CN115296292A - 基于单端电压电流频率的失步振荡再故障保护解闭锁方法 - Google Patents

基于单端电压电流频率的失步振荡再故障保护解闭锁方法 Download PDF

Info

Publication number
CN115296292A
CN115296292A CN202210892450.0A CN202210892450A CN115296292A CN 115296292 A CN115296292 A CN 115296292A CN 202210892450 A CN202210892450 A CN 202210892450A CN 115296292 A CN115296292 A CN 115296292A
Authority
CN
China
Prior art keywords
oscillation
unlocking
fault
distance protection
current frequency
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
CN202210892450.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN115296292B (zh
Inventor
张帅
孙之栋
张承慧
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.)
Shandong University
Original Assignee
Shandong 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 Shandong University filed Critical Shandong University
Priority to CN202210892450.0A priority Critical patent/CN115296292B/zh
Publication of CN115296292A publication Critical patent/CN115296292A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN115296292B publication Critical patent/CN115296292B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/002—Flicker reduction, e.g. compensation of flicker introduced by non-linear load
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/08—Locating faults in cables, transmission lines, or networks
    • G01R31/088—Aspects of digital computing
    • 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
    • H02H7/26—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

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)

Abstract

本发明提供了基于单端电压电流频率的失步振荡再故障保护解闭锁方法，包括以下步骤：设定动作阈值，保证动作阈值大于最小的失步振荡周期的0.5倍；判断距离保护是否进入失步振荡闭锁状态，若为否，则继续检测距离保护是否进入失步振荡闭锁状态；若是，则启动故障在线检测，若满足第二个判据，则启动距离保护解闭锁，进入步骤4；若不满足，则继续等待下一次条件并判断；若第一个判据得到满足，则执行距离保护解闭锁；若不满足，则关闭距离保护解闭锁程序，返回步骤3。本专利所发明的失步振荡过程再故障距离保护解闭锁方法，只需3个故障后采样点，即可快速准确地检测出失步振荡过程中发生的三相对称故障，进而实现距离保护解闭锁。

Description

基于单端电压电流频率的失步振荡再故障保护解闭锁方法
技术领域
本发明涉及基于单端电压电流频率的失步振荡再故障保护解闭锁方法，特别涉及在电力系统失步振荡过程中发生故障时距离保护解闭锁的问题，属于电力系统保护与控制技术领域。
背景技术
失步振荡是一种由电力系统负荷突变、输电线路或发电机跳闸、故障等引发的物理现象。其会对电力系统的安全稳定运行产生非常不利的影响。在电力系统第三道安全防线中，通常会设置失步保护，及时阻止其蔓延。但是，当它发生时，被测阻抗也可能会进入距离保护的动作阻抗区域。这就会导致距离保护在这种情况下发生误动作。通常情况下，一旦检测到失步振荡，距离保护就被会被闭锁。但是，这种处理方式使得距离保护同时失去了对故障的保护能力。据北美可靠电力公司(NERC)报道，距离保护异常动作是导致大停电的重要原因，后果非常严重。因此，迫切需要快速准确地检测失步振荡过程中所出现的故障并恢复闭锁距离保护的故障清除能力。这是保障电力系统安全稳定的一项十分重要的工作。然而，其充满挑战，特别是对于三相对称故障的识别问题。因其与失步振荡特性非常相似，导致两者很难区分。尤其是，当系统振荡至两端等值系统电势相角差δ接近180°时，失步中心电压下降到0。若在此时发生三相对称故障，系统宛若持续振荡一般，失步振荡与故障两者间的特征区别甚微，判别难度极高。目前该问题尚未得以妥善解决。因此，如何在失步振荡过程中快速准确地识别三相故障，保障距离保护能够有效解闭锁是行业亟待解决又令人束手无策的难题。
发明内容
本发明目的是提供了基于单端电压电流频率的失步振荡再故障保护解闭锁方法，快速恢复闭锁距离保护的故障清除能力。
本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现：
基于单端电压电流频率的失步振荡再故障保护解闭锁方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：设定动作阈值ξ、η，保证动作阈值大于最小的失步振荡周期的0.5倍；
步骤2：判断距离保护是否进入失步振荡闭锁状态，若为否，则继续检测距离保护是否进入失步振荡闭锁状态；若是，则启动故障在线检测，具体判据为：
Figure BDA0003768135050000021
式中：其中，n表示第n次采样，i表示第n次采样后的第i次采样；Fn,i表示第(n+i)次采样节点电压与节点电流之间的频率差，Gn表示第n-1、n次采样节点电压频率差与第n-1、n次采样节点电流频率差之和；
步骤3：若满足判据Gn＞η，则启动距离保护解闭锁，进入步骤4；若不满足，则继续等待下一次条件并判断；
步骤4：若判据Fn,i＜ξ i＝0,1,2得到满足，则执行距离保护解闭锁；若不满足，则关闭距离保护解闭锁程序，返回步骤3。
优选的，所述步骤4中判据Fn,i＜ξ i＝0,1,2需要连续满足3次及以上，执行距离保护解闭锁。
优选的，所述
Figure BDA0003768135050000022
fN、fM表示故障点两侧等值电势频率值。
优选的，所述ξ取值为0.1Hz，η可根据实际电网失步频率差的一半进行整定。
优选的，所述η取值范围为0.5-3.5Hz。
本发明的优点在于：本专利所发明的失步振荡过程再故障距离保护解闭锁方法，只需3个故障后采样点，即可快速准确地检测出失步振荡过程中发生的三相对称故障，进而实现距离保护解闭锁。本专利方法具有很强的场景适应性，尤其对δ≈180°发生三相对称故障的灵敏识别能力是其优势之所在。此外，新方法判据整定值由严格的数学推导和事故统计保证，不受系统运行方式和结构变化的影响。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。
图1为等值双机系统失步振荡场景示意图。
图2为等值双机系统失步振荡再故障场景示意图。
图3为失步振荡场景下系统电压、电流频率变化规律示意图。
图4为失步振荡过程再故障系统电压、电流频率突变机理示意图。
图5为失步振荡过程再故障距离保护解闭锁方法流程框示意图。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，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。
电力系统失步振荡由系统不平衡功率引起，是一种与频率变化直接相关的物理现象。当它发生时，发电机组之间失去同步，母线电压和系统电流频率剧烈变化，成为失步振荡过程十分显著的物理特征。研究发现，电压、电流频率变化规律可用于解决失步振荡过程故障检测以及距离保护解闭锁难题。
本发明提出了基于电流频率的失步振荡过程再故障距离保护解闭锁新方法。以等值双机系统(图1，
Figure BDA0003768135050000031
为两端等值系统等值电势；fM，fN是与之对应的电势频率值，且假设fM＜fN；δ是两端等值电势的相角差)为例，现将该方法的最佳实施方案描述如下：
步骤1：根据当地电网对失步振荡周期的统计数据，设定判据的动作阈值ξ、η。只需保证动作阈值大于最小的失步振荡周期的0.5倍即可。若当地无相关统计数据，可选择推荐值0.5Hz。但最小不得小于0.3Hz，以保证系统测量误差不会对保护带来扰动。
步骤2：判断距离保护是否进入失步振荡闭锁状态，若为否，则继续检测距离保护是否进入失步振荡闭锁状态；若是，则启动故障在线检测，具体判据为：
Figure BDA0003768135050000032
式中：
Figure BDA0003768135050000033
Figure BDA0003768135050000034
其中，n表示第n次采样，i表示第n次采样后的第i次采样；Fn,i表示第(n+i)次采样节点电压与节点电流之间的频率差，Gn表示第n-1、n次采样节点电压频率差与第n-1、n次采样节点电流频率差之和；
步骤3：若满足判据Gn＞η，则启动距离保护解闭锁，进入步骤4；若不满足，则继续等待下一次条件并判断；
步骤4：若判据Fn,i＜ξ i＝0,1,2连续满足3次及以上，则执行距离保护解闭锁；若不满足，则关闭距离保护解闭锁程序，返回步骤3。
ξ、η的整定过程事关判据的合理性与可靠性，下面给出具体整定原理及过程。
失步振荡过程中，流经等值双机系统(图1)线路两端母线BUSN、BUSM的电流
Figure BDA0003768135050000041
保持一致，且呈现如下规律：
Figure BDA0003768135050000042
式中：EN EM为两端等值系统等值电势幅值。
1)当EN＝EM，γ＝1，
Figure BDA0003768135050000043
的频率保持在(fM+fN)/2。
2)当EN＜EM时，0＜γ＜1，
Figure BDA0003768135050000044
的频率周期性变化，始终小于(fM+fN)/2。它在δ＝(2n+1)π处得到其最大值，大于等值电势
Figure BDA0003768135050000045
中较小的频率值fM。它在δ＝2nπ处得到其最小值，小于fM。
3)当EN＞EM时，γ＞1，
Figure BDA0003768135050000046
的频率周期性变化，始终大于(fM+fN)/2。它在δ＝(2n+1)π处得到其最小值，小于等值电势
Figure BDA0003768135050000047
中较大的频率值fN。它在δ＝2nπ处得到其最大值f|γ＞1.max，大于fN。
线路P点电压
Figure BDA0003768135050000048
频率呈现如下规律：
Figure BDA0003768135050000049
其中，ZMP、ZNP分别为P点到母线BUSN、BUSM的阻抗。
1)当p＝1，
Figure BDA00037681350500000410
频率保持在(fM+fN)/2。
2)当0＜p＜1，
Figure BDA00037681350500000411
频率周期性变化，始终小于(fM+fN)/2。它在δ＝(2n+1)π处得到其最小值，小于等值电势
Figure BDA00037681350500000412
中较小的频率值fM。它在δ＝2nπ处得到其最大值，大于fM。
3)当p＞1，
Figure BDA00037681350500000413
频率周期性变化，始终大于(fM+fN)/2。它在δ＝(2n+1)π处得到其最大值，大于等值电势
Figure BDA00037681350500000414
中较大的频率值fN。它在δ＝2nπ处得到其最小值，小于fN。
当等值系统(失步)发生故障时(图2)，等值系统在故障点F点处实现了物理解耦。故障点两侧的电流
Figure BDA00037681350500000415
不再相等，其频率将由其同侧等值电势频率决定，且与之相等，即
Figure BDA0003768135050000051
Figure BDA0003768135050000052
通过严格数学证明可知，在短路前后总存在着一条母线的Fn,i、Gn满足，
Figure BDA0003768135050000053
其中，Δf为等值双机系统两端等值电势的频率差，等于
Δf＝fN-fM (9)
根据电网统计数据，实际失步振荡过程Δf的变化范围为：1Hz～7Hz。
图3展示了故障前后Fn,i、Gn的变化过程，这是本专利发明的设计基础。
对比公式(3)、(8)，整定值ξ可取为0.1Hz，整定值η可取为0.5Hz。因此，若判据(3)满足，则可确定系统发生故障。
判据(3)给出的动作阈值η＝0.5Hz是根据部分电网失步振荡周期统计数据给出的一个重要的参考值。在实际应用过程中，可以根据当地电网的特征统计规律给出，只要阈值等于系统最小振荡频率滑差的0.5倍即可。
具体流程框图如图5所示。
上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开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公开的保护范围以内。

Claims (5)

1.一种基于单端电压电流频率的失步振荡再故障保护解闭锁方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：设定动作阈值ξ、η，保证动作阈值大于最小的失步振荡周期的0.5倍；
步骤2：判断距离保护是否进入失步振荡闭锁状态，若为否，则继续检测距离保护是否进入失步振荡闭锁状态；若是，则启动故障在线检测，具体判据为：
Figure FDA0003768135040000011
式中：其中，n表示第n次采样，i表示第n次采样后的第i次采样；Fn,i表示第(n+i)次采样节点电压与节点电流之间的频率差，Gn表示第n-1、n次采样节点电压频率差与第n-1、n次采样节点电流频率差之和；
步骤3：若满足判据Gn＞η，则启动距离保护解闭锁，进入步骤4；若不满足，则继续等待下一次条件并判断；
步骤4：若判据Fn,i＜ξ i＝0,1,2得到满足，则执行距离保护解闭锁；若不满足，则关闭距离保护解闭锁程序，返回步骤3。
2.根据权利要求1所述的基于单端电压电流频率的失步振荡再故障保护解闭锁方法，其特征在于，所述步骤4中判据Fn,i＜ξ i＝0,1,2需要连续满足3次及以上，执行距离保护解闭锁。
3.根据权利要求1所述的基于单端电压电流频率的失步振荡再故障保护解闭锁方法，其特征在于，所述
Figure FDA0003768135040000012
fN、fM表示故障点两侧等值电势频率值。
4.根据权利要求1所述的基于单端电压电流频率的失步振荡再故障保护解闭锁方法，其特征在于，所述ξ取值为0.1Hz，η可根据实际电网失步频率差的一半进行整定。
5.根据权利要求1所述的基于单端电压电流频率的失步振荡再故障保护解闭锁方法，其特征在于，所述η取值范围为0.5-3.5Hz。
CN202210892450.0A 2022-07-27 2022-07-27 基于单端电压电流频率的失步振荡再故障保护解闭锁方法 Active CN115296292B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210892450.0A CN115296292B (zh) 2022-07-27 2022-07-27 基于单端电压电流频率的失步振荡再故障保护解闭锁方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210892450.0A CN115296292B (zh) 2022-07-27 2022-07-27 基于单端电压电流频率的失步振荡再故障保护解闭锁方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN115296292A true CN115296292A (zh) 2022-11-04
CN115296292B CN115296292B (zh) 2024-01-26

Family

ID=83823313

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210892450.0A Active CN115296292B (zh) 2022-07-27 2022-07-27 基于单端电压电流频率的失步振荡再故障保护解闭锁方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN115296292B (zh)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102103158A (zh) * 2010-12-15 2011-06-22 国网电力科学研究院 基于功角的自适应静稳电流判别方法
CN102119474A (zh) * 2008-07-07 2011-07-06 Abb研究有限公司 应用于电力系统距离保护的快速振荡解锁方法和装置
CN103337831A (zh) * 2013-06-17 2013-10-02 国家电网公司 一种具有自适应功能的失步解列方法
CN104091087A (zh) * 2014-07-22 2014-10-08 武汉大学 一种基于母线电压频率的失步振荡解列判据
CN107623326A (zh) * 2017-09-15 2018-01-23 华北电力大学 一种多频振荡场景下的距离保护振荡闭锁和再开放方法
CN111030092A (zh) * 2019-11-29 2020-04-17 南瑞集团有限公司 一种基于母线电压角速度轨迹的级联断面解列方法及装置

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102119474A (zh) * 2008-07-07 2011-07-06 Abb研究有限公司 应用于电力系统距离保护的快速振荡解锁方法和装置
CN102103158A (zh) * 2010-12-15 2011-06-22 国网电力科学研究院 基于功角的自适应静稳电流判别方法
CN103337831A (zh) * 2013-06-17 2013-10-02 国家电网公司 一种具有自适应功能的失步解列方法
CN104091087A (zh) * 2014-07-22 2014-10-08 武汉大学 一种基于母线电压频率的失步振荡解列判据
CN107623326A (zh) * 2017-09-15 2018-01-23 华北电力大学 一种多频振荡场景下的距离保护振荡闭锁和再开放方法
CN111030092A (zh) * 2019-11-29 2020-04-17 南瑞集团有限公司 一种基于母线电压角速度轨迹的级联断面解列方法及装置

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
SHUAI ZHANG: "A novel setting-free current frequency based symmetrical fault detection method in the out-of-step oscillation process especial for the 180 degree situation", 《ELECTRIC POWER SYSTEMS RESEARCH》, pages 1 - 10 *
赵志华, 张红跃, 易永辉: "一种在振荡闭锁期间发生故障时快速开放距离保护的方法", 继电器, no. 01, pages 18 - 21 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN115296292B (zh) 2024-01-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5497044B2 (ja) 電力系統における計器用変成器の二次回路を管理する方法及び装置
Altuve et al. Advances in series-compensated line protection
RU2471274C2 (ru) Способ и устройство быстрой разблокировки дистанционной защиты при качании мощности в энергосистеме
CN101340078B (zh) 对于或关于电流差动保护继电器的改进
US9673610B2 (en) Apparatus and method for controlling adaptive reclosing based on transient stability
CN109212338B (zh) 电力孤岛检测方法、装置以及计算机可读存储介质
US11630145B2 (en) Intelligent electronic device operation during power swing
CN107069682A (zh) 一种基于直流控制系统的高压直流输电线路后备保护方法
Jose et al. Integrated approach based third zone protection during stressed system conditions
US20230094978A1 (en) Detecting an electrical fault within a monitored zone of a power transmission line
CN115296292A (zh) 基于单端电压电流频率的失步振荡再故障保护解闭锁方法
Rawat et al. Evolution of islanding detection methods for microgrid systems
US9164148B2 (en) Systems and methods for detecting over/under excitation faults
CN109119972B (zh) 一种防止平衡绕组ct断线导致差动误动的闭锁方法和装置
US20230236235A1 (en) Method of determining line fault of power system
Jalilian et al. A novel earth fault detection scheme to empower distance protection during asymmetrical power swings with inverter based resources
Jena et al. Directional relaying during power swing and single-pole tripping
Kasztenny et al. Distance element polarizing logic for systems with low inertia
Marchi et al. A comparative study of dynamic state estimation approaches for detecting loss of excitation failures
Gawande et al. Enhancing security of distance relays during power swing unblocking function for double circuit transmission lines: A differential power approach
CN113452001B (zh) 一种多端混合直流输电线路的保护方法
CN112379192B (zh) 一种微电网孤岛检测装置及方法
Jeevitha et al. Symmetrical fault detection of distance relay to prevent cascade tripping during power swing
Yao et al. Influence of sampled data packet dropout on line differential protection
CN105071360A (zh) 一种相邻线路故障识别方法

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