一种基于支路贴近度的广域后备保护方法技术

本发明专利技术公开了属于电力系统继电保护领域的一种基于支路贴近度的广域后备保护方法。该方法在电力系统正常运行的情况下，首先利用故障等值模型计算故障点的等值注入电流，再根据网络拓扑参数和节点注入电流形成支路相关因子矩阵，确定故障界定集；在网络拓扑发生变化后，通过修改支路相关因子矩阵中部分元素，实现故障界定集的快速更新。当电力系统出现故障时，迅速计算故障界定集与支路电流测量值之间贴近度的最小值，并以此确定故障位置。该方法避免了传统后备保护极易出现的配合不当或灵敏度不足的情况，能够在网络发生变化的情况下准确、灵敏、可靠地实现故障定位。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电力系统继电保护领域，特别涉及一种基于支路贴近度的广域后备保 护方法。
技术介绍
随着我国电力需求的快速增长，“西电东送，南北互供，全国联网”战略的实施，我 国正在形成一个弱联系的全国互联大电网。预计2020年前后，我国电网装机容量将从2009 年的8. 5亿千瓦升至16亿千瓦，年发电量将超过77000亿千瓦时，西电东送容量将超过1. 5 亿千瓦，同时将建成“四横六纵”的超大规模多受端的互联电网。电网结构上的复杂性和运 行控制的难度之大在世界范围内也是罕见的。而且，伴随着我国电力工业市场化的进程，各 互联电网之间的功率交换将越来越频繁，输电线路也日趋工作于稳定极限边缘。在这种情 况下，如何保证复杂大电网的安全运行是一项非常有挑战性的任务。继电保护是保障大电网安全的第一道防线。电力系统故障不可避免，如果保护装 置正确、快速、可靠动作，将有效遏制系统状态恶化，起到保障电网安全可靠运行的作用；反 之，可能将加速系统崩溃过程，导致大面积、长时间的停电。然而电网结构的复杂性，造成了 传统仅基于本地量的后备保护整定与配合困难，而电网结构和运行工况的非预设性变化， 更加剧了后备保护选择性、灵敏性和可靠性之间的矛盾。在大停电事故中，就出现了尽管电 力系统后备保护按照设计原则正确动作，但是客观上却加快了系统崩溃的现象。因此，考虑 电网全局信息的后备保护系统研究迫在眉睫。目前广域保护的思路包括1)通过跟踪系统运行方式实现全网实时计算，在线自适应整定保护定值(朱永 利，宋少群.基于广域网和多智能体的自适应协调保护系统的研究.中国电机工程学 报，2006，26 (16) 15-20.)。2)首先利用广域信息进行故障定位，再通过相邻保护之间简单的时序配合关系实 现保护正确动作，包括广域电流差动后备保护(丛伟，潘贞存，赵建国，等.基于电流差动原 理的广域继电保护系统·电网技术，2006，30 (5) =91-95,110.；苏盛，Li K K，Chan W L， 等.广域电流差动保护区划分专家系统.电网技术，2005，29 (3) =55-58,63.；苏盛，段 献忠，曾祥君，等.基于多Agent的广域电流差动保护系统.电网技术，2005,29(14) 15-19.)、基于方向比较原理的广域后备保护(杨增力，石东源，段献忠.基于方向比较原理 的广域继电保护系统.中国电机工程学报，2008，28 (22) :87_93.)、基于纵联比较原理 的广域后备保护(丛伟，潘贞存，赵建国.基于纵联比较原理的广域继电保护算法研究. 中国电机工程学报，2006，26 (21) 8-14.)等。本专利技术不同于这两种思路，它能够在运行方式发生变化的暂态过程中准确、灵敏、 可靠识别故障位置，并采取正确的保护动作策略。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出基于支路贴近度的广域后备保护方法，其特征在于，a.首先将电力系统的故障网络分解为无故障网络、故障暂态网络和故障稳态网 络；其中故障暂态网络是指仅由节点注入电流变化量提供电源的网络；故障稳态网络是指 仅由故障点提供电源的网络；b.在故障稳态网络中形成故障支路等值模型；C.在系统正常运行时，由故障支路等值模型形成故障集；d.在电网拓扑发生变化时，用局部求逆的方法快速更新故障界定集；e.故障发生后，由各个区域内广域差动电流的故障稳态分量确定故障区域；f.在故障区域内，首先计算每条支路的虚拟故障位置，确定可疑支路；由所有可 疑支路的支路贴近度确定故障支路和故障位置。所述在故障稳态网络中，等值模型将故障点的注入电流分配到支路两端，并能保 证系统节点导纳矩阵在故障发生后保持不变，利用故障稳态网络中的电气量实现新型广域 后备保护。所述支路贴近度为在系统发生故障后，首先计算各个区域内广域差动电流的故 障稳态分量，并以此确定故障区域；在故障区域内，利用η组PMU(相量测量单元)的实 测值，计算支路电流列向量的故障稳态分量，再将该列向量与其第一个元素相除得到Im =KfKlU其中L 表示向量仏中的第一个元素。定义支路贴近度函数为_9] Mt-(MAc1-c^lL其中H为矩阵的共轭转置，α是故障点；故障支路两端节点K1和K2 ；故障位置α 在W，l]之间变化，向量g与故障位置α —一对应；N为有测量的支路条数。本专利技术的有益效果是与现有技术相比，能适应复杂多变运行方式，在电网正常运 行时，形成并快速更新故障集；在故障发生时，快速准确的定位故障支路和故障位置；具 有1.可同时定位故障支路和故障位置，且无需修改电力系统的网络矩阵，计算量小。2.对 于复杂电网能够根据电网拓扑结构的变化快速更新故障集，具有适应大电网复杂多变的运 行方式的能力。附图说明图1为所用到的故障支路模型。图2为所用到的故障支路等值模型。图3为实施例的新英格兰10机39节点系统示意图。图4为实施例中支路闭合同时发生故障不同支路贴近度的比较。图5为实施例中支路开端同时发生故障不同支路贴近度的比较。具体实施例方式本专利技术的具体实施方式如下。1.故障稳态网络对于实际系统，无论是运行方式变化还是系统发生故障都伴随着暂态过渡过程， 在此过程中，系统注入的发电机电流和负荷电流必然会发生变化。在故障定位过程中，将发 电机和负荷电流用节点注入电流表示，同时将故障网络看成线性网络(不计系统中电力电 子等非线性器件)。由叠加原理可知，故障网络可以由无故障网络、故障暂态网络和故障稳 态网络组成。其中，故障暂态网络是指仅由节点注入电流变化量提供电源的网络，而故障稳 态网络是指仅由故障点提供电源的网络。本专利技术利用故障稳态网络中的电气量实现新型广 域后备保护。2.故障等值模型图1所示的故障支路模型，采用集中参数，支路阻抗为z，两端对地导纳*yi、y2，两 端节点分别为&和1(2，故障点与节点&的距离占支路全长的比例为a。由故障点注入的电流为jf ,故障点电压为i>f，支路两端电流分别为，支路两端电压分别为和f>K2。该支路的节点电压方程如下( 消去仏，并化为矩阵形式得到故障稳态模型的等效节点电压方程。图2所示为与之对应的等值模型。与图 1对比可知，等值模型可将故障点的注入电流分配到支路两端，并能保证系统节点导纳矩阵 在故障发生后维持不变。3.故障界定集故障稳态网络中，配置PMU (相量测量单元)节点的支路电流列向量可表示为 其中C = (YbAt +YbiADY4为支路相关因子矩阵。Yb是网络支路导纳矩阵，A为 节点支路关联矩阵，Ybi是对地支路导纳矩阵，A1为节点对地支路关联矩阵，T表示矩阵转 置。^o是对应有向支路K1-K2 (从K1指向K2)的位置为1，其余元素为0的列向量，δκ2是对 应有向支路K2-KJ从K2指向K1)的位置为1，其余元素为0的列向量，Y为网络节点导纳矩 阵，3为故障稳态网络的节点注入电流列向量。该矩阵可在系统正常运行时形成，在故障定 位过程中保持不变。根据故障等值模型，故障稳态网络仅在故障支路两端节点K1和K2有注入电流，由此可得节点注入电流列向量 用 κ1和,表示矩阵C的第K1列和第K2列，由式(3)和式(4)可得 将支路电流列向量中所有元素与第一个元素相除可以得到 其中δ'κι 和 'Κ2 m分别表示向量δ'κ本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于支路贴近度的广域后备保护方法，其特征在于，包括：ａ．首先将电力系统的故障网络分解为无故障网络、故障暂态网络和故障稳态网络；其中故障暂态网络是指仅由节点注入电流变化量提供电源的网络；故障稳态网络是指仅由故障点提供电源的网络；ｂ．在故障稳态网络中形成故障支路等值模型；ｃ．在系统正常运行时，由故障支路等值模型形成故障集；ｄ．在电网拓扑发生变化时，用局部求逆的方法快速更新故障界定集；ｅ．故障发生后，由各个区域内广域差动电流的故障稳态分量确定故障区域；ｆ．在故障区域内，首先计算每条支路的虚拟故障位置，确定可疑支路；由所有可疑支路的支路贴近度确定故障支路和故障位置。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：马静，李金龙，王增平，杨奇逊，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]