[發明專利]一種基于差動有功功率的廣域后備保護方法

有效

• 申請號: 201710532980.3
• 申請日: 2017-07-03
• 公開（公告）號: CN107271851B
• 公開（公告）日: 2019-02-26
• 發明（設計）人: 童曉陽;連文超;余森林
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: G01R31/08
• 分類號: G01R31/08
• 代理公司: 成都點睛專利代理事務所(普通合伙) 51232
• 代理人: 葛啟函

1.一種基于差動有功功率的廣域后備保護方法，其步驟如下：

步驟一、采用間隔布點的PMU布局策略，將電網劃分為成若干區域，將未布PMU的母線、與其相連的各線路以及與其相鄰的各母線組成為一個區域，記為區域Z_k；如果某線路兩端都布置有PMU，則將該線路單獨作為一個區域；

區域Z_k的區域正序差動有功功率定義為：

式(1)中，為區域Z_k內負荷點的有功功率，負荷為恒阻抗模型；

B_k為區域Z_k的邊界母線集合；

為從邊界母線i流入區域Z_k的實測正序有功功率，其計算公式為其中，為邊界母線i的正序電壓，為從母線i流向區域Z_k的正序電流，θ_i為和之間的相角；

基于區域正序差動有功功率的故障區域搜索判據為：

式(2)中，為區域正序差動有功功率閾值，取各正常區域的正序差動有功功率的最大值乘以可靠系數K_rel得到；

當區域Z_k的正序差動有功功率大于正序差動有功功率閾值時，則判斷其為故障區域；

步驟二、對于無分支結構的故障區域，利用布有PMU邊界母線的電壓電流，求取本故障區域中各疑似故障線路的差動有功功率；

對于無分支結構，由布有PMU邊界母線的電壓電流，向中間未布PMU母線推算得到未布PMU母線的兩個正序推算電壓；如果兩個推算電壓幅值的差值較大時，將它們中幅值較小的對應推算路徑所在的線路判別為故障線路；

在發生高阻接地故障時，這兩個推算電壓幅值很接近，此時需要計算各疑似線路的差動有功功率；

在無分支結構下，兩端節點編號為j和k的線路L_jk的差動有功功率P_{D,j_k}定義為，布有PMU母線k流向線路的實測有功功率P_{k_j}與未布PMU母線j流向線路的推算有功功率P′_{j_k}之和：

式(3)中，U_j,i是由另一個布有PMU母線i向未布PMU母線j推算得到的推算電壓的幅值，θ_j,i為的相角；b_jk為線路L_jk的電納；Re表示取所得復數的實部的操作符號；

的計算公式為其中，γ為線路傳播系數，Z_c為波阻抗，x_ij為線路L_ij的長度；

在式(3)中分別代入正序、負序、零序分量，得到線路L_jk的正序、負序、零序差動有功功率

忽略電導，由母線i向母線j推算得到的電壓為則對于線路L_ij，無論它是否發生故障，都有：

在式(3)與(4)中分別代入正序分量，聯立求解，得到線路L_ij的正序差動有功功率

根據無分支結構下正序網絡的電壓相量圖，當線路L_ij上的F點發生故障時，電壓相量圖中分別為i、F、j點故障前電壓，是故障點的正序電壓；

對于大多數故障情景，由故障側母線i向母線j推算得到的正序電壓總是滯后于由正常側母線k向母線j推算得到的正序電壓即得到

由式(5)可得故障線路L_ij的正序差動有功功率

對于正常線路L_jk，在式(3)中代入正序電壓電流，則得到線路L_jk的正序差動有功功率

由于由式(6)可知，正常線路L_jk的正序差動有功功率

因此，故障線路L_ij的正序差動有功功率正常線路L_jk的正序差動有功功率將此作為構建故障線路判據的重要基礎；

步驟三、對于有分支結構的故障區域，先采用動態加權因子法，準確計算出區域中未布PMU母線的估計電壓，再求取故障區域內各線路的差動有功功率；

先由中間未布PMU母線的各側推算電壓的幅值識別出故障線路，在發生高阻接地故障時，各側推算電壓的幅值較接近，此時需要再分別計算各疑似線路的差動有功功率；

故障線路L_ij的差動有功功率P_{D,i_j}定義為：

式(7)中，P_{i_j}是線路L_ij布有PMU的母線i側流向線路的實測有功功率，P′_{j_i}是線路L_ij未布有PMU的母線j側流向線路的推算有功功率，U′_j、θ′_j為未布PMU母線j的估計電壓的幅值和相角；

由布有PMU母線i、k、h向未布PMU母線j推算得到各側推算電壓再將3個推算電壓代入下式，得到母線j的估計電壓

式(8)中，w_i、w_k、w_h為3個推算電壓的加權因子，它們按式(9)計算：

式(9)中，τ為函數f(x)＝e^-τx的調節系數；

式(7)與式(4)分別代入正序分量，聯立求解，可得到故障線路L_ij的正序差動有功功率

由于又由式(10)可得到，故障線路L_ij的正序差動有功功率而其它兩條正常線路L_jk、L_jh的正序差動有功功率均小于零；

步驟四、基于線路差動有功功率的故障線路的三種判據：

1)廣域后備保護故障判據1：

式(11)中，為n個邊界母線向中間未布PMU母線j推算得到的n個推算正序電壓幅值集合，ΔU_set為電壓差值閾值，U_N為母線的額定相電壓；K_set是電壓差值閾值系數；

計算故障區域內中未布PMU母線j的各側正序推算電壓，當各推算電壓幅值的最大值與最小值之差ΔU滿足時，將該故障區域中各推算電壓中最小者對應推算路徑所在的線路L_jx判斷為故障線路；

2)在發生高阻接地故障時，故障區域中未布PMU母線j的各推算電壓幅值較接近，即各推算電壓幅值的最大值與最小值之差ΔU小于電壓差值閾值，不滿足故障判據1；此時，構造和采用故障判據2：

針對無分支結構，根據式(5)，先計算故障區域內兩條線路的正序差動有功功率；

針對有分支結構，根據式(8)、(10)，先計算故障區域內各線路的正序差動有功功率；

設為故障區域中某線路L_xj的正序差動有功功率，為該線路布有PMU側母線x流向線路L_xj的實測正序有功功率；

如果除以的絕對值的數值大于比值閾值K_P，即滿足：

則判斷線路L_xj為故障線路；

式(12)中，K_P為大于零的比值閾值；

3)當故障點靠近線路末端，且過渡電阻很大時，利用判據2也不能準確判斷出故障線路，這屬于極少數情況；此時，構造和采用故障判據3，采用負序、零序分量，分別計算各條線路的負序、零序差動有功功率；

如果故障區域中某線路L_xj滿足下式：

則判斷線路L_xj為故障線路；

式(13)中，K_P為大于零的比值閾值。