适用于含UPFC输电线路的方向纵联暂态量保护方法技术

本发明专利技术属于电力系统故障识别技术领域，尤其涉及一种适用于含UPFC元件线路的方向纵联暂态量保护方法，包括：步骤1：提取故障暂态时母线各出线中电流线模分量，对其进行小波分解，求得各出线的小波能量熵；步骤2：计算各出线小波能量熵相对基准值的比值，与保护整定判据进行比较，开放或闭锁本侧保护，并向线路对侧发送闭锁或允许跳闸信号；步骤3：通过综合判断线路本侧与对侧信息，判断区内、外故障，识别是否发生母线故障。本发明专利技术解决了含UPFC、SSSC等元件线路单端暂态量保护易拒动的问题，速动性好且耐过渡电阻能力强，同样适用于一般输电线路。

Directional pilot transient protection method for transmission lines with UPFC

【技术实现步骤摘要】
适用于含UPFC输电线路的方向纵联暂态量保护方法
本专利技术属于电力系统故障识别
，尤其涉及一种适用于含统一潮流控制器(UPFC)元件线路的方向纵联暂态量保护方法。
技术介绍
为提高输电线路的输送容量及系统稳定性，静止同步串联补偿器(staticsynchronousseriescompensator,SSSC)、统一潮流控制器(unifiedpowerflowcontroller,UPFC)作为目前最先进的柔性交流输电系统(FACTS)装置，已投入实际运行。当线路发生故障时，FACTS元件的快速调控使得反映工频量的短路路径发生变化；直流、新能源等逆变器型电源也使得反映工频量的电源特性发生变化。给依赖“源”、“径”不变特性的工频量继电保护带来了严峻考验。在交直流互联系统中，故障后应尽可能减少换相失败的持续时间，而工频量保护的滤波算法限制了动作速度的进一步提高。线路故障后的暂态分量中往往蕴含有丰富的故障特征信息，可实现线路超高速保护。因此，探讨如何利用故障暂态信息解决含FACTS元件线路的保护问题十分重要。关于此方面的研究主要分为基于暂态高频分量和基于故障行波两类。在利用暂态高频分量方面，大多保护原理主要是基于母线电容、阻波器的边界作用，缺少FACTS装置对线路故障暂态影响的详细分析。随着光纤通信逐渐代替传统电力线载波，对于不含有阻波器的线路，当区内故障行波穿过线路补偿装置到达保护安装处时，其高频分量的衰减情况有可能低于区外故障。而行波法不受线路分布电容电流的影响，但需要额外引入电压量进行计算，对两侧时间同步的要求较高，其中对含UPFC、SSSC线路的适用性研究较少。
技术实现思路
为了解决上述问题，提升含UPFC等FACTS元件输电线路的主保护性能，本专利技术提出了一种适用于含UPFC元件线路的方向纵联暂态量保护方法，包括：步骤1：提取故障暂态时母线各出线中电流线模分量，对其进行小波分解，求得各出线的小波能量熵；步骤2：计算各出线小波能量熵相对基准值的比值，与保护整定判据进行比较，开放或闭锁本侧保护，并向线路对侧发送闭锁或允许跳闸信号；步骤3：通过综合判断线路本侧与对侧信息，判断区内、外故障，识别是否发生母线故障。所述步骤1利用Karenbauer变换提取线模分量，通过小波多尺度分解求取各层小波能量，构造各出线的小波能量熵。步骤2中的所述基准值取为母线各出线中的小波能量熵最低值；所述保护整定判据基于母线电容对暂态高频电流的衰减作用，考虑一定保护裕度构造。所述步骤2及步骤3进一步包括：若母线各出线小波能量熵中存在大于整定值的情况，大于整定值的线路判定为该线路正方向发生故障，线路本侧保护动作开放，并向对侧发送允许跳闸信号；小于整定值的线路判定为线路反方向发生故障，本侧保护闭锁，并向对侧发送闭锁信号。若母线各出线小波能量熵存在均小于整定值的情况，当保护收到对侧允许跳闸信号时，判定为本侧母线发生故障；当保护收到对侧闭锁信号时，判定为非本线路发生故障。所述步骤3进一步包括：只有当保护本侧动作开放，且接收到对侧允许跳闸信号时，保护出口动作。本专利技术具有如下有益效果：1、本专利技术通过分析UPFC对线路故障暂态分量的影响机理，得出当线路发生故障时，母线各出线中的电流暂态频谱分布存在明显差异。通过比较母线各出线中的小波能量熵，提出一种适用于含UPFC元件线路的方向纵联暂态量保护方法。2、该专利技术解决了含UPFC、SSSC等元件线路单端暂态量保护判据难以整定的问题。不受UPFC、SSSC等线路串联装置对故障暂态高频分量的影响，保护判据易于整定。3、经PSCAD/EMTDC仿真验证表明，本专利技术所提的保护方案能够在各种故障类型及故障位置下准确识别区内、外故障，基本不受故障初始角及过渡电阻的影响，具有良好的速动性和灵敏性。附图说明图1为含UPFC输电线路模型图；图2为UPFC串联侧等效电路图；其中，(a)为串联侧等效电路图，(b)为串联侧故障行波图；图3为UPFC并联侧等效电路图；其中，(a)为并联侧等效电路图，(b)为并联侧故障行波图；图4为不同故障位置下暂态时域电流图；其中，(a)为F1点故障图，(b)为F2点故障图；图5为小波能量熵与信号频谱示意图；图6为各保护安装处的小波能量熵示意图；图7为保护方案流程图；图8为500kV系统仿真模型图；图9为不同故障位置单相接地短路的小波能量熵图；图10为过渡电阻为500Ω时不同故障位置的小波能量熵图；图11为故障初始角为0°时不同故障位置的小波能量熵图；图12为母线电容为0.006μF时不同故障位置的小波能量熵图；具体实施方式下面结合附图，对实施例作详细说明。实施例1本专利技术提出一种适用于含UPFC元件线路的方向纵联暂态量保护方案。为减少电力系统中三相耦合效应，首先利用Karenbauer变换对各相电流进行解耦。由于线模分量理论上可以减少行波传播过程中的色散效应，因此采用线模分量进行分析，即Im＝Ia+Ic-2Ib。由于母线电容对50～100kHz频带范围内的暂态能量衰减作用明显，因此设置采样频率为200kHz。为准确提取信号突变处的能量变化，选择分频能力较好的Db4小波对暂态信号进行3层离散小波分解，将低频分量计作第4层，分别表示为D1、D2、D3、D4，其中第j层小波能量Ej取为：式中，ΔT为采样周期；n为第n个采样时刻；M为采样窗长，设为M＝200，即数据窗长为1ms；D(kΔT)为k时刻第j层小波分解系数。为有效衡量暂态电流信号在频率空间的能量分布复杂度，提高保护可靠性，本方案采用将Shannon信息熵的概念与小波多尺度变换相结合的方法，基于小波能量熵提取故障暂态特征。设某一时间窗内，E为各层小波能量之和，则第j层尺度的小波能量占信号总能量的百分比为pj＝Ej/E，于是定义小波能量熵Wee：当线路发生故障时，保护安装处的小波能量熵将突然增大，根据梯度算法设计保护启动判据：式中，保护启动定值Kset取为0.001,Wi,ee代表第i路出线的小波能量熵；当启动判据动作后，各线路保护计算其1ms内小波能量熵之和，并上传至SV网；以母线各出线中的最低值为基准，站域主机计算各出线相对于基准值的比值ri,按下式计算式中∑Wi,ee代表1ms内第i路出线的小波能量熵之和，i＝1,2…n,n为出线的总路数。最后，由站域主机将ri与保护整定值rset进行综合判断，识别故障方向，并通过GOOSE网向智能终端传送允许跳闸或闭锁信号。其中，rset值根据最不利的工况进行选取：当线路对侧母线发生故障时，保护应灵敏地识别故障，即线路ri应大于rset；当线路近母线处发生故障时，远故障侧线路保护应可靠不误动，即远故障侧线路ri应小于rset。本专利技术提出基于暂态电流波形特征的快速差动保护方案的基本原理为：1、如图1所示，UPFC可以看作是由静止同步补偿器(StaticSynchronousCompensator,STATCOM)与SSSC元件通过直流侧电容组合起来，可以对线路实现多种控制目标。由于直流侧电容对高频分量相当于短路，可以分别从UPFC的串联侧和并联侧出发，对线路故障暂态电流影响特征进行研究。对于UPFC串联侧，对于故障暂态高频分量，电压型换流器(VoltageSourceConverter,V本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于含UPFC元件线路的方向纵联暂态量保护方法，其特征在于，包括：步骤1：提取故障暂态时母线各出线中电流线模分量，对其进行小波分解，求得各出线的小波能量熵；步骤2：计算各出线小波能量熵相对基准值的比值，与保护整定判据进行比较，开放或闭锁本侧保护，并向线路对侧发送闭锁或允许跳闸信号；步骤3：通过综合判断线路本侧与对侧信息，判断区内、外故障，识别是否发生母线故障。

【技术特征摘要】
1.一种适用于含UPFC元件线路的方向纵联暂态量保护方法，其特征在于，包括：步骤1：提取故障暂态时母线各出线中电流线模分量，对其进行小波分解，求得各出线的小波能量熵；步骤2：计算各出线小波能量熵相对基准值的比值，与保护整定判据进行比较，开放或闭锁本侧保护，并向线路对侧发送闭锁或允许跳闸信号；步骤3：通过综合判断线路本侧与对侧信息，判断区内、外故障，识别是否发生母线故障。2.根据权利要求1所述保护方法，其中，所述步骤1利用Karenbauer变换求取线模分量，通过小波多尺度分解求取各层小波能量，构造小波能量熵。3.根据权利要求2所述的保护方法，其中，所述小波能量熵构造为：择分频能力较好的Db4小波对暂态信号进行3层离散小波分解，将低频分量计作第4层，分别表示为D1、D2、D3、D4，其中第j层小波能量Ej取为：式中，ΔT为采样周期；n为第n个采样时刻；M为采样窗长，设为M＝200，即数据窗长为1ms；D(kΔT)为k时刻第j层小波分解系数；设某一时间窗内，E为各层小波能量之和，则第j层尺度的小波能量占信号总能量的百分比为pj＝Ej/E，于是定义小波能量熵Wee：4.根据权利要求1所述保护方法，其中，所述基准值取为母线各出线中的小波能量熵最低值，计算各出线小波能量熵相对于基准值的比值。5.根据权利要求3所述保护方法，其中，所述保护整定判据基于母线电容对暂态高频电流的衰减作用，考虑保护裕度而构造。6.根据权利要求5所述保护方法，其中，所述保护整定判据构造为，当线路发生故障时，保护安装处的小波能量熵将突然增大，根据梯度算法设计保护启动判据K：保护启动定值Kset取为0.001，Wi,ee代表第i路出线的小波能量熵；当启动判据动作后，各线路保护计算其1...

【专利技术属性】
技术研发人员：王增平，吕哲，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：北京,11