CN115036892A - 一种自适应距离保护方法及系统 - Google Patents

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CN115036892A CN202210581361.4A CN202210581361A CN115036892A CN 115036892 A CN115036892 A CN 115036892A CN 202210581361 A CN202210581361 A CN 202210581361A CN 115036892 A CN115036892 A CN 115036892A
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郑玉平
吴通华
洪丰
孙志攀
姚刚
王小红
戴魏
李新东
江源
郑小江
陈国洲
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State Grid Corp of China SGCC
NARI Group Corp
Nari Technology Co Ltd
NARI Nanjing Control System Co Ltd
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NARI Nanjing Control System Co Ltd
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    • H02H7/261—Sectionalised protection of cable or line systems, e.g. for disconnecting a section on which a short-circuit, earth fault, or arc discharge has occured involving signal transmission between at least two stations
    • H02H7/263—Sectionalised protection of cable or line systems, e.g. for disconnecting a section on which a short-circuit, earth fault, or arc discharge has occured involving signal transmission between at least two stations involving transmissions of measured values
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    • G01R31/085—Locating faults in cables, transmission lines, or networks according to type of conductors in power transmission or distribution lines, e.g. overhead

Abstract

本发明公开了一种自适应距离保护方法及系统，包括：提取保护安装处电气量暂态时域信息；利用电气量暂态时域信息判断故障方向特性，判断出正方向时，扩大距离保护动作范围；判断出反方向时，缩小距离保护动作范围。优点：本发明针对新能源场站或柔直送出线路距离保护动作异常问题，利用保护安装处电气量暂态时域信息判断故障方向，并自适应的采用保护范围不同的距离保护元件，保证距离保护正确动作。

Description

一种自适应距离保护方法及系统
技术领域
本发明涉及一种自适应距离保护方法及系统，属于电力系统继电保护技术领域。
背景技术
距离保护是通过测量被保护线路始端电压和线路电流的比值而动作的一种保护，反映了短路点到保护安装处之间阻抗的大小(距离的长短)，距离保护受系统运行方式影响较小，已在电网中大量应用。
阻抗继电器是距离保护功能实现的核心，其动作方程主要分为两大类：幅值比较动作方程和相位比较动作方程。在基于相位比较动作方程的阻抗继电器中，带记忆功能的以正序电压为极化电压的比相式方向阻抗继电器结合正序电压在系统中的分布规律，解决了传统线路出口发生对称或不对称短路故障时极化电压无法正确比相的问题，在距离保护中应用广泛。
随着越来越多新能源发电装置以及柔直输电等多种形式电源并网，传统电源的电气特性发生改变。线路故障时，由电力电子器件的控制策略作用产生的故障电流受限、相位受控，导致正序电压不能表征提供短路电流的电源电压，以正序电压为极化电压的比相式方向阻抗继电器失去方向性。因此，距离保护选择性和可靠性降低，误动拒动概率增加。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种自适应距离保护方法及系统。
为解决上述技术问题，本发明提供一种自适应距离保护方法，包括：
提取保护安装处电气量暂态时域信息；
利用电气量暂态时域信息判断故障方向特性，判断出正方向时，扩大距离保护动作范围；判断出反方向时，缩小距离保护动作范围。
进一步的，所述提取保护安装处电气量暂态时域信息，包括：
利用式(1)计算电压量暂态时域信息，
Δum(k)＝um(k)-um(k-N) (1)
其中，△um(k)为电压量暂态时域信息，um(k)为保护装置当前时刻的电压采样值，um(k-N)为保护装置一个周波前时刻的电压采样值，N为一个周波采样的点数，m表示a、b、c相或ab、bc、ca相间；
利用式(2)计算电流量暂态时域信息，
Δim(k)＝im(k)-im(k-N) (2)
其中，Δim(k)为电流量暂态时域信息，im(k)为保护装置当前时刻的电流采样值，im(k-N)为保护装置一个周波前时刻的电流采样值。
进一步的，
所述正方向的判据为：
Sm(k)＝Δum(k)Δim(k)＜0
所述反方向的判据为：
Sm(k)＝Δum(k)Δim(k)＞0
其中，Sm(k)为构造的能量方向表达式。
进一步的，所述扩大距离保护动作范围，包括：
将基于正序电压极化的姆欧型距离保护的动作范围扩大至下式的范围，
Figure BDA0003663919520000021
其中，
Figure BDA0003663919520000022
为比相式距离保护动作扩大的角度范围，取15～20°，极化电压
Figure BDA0003663919520000023
取保护安装处的正序电压
Figure BDA0003663919520000024
工作电压
Figure BDA0003663919520000025
Figure BDA0003663919520000026
为保护安装处电压、电流的向量，Zset为距离保护整定值。
进一步的，所述缩小距离保护动作范围，包括：
将基于正序电压极化的姆欧型距离保护的动作范围缩小至下式的范围，
Figure BDA0003663919520000031
其中，
Figure BDA0003663919520000032
比相式距离保护动作缩小的角度范围，取15～20°，极化电压
Figure BDA0003663919520000033
取保护安装处的正序电压
Figure BDA0003663919520000034
工作电压
Figure BDA0003663919520000035
Figure BDA0003663919520000036
为保护安装处电压、电流的向量，Zset为距离保护整定值。
一种自适应距离保护系统，包括：
提取模块，用于提取保护安装处电气量暂态时域信息；
处理模块，用于利用电气量暂态时域信息判断故障方向特性，判断出正方向时，扩大距离保护动作范围；判断出反方向时，缩小距离保护动作范围。
进一步的，所述提取模块，用于
利用式(1)计算电压量暂态时域信息，
Δum(k)＝um(k)-um(k-N) (1)
其中，△um(k)为电压量暂态时域信息，um(k)为保护装置当前时刻的电压采样值，um(k-N)为保护装置一个周波前时刻的电压采样值，N为一个周波采样的点数，m表示a、b、c相或ab、bc、ca相间；
利用式(2)计算电流量暂态时域信息，
Δim(k)＝im(k)-im(k-N) (2)
其中，Δim(k)为电流量暂态时域信息，im(k)为保护装置当前时刻的电流采样值，im(k-N)为保护装置一个周波前时刻的电流采样值。
进一步的，所述处理模块，
用于根据下式的判据确定故障方向为正方向；
Sm(k)＝Δum(k)Δim(k)＜0
用于根据下式的判据确定故障方向为正方向；
Sm(k)＝Δum(k)Δim(k)＞0
其中，Sm(k)为构造的能量方向表达式。
进一步的，所述处理模块，用于将基于正序电压极化的姆欧型距离保护的动作范围扩大至下式的范围，
Figure BDA0003663919520000041
其中，
Figure BDA0003663919520000042
为比相式距离保护动作扩大的角度范围，取15～20°，极化电压
Figure BDA0003663919520000043
取保护安装处的正序电压
Figure BDA0003663919520000044
工作电压
Figure BDA0003663919520000045
Figure BDA0003663919520000046
为保护安装处电压、电流的向量，Zset为距离保护整定值。
进一步的，所述处理模块，用于将基于正序电压极化的姆欧型距离保护的动作范围缩小至下式的范围，
Figure BDA0003663919520000047
其中，
Figure BDA0003663919520000048
比相式距离保护动作缩小的角度范围，取15～20°，极化电压
Figure BDA0003663919520000049
取保护安装处的正序电压
Figure BDA00036639195200000410
工作电压
Figure BDA00036639195200000411
Figure BDA00036639195200000412
为保护安装处电压、电流的向量，Zset为距离保护整定值。
一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行所述的方法中的任一方法。
一种计算设备，包括，
一个或多个处理器、存储器以及一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在所述存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行所述的方法中的任一方法的指令。
本发明所达到的有益效果：
本发明针对新能源场站或柔直送出线路距离保护动作异常问题，利用保护安装处电气量暂态时域信息判断故障方向，并自适应的采用保护范围不同的距离保护元件，保证距离保护正确动作。
附图说明
图1是本发明的流程示意图；
图2是正方向故障附加状态示意图；
图3是反方向故障附加状态示意图；
图4是基于正序电压极化的距离继电器；
图5是正方向故障距离保护动作范围；
图6是反方向故障距离保护动作范围；
图7是仿真系统示意图；
图8是柔直侧正方向近端相间故障，距离保护拒动；
图9是基于暂态时域信息判出正方向；
图10是扩大动作范围后的距离保护正确动作；
图11是系统侧母线相间故障，距离保护误动；
图12是基于暂态时域信息判出反方向；
图13是缩小动作范围的距离保护准确不动作。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1所示，一种自适应距离保护方法，包括以下步骤：
步骤1：提取保护安装处电气量暂态时域信息。
电压量暂态时域信息获取：
Δum(k)＝um(k)-um(k-N)
其中，△um(k)为电压量暂态时域信息，um(k)为保护装置当前时刻的电压采样值，um(k-N)为保护装置一个周波前时刻的电压采样值，N为一个周波采样的点数。m为a、b、c相或ab、bc、ca相间。
同样的，电流采样点变化量为：
Δim(k)＝im(k)-im(k-N)
其中，Δim(k)为电流量暂态时域信息，im(k)为保护装置当前时刻的电流采样值，im(k-N)为保护装置一个周波前时刻的电流采样值，N为一个周波采样的点数。m为a、b、c相或ab、bc、ca相间。
步骤2：利用电气量暂态时域信息判断故障方向特性。
对于图2所示的正方向故障，在故障附加状态中，有：
Δum(k)＝-Δim(k)Zs
所以：
Sm(k)＝Δum(k)Δim(k)＝-Δi2 m(k)ZS＜0
即，正方向判据：
Sm(k)＝Δum(k)Δim(k)＜0
对于图3所示的反方向故障，在故障附加状态中，有：
Δum(k)＝Δim(k)ZR＞0
所以：
Sm(k)＝Δum(k)Δim(k)＝Δi2 m(k)ZR＞0
即，反方向判据：
Sm(k)＝Δum(k)Δim(k)＞0
步骤3：判断出正方向时，扩大距离保护动作范围，将传统基于正序电压极化的姆欧型距离保护的动作范围扩大至：
Figure BDA0003663919520000061
其中，极化电压
Figure BDA0003663919520000071
取正序电压
Figure BDA0003663919520000072
工作电压
Figure BDA0003663919520000073
Figure BDA0003663919520000074
为保护安装处电压、电流的向量，Zset为距离保护整定值。
Figure BDA0003663919520000075
一般取15°～20°。
上式对应的距离保护动作范围如图5所示，与图4所示的传统基于正序电压极化的姆欧型距离保护相比，动作范围上、下边界各增加了
Figure BDA0003663919520000076
呈现苹果型特性距离继电器。
步骤4：判断出反方向时，缩小距离保护动作范围，将传统基于正序电压极化的姆欧型距离保护的动作范围缩小至：
Figure BDA0003663919520000077
其中，极化电压
Figure BDA0003663919520000078
取正序电压
Figure BDA0003663919520000079
工作电压
Figure BDA00036639195200000710
Figure BDA00036639195200000711
为保护安装处电压、电流的向量，Zset为距离保护整定值。
Figure BDA00036639195200000712
一般取15°～20°。
上式对应的距离保护动作范围如图6所示，与图4所示的传统基于正序电压极化的姆欧型距离保护相比，动作范围上、下边界各减少了
Figure BDA00036639195200000713
呈现透镜型特性距离继电器。
结合上述方法的内容，对于某一风电经柔直输电系统模型提供以下仿真实施例：
如图7所示，在RTDS中搭建风电场经柔直送出500kV电压等级线路模型，模型中设置了F1～F5，共5个区内、外的故障点。线路两侧系统及线路参数如表1所示。线路两侧分别接入配置传统基于正序电压极化的姆欧型距离保护的线路保护装置A，再接入采用本专利改进距离保护的线路保护装置B。
表1系统阻抗和线路参数
Figure BDA00036639195200000714
Figure BDA0003663919520000081
对上述故障点进行各种故障类型的测试，得出距离保护动作结果如表2所示。
表2距离保护动作情况
Figure BDA0003663919520000082
Figure BDA0003663919520000091
从表2距离保护动作情况来看，保护装置A在M侧柔直系统正方向出口处发生相间故障时，距离保护有拒动的情况；在N侧系统侧母线故障时距离保护有误动的情况，但是保护装置B均动作正常。
进一步分析，对于区内、外单相接地或相间接地故障，因零序网络相对独立，零序分量不受电源影响，且零序电流方向满足正方向条件，所以装置A、B距离保护能正确动作。
在F2点柔直系统正方向出口处相间故障时，由柔直系统的控制策略作用引起的故障电流受限、相位受控导致装置A距离继电器拒动(图8)。装置B暂态时域信息正方向判据满足条件(图9)，扩大动作范围的距离保护能够正确动作，切除故障(图10)。
在F5点系统侧后背母线处相间故障时，故障电流仍为柔直侧提供，而由柔直系统的控制策略作用引起的故障电流受限、相位受控导致装置A距离继电器误动(图11)。装置B暂态时域信息反方向判据满足条件(图12)，缩小动作范围的距离保护准确不动作(图13)。
相应的本发明还提供一种自适应距离保护系统，包括：
提取模块，用于提取保护安装处电气量暂态时域信息；
处理模块，用于利用电气量暂态时域信息判断故障方向特性，判断出正方向时，扩大距离保护动作范围；判断出反方向时，缩小距离保护动作范围。
所述提取模块，用于
利用式(1)计算电压量暂态时域信息，
Δum(k)＝um(k)-um(k-N) (1)
其中，△um(k)为电压量暂态时域信息，um(k)为保护装置当前时刻的电压采样值，um(k-N)为保护装置一个周波前时刻的电压采样值，N为一个周波采样的点数，m表示a、b、c相或ab、bc、ca相间；
利用式(2)计算电流量暂态时域信息，
Δim(k)＝im(k)-im(k-N) (2)
其中，Δim(k)为电流量暂态时域信息，im(k)为保护装置当前时刻的电流采样值，im(k-N)为保护装置一个周波前时刻的电流采样值。
所述处理模块，
用于根据下式的判据确定故障方向为正方向；
Sm(k)＝Δum(k)Δim(k)＜0
用于根据下式的判据确定故障方向为正方向；
Sm(k)＝Δum(k)Δim(k)＞0
其中，Sm(k)为构造的能量方向表达式。
所述处理模块，用于将基于正序电压极化的姆欧型距离保护的动作范围扩大至下式的范围，
Figure BDA0003663919520000101
其中，
Figure BDA0003663919520000102
为比相式距离保护动作扩大的角度范围，取15～20°，极化电压
Figure BDA0003663919520000103
取保护安装处的正序电压
Figure BDA0003663919520000104
工作电压
Figure BDA0003663919520000105
Figure BDA0003663919520000106
为保护安装处电压、电流的向量，Zset为距离保护整定值。
所述处理模块，用于将基于正序电压极化的姆欧型距离保护的动作范围缩小至下式的范围，
Figure BDA0003663919520000111
其中，
Figure BDA0003663919520000112
比相式距离保护动作缩小的角度范围，取15～20°，极化电压
Figure BDA0003663919520000113
取保护安装处的正序电压
Figure BDA0003663919520000114
工作电压
Figure BDA0003663919520000115
Figure BDA0003663919520000116
为保护安装处电压、电流的向量，Zset为距离保护整定值。
相应的本发明还提供一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行所述的方法中的任一方法。
相应的本发明还提供一种计算设备，包括，
一个或多个处理器、存储器以及一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在所述存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行所述的方法中的任一方法的指令。
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。
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，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种自适应距离保护方法，其特征在于，包括：
提取保护安装处电气量暂态时域信息；
利用电气量暂态时域信息判断故障方向特性，判断出正方向时，扩大距离保护动作范围；判断出反方向时，缩小距离保护动作范围。
2.根据权利要求1所述的自适应距离保护方法，其特征在于，所述提取保护安装处电气量暂态时域信息，包括：
利用式(1)计算电压量暂态时域信息，
Δum(k)＝um(k)-um(k-N) (1)
其中，△um(k)为电压量暂态时域信息，um(k)为保护装置当前时刻的电压采样值，um(k-N)为保护装置一个周波前时刻的电压采样值，N为一个周波采样的点数，m表示a、b、c相或ab、bc、ca相间；
利用式(2)计算电流量暂态时域信息，
Δim(k)＝im(k)-im(k-N) (2)
其中，Δim(k)为电流量暂态时域信息，im(k)为保护装置当前时刻的电流采样值，im(k-N)为保护装置一个周波前时刻的电流采样值。
3.根据权利要求2所述的自适应距离保护方法，其特征在于，
所述正方向的判据为：
Sm(k)＝Δum(k)Δim(k)＜0
所述反方向的判据为：
Sm(k)＝Δum(k)Δim(k)＞0
其中，Sm(k)为构造的能量方向表达式。
4.根据权利要求1所述的自适应距离保护方法，其特征在于，所述扩大距离保护动作范围，包括：
将基于正序电压极化的姆欧型距离保护的动作范围扩大至下式的范围，
Figure FDA0003663919510000021
其中，
Figure FDA0003663919510000022
为比相式距离保护动作扩大的角度范围，取15～20°，极化电压
Figure FDA0003663919510000023
取保护安装处的正序电压
Figure FDA0003663919510000024
工作电压
Figure FDA0003663919510000025
Figure FDA0003663919510000026
为保护安装处电压、电流的向量，Zset为距离保护整定值。
5.根据权利要求1所述的自适应距离保护方法，其特征在于，所述缩小距离保护动作范围，包括：
将基于正序电压极化的姆欧型距离保护的动作范围缩小至下式的范围，
Figure FDA0003663919510000027
其中，
Figure FDA0003663919510000028
比相式距离保护动作缩小的角度范围，取15～20°，极化电压
Figure FDA0003663919510000029
取保护安装处的正序电压
Figure FDA00036639195100000210
工作电压
Figure FDA00036639195100000211
Figure FDA00036639195100000212
为保护安装处电压、电流的向量，Zset为距离保护整定值。
6.一种自适应距离保护系统，其特征在于，包括：
提取模块，用于提取保护安装处电气量暂态时域信息；
处理模块，用于利用电气量暂态时域信息判断故障方向特性，判断出正方向时，扩大距离保护动作范围；判断出反方向时，缩小距离保护动作范围。
7.根据权利要求6所述的自适应距离保护系统，其特征在于，所述提取模块，用于
利用式(1)计算电压量暂态时域信息，
Δum(k)＝um(k)-um(k-N) (1)
其中，△um(k)为电压量暂态时域信息，um(k)为保护装置当前时刻的电压采样值，um(k-N)为保护装置一个周波前时刻的电压采样值，N为一个周波采样的点数，m表示a、b、c相或ab、bc、ca相间；
利用式(2)计算电流量暂态时域信息，
Δim(k)＝im(k)-im(k-N) (2)
其中，Δim(k)为电流量暂态时域信息，im(k)为保护装置当前时刻的电流采样值，im(k-N)为保护装置一个周波前时刻的电流采样值。
8.根据权利要求7所述的自适应距离保护系统，其特征在于，所述处理模块，
用于根据下式的判据确定故障方向为正方向；
Sm(k)＝Δum(k)Δim(k)＜0
用于根据下式的判据确定故障方向为正方向；
Sm(k)＝Δum(k)Δim(k)＞0
其中，Sm(k)为构造的能量方向表达式。
9.根据权利要求6所述的自适应距离保护系统，其特征在于，所述处理模块，用于将基于正序电压极化的姆欧型距离保护的动作范围扩大至下式的范围，
Figure FDA0003663919510000031
其中，
Figure FDA0003663919510000032
为比相式距离保护动作扩大的角度范围，取15～20°，极化电压
Figure FDA0003663919510000033
取保护安装处的正序电压
Figure FDA0003663919510000034
工作电压
Figure FDA0003663919510000035
Figure FDA0003663919510000036
为保护安装处电压、电流的向量，Zset为距离保护整定值。
10.根据权利要求6所述的自适应距离保护系统，其特征在于，所述处理模块，用于将基于正序电压极化的姆欧型距离保护的动作范围缩小至下式的范围，
Figure FDA0003663919510000037
其中，
Figure FDA0003663919510000038
比相式距离保护动作缩小的角度范围，取15～20°，极化电压
Figure FDA0003663919510000039
取保护安装处的正序电压
Figure FDA00036639195100000310
工作电压
Figure FDA00036639195100000311
Figure FDA00036639195100000312
为保护安装处电压、电流的向量，Zset为距离保护整定值。
11.一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，其特征在于，所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行根据权利要求1至5所述的方法中的任一方法。
12.一种计算设备，其特征在于，包括，
一个或多个处理器、存储器以及一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在所述存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行根据权利要求1至5所述的方法中的任一方法的指令。
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