專利名稱：一種母線系統(tǒng)保護基于虛擬電流比相的故障判別方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)繼電保護的技術(shù)領(lǐng)域，具體地說涉及母線系統(tǒng)保護的方法。
背景技術(shù)：
實施“西電東送”是我國電力發(fā)展一個重大戰(zhàn)略，“十五”期間，國家將重點加快實施“西電東送”南線的電源和輸電線路建設(shè)。目前來看，我國電網(wǎng)的發(fā)展形成兩大趨勢其一是形成西電東送和北電南送等長距離、大容量的電力輸送格局。其二是實現(xiàn)大區(qū)域電網(wǎng)的密集發(fā)展與互聯(lián)。從限制短路電流水平，線路走廊，輸送容量，網(wǎng)絡(luò)安全等方面考慮，現(xiàn)有的500kV最高電壓等級下已經(jīng)不能滿足要求，我國在西北正嘗試?yán)?50kV的特高壓交流輸電線路輸電。特高電壓交流輸電是大容量電能輸送和大區(qū)聯(lián)網(wǎng)最經(jīng)濟合理的解決方案，國外也有這方面的成功經(jīng)驗。
而長距離送電和大區(qū)域電網(wǎng)互聯(lián)需要建設(shè)一大批高壓和超高壓電壓等級的變電站，這為母線保護的發(fā)展提出了一個新的課題，母線保護如何適應(yīng)750kV母線大系統(tǒng)的暫態(tài)性能、快速動作、高可靠性和高抗干擾性的要求。現(xiàn)有的母線保護要么用差動電流判別，要么用采樣值比例制動差動，差動電流判別利用差動電流的大小判別母線故障，而差動電流的大小受母線系統(tǒng)運行狀態(tài)的影響較大，因而靈敏度不高。采用直接采樣值比例制動的方法判別母線故障，在保護的暫態(tài)故障過程中如果存在高頻分量，對動作性能有比較大的影響，對于750kV特高壓母線系統(tǒng)，誤動的可能性大大增加。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提出一種母線系統(tǒng)保護基于虛擬電流比相的故障判別方法。所述的一種母線系統(tǒng)保護基于虛擬電流比相的故障判別方法是通過如下的技術(shù)方案實現(xiàn)的，所述的母線系統(tǒng)是由多個支路組成的，所述的方法包括步驟根據(jù)母線系統(tǒng)的實際規(guī)模情況，對每個支路中的電流按照預(yù)定的采樣點數(shù)采樣，并將每個支路的采樣值存入相應(yīng)的存儲區(qū)；對每個支路的采樣值在每個采樣點進行數(shù)據(jù)處理，處理結(jié)果作為支路電流正負的判別依據(jù)，判出正負后，給每個回路置上相應(yīng)的標(biāo)志；計算出每個回路電流的正負后，計算虛擬電流和虛擬電流制動系數(shù)K，并根據(jù)虛擬電流制動系數(shù)的計算結(jié)果，判斷母線的運行狀態(tài)，如果計算結(jié)果大于Kz，則表示母線系統(tǒng)處于故障狀態(tài)，否則，母線是正常運行狀態(tài)或區(qū)外故障。
所述的計算虛擬電流根據(jù)以下公式計算|∑IΦT+|＝IΦTP1+...+IΦTPn|∑IΦT-|＝IΦTN1+...+IΦTNn其中IΦTPn表示第n個T點電流采樣值處理結(jié)果為正的電流元件，IΦTNn表示第n個T點電流采樣值處理結(jié)果為負的電流元件，Φ＝A，B，C。
所述的虛擬電流制動系數(shù)K根據(jù)以下公式計算max[|ΣIΦ+||ΣIΦ-|,|ΣIΦ-||ΣIΦ+|]≥Kz]]>其中∑IΦ+為所有正電流支路電流之和，∑IΦ-為所有負電流支路電流之和，Kz是根據(jù)母線系統(tǒng)所設(shè)置的虛擬電流制動系數(shù)，其值一般在2-10之間。
所述的采樣值數(shù)據(jù)處理包括多點滾動積分或單點采樣值進行處理。
所述的多點滾動積分為三點滾動積分，所述的數(shù)據(jù)處理步驟進一步包括對于第N條支路，當(dāng)采樣點為T點時，此點的處理結(jié)果可用以下公式計算INΦT＝(INT+INT-1+INT-2)根據(jù)INΦT的正負表示第N個支路電流在T點電流值的正負，以后的每個采樣點類推計算。
經(jīng)過適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)處理，可以有效地消除采樣點的高頻分量，提高保護在暫態(tài)故障過程中動作的可靠性，另外故障的判別也不依賴于故障電流本身的大小，靈敏度和母線的運行狀態(tài)關(guān)系不大，極大地提高了保護的靈敏度。
下面結(jié)合附圖進一步描述本發(fā)明的方法及工作過程，能夠更清楚地了解本發(fā)明的實質(zhì)和優(yōu)點。


圖1是本發(fā)明的電力系統(tǒng)母線系統(tǒng)的示意圖；
圖2是本發(fā)明方法所述的虛擬電流母線系統(tǒng)示意圖；圖3是本發(fā)明方法所述的母線系統(tǒng)故障的時候虛擬電流母線系統(tǒng)示意圖。
具體實施例方式
圖1是本發(fā)明的電力系統(tǒng)母線系統(tǒng)的示意圖。如圖1所示，電力系統(tǒng)任何母線的電流按極性可劃分為進電流和出電流，我們把進電流合成在一起，稱為正電流；把出電流合成在一起，稱為負電流。各元件的采樣數(shù)據(jù)經(jīng)過快速數(shù)字濾波器濾波后進行合成可以虛擬為兩個電流正電流和負電流。利用虛擬電流的的比例關(guān)系，可以明顯地區(qū)分母線的運行狀態(tài)，當(dāng)母線保護正常工作或區(qū)外故障時正電流等于負電流，而內(nèi)部故障時正電流和負電流不再平衡。虛擬電流比相原理由于采用了快速的數(shù)據(jù)處理與數(shù)字濾波，可以在不影響保護動作速度的前提下，提高了保護的靈敏度和抗干擾能力，具有天然的抗高次諧波能力，滿足超高壓母線系統(tǒng)的需求。
其判據(jù)如下max[|ΣIΦ+||ΣIΦ-|,|ΣIΦ-||ΣIΦ+|]≥Kz]]>其中∑IΦ+為所有正電流支路電流之和，∑IΦ-為所有負電流支路電流之和，Kz為不等于1的系數(shù)。
正常運行或區(qū)外故障時，母線系統(tǒng)的所有支路進電流等于出電流，因而所有支路電流滿足|ΣIΦ+||ΣIΦ-|=1;]]>而區(qū)內(nèi)故障時支路電流的流入和流出不再相等，正負電流的比例關(guān)系發(fā)生極大的變化，因此 或 為一個遠大于1的值，利用該特征能明顯地區(qū)分區(qū)內(nèi)和區(qū)外故障。
假設(shè)母線系統(tǒng)是由N個支路組成的(如圖1)，對于每個支路，母線保護要按照預(yù)定的采樣間隔(采樣點數(shù))采樣，采樣的頻率和CPU的性能及回路的設(shè)計有關(guān)系，我們以下的公式及分析都以24點/每周波為例子(對于50HZ的電力系統(tǒng)，一周波為20MS)。保護采樣后，對每個支路的采樣值在每個采樣點進行數(shù)據(jù)處理，根據(jù)處理的結(jié)果置上大于零或小于零的標(biāo)志，然后把大于零的數(shù)值合在一起用|∑IΦT+|表示，把小于零的數(shù)據(jù)合在一起用|∑IΦT-|表示，保護的電流就虛擬為兩個電流，系統(tǒng)變?yōu)閳D2。圖2是本發(fā)明方法所述的虛擬電流母線系統(tǒng)示意圖。母線保護的故障判別也由判斷N個支路的關(guān)系，改為判斷兩個虛擬電流的關(guān)系。利用虛擬電流的母線系統(tǒng)故障判別公式是max[|ΣIΦ+||ΣIΦ-|,|ΣIΦ-||ΣIΦ+|]≥Kz]]>(公式1)其中|∑IΦT+|＝IΦTP1+...+IΦTPn(公式2)|∑IΦT-|＝IΦTN1+...+IΦTNn(公式3)IΦTPn第n個正電流元件的T點采樣值數(shù)據(jù)處理結(jié)果，IΦTNn第n個負電流元件的T點采樣值數(shù)據(jù)處理結(jié)果，K是根據(jù)母線系統(tǒng)所設(shè)置的虛擬電流制動系數(shù)。
圖3是本發(fā)明方法所述的母線系統(tǒng)故障的時候虛擬電流母線系統(tǒng)示意圖。母線系統(tǒng)未發(fā)生故障時，根據(jù)基爾霍夫定理，|∑IΦT+|-|∑IΦT-|＝0，也就是|∑IΦT-|/|∑IΦT+|＝1。當(dāng)母線系統(tǒng)故障時，如圖3所示，此時，|∑IΦT+|-|∑IΦT-|-IK＝0即|∑IΦT+|＝|∑IΦT-|+IK。由于發(fā)生故障時，可以分為兩種情況來分析1)如果|∑IΦT+|＞|∑IΦT-|，那么IK約等于|∑IΦT+|，因此|∑IΦT-|是一個很小的值，遠小于|∑IΦT+|。所以|∑IΦT+|/|∑IΦT-|是一個很大的值。
2)如果|∑IΦT-|＞|∑IΦT+|，那么IK約等于|∑IΦT-|，因此|∑IΦT+|是一個很小的值，遠小于|∑IΦT-|。所以|∑IΦT-|/|∑IΦT+|是一個很大的值。
因此|∑IΦT-|/|∑IΦT+|或|∑IΦT+|/|∑IΦT-|的特征可以用在母線保護來判別故障。
根據(jù)母線系統(tǒng)的規(guī)模設(shè)置合理的采樣回路，母線系統(tǒng)各支路的采樣值必須同步，采樣后存入相應(yīng)的存儲區(qū)，第一條支路在T點的采樣值用I1T表示，在T-1點的采樣值用I1T-1表示，在T-2點的采樣值用I1T-2表示。第N條支路在T點的采樣值用INT表示，在T-1點的采樣值用INT-1表示，在T-2點的采樣值用INT-2表示。
對于每條支路的采樣信，在每個采樣點都要進行數(shù)據(jù)處理，有多種方法，包括多點滾動積分、單點采樣值等。計算結(jié)果作為支路電流正負的判別依據(jù)，判出正負后，給每個回路置上相應(yīng)的標(biāo)志。對于第N條支路，當(dāng)采樣點為T點時，以三點滾動積分為例，此點的處理結(jié)果可用以下公式計算INΦT＝(INT+INT-1+INT-2)根據(jù)INΦT的正負表示第N個支路電流在T點電流值的正負，以后的每個采樣點類推計算。
計算出每個回路電流的正負后，公式2和公式3計算虛擬電流，然后根據(jù)公式1計算虛擬電流制動系數(shù)，再根據(jù)虛擬電流制動系數(shù)的計算結(jié)果，判斷母線的運行狀態(tài)，如果計算結(jié)果大于Kz表示母線系統(tǒng)處于故障狀態(tài)，否則，母線是正常運行狀態(tài)或區(qū)外故障。
權(quán)利要求
1.一種母線系統(tǒng)保護基于虛擬電流比相的故障判別方法，所述的母線系統(tǒng)是由多個支路組成的，所述的方法包括步驟根據(jù)母線系統(tǒng)的實際規(guī)模情況，對每個支路中的電流按照預(yù)定的采樣點數(shù)采樣，并將每個支路的采樣值存入相應(yīng)的存儲區(qū)；對每個支路的采樣值在每個采樣點進行數(shù)據(jù)處理，處理結(jié)果作為支路電流正負的判別依據(jù)，判出正負后，給每個回路置上相應(yīng)的標(biāo)志；計算出每個回路電流的正負后，計算虛擬電流和虛擬電流制動系數(shù)K，并根據(jù)虛擬電流制動系數(shù)的計算結(jié)果，判斷母線的運行狀態(tài)，如果計算結(jié)果大于根據(jù)母線系統(tǒng)所設(shè)置的虛擬電流制動系數(shù)Kz，則表示母線系統(tǒng)處于故障狀態(tài)，否則，母線是正常運行狀態(tài)或區(qū)外故障。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所述的虛擬電流根據(jù)以下公式計算|∑IΦT+|＝IΦTP1+...+IΦTPn|∑IΦT-|＝IΦTN1+...+IΦTNn其中IΦTPn表示第n個T點電流采樣值處理結(jié)果為正的電流元件，IΦTNn表示第n個T點電流采樣值處理結(jié)果為負的電流元件，Φ＝A，B，C。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征是所述的虛擬電流制動系數(shù)K滿足以下公式max[|ΣIΦ+||ΣIΦ-|,|ΣIΦ-||ΣIΦ+|]≥Kz]]>其中∑IΦ+為所有正電流支路電流之和，∑IΦ-為所有負電流支路電流之和，Kz是根據(jù)母線系統(tǒng)所設(shè)置的虛擬電流制動系數(shù)，其值一般在2-10之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征是所述的采樣值數(shù)據(jù)處理包括多點滾動積分或單點采樣值進行處理。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征是所述的多點滾動積分為三點滾動積分，所述的數(shù)據(jù)處理步驟進一步包括對于第N條支路，當(dāng)采樣點為T點時，此點的處理結(jié)果可用以下公式計算INΦT＝(INT+INT-1+INT-2)根據(jù)INΦT的正負表示第N個支路電流在T點電流值的正負，以后的每個采樣點類推計算。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種母線系統(tǒng)保護基于虛擬電流比相的故障判別方法，所述的方法包括對所述的每個支路按照固定的采樣間隔采樣，并將采樣值存入相應(yīng)的存儲區(qū)，對每個支路的采樣值在每個采樣點進行數(shù)據(jù)處理，處理結(jié)果作為支路電流正負的判別依據(jù)，計算虛擬電流和虛擬電流制動系數(shù)K，并根據(jù)虛擬電流制動系數(shù)的計算結(jié)果，判斷母線的運行狀態(tài)，如果計算結(jié)果大于Kz，則表示母線系統(tǒng)處于故障狀態(tài)，否則，母線是正常運行狀態(tài)或區(qū)外故障。該方法可以有效地消除采樣中的高頻分量，在保證了保護的靈敏度和抗干擾能力的情況下，提高了保護動作速度，特別適用于快速突變量計算，可廣泛應(yīng)用于750kV及以下的各種母線系統(tǒng)。
文檔編號H02H7/22GK1627588SQ20031011829
公開日2005年6月15日 申請日期2003年12月11日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月11日
發(fā)明者李天華, 黃少鋒 申請人:北京四方繼保自動化有限公司