一种新型电流极性比较式快速母线保护方法技术

本发明专利技术公开了一种新型电流极性比较式快速母线保护方法，包括以下步骤：(1)在与母线相连的各出线始端处安装的母线保护单元采集出线始端的电流值；(2)对各出线进行故障检测，滤除故障分量电流的高频分量；(3)利用交流电网相模变换的数学特征，构建新的相模变换矩阵，消除三相线路相间耦合并提取故障分量电流的线模分量；(4)计算各出线母线保护单元检测到的故障分量线模电流的积分值；(5)根据所有出线的线模电流积分值的极性差异，构建母线故障识别判据，判定是否为母线故障。本发明专利技术对单母线和复杂的一个半断路器母线接线都能适用，而且基本不受故障初始角、故障接地电阻、故障类型、串补、CT饱和等因素的影响，可靠性高，动作快速。

【技术实现步骤摘要】
一种电流极性比较式快速母线保护方法
本专利技术涉及一种电流极性比较式快速母线保护方法。
技术介绍
母线作为电力系统的重要元件之一，是电力系统输配电的枢纽。母线保护装置拒动或误动可能会产生严重的后果，甚至会造成区域电力系统的瓦解。电力系统规模的日益扩大和超高压坚强智能电网的建设对继电保护的可靠性、灵敏性和快速性提出了更高的要求，因此，按照智能变电站的技术特征、选择各种优异的数学分析工具或保护算法来设计性能可靠地快速母线保护，对于保障变电站乃至整个电网的安全稳定运行，具有重要的理论意义和工程应用价值。按照结构划分，母线保护主要分为两大类：集中式保护和分布式保护。按照保护原理划分，母线保护主要有基于工频量的保护和基于暂态量的保护两大类。目前广泛采用的母线保护是基于工频量的电流差动保护，外部故障造成某个CT饱和时，将导致差动电流的增大，制动电流的减少，母线差动保护可能会因此误动。此外，差动保护还易受CT失配、负荷电流和过渡电阻等因素的影响，灵敏度不高。为消除CT饱和的影响，提高保护的动作速度和可靠性，国内外学者进行了一系列的研究，并取得了一些有益的成果。《Design,evaluationandimplementationofabusbardifferentialprotectionrelayimmunetotheeffectsofcurrenttransformersaturation》提出了带有CT饱和检测算法的母线电流差动保护方案，该算法是基于电流的三阶差分函数。该方法不仅能够保证区外故障时保护的可靠性，而且不会增加区内故障时保护的判别时间，但当发生区外转区内故障时，保护有可能拒动且动作时间不少于20ms，不能满足超高压电网的要求。《Microprocessor-basedbusbarprotectionsystem》提出了基于微处理器的母线保护系统方案，该方案通过电力系统的正序和负序模型来正确区分母线区内外故障。但该原理是基于工频量的计算，在动作速度上将越来越不能满足电力系统不断发展的要求。《电流行波差动式母线保护的研究》提出了一种具有比率制动特性的电流行波差动式母线保护，由初始暂态电流行波形成的、带比率制动特性的母线电流行波差动量在母线区内故障与区外故障时差异显著，从而构成电流行波差动式母线保护。理论分析和仿真实验表明该判据能可靠识别母线区内外故障，且基本不受故障类型、故障过渡电阻、故障距离等因素的影响；小波变换技术的应用，使得母线保护实现了行波故障信息的软件同步，不再需要专门的硬件进行同步采样，从而简化保护装置，降低设备投资；由于该母线保护仅仅需要初始行波量，因而能从根本上免受电流互感器暂态饱和的影响。但由于只是利用初始电流行波量，电压过零点发生单相接地故障或高阻接地故障时，保护可能无法正确识别。《ImplementationandtestingofdirectionalcomparisonbusprotectionbasedonIEC61850processbus》提出了一种基于IEC61850过程总线的方向比较母线保护原理，该原理利用故障后5个连续采样点(50Hz的电力系统，采样频率为4kHz)来计算故障分量的暂态能量，该方法很好的适用于智能变电站的建设，且动作速度快，但用于计算的母线故障分量电压有时不易获得。《基于序分量综合阻抗的母线保护新原理》提出了一种基于序分量综合阻抗的母线保护新原理，该文中提出了母线正序故障分量综合阻抗、负序综合阻抗和零序综合阻抗的概念，通过分析母线区内、区外故障时3种综合阻抗的特征，分别利用阻抗幅值和相角构成了基于正序故障分量综合阻抗、负序综合阻抗以及零序综合阻抗的母线保护原理。3种保护原理可构成完整的母线保护方案。仿真结果表明该方法不受CT饱和与过渡电阻的影响，但保护需要设定多个判据才能识别所有故障类型，判别复杂，实用性差。《Atravelling-wave-basedamplitudeintegralbusbarprotectiontechnique》提出了一种行波幅值积分型母线保护新原理，通过计算正向行波幅值和反向行波幅值的比值实现母线区内外故障的判别，该原理基本不受CT饱和、故障初始角和故障接地电阻等因素的影响，但该方法的采样频率高达100kHz，不易实现且论文只考虑了简单的单母线结构。由此可见，现有关于母线保护的方法，各有优缺点，尚没有完全经济实用、动作速度快、灵敏度和可靠性高的方法。
技术实现思路
本专利技术为了解决上述问题，提出了一种电流极性比较式快速母线保护方法。本方法根据母线区内外故障时各出线的故障分量电流极性的特征差异来构造故障识别判据，为了提高保护的抗干扰能力，对故障分量电流进行积分计算后再进行判断。与其它母线保护原理相比，该方法只利用故障分量电流信号进行故障识别，不受CT饱和的影响，且采样频率低，传统的CT传变特性就能满足要求，原理简单方便，可靠性高，动作速度快，易于工程实现。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种电流极性比较式快速母线保护方法，具体包括以下步骤：(1)在与母线相连的各出线始端处安装分布式母线保护单元，并实时采集各出线始端的电流值；(2)对各出线进行故障检测，发生故障后，滤除故障分量电流的高频分量；(3)利用交流电网相模变换的数学特征，构建一种新的相模变换矩阵，以消除三相线路的相间耦合并提取故障分量电流的线模分量；(4)各母线保护单元分别计算各自检测到的故障分量线模电流的积分值；(5)判断步骤(4)中各故障分量线模电流积分值的符号，根据所有出线的电流积分值的极性差异构建母线故障识别判据，从而判定是否为母线故障。所述步骤(2)中，采用相电流突变量启动元件对各个出线进行故障检测。所述步骤(2)中，采用二阶低通Butterworth滤波器滤除故障分量电流的高频分量。所述步骤(2)中，相电流突变量启动元件的具体实现过程如下：Δip(k)＝ip(k)-ip(k-N)(1)Δip(k)≥0.2IN(2)N为每周波采样点数，k为采样点，ip(k)为分布式母线保护单元采集的线路出口处的相电流，p分别为a相、b相或c相，IN为额定相电流。当公式(2)满足时，故障检测启动元件动作。所述步骤(3)中，利用交流电网相模变换的数学特征，构造一种新的相模变换矩阵，相模变换的本质是将参数矩阵的非对角元素变为零，因此利用参数矩阵的特征值和特征向量求取相模变换矩阵。所述步骤(3)的具体方法为：三相均匀换位输电线路的参数矩阵是三阶对称循环矩阵，即对角元素相等，非对角元素也相等，设T＝(tab)3×3为三相系统由模分量到相分量的变换矩阵，结合对称循环矩阵的特征向量定理可得：由式(3)可构造出单一线模量能反映所有故障类型的新相模变换矩阵如下所示：其逆矩阵即相分量变换为模分量的矩阵为：将该相模变换矩阵应用于三相系统可得：式中，fa、fb和fc为电力系统的三相电压或电流，或为故障分量电压或故障分量电流，利用公式(6)变换得到的1模分量f1和2模分量f2均能反映所有的故障类型，f0为0模分量。所述步骤(4)中，具体的实现过程为：以公式作为第j条出线的母线保护单元检测到的故障分量线模电流积分值的计算公式，定义电流的正方向为母线流向本线路，m为用于计算的采样点数。所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种新型电流极性比较式快速母线保护方法，其特征是：具体包括以下步骤：(1)在与母线相连的各出线始端处安装分布式母线保护单元，各母线保护单元实时采集出线始端的电流值；(2)对各出线进行故障检测，发生故障后，滤除故障分量电流的高频分量；(3)利用交流电网相模变换的数学特征，构建一种新的相模变换矩阵，以消除三相线路的相间耦合并提取故障分量电流的线模分量；(4)各母线保护单元分别计算各自检测到的故障分量线模电流的积分值；(5)判断步骤(4)中各故障分量线模电流积分值的符号，根据所有出线的电流积分值的极性差异构建母线故障识别判据，从而判定是否为母线故障。

【技术特征摘要】
1.一种电流极性比较式快速母线保护方法，其特征是：具体包括以下步骤：(1)在与母线相连的各出线始端处安装分布式母线保护单元，各母线保护单元实时采集出线始端的电流值；(2)对各出线进行故障检测，发生故障后，滤除故障分量电流的高频分量；(3)利用交流电网相模变换的数学特征，构建一种新的相模变换矩阵，以消除三相线路的相间耦合并提取故障分量电流的线模分量；(4)各母线保护单元分别计算各自检测到的故障分量线模电流的积分值；(5)判断步骤(4)中各故障分量线模电流积分值的符号，根据所有出线的电流积分值的极性差异构建母线故障识别判据，从而判定是否为母线故障；所述步骤(3)的具体方法为：三相均匀换位输电线路的参数矩阵是三阶对称循环矩阵，即对角元素相等，非对角元素也相等，设T＝(tab)3×3为三相系统由模分量到相分量的变换矩阵，结合对称循环矩阵的特征向量定理可得：由式(3)可构造出单一线模量能反映所有故障类型的新相模变换矩阵如下所示：其逆矩阵即相分量变换为模分量的矩阵为：将该相模变换矩阵应用于三相系统可得：式中，fa、fb和fc为电力系统的三相电压或电流，或为故障分量电压或故障分量电流，利用公式(6)变换得到的1模分量f1和2模分量f2均能反映所有的故障类型，f0为0模分量。2.如权利要求1所述的快速母线保护...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹贵彬，宋圣兰，冯谦，高厚磊，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东;37