基于阻抗矩阵的输电线路相间距离保护远后备性能校核方法技术

本发明专利技术公开了一种基于阻抗矩阵的输电线路相间距离保护远后备性能校核方法。该方法的内容包含：分析相间距离保护测量阻抗计算公式，针对保护范围逐点校核速度慢、精度低的问题给出解决方案。针对下级变电站连接线路任意位置的相间短路故障，推导基于系统当前方式阻抗矩阵的相间距离保护的测量阻抗公式；列写相间距离保护保护范围的一元二次计算方程，求解相间距离保护在相邻线路上的保护范围；考虑直流失电变电站对侧变电站内保护动作状态，给出相间距离保护的远后备快速校核方法。本发明专利技术基于系统当前方式对应阻抗矩阵的少量元素，仅需求解一元二次方程，即可快速精准地确定相间距离保护的远后备性能。离保护的远后备性能。离保护的远后备性能。

【技术实现步骤摘要】
基于阻抗矩阵的输电线路相间距离保护远后备性能校核方法


[0001]本专利技术属于电力系统故障计算领域，更具体地，特别涉及一种基于阻抗矩阵的输电线路相间距离保护远后备性能校核方法，属于一种基于阻抗矩阵的输电线路相间距离保护远后备性能校核方法的创新技术。

技术介绍

[0002]直流失电作为电网常见的一种特殊运行方式，会导致变电站继电保护装置和测控装置等失去电源而无法工作。如果变电站连接设备上发生故障，则只能由上级变电站输电线路的后备保护动作来隔离故障。因此，为了保证电网对直流失电的应对能力，需对输电线路现有后备保护的远后备能力进行快速校核，并对不具备远后备能力的后备保护采取合适的应对策略，保证变电站在直流失电情况下仍然能通过其他保护方式快速可靠地切除故障。
[0003]目前，在距离保护性能校核中通常以固定步长在线路上逐点设置故障，生成测量阻抗轨迹图，以此分析距离保护的动作性能。但是，这种通过逐点故障校核保护性能的方法存在计算量较大、校核精度较低的问题，更难以实现复杂电网大量输电线路远后备保护性能的快速校核。

技术实现思路

[0004]针对上述传统距离保护性能校核方法中存在的缺陷，本专利技术提供了一种阻抗矩阵的输电线路相间距离保护远后备性能快速校核方法。本专利技术的方法基于系统当前方式对应阻抗矩阵的少量元素，仅需求解一元二次方程，即可快速精准地确定相间距离保护的远后备性能。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0006]本专利技术基于阻抗矩阵的输电线路相间距离保护远后备性能校核方法，包括步骤如下：
[0007]1)根据对称分量法计算相邻线路任意位置发生相间故障时，本级线路母线各相电压和流过线路的各相电流；
[0008]2)通过各相电压和流过线路的各相电流及相间距离保护阻抗继电器的测量阻抗计算式求解测量阻抗并化简，得到基于阻抗矩阵的相间距离测量阻抗计算公式；
[0009]3)相间距离保护的远后备保护范围，即相邻线路上某点发生相间短路故障，此时相间距离保护的测量阻抗正好等于保护的整定值，故令步骤2)的相间距离测量阻抗公式等于相间距离保护最后一段整定值得到需要求解的方程，并对该方程进行求解，由此确定侧断路器闭合状态相间距离保护的远后备保护范围。
[0010]本专利技术考虑线路故障，对相邻线路对侧断路器断开，步骤3)后还包括有如下步骤
[0011]4)对步骤2)中的相间距离测量阻抗计算公式进行修改；
[0012]5)同理，此时相间距离保护的测量阻抗正好等于保护的整定值，故令修改后的相
间距离测量阻抗公式等于相间距离保护最后一段整定值得到需要求解的方程，并对该方程进行求解，由此确定侧断路器断开状态相间距离保护的远后备保护范围。
[0013]本专利技术的技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：本专利技术针对下级变电站连接线路任意位置的相间短路故障，推导基于系统当前方式阻抗矩阵的相间距离保护的测量阻抗公式；列写相间距离保护保护范围的一元二次计算方程，求解相间距离保护在相邻线路上的保护范围；考虑直流失电变电站对侧变电站内保护动作状态，给出相间距离保护的远后备快速校核方法。本专利技术基于系统当前方式对应阻抗矩阵的少量元素，仅需求解一元二次方程，即可快速精准地确定相间距离保护的远后备性能。
附图说明
[0014]图1为本专利技术实施例提供的一种阻抗矩阵的输电线路相间距离保护远后备性能校核方法的流程图；
[0015]图2为本专利技术实施例提供的用于相间距离测量阻抗公式推导的典型相邻线路配合结构示意图；
[0016]图3为本专利技术实施例提供的用于线路任意位置短路故障时节点阻抗矩阵修改示意图。
具体实施方式
[0017]为能将本专利技术技术方案描述得清楚明白，下面结合附图和实施例对本专利技术的技术方案做进一步详细说明。应当理解，此处附图及所描述的具体实施例仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。
[0018]实施例1：
[0019]图1所示为本专利技术实施例提供的一种基于阻抗矩阵的输电线路相间距离保护远后备性能校核方法流程图，实施步骤如下：
[0020]步骤1：根据对称分量法计算相邻线路任意位置发生相间故障时，本级线路母线各相电压和流过线路的各相电流。
[0021]假定已知系统当前方式对应的阻抗矩阵，称为源阻抗矩阵，在线路任意位置发生故障时，首先需要对源节点阻抗矩阵进行修改。
[0022](1.1)线路任意位置故障时的阻抗矩阵
[0023]典型的相邻线路结构如图2所示，短路故障发生在线路jk任意位置，α(0≤α≤1)为位置系数，表示故障距离母线j的距离占故障线路全长的百分比，z
ij
、z
jk
分别表示线路ij、jk的线路阻抗。
[0024]线路jk任意位置发生短路故障，相当于在节点j、k之间新增一节点f，此时需要将源阻抗矩阵修改为短路故障时的阻抗矩阵，才能继续进行短路计算。短路故障时的阻抗矩阵需要在源阻抗矩阵基础上增加一行和一列新的元素，如图3所示。在短路故障时的阻抗矩阵中，原有节点对应的阻抗矩阵元素保持不变。
[0025]新增f节点的行、列元素，可以由下式(1)求得
[0026][0027]式中，Z
pf
、Z
fp
表示原有各节点与节点f之间的互阻抗，Z
ff
表示节点f的自阻抗，Z
jp
、Z
kp
表示节点j、k与原有各节点之间的节点阻抗，Z
jf
、Z
kf
表示节点j、k与节点f之间的互阻抗。从式(1)中可以看出，所有的新增元素均可由源阻抗矩阵元素和位置系数α表示。
[0028](1.2)基于阻抗矩阵的两相短路计算
[0029]两相短路是不对称短路故障，通常采用对称分量法进行分析，其基本步骤包括：首先，根据故障点的边界条件，确定故障点的各序电流；然后，确定电网中任意母线的各序电压和任意线路的各序电流；最后，通过相序变换，确定母线的各相电压和线路的各相电流。
[0030]假设短路发生在BC相，因此，选择A相为参考相，故障点A相各序的短路电流可以计算如下：
[0031][0032]式中，表示故障点A相的正负序电流；表示故障点故障前A相电压；Z
ff(1)
、Z
ff(2)
表示故障点处的正负序自阻抗。
[0033]这里，假定全网正负序阻抗相等且故障前全网为空载电网，即各点电压均为1。
[0034]然后，计算节点i、j的A相正负序电压：
[0035][0036]式中，和分别表示节点i和j的A相正负序电压，表示故障前节点i、j的A相正序电压，在本文中其值为1。
[0037]已知节点i、j的正负序电压和线路ij正负序阻抗，即可计算流过线路ij的A相各序电流：
[0038][0039]式中，表示线路ij的A相正负序电流。
[00本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于阻抗矩阵的输电线路相间距离保护远后备性能校核方法，其特征在于，包括步骤如下：1)根据对称分量法计算相邻线路任意位置发生相间故障时，本级线路母线各相电压和流过线路的各相电流；2)通过各相电压和流过线路的各相电流及相间距离保护阻抗继电器的测量阻抗计算式求解测量阻抗并化简，得到基于阻抗矩阵的相间距离测量阻抗计算公式；3)相间距离保护的远后备保护范围，即相邻线路上某点发生相间短路故障，此时相间距离保护的测量阻抗正好等于保护的整定值，故令步骤2)的相间距离测量阻抗公式等于相间距离保护最后一段整定值得到需要求解的方程，并对该方程进行求解，由此确定侧断路器闭合状态相间距离保护的远后备保护范围。2.根据权利要求1所述的基于阻抗矩阵的输电线路相间距离保护远后备性能校核方法，其特征在于，考虑线路故障，对相邻线路对侧断路器断开，步骤3)后还包括有如下步骤：4)对步骤2)中的相间距离测量阻抗计算公式进行修改；5)同理，此时相间距离保护的测量阻抗正好等于保护的整定值，故令修改后的相间距离测量阻抗公式等于相间距离保护最后一段整定值得到需要求解的方程，并对该方程进行求解，由此确定侧断路器断开状态相间距离保护的远后备保护范围。3.根据权利要求1所述的基于阻抗矩阵的输电线路相间距离保护远后备性能校核方法，其特征在于，所述步骤1)基于对称分量法计算母线电压和线路电流的包括如下具体步骤：31)给出线路任意位置故障时的阻抗矩阵；32)根据相间故障的边界条件，确定故障点的各序电流；33)确定电网中任意母线的各序电压和任意线路的各序电流；34)通过相序变换，确定相间故障时母线的各相电压和线路的各相电流。4.根据权利要求3所述的基于阻抗矩阵的输电线路相间距离保护远后备性能校核方法，其特征在于，所述基于对称分量法计算母线电压和线路电流的过程具体如下：假定已知系统当前方式对应的阻抗矩阵，称为源阻抗矩阵，在线路任意位置发生故障时，首先需要对源节点阻抗矩阵进行修改；41)线路任意位置故障时的阻抗矩阵短路故障发生在线路jk任意位置，α，0≤α≤1，为位置系数，表示故障距离母线j的距离占故障线路全长的百分比，z
ij
、z
jk
分别表示线路ij、jk的线路阻抗；线路jk任意位置发生短路故障，相当于在节点j、k之间新增一节点f，此时需要将源阻抗矩阵修改为短路故障时的阻抗矩阵，才能继续进行短路计算，短路故障时的阻抗矩阵需要在源阻抗矩阵基础上增加一行和一列新的元素，在短路故障时的阻抗矩阵中，原有节点对应的阻抗矩阵元素保持不变；新增f节点的行、列元素，由下式(1)求得式中，Z
pf
、Z
fp
表示原有各节点与节点f之间的互阻抗，Z
ff
表示节点f的自阻抗，Z
jp
、Z
kp
表
示节点j、k与原有各节点之间的节点阻抗，Z
jf
、Z
kf
表示节点j、k与节点f之间的互阻抗。从式(1)中看出，所有的新增元素均可由源阻抗矩阵元素和位置系数α表示；42)基于阻抗矩阵的两相短路计算两相短路是不对称短路故障，通常采用对称分量法进行分析，其基本步骤包括：首先，根据故障点的边界条件，确定故障点的各序电流；然后，确定电网中任意母线的各序电压和任意线路的各序电流；最后，通过相序变换，确定母线的各相电压和线路的各相电流；假设短路发生在BC相，因此，选择A相为参考相，故障点A相各序的短路电流计算如下：式中，表示故障点A相的正负序电流；表示故障点故障前A相电压；Z
ff(1)
、Z
ff(2)
表示故障点处的正负序自阻抗。这里，假定全网正负序阻抗相等且故障前全网为空载电网；然后，计算节点i、j的A相正负序电压：式中，和分别表示节点i和j的A相正负序电压，表示故障前节点i、j的A相正序电压，Z
if
表示节点i与节点f之间的互阻抗。已知节点i、j的正负序电压和线路ij正负序阻抗，即可计算流过线路ij的A相正负序电流：式中，表示线路ij的A相正负序电流。由式(3)、(4)中各序电压、电流，通过相序变换，可得节点i的B、C相电压和线路ij的B、C相电流：
式中，分别表示节点i的B、C相电压和线路ij的B、C相电流，运算子a＝e
j120
°
。5.根据权利要求4所述的基于阻抗矩阵的输电线路相间距离保护远后备性能校核方法，其特征在于，所述假定全网正负序阻抗相等且故障前全网为空载电网，即各点电压均为1；表示故障前节点i、j的A相正序电压，其值取1。6.根据权利要求1所述的基于阻抗矩阵的输电线路相间距离保护远后备性能校核方法，其特征在于，所述步骤2)相间距离保护阻抗继电器的测量阻抗计算式推导过程如下：相间距离保护阻抗继电器的测量阻抗计算式为：式中...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈朝晖，丁晓兵，张弛，李捷，田得良，张静伟，高钰堃，李银红，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：