一种基于横向测量比较阻抗原理的广域保护算法制造技术

一种基于横向测量比较阻抗原理的广域保护算法，利用节点母线处安装的保护终端设备IED实时采集母线电压以及节点所有相连线路的差电流分别计算各支路横向测量阻抗，当系统不同短路点发生故障时，其横向测量阻抗虚部大小和阻抗相角存在明显的差异性。本发明专利技术以此特征差异作为横向测量比较阻抗保护判据，IED通过各支路保护判据将广域通信的阻抗值转化为保护方向逻辑量。广域保护决策中心将获取区域内所有节点的方向逻辑量构建1×n阶一维行向量矩阵，并根据矩阵的行列式比较一次判断故障区域，并通过广域通信发送给区域内的IED，获取信息的IED结合各支路横向阻抗判据动作结果实现二次判断故障线路。本发明专利技术能够大幅降低广域保护对通信量的约束。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电力系统中继电保护领域，是一种基于横向测量比较阻抗原理的广域保护算法。
技术介绍
基于广域多源信息的广域保护能够迅速准确地识别故障元件并实现故障元件的快速隔离成为新型继电保护的研究热点，其突出特点在于能够解决传统后备保护延时长、整定配合困难等难题，同时提高保护的自适应性。该特点也体现了故障识别元件算法及其实现方法是广域保护的研究重点与核心。目前现有的能够快速识别故障元件的广域保护算法主要应用于电流差动原理的广域保护算法。广域电流差动原理简单，动作快速并具有分相功能，但其对电网多点量测数据的同步性要求较高，受区域分布式电容影响较大，同时保护范围不能够存在负荷电流流出，电网内多点电流的测量累积误差也可能产生较大的不平衡电流，继而影响其灵敏度和可靠性(D.Novosel,G.Bartok,G.Henneberg,P.Mysore,D.Tziouvaras,and S.Ward.IEEE PSRC report on performance of relaying during wide-area stressed conditions[J].IEEE Transactions on Power Delivery,2010,25(1):3-16.)。为克服广域电流差动保护部分难题，广域综合阻抗保护算法提出利用区域多端电压和和区域进出电流和的比值构造综合阻抗算法，该方法克服了广域电流差动保护受分布式电容的影响，保持了类似差动保护较高的灵敏度，但该保护方案类同广域电流差动保护，保护区域不能够存在负荷电流，否则保护范围的和电流计算不正确，同时该保护同样需要广域信息严格的同步性(李振兴，尹项根，张哲，何志勤.基于综合阻抗比较原理的广域继电保护算法研究[J].电工技术学报,2012,27(8):179-186.)。
技术实现思路
本专利技术以解决广域差动保护依赖信息严格同步、要求保护范围不存在负荷电流以及区域分布电容的影响等问题为目的，提出一种基于横向测量比较阻抗原理的广域保护算法，该算法仅基于常规线路纵联电流差动保护的同步性，利用母线电压与线路差电流的比值直接构成横向阻抗计算，并在广域多点阻抗判断结果转换为方向逻辑量的基础上构建横向测量比较阻抗原理的广域保护算法，这种思路即保留了广域电流差动保护的优点，同时克服了广域严格的同步性和负载电流以及分布式电容的影响。提高了抗过渡电阻的能力，与广域差动保护相比具有较高的灵敏度。本专利技术采取的技术方案为：一种基于横向测量比较阻抗原理的广域保护算法，包括以下步骤：步骤一：被保护区域内每个节点(一般指母线)处安装的IED分别实时获取节点现有保护测量装置已有的母线电压Ua、Ub、Uc以及相连所有线路的差电流Icda-j、Icdb-j、Icdc-j，其中j为第j条支路。步骤二：利用母线电压和差电流分别计算所有线路的横向测量阻抗Zci-j，其中为节点母线x相(A、B、C相，本专利其他表述类同)电压，为第j条线路x相差电流。进一步分别计算测量阻抗Zci-j的虚部和相位。步骤三：基于系统短路点的位置不同，其横向测量阻抗虚部以及相角存在明显的差异，构成横向测量比较阻抗保护判据为：|Imag(Zci-j)|<Xset∩-ε<Arg(Zci-j)<180+ε，其中Xset为比较保护定值，Xset＝krelimag(ZC//(RF+(mZL-j+Zm)//((1-m)ZL-j+Zn))ejδ)max，其中Zm、Zn、ZL-j、Zc分别为线路m、n端系统阻抗、线路阻抗、线路分布容抗，m为故障点距离m端的位置，0<m<1，δ为两端电压相位差，krel为可靠系数。步骤四：基于横向测量比较阻抗保护判据，定义线路横向测量比较阻抗保护方向为：满足判据条件Rj＝1(正方向，母线指向线路)，否则Rj＝0，其中j为线路支路。步骤五：IEDj统计节点所有支路的阻抗保护方向，如有j条支路，R1、…Rj，定义节点方向逻辑量FBj表示节点方向，FBj＝R1∪R2∪…∪Rj(等于1为正方向，表明该区域发生故障)。步骤六：基于图论理论，广域保护决策中心将获取的区域内所有节点方向构成1×n阶一维行向量矩阵。步骤七：判断矩阵行列式是否满足|FB|≥2，如满足条件，初步判断为保护区域内发生故障，故障区域为对应列向量节点相连线路。广域保护采取容错判断：计算中间矩阵D＝FB*C，其中C为网络邻接矩阵，中间矩阵逻辑化D′，计算容错矩阵W＝D′&FB，搜索矩阵W中列向量为1对应的节点为故障节点；如不满足条件，为系统无故障。步骤八：IED获取广域保护故障区域判断结果后，根据节点接连线路支路情况进行二次判断，如果存在多个支路同时满足Rj＝1，则本节点故障选支路等待对侧节点判断情况，一旦获得某条线路对侧故障信息则直接判断本线路为故障元件；如果不存在多个支路同时满足Rj＝1，本节点直接判断满足Rj＝1的线路为故障线路，并发送信息给对侧(信息一般有广域保护决策中心转发，特殊情况可以选择其他通道直接发送)。本专利技术利用常规线路纵联电流差动保护的同步性，直接计算节点母线电压与线路差电流的比值构成横向测量阻抗，基于广域多点横向阻抗比较实现广域保护算法。该算法原理简洁，同时克服了广域范围严格同步性和存在负载电流的影响；同时本专利技术将就地计算的横向测量比较阻抗转化为逻辑信息，仅上传逻辑量于广域保护，信息量小，大大降低广域系统通信要求；一阶矩阵维数计算和广域保护容错处理有利于广域保护的工程实现。附图说明图1为本专利技术系统方案总图。图2为本专利技术系统区内故障时等值电路模型图。图3为本专利技术IEEE 10机39节点系统图。图4为本专利技术K1点故障时系统横向测量比较阻抗仿真计算结果。具体实施方式如图1-图4所示，一种基于横向测量比较阻抗广域继电保护算法，包括如下步骤：步骤1.节点母线处安装的IED实时获取节点母线处三相电压量Ua、Ub、Uc以及相连接的所有线路差电流Icda-j、Icdb-j、Icdc-j，其中j为第j条支路。步骤2.利用母线电压和线路差电流分别计算所有线路的横向测量阻抗，以第j条线路为例，横向测量阻抗其中为节点母线x相电压，为x相差电流。步骤3.横向测量阻抗比较判据以Zci-j特征差异为重点，该步骤对Zci-j的特征进行分析。以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本专利技术分析结果。结合附图2电路等值模型本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于横向测量比较阻抗原理的广域保护算法，其特征在于包括以下步骤：步骤一：节点母线处安装的IED实时获取母线电压以及相连所有线路的差电流，利用分相母线电压与线路差电流的比值分别计算所有线路的横向测量阻抗Zci‑j；步骤二：基于保护区域短路点的位置不同，其横向测量阻抗虚部大小以及阻抗相角存在明显的差异，构成横向测量比较阻抗保护判据，并定义线路横向测量阻抗保护方向为：满足判据条件Rj＝1，否则Rj＝0；步骤三：IEDj统计节点所有支路线路的横向测量阻抗保护方向，利用与逻辑关系确定节点方向FBj；步骤四：基于图论理论，广域保护决策中心将获取的区域内所有节点方向构成1×n阶一维行向量矩阵FB，判断矩阵行列式是否满足|FB|≥2，结合网络拓扑初步判断保护区域是否发生故障；步骤五：IED获取广域保护故障区域判断结果，结合支路横向测量阻抗判断结果实现二次判断，进一步确定故障线路。

【技术特征摘要】
1.一种基于横向测量比较阻抗原理的广域保护算法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一：节点母线处安装的IED实时获取母线电压以及相连所有线路的差电流，利用
分相母线电压与线路差电流的比值分别计算所有线路的横向测量阻抗Zci-j；
步骤二：基于保护区域短路点的位置不同，其横向测量阻抗虚部大小以及阻抗相角存
在明显的差异，构成横向测量比较阻抗保护判据，并定义线路横向测量阻抗保护方向为：
满足判据条件Rj＝1，否则Rj＝0；
步骤三：IEDj统计节点所有支路线路的横向测量阻抗保护方向，利用与逻辑关系确定
节点方向FBj；
步骤四：基于图论理论，广域保护决策中心将获取的区域内所有节点方向构成1×n阶
一维行向量矩阵FB，判断矩阵行列式是否满足|FB|≥2，结合网络拓扑初步判断保护区域是
否发生故障；
步骤五：IED获取广域保护故障区域判断结果，结合支路横向测量阻抗判断结果实现
二次判断，进一步确定故障线路。
2.根据权利要求1所述的一种基于横向测量比较阻抗原理的广域保护算法，其特征在于：
步骤一横向测量阻抗其中是节点母线电压，为线路差电流。
3.根据权利要求1所述的一种基于横向测量比较阻抗原理的广域保护算法，其特征在于：
步骤二横向测量阻抗比较保护判据为|Imag(Zci-j)|＜Xset∩-ε＜Arg(Zci-j)＜180+ε，其中
Xset是比较保护定值Xset＝kr...

【专利技术属性】
技术研发人员：李振兴，江磊，刘军，张明珠，邱立，张涛，李振华，
申请(专利权)人：三峡大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42