一種基于量測變換狀態(tài)估計的廣域繼電保護方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于量測變換狀態(tài)估計的廣域繼電保護方法，它可充分利用相量測量裝置高精度、低采樣周期的廣域測量數(shù)據(jù)，判別故障支路的準確位置和故障類型，并能確定系統(tǒng)狀態(tài)。本發(fā)明首先收集各支路測量數(shù)據(jù)，確定可疑故障支路，排除量測壞數(shù)據(jù)，進一步執(zhí)行廣域保護算法，通過量測變化方法分別得到無故障支路和有故障支路的等效量測，建立等效量測的量測方程，建立通過基于量測變換狀態(tài)估計的廣域繼電保護方法得到系統(tǒng)的狀態(tài)量，確定故障支路及其位置。
【專利說明】一種基于量測變換狀態(tài)估計的廣域繼電保護方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于量測變換狀態(tài)估計的廣域繼電保護方法。

【背景技術】
[0002]目前的220kV及以上的繼電保護裝置均采用雙重化配置方式，由兩套相互獨立的主、后備保護一體的保護裝置組成，其中后備保護大都利用單端測量信息，并存在動作時間較長、整定困難的缺點。
[0003]PMU量測采集周期短、測量精度更加準確，并且能夠直接測量節(jié)點電壓及與其相連支路的電流的相角信息。近年來眾多學者利用PMU高精度、高速度的測量信息進行了廣域繼電保護的研究。
[0004]廣域信息的引入讓廣域繼電保護的通信變得更加復雜，對通信的同步性要求更高。因此，廣域繼電保護必須具有較強的數(shù)據(jù)容錯性，在存在少量壞數(shù)據(jù)的情況下仍能夠可靠判別出故障位置。
[0005]現(xiàn)有的廣域繼電保護方法包括廣域電流差動保護、基于多Agent的廣域后備保護和基于縱聯(lián)比較原理的廣域繼電保護方法。廣域電流差動保護根據(jù)一次、二次設備運行狀態(tài)和拓撲關系實現(xiàn)保護區(qū)域的廣域差動保護原理；基于多Agent的廣域后備保護通過局域網(wǎng)或廣域網(wǎng)與其他保護Agent通信，根據(jù)相關區(qū)域內保護、開關動作狀態(tài)或電網(wǎng)電流差動原理判斷故障位置；基于縱聯(lián)比較原理的廣域繼電保護方法通過收集特定保護范圍內各IED的故障方向信息來確定故障位置。三種方法通過不同方法實現(xiàn)了廣域繼電保護功能，但是均對測量數(shù)據(jù)要求很高，數(shù)據(jù)兼容性較差，當測量數(shù)據(jù)中存在壞數(shù)據(jù)的情況下存在誤判的可能。


【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明為了解決上述問題，提出了一種基于量測變換狀態(tài)估計的廣域繼電保護方法，本方法首先通過量測變化方法分別得到無故障支路和有故障支路的等效量測，建立等效量測的量測方程，進一步通過狀態(tài)估計方法得到系統(tǒng)的狀態(tài)量，并確立故障線路和故障位置。
[0007]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案:
[0008]一種基于量測變換狀態(tài)估計的廣域繼電保護方法，包括以下步驟:
[0009](I)采集各支路的量測電壓值與量測電流值，將量測數(shù)據(jù)與上一周波的數(shù)據(jù)進行比較，得到每個量測數(shù)值的變化量；
[0010](2)若所有支路的變化量均小于設定的啟動閾值，則廣域繼電保護系統(tǒng)維持自檢狀態(tài)，若某支路的量測值變化量大于啟動閾值，則認為該支路為可疑故障支路，進入步驟
(3);否則，轉入步驟⑴；
[0011](3)判斷該可疑支路的測量值是否存在量測壞數(shù)據(jù)，若存在，則將其從可疑故障支路中刪除，若不存在，確定其為有故障支路，則執(zhí)行廣域繼電保護算法，轉入步驟(4)；
[0012](4)通過量測變換方法分別得到無故障支路和有故障支路的等效量測，建立等效量測的量測方程，確定故障支路及其位置。
[0013]所述步驟(3)中，量測壞數(shù)據(jù)的具體判斷方法包括:
[0014](3-1)讀取該支路對端量測數(shù)據(jù)，判斷對端量測數(shù)據(jù)的變化量是否大于其啟動值；
[0015](3-2)根據(jù)該支路電流量測值和節(jié)點支路關聯(lián)矩陣，計算該支路關聯(lián)節(jié)點的差動電流，判斷差動電流是否大于整定值；
[0016](3-3)若(3-1)的判斷結果為否，則該支路量測數(shù)據(jù)為壞數(shù)據(jù)；如果(3-1)的判斷結果為是，且(3-2)的判斷結果為是，則該故障發(fā)生在母線上，量測數(shù)據(jù)不是壞數(shù)據(jù)；如果(3-1)的判斷結果為是，且(3-2)的判斷結果為否，則該量測數(shù)據(jù)不是壞數(shù)據(jù)。
[0017]所述步驟(3-2)的具體方法為:關聯(lián)節(jié)點的差動電流的大小等于支路電流量測與節(jié)點支路關聯(lián)矩陣的乘積。
[0018]所述節(jié)點支路關聯(lián)矩陣，當該支路與節(jié)點關聯(lián)，且極性相同時，矩陣元素為I ;當支路與該節(jié)點關聯(lián)，且極性相反時，則該矩陣元素為-1;若支路與節(jié)點不關聯(lián)，則該矩陣元素為O。
[0019]所述步驟(4)中，無故障支路的等效量測電路包括節(jié)點i和節(jié)點j，兩個節(jié)點分別通過電容接地，電容的電抗值為y。，則節(jié)點i的測量電壓與狀態(tài)量的關系如下式所示:
[0020]

【權利要求】
1.基于量測變換狀態(tài)估計的廣域繼電保護方法，其特征是:包括以下步驟: (1)采集各支路的量測電壓值與量測電流值，將量測數(shù)據(jù)與上一周波的數(shù)據(jù)進行比較，得到每個量測數(shù)值的變化量； (2)若所有支路的變化量均小于設定的啟動閾值，則廣域繼電保護系統(tǒng)維持自檢狀態(tài)，若某支路的量測值變化量大于啟動閾值，則認為該支路為可疑故障支路，進入步驟(3);否貝1J，轉入步驟⑴； (3)判斷該可疑支路的測量值是否存在量測壞數(shù)據(jù)，若存在，則將其從可疑故障支路中刪除，若不存在，確定其為有故障支路，則執(zhí)行廣域繼電保護算法，轉入步驟(4)； (4)通過量測變換方法分別得到無故障支路和有故障支路的等效量測，建立等效量測的量測方程，確定故障支路及其位置。
2.如權利要求1所述的基于量測變換狀態(tài)估計的廣域繼電保護方法，其特征是:所述步驟(3)中，量測壞數(shù)據(jù)的具體判斷方法包括: (3-1)讀取該支路對端量測數(shù)據(jù)，判斷對端量測數(shù)據(jù)的變化量是否大于其啟動值； (3-2)根據(jù)該支路電流量測值和節(jié)點支路關聯(lián)矩陣，計算該支路關聯(lián)節(jié)點的差動電流，判斷差動電流是否大于整定值； (3-3)若(3-1)的判斷結果為否，則該支路量測數(shù)據(jù)為壞數(shù)據(jù)；如果(3-1)的判斷結果為是，且(3-2)的判斷結果為是，則該故障發(fā)生在母線上，量測數(shù)據(jù)不是壞數(shù)據(jù)；如果(3-1)的判斷結果為是，且(3-2)的判斷結果為否，則該量測數(shù)據(jù)不是壞數(shù)據(jù)。
3.如權利要求2所述的基于量測變換狀態(tài)估計的廣域繼電保護方法，其特征是:所述步驟(3-2)的具體方法為:關聯(lián)節(jié)點的差動電流的大小等于支路電流量測與節(jié)點支路關聯(lián)矩陣的乘積。
4.如權利要求3所述的基于量測變換狀態(tài)估計的廣域繼電保護方法，其特征是:所述節(jié)點支路關聯(lián)矩陣，當該支路與節(jié)點關聯(lián)，且極性相同時，矩陣元素為I ;當支路與該節(jié)點關聯(lián)，且極性相反時，則該矩陣元素為-1 ;若支路與節(jié)點不關聯(lián)，則該矩陣元素為O。
5.如權利要求1所述的基于量測變換狀態(tài)估計的廣域繼電保護方法，其特征是:所述步驟(4)中，無故障支路的等效量測電路包括節(jié)點i和節(jié)點j，兩個節(jié)點分別通過電容接地，電容的電抗值為y。，則節(jié)點i的測量電壓與狀態(tài)量的關系如下式所示:
θ?為節(jié)點i電壓相量的實部，有ei = UiCos Θ j 為節(jié)點i電壓相量的虛部，有A =UiSin Θ j ； 線路i側測量電流與狀態(tài)量的關系如下式所示:
式中，
為線路i側電流相量的相角，Iij為線路i側電流相量的幅值；g+jb為支路的等效導納。
6.如權利要求1所述的基于量測變換狀態(tài)估計的廣域繼電保護方法，其特征是:所述步驟(4)中，線路j側測量電流與狀態(tài)量的關系如下式所示:
式中
； %為線路 j 側電流相量的相角，Iji 為線路j側電流相量的幅值。
7.如權利要求5所述的基于量測變換狀態(tài)估計的廣域繼電保護方法，其特征是:所述步驟⑷中，根據(jù)線路i側測量電流與狀態(tài)量的關系，經變換得線路i側電流量測的等效電壓量測:
e「ej = RiRiJ-XixiJ+Rycfi+Xycei
f1-fj = XiEij+Rixij+Xycf1-Rycei
式中，R，X分別為支路的等效電阻和等效電抗。
8.如權利要求6所述的基于量測變換狀態(tài)估計的廣域繼電保護方法，其特征是:所述步驟⑷中，根據(jù)線路j側測量電流與狀態(tài)量的關系，經變換得線路j側電流量測的等效電壓量測:
e1-ej = -RlEji+XIxj1-Rycf1-Xycei
f1-fj = -XiEj1-Rixj1-Xycfi+Rycei
對于PMU測得的電壓量測，有下式成立:
UiCos Θ JjUiSin Θ = ei+jfi 式中，Ui為電壓量測的幅值，Qi為電壓量測的相角。
9.如權利要求1所述的基于量測變換狀態(tài)估計的廣域繼電保護方法，其特征是:所述步驟(4)中,有故障支路的等效電路包括節(jié)點i和節(jié)點j，故障點在兩節(jié)點之間，每個節(jié)點分別通過電抗值為y。的電容接地，故障點通過電阻接地，線路i側測量電流與狀態(tài)量的關系如下式所示:
式中e” fi分別為i節(jié)點的電壓量的實部和虛部；4，fj分別為j節(jié)點的電壓量的實部和虛部，X為故障點與節(jié)點i之間的距離。
10.如權利要求9所述的基于量測變換狀態(tài)估計的廣域繼電保護方法，其特征是:所述步驟(4)中，線路j側測量電流與狀態(tài)量的關系如下式所示:
根據(jù)線路i側測量電流與狀態(tài)量的關系，經變換可得，故障線路i側電流量測的等效電壓量測:
erej = x(RIEiJ-XIXiJ+Rycfi+Xycei)
f1-fj = x(XIEiJ+RIXiJ+Xycf1-Rycei) 根據(jù)線路j側測量電流與狀態(tài)量的關系，經變換得，故障線路j側電流量測的等效電壓量測:
ef-ej = (-RlEji+XIxj1-Rycf1-Xycei) (1-X)
ff-fj = (-xiEJ1-Rixj1-Xycfi+Rycei) d-χ)。
11.如權利要求1所述的基于量測變換狀態(tài)估計的廣域繼電保護方法，其特征是:所述無故障支路和有故障支路PMU量測的等效電壓量測，用下式統(tǒng)一表示:
Ae111 = HEZ-keql
Af111 = HFZ-keq2
其中: Aem, Afm為等效電壓量測的實部、虛部； He、Hf為系數(shù)矩陣。
12.如權利要求1所述的基于量測變換狀態(tài)估計的廣域繼電保護方法，其特征是:所述步驟(4)的建立等效量測的量測方程的方法為: 采用直角坐標系的線性網(wǎng)絡方程，等效量測的量測方程表示為:
Δ ec = Ae+ ξ e
Afc = Af+ ξ f 其中:Ae。、Af。為列等效量測向量;A 為量測點對節(jié)點的關聯(lián)矩陣，是只與網(wǎng)絡拓撲關系相關的常數(shù)矩陣；e，f分別為列狀態(tài)向量；ξ P If為列噪音矩陣；對電壓量測，Aec, Afc表示節(jié)點電壓相量，對電流量測，Λ e。、Λ f。則表示各節(jié)點之間的相對關系，因此必須有基準電壓才能確定全網(wǎng)的絕對電壓值。
13.如權利要求1所述的基于量測變換狀態(tài)估計的廣域繼電保護方法，其特征是:所述步驟(4)中，等效量測的量測方程表示為:
Δ ec = Ae+ ξ e = Ageg+Beu+ ξ e
Δ fc = Af+ ξ f = Agfg+Bfu+ ξ f
eg、fgS參考節(jié)點電壓，排在最后位置上；
eu、fu為待求節(jié)點電壓矢量； Ag為關聯(lián)矩陣A中對應于eg、fg的量測一參考節(jié)點關聯(lián)矩陣； B為關聯(lián)矩陣A中對應于eu、fu的量測一節(jié)點關聯(lián)矩陣。
14.如權利要求1所述的基于量測變換狀態(tài)估計的廣域繼電保護方法，其特征是:所述步驟(4)中，根據(jù)最小二乘法的原理，建立算法的目標函數(shù):
J (e) = [ Δ em_Ae]TD[ Δ em_Ae]
J(f) = [Afm-Af] tD [Afm-Af] D為等效量測權值矩陣，為對角陣，將等效量測的量測方程代入算法的目標函數(shù)，得 J(e) = [ Δ em-Ageg+Beu] tD [ Δ em-Ageg+Beu]
J(f) = [ Δ fm-Ageg+Beu] tD [ Δ fm-Ageg+Beu] 為使目標函數(shù)取得最小值，有下式成立:
求解上式，得:
(BtDB) eu = BTD[Aem-Ageg]
(BtDB) fu = BtD [ Afm-Agfg] 上式為求解系統(tǒng)狀態(tài)和故障支路信息的廣域繼電保護算法的計算公式，其中的信息矩陣BtDB為常實數(shù)矩陣，節(jié)點電壓實部、虛部共用一個信息矩陣進行計算。
【文檔編號】H02H7/26GK104167719SQ201410384126
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2014年8月6日 優(yōu)先權日:2014年8月6日
【發(fā)明者】林桂華, 王濤, 王玉瑩, 崔梅英, 郭婷婷, 董海濤 申請人:國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)技術學院, 山東電力高等?？茖W校