本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)繼電保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于特勒根似功率定理的繼電保護(hù)方法。

背景技術(shù)：

在傳統(tǒng)保護(hù)中，縱聯(lián)保護(hù)由于具有絕對的選擇性，保護(hù)范圍內(nèi)任意位置故障都能夠?qū)崿F(xiàn)快速動作，因而被廣泛應(yīng)用于各種電壓等級的輸電線路和各種容量的電力設(shè)備中。例如電流差動保護(hù)應(yīng)用于發(fā)電機(jī)、變壓器、輸電線路等等；縱聯(lián)方向保護(hù)用于輸電線路等等。其中電流差動保護(hù)靈敏度高，具有良好的故障選相能力，因而得到了廣泛地應(yīng)用。但是電流差動保護(hù)的靈敏度受分布電容電流、負(fù)荷電流等的影響，對高阻接地故障的反應(yīng)能力不足；通過采用分布電容電流補(bǔ)償、突變量差動、零序電流差動等方法能夠在特定情況下提高差動保護(hù)的靈敏度，但是增加了保護(hù)的復(fù)雜性。此外，電流差動保護(hù)需要參與差動計算的各端數(shù)據(jù)嚴(yán)格同步，因此對采樣同步和通信通道時間延遲的一致性提出了很高的要求。縱聯(lián)方向保護(hù)原理簡單，不需要兩端數(shù)據(jù)嚴(yán)格同步，但是容易受到功率倒向、方向元件靈敏度等因素的影響，因而保護(hù)邏輯較為復(fù)雜，在各種復(fù)雜故障如轉(zhuǎn)換性故障、非全相故障等情況下可靠性和速動性存在不足。

大型電網(wǎng)互聯(lián)對電力系統(tǒng)繼電保護(hù)提出了更高的要求，基于廣域信息實現(xiàn)的廣域繼電保護(hù)能夠?qū)σ粋€區(qū)域電網(wǎng)實現(xiàn)保護(hù)功能，成為繼電保護(hù)領(lǐng)域研究和應(yīng)用的熱點。目前的廣域繼電保護(hù)主要沿用傳統(tǒng)縱聯(lián)保護(hù)的電流差動、縱聯(lián)方向等原理，將廣域多端信息代入原有保護(hù)算法，實現(xiàn)廣域保護(hù)的功能。但是隨著廣域保護(hù)范圍的擴(kuò)大，上述傳統(tǒng)保護(hù)的不足也會被放大。廣域保護(hù)由于保護(hù)范圍大，分布電容電流和負(fù)荷電流都增大，因而差動保護(hù)的靈敏度將會大大降低；由于廣域差動保護(hù)需要電網(wǎng)多端的量測數(shù)據(jù)嚴(yán)格同步，工程實現(xiàn)的難度很大，經(jīng)濟(jì)性較差。廣域繼電保護(hù)的保護(hù)范圍大，發(fā)生各種復(fù)雜故障的可能性增加，因而縱聯(lián)方向保護(hù)的可靠性和速動性難以滿足需求。

除傳統(tǒng)保護(hù)原理之外，也有學(xué)者提出基于行波、故障暫態(tài)電氣量等的縱聯(lián)保護(hù)方案。這些方案需要采集和分析高頻信息，對電量采集設(shè)備、繼電保護(hù)軟件硬件能力提出了很高的要求，并且容易受系統(tǒng)各種高頻干擾的影響。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明為了解決上述問題，提出了一種基于特勒根似功率定理的繼電保護(hù)方法，本方法基于特勒根似功率定理，采用工頻電氣量，不受分布電容電流和負(fù)荷電流的影響，不需要各端口數(shù)據(jù)同步，無需線路和設(shè)備的參數(shù)，可以用于電力線路和電力設(shè)備的縱聯(lián)保護(hù)，也可以用于廣域繼電保護(hù)。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種基于特勒根似功率定理的繼電保護(hù)方法，包括以下步驟：

(1)建立被保護(hù)單元的兩個多端口網(wǎng)絡(luò)，實時檢測各個端口的電流量和電壓量；

(2)根據(jù)特勒根似功率定理，將一個網(wǎng)絡(luò)的每個端口電流量與另一網(wǎng)絡(luò)相對應(yīng)的端口的電壓量乘積求和，將兩個網(wǎng)絡(luò)的計算值求差值，取其絕對值，得到多端口網(wǎng)絡(luò)的似功率差，將多端口網(wǎng)絡(luò)的似功率差與整定值作比較，若大于整定值，則判斷被保護(hù)單元發(fā)生了內(nèi)部故障。

所述步驟(1)中，被保護(hù)單元是指被保護(hù)線路、設(shè)備或者區(qū)域電網(wǎng)。

所述步驟(1)中，建立兩個多端口網(wǎng)絡(luò)，在被保護(hù)單元無內(nèi)部故障時，兩個多端口網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相同，網(wǎng)絡(luò)中對應(yīng)支路的元件參數(shù)相同，發(fā)生內(nèi)部故障時，兩個多端口網(wǎng)絡(luò)在故障處的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)或者元件參數(shù)不同。

所述步驟(1)中，建立的兩個多端口網(wǎng)絡(luò)，在沒有內(nèi)部故障的情況下，故障前后其元件參數(shù)不能發(fā)生變化；如果網(wǎng)絡(luò)中有電源，則其輸出功率在故障前后不能變化。

所述步驟(1)中，多端口網(wǎng)絡(luò)形式包括但不限于以下方式：

I)正序網(wǎng)絡(luò)和負(fù)序網(wǎng)絡(luò)；

II)以各相為獨(dú)立端口的多端口網(wǎng)絡(luò)。

所述步驟(2)中，當(dāng)多端口網(wǎng)絡(luò)形式為正序網(wǎng)絡(luò)和負(fù)序網(wǎng)絡(luò)時，選擇的計算似功率的電氣量包括但不限于以下方式：

(2-1)故障后正序電流電壓和故障后負(fù)序電流電壓；

(2-2)故障前正序電流電壓和故障后正序電流電壓；

(2-3)故障前正序電流電壓和故障分量正序電流電壓；

(2-4)故障前正序電流電壓和故障后負(fù)序電流電壓；

(2-5)故障分量正序電流電壓和故障后負(fù)序電流電壓；

或(2-6)故障分量正序電流電壓和故障后正序電流電壓。

所述步驟(2)中，當(dāng)多端口網(wǎng)絡(luò)形式為以各相為獨(dú)立端口的多端口網(wǎng)絡(luò)時，選擇的計算似功率的電氣量包括但不限于：故障前各端口各相電流電壓相量和故障后各端口各相電流電壓相量。

所述步驟(2)中，對于每一個多端口網(wǎng)絡(luò)，需要每個端口自身的電流量和電壓量同步。

所述步驟(2)中，采集的電流量和電壓量，均為工頻值。

所述步驟(2)中，整定值為整定門檻ε_S，且ε_S大于等于零。

本發(fā)明的有益效果為：

(1)計算方法簡單，無需大量運(yùn)算過程；

(2)采用工頻電氣量，不受分布電容電流和負(fù)荷電流的影響，不需要各端口數(shù)據(jù)同步，無需線路和設(shè)備的參數(shù)，可以用于電力線路和電力設(shè)備的縱聯(lián)保護(hù)，也可以用于廣域繼電保護(hù)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所述的多端口網(wǎng)絡(luò)的示意圖；

圖2為完全換位三相單回交流輸電線路的單線系統(tǒng)示意圖；

圖3為圖2所示線路的多端口網(wǎng)絡(luò)示意圖；

圖4為三機(jī)九節(jié)點三相交流系統(tǒng)的單線系統(tǒng)示意圖；

圖5為圖4所示系統(tǒng)虛線框內(nèi)部分的多端口網(wǎng)絡(luò)示意圖；

圖6為同桿并架不換位三相交流雙回輸電線路的單線系統(tǒng)示意圖；

圖7為圖6所示雙回線路的多端口網(wǎng)絡(luò)示意圖。

具體實施方式：

下面結(jié)合附圖與實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

一種基于特勒根似功率定理的繼電保護(hù)方法，步驟包括：為被保護(hù)線路、設(shè)備或者區(qū)域電網(wǎng)建立兩個符合特勒根似功率定理的多端口網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)成多端口網(wǎng)絡(luò)對，得到兩個多端口網(wǎng)絡(luò)的端口電壓、電流，計算兩個多端口網(wǎng)絡(luò)的特勒根似功率差，實現(xiàn)故障判別。具體包括以下步驟：

步驟1：為被保護(hù)單元建立多端口網(wǎng)絡(luò)對，這里將多端口網(wǎng)絡(luò)對中的兩個網(wǎng)路分別記為網(wǎng)絡(luò)a和網(wǎng)絡(luò)b，網(wǎng)絡(luò)的端口數(shù)量為m，各端口編號為1,2,...,m。如附圖1所示。

步驟2：根據(jù)所建立的多端口網(wǎng)絡(luò)，確定用于計算似功率的端口電流量、電壓量；

步驟3：實時測量、計算多端口網(wǎng)絡(luò)各端口的電流量、電壓量。這里記網(wǎng)絡(luò)a的端口電流量、電壓量分別為網(wǎng)絡(luò)b的端口電流量、電壓量分別為

步驟4：計算多端口網(wǎng)絡(luò)的似功率差：

被保護(hù)單元內(nèi)部無故障時，多端口網(wǎng)絡(luò)對中兩個網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相同，網(wǎng)絡(luò)中對應(yīng)支路的元件參數(shù)相同，根據(jù)特勒根似功率定理，dS等于零；如果被保護(hù)單元發(fā)生內(nèi)部故障，則多端口網(wǎng)絡(luò)對中兩個網(wǎng)絡(luò)在故障處的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)或者元件參數(shù)不同，不再符合特勒根似功率定理的條件，因而dS大于零。

步驟5：考慮到測量誤差、計算誤差以及電磁干擾等因素，整定一個似功率差的門檻值ε_S。將似功率差dS計算值與門檻值ε_S相比較，如果dS大于ε_S，則判斷被保護(hù)單元發(fā)生了內(nèi)部故障；反之，判斷被保護(hù)單元內(nèi)部無故障。

實施例1：

如附圖2所示的完全換位三相單回交流輸電線路，其保護(hù)實施步驟如下：

步驟1：由于線路完全換位，各序網(wǎng)絡(luò)沒有耦合，因而選擇輸電線路的正序網(wǎng)絡(luò)和負(fù)序網(wǎng)絡(luò)作為多端口網(wǎng)絡(luò)對，其多端口網(wǎng)絡(luò)如附圖3所示。以下各步驟中以上標(biāo)p表示正序網(wǎng)絡(luò)電量，上標(biāo)n表示負(fù)序網(wǎng)絡(luò)電量。

步驟2：考慮輸電線路的不對稱故障的保護(hù)，選擇正序電流電壓和負(fù)序電流電壓用于似功率計算(對于對稱故障，可以考慮故障前正序電流電壓和故障分量正序電流電壓等電量，這里不再贅述)。注意，由于是交流輸電線路，因而這里的電流量和電壓量都是復(fù)數(shù)。

步驟3：實時測量、計算多端口網(wǎng)絡(luò)各端口的電流量、電壓量。正序網(wǎng)絡(luò)的端口電流量、電壓量分別為負(fù)序網(wǎng)絡(luò)的端口電流量、電壓量分別為其中上標(biāo)“·”表示相應(yīng)的電量是復(fù)數(shù)。

步驟4：計算多端口網(wǎng)絡(luò)的似功率差：

對于交流系統(tǒng)，計算的是復(fù)功率，是將電壓復(fù)數(shù)量與電流復(fù)數(shù)的共軛量相乘。式中上標(biāo)“*”表示對應(yīng)復(fù)數(shù)的共軛。輸電線路內(nèi)部無故障時，正序網(wǎng)絡(luò)和負(fù)序網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相同，網(wǎng)絡(luò)中對應(yīng)支路的元件參數(shù)相同，根據(jù)特勒根似功率定理，dS等于零。如果輸電線路發(fā)生金屬性單相接地故障，相當(dāng)于在網(wǎng)絡(luò)中增加了一個故障支路。在正序網(wǎng)絡(luò)和負(fù)序網(wǎng)絡(luò)中，故障支路的電壓相等，而電流方向相反，并且電流大小不同，因而dS不等于零。對于其它故障類型和故障參數(shù)，可以進(jìn)行類似分析，這里不再贅述。

步驟5：整定似功率差的門檻值ε_S等于0.1倍的輸電線路額定功率，則dS大于ε_S，判斷被保護(hù)的輸電線路發(fā)生了內(nèi)部故障。

實施例2：

如附圖4所示的三機(jī)九節(jié)點三相交流系統(tǒng)，系統(tǒng)中各輸電線路都經(jīng)過完全換位，考慮如圖中虛線所示的區(qū)域電網(wǎng)的廣域保護(hù)，其保護(hù)實施步驟如下：

步驟1：由于線路完全換位，各序網(wǎng)絡(luò)沒有耦合，選擇故障前的正序網(wǎng)絡(luò)和故障分量的正序網(wǎng)絡(luò)作為多端口網(wǎng)絡(luò)對，其多端口網(wǎng)絡(luò)如附圖5所示。

步驟2：故障前正序網(wǎng)絡(luò)選擇故障前的正序電流電壓(以下步驟中用上標(biāo)b表示)，故障分量的正序網(wǎng)絡(luò)選擇故障分量正序電流電壓(以下步驟中用上標(biāo)f表示)，用于似功率計算。注意，由于是交流輸電線路，因而這里的電流量和電壓量都是復(fù)數(shù)。

步驟3：實時測量、計算多端口網(wǎng)絡(luò)各端口的電流量、電壓量。故障前的正序網(wǎng)絡(luò)的端口電流量、電壓量分別為故障分量正序網(wǎng)絡(luò)的端口電流量、電壓量分別為其中上標(biāo)“·”表示相應(yīng)的電量是復(fù)數(shù)。

步驟4：計算多端口網(wǎng)絡(luò)的似功率差：

對于交流系統(tǒng)，計算的是復(fù)功率，是將電壓復(fù)數(shù)量與電流復(fù)數(shù)的共軛量相乘。式中上標(biāo)“*”表示對應(yīng)復(fù)數(shù)的共軛。被保護(hù)區(qū)域電網(wǎng)內(nèi)部無故障時，故障前正序網(wǎng)絡(luò)和故障分量正序網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相同，網(wǎng)絡(luò)中對應(yīng)支路的元件參數(shù)相同，根據(jù)特勒根似功率定理，dS等于零。如果被保護(hù)區(qū)域電網(wǎng)內(nèi)部發(fā)生金屬性三相短路故障，相當(dāng)于在網(wǎng)絡(luò)中增加了一個故障支路。在故障前正序網(wǎng)絡(luò)中，故障支路的電壓是故障前線路電壓，電流為零；而在故障分量正 序網(wǎng)絡(luò)中，故障支路的電壓等于負(fù)的故障前線路電壓，而電流是一個很大的值，因而dS不等于零。對于其它故障類型和故障參數(shù)，可以進(jìn)行類似分析，這里不再贅述。

步驟5：整定似功率差的門檻值ε_S等于0.1倍的系統(tǒng)正常傳輸功率，則dS大于ε_S，判斷被保護(hù)的區(qū)域電網(wǎng)發(fā)生了內(nèi)部故障。

實施例3：

如附圖6所示的同桿并架不換位三相交流雙回輸電線路，其保護(hù)實施步驟如下：

步驟1：由于線路不換位，各相線路之間的互感和分布電容不相等，因此選擇以兩回線路各相電路作為獨(dú)立的端口構(gòu)造多端口網(wǎng)絡(luò)，選擇故障前的多端口網(wǎng)絡(luò)和故障后的多端口網(wǎng)絡(luò)作為多端口網(wǎng)絡(luò)對，其多端口網(wǎng)絡(luò)如附圖7所示。

步驟2：選擇故障前的各相電流電壓量(以下步驟中用上標(biāo)bf表示)和故障后的各相電流電壓量(以下步驟中用上標(biāo)af表示)用于似功率計算。注意，由于是交流輸電線路，因而這里的電流量和電壓量都是復(fù)數(shù)。

步驟3：實時測量、計算多端口網(wǎng)絡(luò)各端口的電流量、電壓量。故障前網(wǎng)絡(luò)的端口電流量、電壓量分別為故障后網(wǎng)絡(luò)的端口電流量、電壓量分別為其中上標(biāo)“·”表示相應(yīng)的電量是復(fù)數(shù)。為了表述方便，將電量的下標(biāo)做了簡化，其中下標(biāo)1～3代表M側(cè)Ⅰ回線路的A、B、C三相；4～6代表M側(cè)Ⅱ回線路的A、B、C三相；7～9代表N側(cè)Ⅰ回線路的A、B、C三相；10～12代表N側(cè)Ⅱ回線路的A、B、C三相，參見附圖7。

步驟4：計算多端口網(wǎng)絡(luò)的似功率差：

對于交流系統(tǒng)，計算的是復(fù)功率，是將電壓復(fù)數(shù)量與電流復(fù)數(shù)的共軛量相乘。式中上標(biāo)“*”表示對應(yīng)復(fù)數(shù)的共軛。輸電線路內(nèi)部無故障時，故障前網(wǎng)絡(luò)和故障后網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相同，網(wǎng)絡(luò)中對應(yīng)支路的元件參數(shù)相同，根據(jù)特勒根似功率定理，dS等于零。如果輸電線路發(fā)生Ⅰ回線路A相對Ⅱ回線路B相的金屬性短路故障，相當(dāng)于在網(wǎng)絡(luò)中增加了一個故障支路。在故障前網(wǎng)絡(luò)中，故障支路的電壓是故障前線路的線電壓，電流為零；而在故障網(wǎng)絡(luò)中，故障支路的電壓等于零，而電流是一個很大的值，因而dS不等于零。對于其它故障類型和故障參數(shù)，可以進(jìn)行類似分析，這里不再贅述。

步驟5：整定似功率差的門檻值ε_S等于0.1倍的輸電線路額定功率，則dS大于ε_S，判斷被保護(hù)的雙回線路發(fā)生了內(nèi)部故障。

上述雖然結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式進(jìn)行了描述，但并非對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護(hù)范圍以內(nèi)。