一种基于故障分量均值积的快速母线保护方法技术

本发明专利技术公开了一种基于故障分量均值积的快速母线保护方法，其具体过程包括：1)实时采集与母线相连的各出线母线保护元件处的电压和电流；2)对故障分量电压和电流进行相模变换，提取各自的线模分量；3)计算线模电压和线模电流的均值的乘积；以均值积的正负作为判断正向故障和反向故障的依据；以所有出线的故障方向判别结果作为判断母线是否故障的依据；该方法采用相模变换，利用故障分量线模电压和故障分量线模电流的均值积的特征构建母线保护判据，具有简便，灵敏度高，动作速度快，识别准确，易于工程实现的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种基于故障分量均值积的快速母线保护方法
本专利技术涉及一种基于故障分量均值积的快速母线保护方法。
技术介绍
建设清洁、安全、自愈、经济、优质和互动的坚强智能电网是电网自动化技术的发展方向和必然趋势。变电站作为智能电网的关键支撑点和电力网络的节点，承担着连接线路、输送电能、变化电压等级、汇集电流、分配电流、控制电能流向、调整电压等功能。因此，电网的安全可靠运行很大程度上取决于变电站设备和系统的可靠性。连接发电机、变压器、输电线路和负荷等设备的变电站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。如果母线上发生故障，母线保护必须快速切除连接其上的所有元件，故障影响范围大，而且母线保护装置拒动或误动可能对整个电力系统造成严重的后果。随着电力系统规模的日益扩大和电压等级的不断增高，配置快速、灵敏和高可靠性的母线保护显得尤为重要。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，但此类方法要求各出线的电流采样值严格同步。此外，保护性能还易受CT饱和与比例失调等因素的影响。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。《异步法电流互感器饱和判别新原理及其应用》提出了适用于微机母线保护的电流互感器饱和的检测方法，即在故障发生后的第一个周波采用首半波同步识别方法，并在故障发生后且差动保护没有动作时，采用谐波制动闭锁识别。该方案对转换型故障仍然适用并已经成功应用于工程实际，但动作时间不少于20ms。《基于暂态电流谱能量的母线保护新原理》提出了一种基于暂态电流谱能量的母线保护新原理，该原理通过比较各暂态高频电流在一定时窗内的谱能量可以实现母线区内外故障的有效判别，该方法动作速度快且不受CT饱和的影响，但是小初始角故障将严重影响到该保护方法的灵敏度和可靠性。《AbusbarprotectiontechniqueanditsperformanceduringCTsaturationandCTratio-mismatch》利用母线上各回路工频故障分量所对应的正、负序等效阻抗的相角所在的象限来区分母线区内外故障。仿真结果表明该方法不受CT饱和、CT比例失配的影响，而且不受采样频率的影响，但动作速度较慢。《基于神经网络模型的母线保护》提出了一种基于神经网络模型的母线保护方法。该方法可自适应CT特性不一致、母线运行方式改变和CT断线的情况，且识别区内外故障正确率较高，但神经网络结构复杂，需进行大量训练，运算量大，实用性不强。《利用线路暂态行波功率方向的分布式母线保护》利用各线路暂态行波功率的方向构造判据，该方法动作快速可靠，基本不受故障类型、故障过渡电阻等的影响，但是电压过零点发生单相接地故障时保护不能正确识别。《基于模型参数识别的母线保护原理》通过对故障等效电感电路模型参数的识别及参数离散度的计算，可准确判断出母线的内、外部故障及外部故障CT饱和状态，从而构成具有自适应制动特性的母线保护判据。该原理不需要设置专门的CT饱和检测元件，且无需滤波，动作速度较快，但母线区内故障时灵敏度降低。《Atravelling-wave-basedamplitudeintegralbusbarprotectiontechnique》提出了一种行波幅值积分母线保护新原理，通过计算正向行波和反向行波幅值的比值关系实现母线内外故障的判别，该原理不受CT饱和、故障初始角和故障接地电阻等因素的影响，但该原理采样频率高达100kHz，而在智能变电站中合并单元的采样频率一般为4kHz，不易工程实现。《基于测量波阻抗的母线保护新方法》提出了一种基于测量波阻抗的母线保护新方法，当发生母线区内故障时，所有线路的测量波阻抗的极性均为负，幅值近似相等；当母线发生区外线路故障时，故障线路的测量波阻抗的极性为正，且其幅值远小于非故障线路的测量波阻抗的幅值。该方法具有很高的可靠性和很强的适应性，但采样频率高且母线结构对测量波阻抗具有一定的影响。由此可见，现有关于母线保护的研究，并没有完全经济实用、动作速度快并且灵敏度高的方法。
技术实现思路
本专利技术为了解决上述问题，提出了一种基于故障分量均值积的快速母线保护方法，该方法利用故障分量线模电压和故障分量线模电流的均值积在区内外故障时的不同特征构建母线保护判据，具有简便，灵敏度高，动作速度快，识别准确，易于工程实现的优点。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种基于故障分量均值积的快速母线保护方法，包括以下步骤：(1)实时采集与母线相连的各出线母线保护元件处的电压和电流；(2)将采集的电压和电流滤波后，对工频故障分量电压和电流进行相模变换，提取故障分量电压和电流的线模分量；(3)计算线模电压均值和线模电流均值的乘积，以均值积的正负作为判断正向故障和反向故障的依据，再以所有出线的故障方向判别结果作为判断母线是否故障的依据，具体判别包括：若某条出线的母线保护单元所检测到的模量均值积符号为负，则为正向故障；若某条出线的母线保护单元所检测到的模量均值积符号为正，则为反向故障；若与母线相连的各支路母线保护单元均判别为反方向故障，则为母线故障。所述步骤(2)中，将采集到的全电压和全电流先滤除负荷分量再滤除高频分量后得到工频故障分量。所述步骤(2)中，相模变换的具体方式为：式中，fa、fb和fc为故障分量电压或故障分量电流，变换得到的1模分量f1和2模分量f2均能反映所有故障类型，f0为0模分量。所述步骤(3)中，具体的判断依据为：1)以某条出线的线模电压均值和线模电流均值的乘积Sm＝ave(Δum(t))×ave(Δim(t))的正负作为识别故障方向的判据，式中，ave(Δum(t))和ave(Δim(t))分别是与母线相连的第m条出线的故障分量经相模变换后的线模电压和线模电流的均值，Sm为第m条出线的线模电压和线模电流的均值积，若Sm为正，则判别为反向故障，若Sm为负，则判别为正向故障；2)计算式中，sign(Sm)是Sm的符号，规定当Sm>0时，sign(Sm)＝1；当Sm＝0时，sign(Sm)＝0；当Sm<0时，sign(Sm)＝-1，如果公式成立，则判别为母线故障；否则，母线正常，n代表与母线相连的出线的总数目。所述判断依据2)中，与母线相连的出线包括变压器支路和线路。所述步骤(3)中，故障正方向为母线指向出线。本专利技术的有益效果为：(1)对单母线和复杂的一个半断路器母线接线形式都能可靠适用，采样频率为智能变电站合并单元要求的4kHz，具有较强的适应性；(2)在各种故障初始条件下可靠、快速地识别故障方向，基本不受故障初始角、故障接地电阻、故障类型等因素的影响，灵敏度高，动作速度快；(3)CT饱和时保护不会误动，具有很高的可靠性；(4)识别方法原理简单、清楚，识别准确，易于工程实现。附图说明图1为简单变电站母线结构故障示意图；图2为母线发生三相短路时的故障附加网络；图3(a)为母线故障时保护单元R1检测到θ＝0°时的故障分量和均值积波形；图3(b)为母线故障时保护单元R1检测到θ＝30°时的故障分量和均值积波形；图3本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于故障分量均值积的快速母线保护方法，其特征是：包括以下步骤：(1)实时采集与母线相连的各出线母线保护元件处的电压和电流；(2)将采集的电压和电流滤波后，对工频故障分量电压和电流进行相模变换，提取故障分量电压和电流的线模分量；(3)计算线模电压均值和线模电流均值的乘积，以均值积的正负作为判断正向故障和反向故障的依据，再以所有出线的故障方向判别结果作为判断母线是否故障的依据，具体判别包括：若某条出线的母线保护单元所检测到的模量均值积符号为负，则为正向故障；若某条出线的母线保护单元所检测到的模量均值积符号为正，则为反向故障；若与母线相连的各支路母线保护单元均判别为反方向故障，则为母线故障。

【技术特征摘要】
1.一种基于故障分量均值积的快速母线保护方法，其特征是：包括以下步骤：(1)实时采集与母线相连的各出线母线保护元件处的电压和电流；(2)将采集的电压和电流滤波后，对工频故障分量电压和电流进行相模变换，提取故障分量电压和电流的线模分量；(3)计算线模电压均值和线模电流均值的乘积，在特定时间段内，以均值积的正负作为判断正向故障和反向故障的依据，再以所有出线的故障方向判别结果作为判断母线是否故障的依据，具体判别包括：若某条出线的母线保护单元所检测到的模量均值积符号为负，则为正向故障；若某条出线的母线保护单元所检测到的模量均值积符号为正，则为反向故障；若与母线相连的各支路母线保护单元均判别为反方向故障，则为母线故障。2.如权利要求1所述的一种基于故障分量均值积的快速母线保护方法，其特征是：所述步骤(2)中，相模变换的具体方式为：式中，fa、fb和fc为故障分量电压或故障分量电流，变换得到的1模分量f1和2模分量f2均能反映所有故障类型，f0为0模分量。3.如权利要求1所述的一种基于故障分量均值积的快速母线保护方法，其特征是：所述步骤(2)中，将采集到的全电压和全电流先滤除负荷分量再滤除高频分量后得到工频...

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