于参考相量的配电网差动保护故障自同步方法可解决该问题，因此该仿真实验首先在f1点设置了一系列不同故障初相角的含50Ω过渡电阻的单相接地故障，并计算了本实施例所提同步方法与传统故障自同步方法的同步误差，结果如表2所示。其中，故障初相角为故障发生时刻系统侧电流的初相位。
表2 f1点故障时所提方法与传统故障自同步方法的对比
Figure GDA0003731880580000111
由表2可以看出，当故障初相角位于0～18°、126～162°的范围时，R2的启动延时远大于R1，传统故障自同步方法存在较大的同步误差，最大误差可达109.8°，远超出配电网差动保护对同步误差的允许裕度。在不同故障初相角时本实施例提出的改进故障自同步方法的同步误差均不超过0.04°，这是由于利用参考相量已实现对两侧启动延时不一致的补偿，此时的同步误差仅由线路电容电流和相量计算误差造成。通过对比可以看出，相比传统故障自同步方法，本实施例提出的改进故障自同步方法具有更高的同步精度。
b)本实施例所提同步方法在不同线路上的有效性
为验证本实施例所提同步方法在不同线路(架空线/电缆)中的同步精度以及线路长度对该方法的影响，在f1、f2和f3点设置了一系列不同故障初相角的含50Ω过渡电阻的单相接地故障，仿真结果如表3所示。
表3不同馈线发生故障时的同步误差
Figure GDA0003731880580000121
由表3可以看出，在架空线中f1点故障时对应的最大同步误差为0.04°，而在电缆馈线中f2和f3点故障时对应的最大同步误差分别为1.13°和2.16°。显然，在电缆线路中所提方法的同步误差大于架空线，且馈线越长的误差越大。这是由于长电缆馈线中的电容电流相对较大，而本实施例在参考相量计算时忽略了线路电容电流。尽管本实施例所提方法在电缆线路中的同步误差略大，但仍远远小于传统故障自同步方法的最大同步误差以及配电网差动保护的同步误差允许裕度。
c)采样频率对本实施例所提同步方法的影响
为验证采样频率对所提方法的影响，将保护装置的采样频率降低为1kHz。再次设置与之前相同的故障，此时得到的计算结果与表3几乎完全相同。这是由于本实施例在选取计算参考相量的数据窗时，躲开了故障之后的采样值，因此不受故障暂态分量的影响。忽略噪声、谐波等因素，正常运行时电流中仅含有工频分量，因此装置的采样频率只需满足采样定理即可保证相量的计算精度。
d)噪声对本实施例所提同步方法的影响
保护装置的测量电流中会因电磁干扰而存在一定的噪声，因此故障发生前的测量电流也不是标准的正弦量。为研究噪声对所提方法的影响，在f3点故障的仿真波形中分别叠加信噪比(signal to noise ratio,SNR)为30db、40db和50db的高斯白噪声，然后按本实施例所提方法计算同步误差，结果如表4所示。由于噪声的生成是随机的，因此对每个故障各叠加10次相同SNR的噪声，表4中记录的数据均为10次计算结果中同步误差最大的一次。
表4不同程度噪声下f3点故障时的同步误差
Figure GDA0003731880580000131
由表4可以看出，噪声会对本实施例所提方法带来不利影响且噪声越大误差越大。但由于全周傅式算法具有较强的滤波能力，即便在30db的噪声下长电缆馈线中的最大同步误差也未超过5°，足以满足配电网差动保护的要求。
由以上仿真结果可知，本实施例提出的基于参考相量的配电网差动保护故障自同步方法可解决传统故障自同步方法在极端故障条件下同步误差较大的情况，不考虑噪声时在配网架空线路中的最大同步误差低于0.1°，在电缆馈线中的最大同步误差低于3°；另外，基于参考相量的配电网差动保护故障自同步方法不受故障初相角和保护装置采样频率的影响，且具有较强的抗噪声能力。
本实施例考虑到配电网多节点多分支和采用复用光纤通信的特点，提出了一种基于参考相量的配电网差动保护故障自同步方法，先利用两侧保护装置检测到故障发生的时刻(启动时刻)作为计算两侧电流相量的起始时刻，再利用各侧启动时刻前40ms的电流采样数据计算参考相量，并计算由两侧参考相量表示的同一电气量的参考相量，最后根据两侧参考相量的相角差对电流相量进行补偿，以消除启动时刻不同步对两侧电流相量计算造成的误差。
PSCAD仿真结果表明，本发明提出的数据同步方法可显著改善传统故障自同步方法在极端故障条件下的同步精度，不受故障检测算法灵敏度的影响；在配电网架空线路和电缆馈线中均能满足差动保护的同步需求；不受故障初相角及装置采样频率的影响；具有较强的抗噪声能力。尤其是在发生含大过渡电阻的接地故障时，所提方法不受故障检测算法的影响，仍能保证差动保护的可靠性。另外，该发明提出的差动保护数据同步方案仅利用两侧电流测量信息，无需在各个保护安装处加装GNSS信号接收器，也不需要保护专用信道，可大大降低配电网电流差动保护的成本。
实施例二
本实施例的目的是提供一种计算装置,包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述方法的步骤。
实施例三
本实施例的目的是提供一种计算机可读存储介质。
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时执行上述方法的步骤。
实施例四
本实施例提供了一种基于参考相量的配电网差动保护故障自同步系统，其具体包括如下模块：
三相电流获取模块，其用于获取流过被保护馈线两侧保护装置的三相电流；
启动时刻确定模块，其用于以所述三相电流满足各个保护装置的启动判据的时刻作为相应启动时刻；
电流相量计算模块，其用于以两侧保护装置的启动时刻为起始时刻计算本侧电流相量及故障发生前特定时刻的参考相量；
同步误差补偿模块，其用于根据由两侧参考相量表示的同一电气量的参考相量的相角差对电流相量值进行补偿，消除由启动时刻不一致造成的同步误差。
此处需要说明的是，本实施例中的各个模块与实施例一中的各个步骤一一对应，其具体实施过程相同，此处不再累述。
以上实施例二、三和四的装置中涉及的各步骤与方法实施例一相对应，具体实施方式可参见实施例一的相关说明部分。术语“计算机可读存储介质”应该理解为包括一个或多个指令集的单个介质或多个介质；还应当被理解为包括任何介质，所述任何介质能够存储、编码或承载用于由处理器执行的指令集并使处理器执行本发明中的任一方法。
本领域技术人员应该明白，上述本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算机装置来实现，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。本发明不限制于任何特定的硬件和软件的结合。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (9)

1.基于参考相量的配电网差动保护故障自同步方法，其特征是，包括：
被保护馈线两侧分别接收到被保护馈线故障发生信号，各侧以接收到的被保护馈线故障发生信号的时刻作为其计算电流相量的启动时刻；
选取启动时刻前某一时间的电流采样数据计算各侧参考相量；
计算由两侧参考相量表示的同一电气量的参考相量相角差；
根据两侧参考相量的相角差对电流相量进行补偿，消除启动时刻不同步对两侧电流相量计算造成的误差；
计算由两侧参考相量表示的同一电气量的参考相量的相角差时：
Figure FDA0003731880570000011
和
Figure FDA0003731880570000012
分别为两侧保护装置测得的本侧电流相量，由M侧数据表征的N侧电流参考相量
Figure FDA0003731880570000013
为：
Figure FDA0003731880570000014
相量
Figure FDA0003731880570000015
和
Figure FDA0003731880570000016
为由两侧数据表征的同一电气量，二者之间的相角差即为两侧数据的同步误差；
具体补偿方式为：
M侧和N侧保护装置仍以各自的启动时刻为基准计算本侧的电流相量
Figure FDA0003731880570000017
和
Figure FDA0003731880570000018
在M侧保护中，
Figure FDA0003731880570000019
不变，
Figure FDA00037318805700000110
按参考相量中
Figure FDA00037318805700000111
滞后于
Figure FDA00037318805700000112
的相角差顺时针旋转相同角度；
在N侧保护中，
Figure FDA00037318805700000113
不变，
Figure FDA00037318805700000114
按参考相量中
Figure FDA00037318805700000115
滞后于
Figure FDA00037318805700000116
的相角差顺时针旋转相同角度。
2.如权利要求1所述的基于参考相量的配电网差动保护故障自同步方法，其特征是，被保护馈线通过两侧的保护装置分别获得两侧的三相电流，各侧三相电流满足所在保护装置的启动判据的时刻作为本侧被保护馈线故障发生时刻。
3.如权利要求1所述的基于参考相量的配电网差动保护故障自同步方法，其特征是，两侧的保护装置以三相电流突变量作为检测被保护馈线故障是否发生的启动判据。
4.如权利要求1所述的基于参考相量的配电网差动保护故障自同步方法，其特征是，基于两侧保护装置接收到被保护馈线故障发生时刻的时间不一致，所述两侧保护装置的启动时间不一致；
被保护馈线各侧基于所述启动时刻计算本侧电流相量。
5.如权利要求1所述的基于参考相量的配电网差动保护故障自同步方法，其特征是，选取启动时刻前某一时间的电流采样数据计算各侧参考相量，具体为：
基于保护启动判据的最大检测延时不会超过一个周波以及全周傅式算法的数据窗长度，选取计算参考相量的始点，以使参考相量计算的数据窗完全位于故障发生之前；
两侧保护装置以各自启动时刻向前40ms作为计算参考相量的始点。
6.如权利要求1所述的基于参考相量的配电网差动保护故障自同步方法，其特征是，计算由两侧参考相量表示的同一电气量的参考相量的相角差之前，两侧保护装置相互传送本侧电流相量值及参考相量的相位角。
7.基于参考相量的配电网差动保护故障自同步系统，其特征是，包括：
启动时刻确定模块，用于被保护馈线两侧分别接收到被保护馈线故障发生信号，各侧以接收到的被保护馈线故障发生信号的时刻作为其计算电流相量的启动时刻；
电流相量计算模块，用于以两侧保护装置的启动时刻为起始时刻计算本侧电流相量及选取启动时刻前某一时间的电流采样数据计算各侧参考相量；
同步误差补偿模块，用于计算由两侧参考相量表示的同一电气量的参考相量相角差；
根据两侧参考相量的相角差对电流相量进行补偿，消除启动时刻不同步对两侧电流相量计算造成的误差；
还包括三相电流获取模块，其用于获取流过被保护馈线两侧保护装置的三相电流；
计算由两侧参考相量表示的同一电气量的参考相量的相角差时：
Figure FDA0003731880570000031
和
Figure FDA0003731880570000032
分别为两侧保护装置测得的本侧电流相量，由M侧数据表征的N侧电流参考相量
Figure FDA0003731880570000033
为：
Figure FDA0003731880570000034
相量
Figure FDA0003731880570000035
和
Figure FDA0003731880570000036
为由两侧数据表征的同一电气量，二者之间的相角差即为两侧数据的同步误差；
具体补偿方式为：
M侧和N侧保护装置仍以各自的启动时刻为基准计算本侧的电流相量
Figure FDA0003731880570000037
和
Figure FDA0003731880570000038
在M侧保护中，
Figure FDA0003731880570000039
不变，
Figure FDA00037318805700000310
按参考相量中
Figure FDA00037318805700000311
滞后于
Figure FDA00037318805700000312
的相角差顺时针旋转相同角度；
在N侧保护中，
Figure FDA00037318805700000313
不变，
Figure FDA00037318805700000314
按参考相量中
Figure FDA00037318805700000315
滞后于
Figure FDA00037318805700000316
的相角差顺时针旋转相同角度。
8.一种计算装置,包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征是，所述处理器执行所述程序时实现上述权利要求1-6任一所述的方法的步骤。
9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征是，该程序被处理器执行时执行上述权利要求1-6任一所述的方法的步骤。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115882432B (zh) * 2023-03-02 2023-05-23 山东大学 一种含iidg配电网主动注入式谐波电流差动保护方法及系统
CN116826677B (zh) * 2023-07-18 2024-01-30 国网湖北省电力有限公司超高压公司 一种输电线路自适应电流差动保护方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103490394A (zh) * 2013-09-30 2014-01-01 山东大学 有源配电网的自同步正序故障分量电流差动保护方法
CN104391224A (zh) * 2014-11-19 2015-03-04 国家电网公司 一种基于瞬时幅值变化的配电网故障数据自同步方法
CN111900704A (zh) * 2020-08-04 2020-11-06 国网山东省电力公司聊城供电公司 无需数据严格同步的有源配电网电流差动保护方法及装置

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103201923B (zh) * 2010-11-09 2015-08-19 Abb研究有限公司 电流差动保护同步方法
CN106099879B (zh) * 2016-08-09 2018-10-09 深圳供电局有限公司 一种柔性直流配电网络线路差动保护系统及差动保护实现方法
CN107359602B (zh) * 2017-08-29 2019-02-01 山东大学 一种适用于输电线路的自同步纵联电流差动保护方法
ES2934967T3 (es) * 2020-03-02 2023-02-28 Siemens Ag Procedimiento de protección diferencial, dispositivo de protección diferencial y sistema de protección diferencial

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103490394A (zh) * 2013-09-30 2014-01-01 山东大学 有源配电网的自同步正序故障分量电流差动保护方法
CN104391224A (zh) * 2014-11-19 2015-03-04 国家电网公司 一种基于瞬时幅值变化的配电网故障数据自同步方法
CN111900704A (zh) * 2020-08-04 2020-11-06 国网山东省电力公司聊城供电公司 无需数据严格同步的有源配电网电流差动保护方法及装置

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
一种用于配电网故障数据自同步的故障时刻检测方法;李娟等;《电力系统保护与控制》;20180216;第46卷(第4期);第92-98页 *
基于故障信号同步的配网差动保护技术;由伟翰;《中国优秀硕士学位论文全文数据库 电子期刊 工程科技II辑》;20100415(第4期);C042-186 第14-15页 *

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