CN116111564A - 一种纵横混合制动的线路差动保护方法及系统 - Google Patents

一种纵横混合制动的线路差动保护方法及系统 Download PDF

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CN116111564A
CN116111564A CN202210868357.6A CN202210868357A CN116111564A CN 116111564 A CN116111564 A CN 116111564A CN 202210868357 A CN202210868357 A CN 202210868357A CN 116111564 A CN116111564 A CN 116111564A
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周泽昕
郭雅蓉
王兴国
王书扬
刘佳琪
戴飞扬
于溯
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    • 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

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Abstract

本发明公开了一种纵横混合制动的线路差动保护方法及系统，其中，该方法包括：根据故障前的电压相量和与相差动电流的运算结果对故障后相差动电流进行修正，计算每相的差动电流修正值；根据额定电压，计算每相的电压相量和修正值；对于任一相，根据该相的差动电流修正值和该相的电压相量和修正值，确定该相的纵横制动的差动保护判据。从而，从线路纵向和横向两个维度出发，构建纵横混合制动的差动保护，在保障可靠性的同时大幅提升保护的灵敏性。

Description

一种纵横混合制动的线路差动保护方法及系统
技术领域
本发明涉及电气技术领域，并且更具体地，涉及一种纵横混合制动的线路差动保护方法及系统。
背景技术
现有交流系统中的线路保护广泛采用电流差动保护作为主保护。电流差动保护基于基尔霍夫电流定律，差动电流在无故障或区外故障时为零，在区内故障时为故障电流，具有较好的灵敏度与可靠性。但由于输电线路对地电容的影响，在正常运行时差动电流为电容电流，为了提高电流差动保护的灵敏度，需要补偿电容电流，使线路无故障时差动电流为零。随着新型电力系统中新能源的大规模接入，受新能源电源故障后控制系统策略的影响，故障电流表现出幅值受限的特征，新能源侧故障特征弱化，通过故障电流特征识别故障的电流差动保护原理灵敏度大幅降低。此外，受新能源控制策略的影响，对于新能源送出的交流线路，或新能源经柔直交流汇集线路送出的场景，其交流线路故障具有汲出特性，区内故障时线路两侧电流相位呈现区外故障特征，电流差动保护可能出现拒动。
上述情况导致现有保护不能适应，甚至会出现保护不正确动作，不能及时切除故障，从而影响系统稳定。目前大规模新能源集中送出电网已出现多起交流汇集线路继电保护装置灵敏度下降的问题。
发明内容
根据本发明，提供了一种纵横混合制动的线路差动保护方法及系统，以解决现有差动保护不能适应，甚至会出现保护不正确动作，不能及时切除故障，从而影响系统稳定。目前大规模新能源集中送出电网已出现多起交流汇集线路继电保护装置灵敏度下降的技术问题。
根据本发明的第一个方面，提供了一种纵横混合制动的线路差动保护方法，包括：
根据故障前的电压相量和与相差动电流的运算结果对故障后相差动电流进行修正，计算每相的差动电流修正值；
根据额定电压，计算每相的电压相量和修正值；
对于任一相，根据该相的差动电流修正值和该相的电压相量和修正值，确定该相的纵横制动的差动保护判据。
可选地，根据故障前的电压相量和与相差动电流的运算结果对故障后相差动电流进行修正，包括：
由故障前的电压相量和与相差动电流的运算结果对故障后相差动电流进行修正，计算每相的差动电流修正值：
Figure BDA0003759441190000021
式中：
Figure BDA0003759441190000022
为线路故障后差动电流相量值；
Figure BDA0003759441190000023
为故障后线路两侧电压相量和；
Figure BDA0003759441190000024
为故障前线路差动电流相量值；
Figure BDA0003759441190000025
为故障前线路两侧电压相量和。
可选地，根据额定电压，计算每相的电压相量和修正值，包括：
对每相的电压相量进行修正，计算每相的电压相量和修正值为：
Figure BDA0003759441190000026
式中：Ue为额定电压。
可选地，对于任一相，根据该相的差动电流修正值和该相的电压相量和修正值，确定该相的纵横制动的差动保护判据，包括：
对于任一相，利用线路两侧电流较小值
Figure BDA0003759441190000031
构成纵向制动，利用线路电容电流
Figure BDA0003759441190000032
构成横向制动，根据该相的差动电流修正值和该相的电压相量和修正值，确定该相的纵横制动的差动保护判据为：
Figure BDA0003759441190000033
式中：
Figure BDA0003759441190000034
为差动电流修正值；
Figure BDA0003759441190000035
为电压相量和修正值；Yset为导纳定值；
Figure BDA0003759441190000036
为线路两侧电流值。
根据本发明的另一个方面，还提供了一种纵横混合制动的线路差动保护系统，包括：
计算差动电流修正值模块，用于根据故障前的电压相量和与相差动电流的运算结果对故障后相差动电流进行修正，计算每相的差动电流修正值；
计算电压相量和修正值模块，用于根据额定电压，计算每相的电压相量和修正值；
确定差动保护判据模块，用于对于任一相，根据该相的差动电流修正值和该相的电压相量和修正值，确定该相的纵横制动的差动保护判据。
可选地，计算差动电流修正值模块，包括：
计算差动电流修正值子模块，由故障前的电压相量和与相差动电流的运算结果对故障后相差动电流进行修正，计算每相的差动电流修正值：
Figure BDA0003759441190000037
式中：
Figure BDA0003759441190000038
为线路差动电流相量值；
Figure BDA0003759441190000039
为线路两侧电压相量和；
Figure BDA00037594411900000310
为故障前线路差动电流相量值；
Figure BDA00037594411900000311
为故障前线路两侧电压相量和。
可选地，计算电压相量和修正值模块，包括：
计算电压相量和修正值子模块，对每相的电压相量进行修正，计算每相的电压相量和修正值为：
Figure BDA0003759441190000041
式中：Ue为额定电压。
可选地，确定差动保护判据模块，包括：
确定差动保护判据子模块，用于对于任一相，利用线路两侧电流较小值
Figure BDA0003759441190000042
构成纵向制动，利用线路电容电流
Figure BDA0003759441190000043
构成横向制动，根据该相的差动电流修正值和该相的电压相量和修正值，确定该相的纵横制动的差动保护判据为：
Figure BDA0003759441190000044
式中：
Figure BDA0003759441190000045
为差动电流修正值；
Figure BDA0003759441190000046
为电压相量和修正值；Yset为导纳定值；
Figure BDA0003759441190000047
为线路两侧电流值。
从而，从线路纵向和横向两个维度出发，构建纵横混合制动的差动保护，在保障可靠性的同时大幅提升保护的灵敏性，解决了现有电流差动保护性能受电源故障特性影响的难题，为大规模清洁能源消纳创造了条件。
附图说明
通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：
图1为本实施方式所述的一种纵横混合制动的线路差动保护方法的流程示意图；
图2为本实施方式所述的相电压相量和修正的示意图；
图3为本实施方式所述的高比例新能源接入场景的示意图；
图4为本实施方式所述的高比例新能源接入场景纵横混合制动的线路差动保护动作结果的示意图；
图5为本实施方式所述的新能源经柔直送出场景示意图；
图6为本实施方式所述的新能源经柔直孤岛模式送出交流线路纵横混合制动的差动保护动作结果的示意图；
图7为本实施方式所述的安装可控并联电抗器的示意图；
图8为本实施方式所述的可控电抗器100％投入区内故障纵横混合制动的差动保护动作结果的示意图；
图9为本实施方式所述的可控电抗器67％投入区内故障纵横混合制动的差动保护动作结果的示意图；
图10为本实施方式所述的安装串补电容的线路区内故障纵横混合制动的差动保护动作结果的示意图；
图11为本实施方式所述的常规电源接入场景系统图；
图12为本实施方式所述的区内故障纵横混合制动的差动保护动作结果的示意图；
图13为本实施方式所述的区外故障纵横混合制动的差动保护动作结果的示意图；
图14为本实施方式所述的一种纵横混合制动的线路差动保护系统的示意图。
具体实施方式
现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。
除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。
根据本发明的第一个方面，提供了一种纵横混合制动的线路差动保护方法100，参考图1所示，该方法100包括：
S101:根据故障前的电压相量和与相差动电流的运算结果对故障后相差动电流进行修正，计算每相的差动电流修正值；
S102:根据额定电压，计算每相的电压相量和修正值；；
S103:对于任一相，根据该相的差动电流修正值和该相的电压相量和修正值，确定该相的纵横制动的差动保护判据。
具体地，该方法由以下步骤构成。
(1)构建纵横混合制动的差动保护。
利用线路两侧电流较小值
Figure BDA0003759441190000061
构成纵向制动，利用线路电容电流
Figure BDA0003759441190000062
构成横向制动，纵横制动的差动保护判据为：
Figure BDA0003759441190000063
式中：
Figure BDA0003759441190000064
为差动电流修正值；
Figure BDA0003759441190000065
为电压相量和修正值；Yset为导纳定值；
Figure BDA0003759441190000066
为线路两侧电流值。
(2)计算相差动电流修正值。
由故障前的电压相量和与差动电流对相差动电流进行修正，计算差动电流修正值：
Figure BDA0003759441190000067
式中：
Figure BDA0003759441190000068
为线路差动电流相量值；
Figure BDA0003759441190000069
为线路两侧电压相量和；
Figure BDA00037594411900000610
为故障前线路差动电流相量值；
Figure BDA0003759441190000071
为故障前线路两侧电压相量和。
(3)计算电压相量和修正值。
电压相量参考图2中的电压修正方法进行修正，电压相量和修正值为：
Figure BDA0003759441190000072
式中：Ue为额定电压。
(4)纵横混合制动的差动保护按相构成判据，无需配置选相元件，若
Figure BDA0003759441190000073
相纵横混合制动的差动保护判据满足条件则
Figure BDA0003759441190000074
相保护动作。
选择了以下几种场景：
(1)高比例新能源接入场景
高比例新能源接入场景为海上风电经海缆送出，在海缆线路出口F1处发生区内AB相间故障，系统电压等级为220kV，系统图如图3所示，纵横混合制动的线路差动保护动作结果如图4所示，A相在2.5ms进入动作区，B相在2.5ms进入动作区，C相不进入动作区，线路保护可靠动作。
(2)新能源经柔直送出场景
新能源经柔直送出场景为新能源经柔直孤岛模式送出，即新能源接入比例为100％，交流出线发生区内AB相间故障，系统图如图5所示，纵横混合制动的线路差动保护动作结果如图6所示，A相在1.67ms进入动作区，B相在2.5ms进入动作区，C相不进入动作区，线路保护可靠动作。
3、电力电子设备接入的场景
(1)安装可控并联电抗的交流线路
安装可控并联电抗器的线路，系统图如图7所示，当可控电抗器为100％投入时，发生线路区内AN单相接地故障，纵横混合制动的线路差动保护动作结果如图8所示，A相在2.5ms进入动作区，B相和C相不进入动作区，线路保护可靠动作。
当可控电抗器为67％投入时，发生线路区内AN单相接地故障，动作结果如图9所示，A相在3.33ms进入动作区。
(2)安装串补电容的交流线路
对安装串补电容的交流输电线路进行仿真，发生线路区内AN单相接地故障，动作结果如图10所示，A相在3.33ms进入动作区。
4、常规电源接入场景
常规电源接入的场景为线路两侧的电源均为常规电源，系统图如图11所示，分别对线路区内故障，区外故障的情况进行讨论。
场景系统图
(1)区内故障
线路区内发生AN单相经800Ω过渡电阻接地故障，保护的动作情况如图12所示，A相在10.83ms进入动作区，保护可靠动作。
(2)区外故障
当线路发生区外ABC三相故障时，保护的动作情况如图13所示，A相、B相和C相的保护可靠不误动。
从而，从线路纵向和横向两个维度出发，构建纵横混合制动的差动保护，在保障可靠性的同时大幅提升保护的灵敏性，解决了现有电流差动保护性能受电源故障特性影响的难题，为大规模清洁能源消纳创造了条件。
可选地，根据故障前的电压相量和与相差动电流的运算结果对故障后相差动电流进行修正，计算每相的差动电流修正值，包括：
由故障前的电压相量和与相差动电流的运算结果对故障后相差动电流进行修正，计算每相的差动电流修正值：
Figure BDA0003759441190000091
式中：
Figure BDA0003759441190000092
为线路故障后差动电流相量值；
Figure BDA0003759441190000093
为故障后线路两侧电压相量和；
Figure BDA0003759441190000094
为故障前线路差动电流相量值；
Figure BDA0003759441190000095
为故障前线路两侧电压相量和。
可选地，根据额定电压，计算每相的电压相量和修正值，包括：
对每相的电压相量进行修正，计算每相的电压相量和修正值为：
Figure BDA0003759441190000096
式中：Ue为额定电压。
可选地，对于任一相，根据该相的差动电流修正值和该相的电压相量和修正值，确定该相的纵横制动的差动保护判据，包括：
对于任一相，利用线路两侧电流较小值
Figure BDA0003759441190000097
构成纵向制动，利用线路电容电流
Figure BDA0003759441190000098
构成横向制动，根据该相的差动电流修正值和该相的电压相量和修正值，确定该相的纵横制动的差动保护判据为：
Figure BDA0003759441190000099
式中：
Figure BDA00037594411900000910
为差动电流修正值；
Figure BDA00037594411900000911
为电压相量和修正值；Yset为导纳定值；
Figure BDA00037594411900000912
为线路两侧电流值。
从而，从线路纵向电流和横向线路两个维度出发，构建纵横混合制动的差动保护，在保障可靠性的同时大幅提升保护的灵敏性，解决了现有电流差动保护性能受电源故障特性影响的难题，为大规模清洁能源消纳创造了条件。
根据本发明的另一个方面，还提供了一种纵横混合制动的线路差动保护系统1400，参考图14所示，该系统1400包括：
计算差动电流修正值模块1410，用于根据故障前的电压相量和与相差动电流的运算结果对故障后相差动电流进行修正，计算每相的差动电流修正值；
计算电压相量和修正值模块1420，用于根据额定电压，计算每相的电压相量和修正值；
确定差动保护判据模块1430，用于对于任一相，根据该相的差动电流修正值和该相的电压相量和修正值，确定该相的纵横制动的差动保护判据。
可选地，计算差动电流修正值模块，包括：
计算差动电流修正值子模块，由故障前的电压相量和与相差动电流的运算结果对故障后相差动电流进行修正，计算每相的差动电流修正值：
Figure BDA0003759441190000101
式中：
Figure BDA0003759441190000102
为线路差动电流相量值；
Figure BDA0003759441190000103
为线路两侧电压相量和；
Figure BDA0003759441190000104
为故障前线路差动电流相量值；
Figure BDA0003759441190000105
为故障前线路两侧电压相量和。
可选地，计算电压相量和修正值模块，包括：
计算电压相量和修正值子模块，对每相的电压相量进行修正，计算每相的电压相量和修正值为：
Figure BDA0003759441190000106
式中：Ue为额定电压。
可选地，确定差动保护判据模块，包括：
确定差动保护判据子模块，用于对于任一相，利用线路两侧电流较小值
Figure BDA0003759441190000107
构成纵向制动，利用线路电容电流
Figure BDA0003759441190000108
构成横向制动，根据该相的差动电流修正值和该相的电压相量和修正值，确定该相的纵横制动的差动保护判据为：
Figure BDA0003759441190000111
式中：
Figure BDA0003759441190000112
为差动电流修正值；
Figure BDA0003759441190000113
为电压相量和修正值；Yset为导纳定值；
Figure BDA0003759441190000114
为线路两侧电流值。
本发明的实施例的一种纵横混合制动的线路差动保护系统1400与本发明的另一个实施例的一种纵横混合制动的线路差动保护方法100相对应，在此不再赘述。
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。本申请实施例中的方案可以采用各种计算机语言实现，例如，面向对象的程序设计语言Java和直译式脚本语言JavaScript等。
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。
尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种纵横混合制动的线路差动保护方法，其特征在于，包括：
根据故障前的电压相量和与相差动电流的运算结果对故障后相差动电流进行修正，计算每相的差动电流修正值；
根据额定电压，计算每相的电压相量和修正值；
对于任一相，根据该相的差动电流修正值和该相的电压相量和修正值，确定该相的纵横制动的差动保护判据。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据故障前的电压相量和与相差动电流的运算结果对故障后相差动电流进行修正，计算每相的差动电流修正值，包括：
由故障前的电压相量和与相差动电流的运算结果对故障后相差动电流进行修正，计算每相的差动电流修正值：
Figure FDA0003759441180000011
式中：
Figure FDA0003759441180000012
为线路故障后差动电流相量值；
Figure FDA0003759441180000013
为故障后线路两侧电压相量和；
Figure FDA0003759441180000014
为故障前线路差动电流相量值；
Figure FDA0003759441180000015
为故障前线路两侧电压相量和。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据额定电压，计算每相的电压相量和修正值，包括：
对每相的电压相量进行修正，计算每相的电压相量和修正值为：
Figure FDA0003759441180000016
式中：Ue为额定电压。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对于任一相，根据该相的差动电流修正值和该相的电压相量和修正值，确定该相的纵横制动的差动保护判据，包括：
对于任一相，利用线路两侧电流较小值
Figure FDA0003759441180000021
构成纵向制动，利用线路电容电流
Figure FDA0003759441180000022
构成横向制动，根据该相的差动电流修正值和该相的电压相量和修正值，确定该相的纵横制动的差动保护判据为：
Figure FDA0003759441180000023
式中：
Figure FDA0003759441180000024
为差动电流修正值；
Figure FDA0003759441180000025
为电压相量和修正值；Yset为导纳定值；
Figure FDA0003759441180000026
Figure FDA0003759441180000027
为线路两侧电流值。
5.一种纵横混合制动的线路差动保护系统，其特征在于，包括：
计算差动电流修正值模块，用于根据故障前的电压相量和与相差动电流的运算结果对故障后相差动电流进行修正，计算每相的差动电流修正值；
计算电压相量和修正值模块，用于根据额定电压，计算每相的电压相量和修正值；
确定差动保护判据模块，用于对于任一相，根据该相的差动电流修正值和该相的电压相量和修正值，确定该相的纵横制动的差动保护判据。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，计算差动电流修正值模块，包括：
计算差动电流修正值子模块，由故障前的电压相量和与相差动电流的运算结果对故障后相差动电流进行修正，计算每相的差动电流修正值：
Figure FDA0003759441180000028
式中：
Figure FDA0003759441180000029
为线路差动电流相量值；
Figure FDA00037594411800000211
为线路两侧电压相量和；
Figure FDA00037594411800000210
为故障前线路差动电流相量值；
Figure FDA0003759441180000031
为故障前线路两侧电压相量和。
7.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，计算电压相量和修正值模块，包括：
计算电压相量和修正值子模块，对每相的电压相量进行修正，计算每相的电压相量和修正值为：
Figure FDA0003759441180000032
式中：Ue为额定电压。
8.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，确定差动保护判据模块，包括：
确定差动保护判据子模块，用于对于任一相，利用线路两侧电流较小值
Figure FDA0003759441180000033
构成纵向制动，利用线路电容电流
Figure FDA0003759441180000034
构成横向制动，根据该相的差动电流修正值和该相的电压相量和修正值，确定该相的纵横制动的差动保护判据为：
Figure FDA0003759441180000035
式中：
Figure FDA0003759441180000036
为差动电流修正值；
Figure FDA0003759441180000037
为电压相量和修正值；Yset为导纳定值；
Figure FDA0003759441180000038
Figure FDA0003759441180000039
为线路两侧电流值。
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