分布电容影响输电线路单相接地故障时域距离保护方法技术

本发明专利技术提供了一种分布电容影响输电线路单相接地故障时域距离保护方法，属于电力系统继电保护技术领域。该方法计及输电线路分布电容的影响，采用π型等值电路等效表示输电线路模型，推导出发生单相接地故障时的时域测距方程。将保护安装处的电压、电流采样数据代入测距方程，并用最小二乘法对测距值p

【技术实现步骤摘要】
分布电容影响输电线路单相接地故障时域距离保护方法


[0001]本专利技术涉及一种电力系统继电保护方法，涉及一种适用于输电线路的单相接地故障时域距离保护方法，尤其是涉及一种分布电容影响输电线路单相接地故障时域距离保护方法。

技术介绍

[0002]进入21世纪以来，全球变暖及能源消耗的现象日益严峻，世界能源正经历着新一轮的重大变革。很多国家意识到了环境问题给国家工业生产和经济水平带来的障碍与制约，纷纷抓住节能减排这一契机，走向新的发展模式与路径。
[0003]以风电、光伏为代表的新能源通过电力电子接口并网，新能源发电与传统同步发电方式，在发电原理、控制方式、并网设备和外部特性等方面均有较大区别，继电保护装置的传统整定方式可能不再适用于新能源电力系统的故障特性。而现有的针对新能源接入系统的距离保护研究大多基于传统工频距离保护，在原理上会受到新能源故障特性以及过渡电阻的影响，其灵敏性、快速性、选择性和可靠性受到挑战。
[0004]针对上述问题，提出时域距离保护原理。从时域的角度出发，可以提取保护安装处的全量信息，不受新能源背侧系统运行方式的限制，故不受频率偏移和高次谐波的影响，克服了传统工频距离保护原理的局限性。
[0005]现有技术，如中国专利公开第CN101232177A号公开利用输电线路分布参数模型计算距离保护范围末端的电压、电流量，然后将保护末端至故障点之间的线路采用RL模型等效表示，根据测距结果判别区内、区外故障。该方法需要对采样数据进行滤波，以消除分布电容对测距的影响。中国专利公开第CN112363009A号针对同塔线路接地故障构造了单端频域故障测距方法，其需要通过低通滤波获取本侧各电气量的幅值和相位，线路采用RL模型等效表示，根据同塔线路保护装置内部选相结果以及测距参数值，确定单端故障距离。中国专利公开号CN108957225A计及电缆线路分布电容的影响，忽略负载电阻，采用π模型等效表示电缆线路模型，推导了计及电缆分布电容的故障测距方程，并应用最小二乘法对超定方程进行参数识别，获得故障距离。该方法在直流电缆线路中考虑了分布电容的影响，且只考虑了单端供电系统，而在交流线路单端量距离保护中对侧电气量往往未知且不可忽略。
[0006]上述现有技术大多基于RL集中参数线路模型进行故障测距，没有考虑输电线路的分布电容参数，或者是通过低通滤波器滤除电压、电流中的高频分量以消除分布电容对测距产生的影响。流经分布电容的电流使输电线路的电压电流的幅值和相位都发生变化，在输电线路时域距离保护测距中存在较大误差，不能满足实际工程对测量精度的需要。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是解决输电线路时域距离保护受到分布电容影响导致测距误差较大的问题，其技术方案如下：
[0008]一种分布电容影响输电线路单相接地故障时域距离保护方法，其特征为：首先，考
虑线路分布电容对测距精度的影响，采用π型等值电路等效表示输电线路模型；其次，根据线路模型及其参数得到计及电容补偿的测距方程；然后，将保护安装处测得的电压、电流采样数据代入测距方程，并用最小二乘法对测距值p
k
进行拟合；最后，把经最过小二乘法拟合得到的计算故障距离p与整定距离p
set
相比较，若满足0<p<p
set
，则保护动作，反之保护不动作。
[0009]优选为：所述一种分布电容影响输电线路单相接地故障时域距离保护方法包括如下步骤：
[0010]步骤(1)：计及线路分布电容的影响，采用π型等值电路等效表示输电线路模型；
[0011]步骤(2)：根据输电线路模型及其参数得到计及电容补偿的测距方程；
[0012]步骤(3)：用差分方法求解不同采样时刻电压、电流的微分值；
[0013]步骤(4)：将电压、电流采样数据代入测距方程，用最小二乘法对测距值p
k
进行拟合；
[0014]步骤(5)：把经最过小二乘法拟合得到的计算故障距离p与整定距离p
set
相比较，若满足0<p<p
set
，则保护动作，反之保护不动作。
[0015]有益效果
[0016]本专利技术计及线路分布电容对故障距离计算的影响，提出一种单相接地故障时域距离保护改进方法，解决了现有基于RL模型的单端量时域距离保护中由于未考虑线路分布电容导致测距精度下降的问题。
附图说明
[0017]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本专利技术的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
[0018]图1为单相接地故障等效电路图。
[0019]其中，M、N分别表示各端母线；m、n为线路左右两侧的保护安装处。线路MN的长度为l；p为保护安装处到故障点的距离。u
m
、i
m
分别为故障时本侧系统保护安装处m的电压、电流的瞬时值；un、i
n
分别为故障时对侧系统保护安装处n的电压、电流的瞬时值；i
f
为故障点电流的瞬时值；R
m
、L
m
分别为m侧系统等效电阻与电感；R
n
、L
n
分别为n侧系统等效电阻与电感；R
f
为故障时的过渡电阻；r、L、c分别为单位长度线路的电阻、电感与电容值。
[0020]以距离保护Ⅰ段为例进行分析，保护线路全长的80％，由于系统送出线全长为100km，因此整定距离选择为p
set
＝80km。
[0021]图2为发生单相接地故障时考虑线路分布电容的复合序网图。
[0022]其中c1、c2、c0分别表示单位长度线路正序、负序、零序电容；Z
m1
、Z
m2
、Z
m0
分别代表m侧系统等效正序、负序、零序阻抗；Z
n1
、Z
n2
、Z
n0
分别代表n侧系统等效正序、负序、零序阻抗；r1、r2、r0分别表示单位长度线路正序、负序、零序电阻值；L1、L2、L0分别表示单位长度线路正序、负序、零序电感值；Z
p1
、Z
p2
、Z
p0
分别代表线路保护安装m处到故障点f的正序、负序、零序阻抗；Z
l
‑
p1
、Z
l
‑
p2
、Z
l
‑
p0
分别代表线路保护安装n处到故障点f的正序、负序、零序阻抗；i
f1
、i
f2
、i
f0
分别为流过过渡电阻的正序、负序、零序故障电流；i
c1
、i
c2
、i
c0<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种分布电容影响输电线路单相接地故障时域距离保护方法，其特征为：首先，考虑线路分布电容对测距精度的影响，采用π型等值电路等效表示输电线路模型；其次，根据线路模型及其参数得到计及电容补偿的测距方程；然后，将保护安装处测得的电压、电流采样数据代入测距方程，并用最小二乘法对测距值p
k
进行拟合；最后，把经最过小二乘法拟合得到的计算故障距离p与整定距离p
set
相比较，若满足0&lt;p&lt;p
set
，则保护动作，反之保护不动作。2.根据权利要求1所述的分布电容影响输电线路单相接地故障时域距离保护方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤(1)：计及线路分布电容的影响，采用π型等值电路等效表示输电线路模型；步骤(2)：根据线路模型及其参数得到计及电容补偿的测距方程；步骤(3)：用差分方法求解不同采样时刻电压、电流的微分值；步骤(4)：将电压、电流采样数据代入测距方程，用最小二乘法对测距值p
k
进行拟合；步骤(5)：把经最小二乘法拟合得到的计算故障距离p与整定距离p
set
相比较，若满足0&lt;p&lt;p
set
，则保护动作，反之保护不动作。3.根据权利要求2所述的分布电容影响输电线路单相接地故障时域距离保护方法，其特征为：设置线路模型，其中M、N表示线路两端母线，m、n表示线路保护安装处，f表示故障点，研究对象为线路MN；根据单相接地故障电压约束和电流约束中序分量的关系得到复合序网图，考虑线路分布电容的影响，采用π型等值电路等效表示输电线路模型；根据复合序网图列写从保护安装处m到故障点f的回路电压方程：根据复合序网图列写从保护安装处m到故障点f的回路电压方程：根据复合序网图列写从保护安装处m到故障点f的回路电压方程：根据复合序网图列写从保护安装处m到故障点f的回路电压方程：整理后的回路电压方程：其中p为故障点到保护安装处的距离；c1、c2、c0分别表示单位长度线路正序、负序、零序
电容，其中正序电容和负序电容大小近似相等；r1、r2、r0分别表示单位长度线路正序、负序、零序电阻；L1、L2、L0分别表示单位长度线路正序、负序、零序电感；i
f1
、i
f2
、i
...

【专利技术属性】
技术研发人员：汤未，陈力，王利强，李书琦，郑涛，
申请(专利权)人：北京中恒博瑞数字电力科技有限公司华北电力大学，
类型：发明
国别省市：