CN115313365B - 一种配电网后备保护方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种配电网后备保护方法及装置，所述方法包括：计算输电网到配电网的降压变压器各侧保护安装处各相和各相间电压采样值的模值和以及故障点距变压器高压侧保护安装处的等值距离；根据基于多间隔信息的电压方向元件的判据和距离保护元件的判据，将计算所得电压采样值的模值和与相应的低电压门槛比较，将计算所得等值距离与变压器高压侧保护安装处与整定点的等值距离比较，得出逻辑判断结果；若基于多间隔信息的方向元件动作，选择配电网最大电流支路作为故障支路，实时计算最大电流支路电流采样值的模值和，将其与有电流门槛比较，得出逻辑判断结果。本发明能实现在高比例电力电子电源电力系统配电网发生短路故障后，配电网后备保护能够正确动作。

Description

一种配电网后备保护方法及装置
技术领域
本发明属于电力系统配电网继电保护技术领域，更具体地，涉及一种配电网后备保护方法及装置。
背景技术
随着风电、光伏、储能等电力电子电源的大量并网，电力系统电力电子化程度日益加深。电力电子电源与同步发电机的故障特征差别明显，主要表现为短路电流幅值受限、频率偏移等特性，基于同步发电机故障特征的传统保护可能存在适应性问题。
目前，配电网主要配置的三段式过电流保护。过电流保护II段及III段为配电网的后备保护。对于高比例电力电子电源电力系统，配电网发生短路故障后短路电流受电力电子电源运行状态影响很大，导致传统的三段式过电流保护整定配合困难，过电流保护III段面临较大拒动风险。因此需要提出新的配电网后备保护方法，保证系统的安全稳定运行。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种配电网后备保护方法及装置，其目的在于解决传统的配电网后备保护难以满足高比例电力电子电源电力系统要求的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种配电网后备保护方法，包括如下步骤：
通过配电网线路及变压器各侧安装的电压互感器、电流互感器实时采集电压、电流信号，得到不断更新的采样值电压、电流序列；
根据采样到的电压序列，实时计算输电网到配电网的降压变压器低压侧保护安装处各相和各相间电压采样值变压器高压侧保护安装处各相和各相间电压采样值/>的模值和，以及故障点距变压器高压侧保护安装处的等值距离lH；
根据基于多间隔信息的电压方向元件的判据，将变压器低压侧保护安装处各相和各相间电压采样值变压器高压侧保护安装处各相和各相间电压采样值的模值和与相应的低电压门槛比较，得出第一逻辑判断结果；
根据基于多间隔信息的距离保护元件的判据，将变压器低压侧保护安装处各相和各相间电压采样值变压器高压侧保护安装处各相和各相间电压采样值的模值和与相应的低电压门槛比较，将故障点距变压器高压侧保护安装处的等值距离lH与变压器高压侧保护安装处与整定点的等值距离比较，得出第二逻辑判断结果；
若第一逻辑判断结果和第二逻辑判断结果至少一个为真，则基于多间隔信息的方向元件动作；若第一逻辑判断结果和第二逻辑判断结果均为假，则基于多间隔信息的方向元件不动作，转到实时计算步骤；
基于多间隔信息的过电流元件选择配电网最大电流支路作为故障支路，根据采样到的电流序列，实时计算最大电流支路电流采样值Ij(t)的模值和；
将最大电流支路电流采样值Ij(t)的模值和与有电流门槛比较，得出第三逻辑判断结果；
若第三逻辑判断结果为真，则基于多间隔信息的过电流元件动作，配电网后备保护动作；若第三逻辑判断结果为假，则基于多间隔信息的过电流元件不动作，转到实时计算步骤。
进一步的，所述采集电压、电流信号的采样周期为T，采样间隔为Δt；
所述基于多间隔信息的电压方向元件的判据为：
其中，为变压器低压侧故障相低电压门槛，/>为变压器低压侧故障相间低电压门槛，/>为变压器高压侧故障相低电压门槛，/>为变压器高压侧故障相间低电压门槛。
进一步的，所述基于多间隔信息的距离保护元件的判据为：
其中，为变压器低压侧故障相低电压门槛，/>为变压器低压侧故障相间低电压门槛，/>为变压器高压侧故障相低电压门槛，/>为变压器高压侧故障相间低电压门槛，lHset为变压器高压侧保护安装处与整定点的等值距离，lH为故障点距变压器高压侧保护安装处的等值距离，计算方法为：
进一步的，所述实时计算最大电流支路电流采样值Ij(t)的模值和，计算方法为：
其中，I1(t)…In(t)为配电网各条支路的电流采样值。
进一步的，所述将最大电流支路电流采样值Ij(t)的模值和与有电流门槛比较，判据为：
其中，Iset为有电流门槛。
一种配电网后备保护装置，包括：
采样值电压、电流序列获取模块，用于通过配电网线路及变压器各侧安装的电压互感器、电流互感器实时采集电压、电流信号，得到不断更新的采样值电压、电流序列；
电压采样值及等值距离计算模块，用于根据采样到的电压序列，实时计算输电网到配电网的降压变压器低压侧保护安装处各相和各相间电压采样值变压器高压侧保护安装处各相和各相间电压采样值/> 的模值和，以及故障点距变压器高压侧保为护安装处的等值距离lH；
第一逻辑判断模块，用于根据基于多间隔信息的电压方向元件的判据，将变压器低压侧保护安装处各相和各相间电压采样值变压器高压侧保护安装处各相和各相间电压采样值/>的模值和与相应的低电压门槛比较，得出第一逻辑判断结果；
第二逻辑判断模块，用于根据基于多间隔信息的距离保护元件的判据，将变压器低压侧保护安装处各相和各相间电压采样值变压器高压侧保护安装处各相和各相间电压采样值/>的模值和与相应的低电压门槛比较，将故障点距变压器高压侧保护安装处的等值距离lH与变压器高压侧保护安装处与整定点的等值距离比较，得出第二逻辑判断结果；
方向元件动作执行模块，用于若第一逻辑判断结果和第二逻辑判断结果至少一个为真，则基于多间隔信息的方向元件动作；若第一逻辑判断结果和第二逻辑判断结果均为假，则基于多间隔信息的方向元件不动作，转到电压采样值及等值距离计算模块执行实时计算步骤；
最大电流支路电流采样值的模值和计算模块，用于基于多间隔信息的过电流元件选择配电网最大电流支路作为故障支路，根据采样到的电流序列，实时计算最大电流支路电流采样值Ij(t)的模值和；
第三逻辑判断模块，用于将最大电流支路电流采样值Ij(t)的模值和与有电流门槛比较，得出第三逻辑判断结果；
后备保护动作执行模块，用于若第三逻辑判断结果为真，则基于多间隔信息的过电流元件动作，配电网后备保护动作；若第三逻辑判断结果为假，则基于多间隔信息的过电流元件不动作，转到电压采样值及等值距离计算模块执行实时计算步骤。
进一步的，第一逻辑判断模块采用的基于多间隔信息的电压方向元件的判据，具体为：
其中，为变压器低压侧故障相低电压门槛，/>为变压器低压侧故障相间低电压门槛，/>为变压器高压侧故障相低电压门槛，/>为变压器高压侧故障相间低电压门槛，T为采样周期，Δt为采样间隔。
进一步的，第二逻辑判模块采用的基于多间隔信息的距离保护元件的判据，具体为：
其中，为变压器低压侧故障相低电压门槛，/>为变压器低压侧故障相间低电压门槛，/>为变压器高压侧故障相低电压门槛，/>为变压器高压侧故障相间低电压门槛，lHset为变压器高压侧保护安装处与整定点的等值距离，T为采样周期，Δt为采样间隔，lH为故障点距变压器高压侧保护安装处的等值距离，计算方法为：
进一步的，第三逻辑判断模块将最大电流支路电流采样值Ij(t)的模值和与有电流门槛比较的判据，具体为：
其中，Iset为有电流门槛，T为采样周期，Δt为采样间隔。
一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上所述的配电网后备保护方法。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
本发明提出了基于多间隔信息的方向和过电流元件，充分利用了变压器高压侧和低压侧电气量的信息；提出了基于多间隔信息的电压方向元件适用于线路相电压跌落且电压跌落相测量电压在零附近的配电网；提出了基于多间隔信息的距离保护元件，通过计算故障点距变压器高压侧保护安装处的等值距离，保证了方向元件在配电网线路相间电压跌落且电压跌落相间测量电压在零附近的条件下仍能正确动作；考虑了高比例电力电子电源电力系统运行状态对短路电流的影响，选择最大电流支路作为故障支路，为过电流元件的正确动作奠定了基础。
附图说明
图1为本发明实施例所提供的高比例电力电子电源电力系统结构示意图；
图2为本发明实施例所提供的一种配电网后备保护方法的流程图；
图3为本发明实施例所提供的高比例电力电子电源电力系统在输电网到配电网的降压变压器高压侧发生BC两相短路故障时计算的变压器低压侧保护安装处各相间电压采样值的模值和的最小值图；
图4为本发明实施例所提供的高比例电力电子电源电力系统在输电网到配电网的降压变压器高压侧发生BC两相短路故障时计算的变压器高压侧保护安装处各相间电压采样值的模值和的最小值图；
图5为本发明实施例所提供的高比例电力电子电源电力系统在配电网线路保护出口发生BC两相短路故障时计算的变压器低压侧保护安装处各相间电压采样值的最小值图；
图6为本发明实施例所提供的高比例电力电子电源电力系统在配电网线路保护出口发生BC两相短路故障时计算的变压器高压侧保护安装处各相间电压采样值的模值和的最小值图；
图7为本发明实施例所提供的高比例电力电子电源电力系统在配电网线路保护出口发生BC两相短路故障时计算的故障点距变压器高压侧保护安装处的等值距离图；
图8为本发明实施例所提供的高比例电力电子电源电力系统在配电网线路保护出口发生BC两相短路故障时计算的最大电流支路电流采样值的模值和图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
具体实施方式以高比例电力电子电源电力系统为例进行说明，如图1所示，高比例电力电子电源电力系统包含110kV高比例电力电子电源电力系统1、变压器2和10kV配电网线路及其继电保护装置3、110kV母线4、10kV母线5、第一继电保护装置6、以及第二继电保护装置7。
基于上述系统，本发明实施例提供了一种配电网后备保护方法，计算输电网到配电网的降压变压器各侧保护安装处各相和各相间电压采样值的模值和以及故障点距变压器高压侧保护安装处的等值距离；根据基于多间隔信息的电压方向元件的判据和距离保护元件的判据，将变压器各侧保护安装处各相和各相间电压采样值的模值和与相应的低电压门槛比较，将故障点距变压器高压侧保护安装处的等值距离与变压器高压侧保护安装处与整定点的等值距离比较，得出逻辑判断结果；若基于多间隔信息的方向元件动作，选择配电网最大电流支路作为故障支路，实时计算最大电流支路电流采样值的模值和，将其与有电流门槛比较，得出逻辑判断结果。其流程示意图如图2所示，具体步骤如下：
S1、通过配电网线路各侧安装的电压、电流互感器实时采集电压、电流信号，得到不断更新的采样值电压、电流序列，采样周期为T，采样间隔为Δt；
S2、根据步骤S1采样到的电压序列，实时计算输电网到配电网的降压变压器低压侧保护安装处各相和各相间电压采样值变压器高压侧保护安装处各相和各相间电压采样值/>的模值和，故障点距变压器高压侧保护安装处的等值距离lH；所述步骤S2中模值和的计算公式为/>
S3、根据基于多间隔信息的电压方向元件的判据，将步骤S2中的变压器低压侧保护安装处各相和各相间电压采样值变压器高压侧保护安装处各相和各相间电压采样值/>的模值和与相应的低电压门槛比较，得出逻辑判断结果；
基于多间隔信息的电压方向元件的判据为：
其中，为变压器低压侧故障相低电压门槛，/>为变压器低压侧故障相间低电压门槛，/>为变压器高压侧故障相低电压门槛，/>为变压器高压侧故障相间低电压门槛；
S4、根据基于多间隔信息的距离保护元件的判据，将步骤S2中的变压器低压侧保护安装处各相和各相间电压采样值变压器高压侧保护安装处各相和各相间电压采样值/>的模值和与相应的低电压门槛比较，将步骤S2中的故障点距变压器高压侧保护安装处的等值距离lH与变压器高压侧保护安装处与整定点的等值距离比较，得出逻辑判断结果；
基于多间隔信息的距离保护元件的判据为：
其中，为变压器低压侧故障相低电压门槛，/>为变压器低压侧故障相间低电压门槛，/>为变压器高压侧故障相低电压门槛，/>为变压器高压侧故障相间低电压门槛，lHset为变压器高压侧保护安装处与整定点的等值距离，lH为故障点距变压器高压侧保护安装处的等值距离，计算方法为：
以接地判据为例，使用矩阵表示：
其中，
其中，为变压器高压侧保护安装处电流采样值。Ls和Lm为变压器折算到高压侧等值电路的自电感和互电感，Rs和Rm为变压器折算到高压侧等值电路的自电阻和互电阻。
使用最小二乘法求解得到：
S5、若步骤S3和S4的逻辑判断结果至少一个为真，则基于多间隔信息的方向元件动作，转到步骤S6；若步骤S3和S4的逻辑判断结果均为假，则基于多间隔信息的方向元件不动作，转到步骤S2；
S6、基于多间隔信息的过电流元件选择配电网最大电流支路作为故障支路，根据步骤S1采样到的电流序列，实时计算最大电流支路电流采样值Ij(t)的模值和，计算方法为：
其中，I1(t)…In(t)为配电网各条支路的电流采样值。
S7、将S6中的最大电流支路电流采样值Ij(t)的模值和与有电流门槛比较，判据为：
其中，Iset为有电流门槛。
S8、若步骤S7的逻辑判断结果为真，则基于多间隔信息的过电流元件动作，配电网后备保护动作；若步骤S7的逻辑判断结果为假，则基于多间隔信息的过电流元件不动作，转到步骤S2。
为了更进一步的说明本发明提供的方法，现结合附图以及具体实例详述如下：
在本实施例中，设置变压器高压侧发生BC两相短路故障，计算的变压器低压侧保护安装处各相间电压采样值变压器高压侧保护安装处各相间电压采样值/>的模值和的最小值如图3、4所示。基于多间隔信息的电压方向元件和基于多间隔信息的距离保护元件判据均不满足，因此基于多间隔信息的方向元件不动作，配电网后备保护可靠不动作。
在本实施例中，设置配电网线路保护出口发生BC两相短路故障，计算的变压器低压侧保护安装处各相间电压采样值变压器高压侧保护安装处各相和各相间电压采样值/>的模值和的最小值，故障点距变压器高压侧保护安装处的等值距离Xbc，最大电流支路电流采样值Ij(t)的模值和如图5、6、7、8所示。基于多间隔信息的距离保护元件判据满足，因此基于多间隔信息的方向元件动作，基于多间隔信息的过电流元件选择的最大电流支路是设置故障的配电网线路且满足判据，配电网后备保护正确动作。
本发明另一方面提供了一种配电网后备保护系统，包括：计算机可读存储介质和处理器；
所述计算机可读存储介质用于存储可执行指令；
所述处理器用于读取所述计算机可读存储介质中存储的可执行指令，执行第一方面所述的配电网后备保护方法。
本发明另一方面提供了一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现第一方面所述的配电网后备保护方法。
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。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (4)

1.一种配电网后备保护方法，其特征在于，包括如下步骤：
通过配电网线路及变压器各侧安装的电压互感器、电流互感器实时采集电压、电流信号，得到不断更新的采样值电压、电流序列；
根据采样到的电压序列，实时计算输电网到配电网的降压变压器低压侧保护安装处各相和各相间电压采样值变压器高压侧保护安装处各相和各相间电压采样值的模值和，以及故障点距变压器高压侧保护安装处的等值距离lH；
根据基于多间隔信息的电压方向元件的判据，将变压器低压侧保护安装处各相和各相间电压采样值变压器高压侧保护安装处各相和各相间电压采样值的模值和与相应的低电压门槛比较，得出第一逻辑判断结果；
所述采集电压、电流信号的采样周期为T，采样间隔为Δt；所述基于多间隔信息的电压方向元件的判据为：
其中，为变压器低压侧故障相低电压门槛，/>为变压器低压侧故障相间低电压门槛，/>为变压器高压侧故障相低电压门槛，/>为变压器高压侧故障相间低电压门槛；
根据基于多间隔信息的距离保护元件的判据，将变压器低压侧保护安装处各相和各相间电压采样值变压器高压侧保护安装处各相和各相间电压采样值的模值和与相应的低电压门槛比较，将故障点距变压器高压侧保护安装处的等值距离lH与变压器高压侧保护安装处与整定点的等值距离比较，得出第二逻辑判断结果；
所述基于多间隔信息的距离保护元件的判据为：
其中，为变压器低压侧故障相低电压门槛，/>为变压器低压侧故障相间低电压门槛，/>为变压器高压侧故障相低电压门槛，/>为变压器高压侧故障相间低电压门槛，lHset为变压器高压侧保护安装处与整定点的等值距离，lH为故障点距变压器高压侧保护安装处的等值距离，计算方法为：
若第一逻辑判断结果和第二逻辑判断结果至少一个为真，则基于多间隔信息的方向元件动作；若第一逻辑判断结果和第二逻辑判断结果均为假，则基于多间隔信息的方向元件不动作，转到实时计算步骤；
基于多间隔信息的过电流元件选择配电网最大电流支路作为故障支路，根据采样到的电流序列，实时计算最大电流支路电流采样值Ij(t)的模值和；
将最大电流支路电流采样值Ij(t)的模值和与有电流门槛比较，得出第三逻辑判断结果；
所述将最大电流支路电流采样值Ij(t)的模值和与有电流门槛比较，判据为：
其中，Iset为有电流门槛；
若第三逻辑判断结果为真，则基于多间隔信息的过电流元件动作，配电网后备保护动作；若第三逻辑判断结果为假，则基于多间隔信息的过电流元件不动作，转到实时计算步骤。
2.根据权利要求1所述的配电网后备保护方法，其特征在于，所述实时计算最大电流支路电流采样值Ij(t)的模值和，计算方法为：
其中，I1(t)…In(t)为配电网各条支路的电流采样值。
3.一种配电网后备保护装置，其特征在于，包括：
采样值电压、电流序列获取模块，用于通过配电网线路及变压器各侧安装的电压互感器、电流互感器实时采集电压、电流信号，得到不断更新的采样值电压、电流序列；
电压采样值及等值距离计算模块，用于根据采样到的电压序列，实时计算输电网到配电网的降压变压器低压侧保护安装处各相和各相间电压采样值变压器高压侧保护安装处各相和各相间电压采样值/> 的模值和，以及故障点距变压器高压侧保为护安装处的等值距离lH；
第一逻辑判断模块，用于根据基于多间隔信息的电压方向元件的判据，将变压器低压侧保护安装处各相和各相间电压采样值变压器高压侧保护安装处各相和各相间电压采样值/>的模值和与相应的低电压门槛比较，得出第一逻辑判断结果；
第一逻辑判断模块采用的基于多间隔信息的电压方向元件的判据，具体为：
其中，为变压器低压侧故障相低电压门槛，/>为变压器低压侧故障相间低电压门槛，/>为变压器高压侧故障相低电压门槛，/>为变压器高压侧故障相间低电压门槛，T为采样周期，Δt为采样间隔；
第二逻辑判断模块，用于根据基于多间隔信息的距离保护元件的判据，将变压器低压侧保护安装处各相和各相间电压采样值变压器高压侧保护安装处各相和各相间电压采样值/>的模值和与相应的低电压门槛比较，将故障点距变压器高压侧保护安装处的等值距离lH与变压器高压侧保护安装处与整定点的等值距离比较，得出第二逻辑判断结果；
第二逻辑判模块采用的基于多间隔信息的距离保护元件的判据，具体为：
其中，为变压器低压侧故障相低电压门槛，/>为变压器低压侧故障相间低电压门槛，/>为变压器高压侧故障相低电压门槛，/>为变压器高压侧故障相间低电压门槛，lHset为变压器高压侧保护安装处与整定点的等值距离，T为采样周期，Δt为采样间隔，lH为故障点距变压器高压侧保护安装处的等值距离，计算方法为：
方向元件动作执行模块，用于若第一逻辑判断结果和第二逻辑判断结果至少一个为真，则基于多间隔信息的方向元件动作；若第一逻辑判断结果和第二逻辑判断结果均为假，则基于多间隔信息的方向元件不动作，转到电压采样值及等值距离计算模块执行实时计算步骤；
最大电流支路电流采样值的模值和计算模块，用于基于多间隔信息的过电流元件选择配电网最大电流支路作为故障支路，根据采样到的电流序列，实时计算最大电流支路电流采样值Ij(t)的模值和；
第三逻辑判断模块，用于将最大电流支路电流采样值Ij(t)的模值和与有电流门槛比较，得出第三逻辑判断结果；
第三逻辑判断模块将最大电流支路电流采样值Ij(t)的模值和与有电流门槛比较的判据，具体为：
其中，Iset为有电流门槛，T为采样周期，Δt为采样间隔；
后备保护动作执行模块，用于若第三逻辑判断结果为真，则基于多间隔信息的过电流元件动作，配电网后备保护动作；若第三逻辑判断结果为假，则基于多间隔信息的过电流元件不动作，转到电压采样值及等值距离计算模块执行实时计算步骤。
4.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-2中任一项所述的配电网后备保护方法。
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