基於廣域測量系統的多端高壓輸電區域後備保護方法

2023-06-15 05:09:01 1

專利名稱：基於廣域測量系統的多端高壓輸電區域後備保護方法
技術領域：
本發明屬於電力系統繼電保護技術領域，具體地說是涉及一種基於廣域測量系統的多端高壓輸電區域的後備保護方法。
背景技術：
電網發生故障後，電力系統中的線路保護用於實現對故障線路的自動和快速切除 並隔離故障，以保證人身和設備安全以及無故障部分的正常運行。線路的主保護根據線路 的就地信息，在故障時即刻跳開就地斷路器，切除就地線路，隔離故障。線路的後備保護用 於在線路主保護失靈或線路斷路器失靈的情況下，跳開本地或其他線路的斷路器實現線路 故障的隔離。然而，隨著電網結構日趨複雜，運行方式日益靈活，基於本地信息來進行決策 和判斷的傳統後備保護存在著諸多缺陷①後備保護配合關係複雜，動作時間長，嚴重時有 可能不滿足系統穩定性所要求的極限切除時間，進而成為大電網的安全隱患；②後備保護 配置與整定的難度大，且不能跟蹤系統運行方式的變化，甚至有可能出現保護失配或靈敏 度不足的情況；③當運行方式變化時，為保證遠後備保護的選擇性，定值計算工作量巨大， 在超高壓電網中甚至有可能無法配合；每一元件上往往配置多種後備保護，使得保護構成 複雜，成本增加。因此，在複雜電網環境下，審視後備保護存在的問題，研究新的後備保護原 理與配置方案是保障電網安全的重要內容。高壓輸電線路是電網正常運行的大動脈，既擔負著傳送巨大功率的任務，又是各 大電網聯網運行的紐帶，其運行可靠性影響著整個電網的供電可靠性，同時又是電力系統 中發生故障最多的地方。若後備保護誤切除正常高壓線路，將導致該線路上大量功率發生 轉移，進而容易引起其他線路上後備保護因被保護線路過負荷而誤動，從而加速系統崩潰， 導致大面積長時間停電事故的發生。2003年8月14日的美加大停電事故就是由於美國俄 亥俄州北部Akron到Cleveland之間的4條聯絡線因過負荷被後備保護切除而快速擴展。 2006年7月1日，500kV嵩山至鄭州兩回輸電線路因故障後保護誤動相繼切除，直接造成豫 西、豫中多條220kV線路因過載而被後備保護切除，導致豫西大停電。因此，研究主幹高壓 輸電區域廣域後備保護原理具有重要的實踐意義。隨著廣域同步相量測量技術的出現以及計算機處理能力的提高，使得集中獲得區 域電網多點的同步電氣量，並進行集中分析決策成為可能。本發明將利用多端高壓輸電區 域的廣域測量系統，通過增加集中決策伺服器以及遠方控制執行系統實現基於廣域信息的 多端高壓輸電區域的後備保護。避免因為故障後保護誤動作而造成大面積停電的故障。

發明內容
本發明的目的在於提供一種基於廣域測量系統的多端高壓輸電區域後備保護方 法，利用多端高壓輸電區域的廣域測量系統，通過增加集中決策伺服器以及遠方控制執行 系統實現基於廣域信息的多端高壓輸電區域後備保護。本發明的目的是通過以下技術方案實現
首先利用多端高壓輸電區域現有的廣域測量系統實現對該區域所有安裝有相量 測量單元節點的電壓、電流相量的同步實時量測，經WAMS主站及廣域後備保護伺服器的計 算分析，準確確定具體的故障相和故障線路，並下發控制命令到該區域內各線路的執行子 站。具體步驟如下(1)制定相量測量單元配置方案，各相量測量單元實時量測安裝點處的電壓、電流 相量，根據實時量測的電壓、電流相量計算得到電壓、電流的幅值和相位，並把幅值、相位計 算結果以及斷路器位置、刀間位置等狀態量及相應時刻的時標通過通信網絡上送到主站的 相量數據集中器；(2)廣域後備保護伺服器獲取上述(1)上送到主站相量數據集中器的數據進行計 算分析，採用廣域電流差動保護檢測保護區內是否發生故障，若發現保護區域內發生故障， 則確定具體的故障相別和過渡電阻情況，並根據故障線路選擇方法準確確定故障線路；當 確定故障線路和故障相別後，主站立刻向故障線路上的執行子站發出跳閘命令；(3)利用通訊系統和主站判斷決策系統的固有延遲，實現線路傳統主保護、線路傳 統後備保護與基於廣域測量系統的多端高壓輸電區域後備保護的時間配合。本發明提出的廣域線路後備保護系統的主要特徵如下(1)所述多端高壓輸電區域是一條由外埠配置相量測量單元、內部不配置相量 測量單元且含多個支路的輸電線路即類似T形輸電線路，或者是由配置相量測量單元節點 所圍成的包含多條輸電線路的電網區域，該區內母線節點未配置相量測量單元。(2)多端高壓輸電區域的相量測量單元配置方案指在多端高壓輸電區域最外圍各 變電站配置相量測量單元，多端高壓輸電區域內部各變電站不配置相量測量單元。(3)數據通信系統通信網絡採用電力數據乙太網也可採用專線，實時採集的同 步相量數據採用TCP協議傳輸，而主站廣域後備保護伺服器下發的控制命令採用UDP協議 傳輸。測量數據到主站的延遲不超過150ms，控制命令發出到執行子站，延遲不超過50ms。(4)廣域後備保護功能包括保護區內故障檢測和故障支路選擇，實現方法如下a)廣域後備保護決策伺服器實時根據主站採集到的各相量測量單元安裝點處的 電壓、電流相量，採用廣域電流差動保護檢測保護區內是否發生故障，當發現保護區域內發 生故障則確定具體的故障相別和過渡電阻情況。b)上述步驟(a)中的廣域電流差動保護包括廣域全電流差動保護和廣域故障分 量差動保護，二者相互補充用於承擔多端高壓輸電區域的內部故障檢測任務，其中，廣域全 電流差動保護指廣域後備保護伺服器對各相量測量單元上送的實時量測數據直接進行相 序變換，選取多端高壓輸電區域的中心位置為參考點，基於分布參數模型，由多端高壓輸電 區域的首末端各序分量分別向參考點推算得到參考點處的各序差動電流和各序制動電流， 然後合成得到各相對應的差動電流和制動電流，最後利用比率制動特性構成全電流差動保 護；廣域故障分量電流差動保護指廣域後備保護伺服器計算各相量測量單元安裝點處的 正、負、零序電壓故障分量和正、負、零序電流故障分量，選取多端高壓輸電區域的中心位置 為參考點，基於分布參數模型，由多端高壓輸電區域的首末端各序故障分量分別向參考點 推算得到參考點處的各序故障分量差動電流和各序故障分量制動電流，然後合成得到各相 對應的故障分量差動電流和故障分量制動電流，最後利用比率制動特性構成故障分量電流 差動保護。
c)當檢測到保護區域內發生故障，則根據故障線路選擇方法準確確定故障線路， 然後主站向故障線路的執行子站發送動作命令，向保護區內其他正常線路的執行子站發送 閉鎖命令，其中，故障線路選擇方法指基於分布參數模型，由各端正序分量分別向參考端 推算求出故障線路選擇方程的解xIK(I = 1，…，N)，若xIK(I = 1，…，N)之間滿足Xik < X 2E < · · · < Xke < xK+1R = · · · = xNR，貝丨J ρκ+1ρκ 線路故障；若 xIK(I = 1，...，Ν)之間 滿足 X 1Κ < X 2Ε < · · · X K-IE < X Κ+1Ε = · · · = XNE < X KR，貝1J Kpk 線路故障；其中 R 為參考 端，N為多端高壓區域最外圍的節點總數。d)上述步驟(C)中的故障線路選擇方程指基於分布參數模型的雙端線路同步 故障測距方法，其表達式為y _lnb]其中』ILv ^7 η 1 M JrV 7 ,, 1
fi = iexp(-ri/P| R)[f/P2P[ +Zc,^]-I[t/R-Zc,/R]; xIK 為由 I 端正序分量向參考端 R推算得
到的故障線路選擇方程的解，t>R、&為參考端R的正序電壓、電流A，r為P1節點到參考端 R的距離力P2,P1、仏為由I端正序分量向P1節點推算得到的P1節點電壓、P1節點出口電流； Zcl, Y工為輸電線路正序波阻抗和傳播常數。
上述在主站後備保護決策伺服器中實現後備保護的計算分析時間不超高200ms。(5)執行子站執行子站的核心由與邏輯跳閘控制器構成，其輸入是斷路器的開 合狀態(開為0，合為1)和來自於廣域後備保護主站的跳閘信號(正常為0，跳閘為1)，只 有當斷路器的開合狀態和來自於廣域後備保護主站的跳閘信號輸入全為1時，與邏輯跳閘 控制器輸出為1，才跳開相應的線路斷路器。本發明基於廣域測量系統實現多端高壓輸電區域後備保護，最多可在200毫秒內 做出決策並送達各執行子站。傳統線路後備保護為了實現選擇性而採取分段階梯時延的方 法，通常一級階梯時延就需要500毫秒，多級時延可能高達數秒。因此，本發明動作速度慢 於線路主保護，快於基於本地量決策的傳統線路後備保護。從而，可在保留傳統主幹高壓輸 電區域線路主保護和傳統線路後備前提下，在二者之間增加一道新防線，即本發明所提出 的基於廣域測量系統的多端高壓輸電區域後備保護方法。


圖1為本發明中基於廣域測量系統多端高壓輸電區域的後備保護總體方案示意 圖；圖2為本發明中主站和執行子站結構示意圖；圖3為本發明中基於廣域測量系統多端高壓輸電區域後備保護功能計算分析示 意圖；圖4a為本發明中PK+1PK線路故障時多端高壓輸電區域示意圖；圖4b為本發明中KPk線路故障時多端高壓輸電區域示意圖；圖4c為本發明中PhPih線路故障時多端高壓輸電區域示意圖；圖4d為本發明中HPh線路故障時多端高壓輸電區域示意圖；圖5為本發明中PK+1PK線路故障時ΡΚ+1ΡΚ線路的正序序網圖6為PK+1PK支路、KPk支路故障時xIK(I = 1，2，3，......，N)之間滿足的關係；圖7為5端高壓輸電單相模型示意圖。
具體實施方式

下面結合附圖和實例對本發明作進一步詳細的說明。本發明的總體設計方案見圖1所示。圖1所示的多端高壓輸電區域可以是一條由 外埠配置相量測量單元、內部不配置相量測量單元且含多個支路的輸電線路即類似T形 輸電線路，或者是由配置相量測量單元節點所圍成的包含多條輸電線路的電網區域，該區 內母線節點未配置相量測量單元。本發明的主站和執行子站的詳細結構見圖2所示。在多端高壓輸電區域設置廣域 後備保護主站，通常可利用現有的廣域測量系統的通信網絡和主站的數據集中處理單元。 在被保護區域的最外圍各變電站設置相量測量單元，被保護區域內各變電站不設置相量測 量單元，並在被保護區域內各條線路設置執行子站。主站和子站之間通過電力系統的電力 數據網或帶寬的專用數據通道進行通信。建議對量測數據採用TCP協議傳輸，對控制命令 採用UDP協議傳輸，以保證命令執行的快速性。多端高壓輸電廣域後備保護的具體實現過程如下(1)各相量測量單元每隔IOms進行一次相量計算，根據電壓、電流的錄波值計算 得到電壓、電流的幅值和相位，並把幅值和相位計算結果以及斷路器位置、刀間位置等狀態 量及相應時刻的時標通過網絡上送到主站的相量數據集中器。(2)主站的相量數據集中器實現相量數據的接收，並通過實時資料庫和歷史數據 庫實現數據的存儲、查詢、調用和維護。廣域測量系統主站的廣域後備保護伺服器以IOms 為周期從實時資料庫獲取被保護區域的斷面數據，採用廣域電流差動保護檢測保護區域內 是否發生故障。若廣域電流差動保護動作，說明被保護區域內存在故障，並準確確定具體的 故障相別和過渡電阻大小情況。當發現並確定被保護區內發生故障後，採用故障選擇方法 準確確定具體的故障線路。然後，主站立刻向故障線路的執行子站的控制裝置發出跳閘命 令。本發明中主站後備保護決策伺服器的計算分析見圖3所示，具體實現過程如下一、內部故障檢測保護區域外圍端節點編號時滿足Qpn4 >V,,Pn Aa Μ,ρ,且各節點編號為1，...， N。由N端電壓[>ν、Ν端電流/Ν推算Pim節點電壓[>Ρν4和出口電流根據式⑴算得。
由Pim節點電壓"pn_,、Pim節點出口電流推算PN_2節點電壓& .2和PN_2節點出 口電流『.2根據式⑵算得。 依次類推，推算出PK+1節點電壓、PK+1節點出口電流I，且滿足 其中，lpK+1,pK表示線路PK+1PK之間的距離；r點為參考點；1K,PK表示線路KPk之間的 距離。1)PK+1PK 支路故障圖4a為本發明中PK+1PK線路故障時多端高壓輸電區域示意圖。圖5為PK+1PK線路 故障時PK+1PK線路的正序序網圖。由PK+1節點電壓&pk+1、出口電流推算PK節點電壓 和出口電流『根據式(3)算得。 其中
； lf表示故障點f距PK+1節點的距離依此類推，在參考點r處滿足 其中，PT節點流向r點的實際電流，％為r點的實際電壓。同理，由R端電量向參考點r處推算可得二/Pti, ^r=Ur又由於在參考點r處滿足/Pt, +/ ，=0，所以此時在參考點r處(物理意義上r點 為一高斯點)基於基爾霍夫電流定律構成廣域電流差動保護，其制動量和差動量分別為 若保護區內正常，此時/D,.= |/pT ,r + /PT.i,,.卜 0，/Br = ，r - /Ρτ-丨,rI = \2IxJoadI，其中 itJoad 為流 經r點的負荷電流分量。2) KPk支路故障圖4b為KPk線路故障時多端高壓輸電區域示意圖。由上述式(1)中推導可知，在 Pk節點處滿足~ = +lA Ajk。其中、,.『為PK+1PK支路上由Ρκ+1點流至Pk 點的實際電流。於是算得&= +/Ρκ+ι,Ρκ 二 k coshy, (/f -/κ,Ρκ )由Pk節點處電壓〃Ρκ、節點出口電流^繼續向參考點r處推算，可得
/;T;r=4,,+/fCOsh[/,(/PKPK] +『,』 +…+ / 』 +、』,.！!(^!
UPr,=Ur+i{Zc] sinh[ri(/PK PK i +/Ρκ |』Ρκ 2 + …+ /Ρτ+ι，Ρτ +/PT,r)]coSh[;^(/f -/ΚΡκ)]同理，由R端電量向參考點r處推算可得= /pT.1>r Aw = Ur於是，在參考點r處基於基爾霍夫電流定律構成廣域電流差動保護，其制動量和 差動量分別為
7D, =I^p1,,-+A,,J =I Ou + Λ-2)COShfx1 (/Ρκ Ρκ, +/Ρκ_Λ 2 +... + /Ρ +,;Ρ +/ρ >Γ)]cosh[Xl(/f -/Κ,ρκ)] +/f0cosh[r0(/PK PK ] +/ρκ_ι>ρκ_2 +... + /ρτ+ι,ρτ +/PT』r)]cosh[,0(/f -/ΚιΡκ)]|
7Br = IyP1,r — Α. J H (4 + (2)( κ Ρκ ι + /ρκ_ ρ[4_2 +... + / Λ + /pr,r)]cosh[ri(lf — )] + Ifo cos1i[70(/Pk Pk ]+、—丨 + …Η,.+ιΛ +/P|:,r)]cosli[,0(/f -/K.pK)]-2/r>w I其中，If表示故障點f距K端節點的距離。3) PhPih 支路故障圖4c為PhPih線路故障時多端高壓輸電區域示意圖。由上述式⑷可得，PhPih支 路故障時，由R端電量向參考點r處推算，存在式(6)關係。
1H cosh[yi(/f —/Ph』Phi —/Ph+i Ph -…-、』Pt.2 -/ρ,.,,)]
i . · . (6)其中，If表示故障點f距Pih節點的距離。同理，由N端電量向參考點r處推算可得『廣、，r於是，在參考點r處基於基爾霍夫電流定律構成廣域電流差動保護，其制動量和
差動量分別為
1D,. = KrH On +4)cosh[/,(/f-/Ρη,Ρηι -/ρΗ+ ρΗ -...-/ρτ. ρτ.2 -/ρτ.,,)] + 4 COShfx0(/f -/Ρη,Ρηι —/Ρη+1，Ρη -…人,Ρτι -/Ρτ. ,-)]Ι+/f2)cosh[7l(/f _/PhA| -/pH+[ft -…』 —U + 4 cosh[,。(/f-/PHPHi -zPh,, ,Ph — ... — 1P^ ,PT.2 —、., ,r )] - 2Kjoad I4) HPh支路故障圖4d為HPh線路故障時多端高壓輸電區域示意圖。由上述式(5)可得，HPh支路 故障時，由R端電量向參考點r處推算，存在式(7)關係。
j(』,.=Aw cosh[ri(/PH+iPH +/Ph+2 Ph+| +". + /Pt—卜Pt2 +/pTi,r)]cosh[7l(/f —/HPh)] [Up^r=Or+i{Zclsmh[ri(lPH^ti +/WPh+i + …+ /Ρ_Ρτ_2 +/pTi,r)]cosh[ri(/f -IupJ]同理，由N端電量向參考點r處推算可得r = Av Vf r = Π
rT'rr於是，在參考點r處基於基爾霍夫電流定律構成廣域電流差動保護，其制動量和差動量分別為I0r-|/;(,,+4,,,,-|H(/n+4)cosh[r](/Pi|+iPi| H_Ph+i +...+^pim,P|,2 +/pT|jl.)]cosh[r](/f-/H PH)] + /f0 COsh[,。(/PH+i』PH +/Ph+2』Ph+| +...+V pt-2 +、丨』r)] cosh[r0 Uf - ^h1Ph )] IIBr = |/;τ,ΓH (4 +/f2)COSh^1 (/Ph+|jPh +/pH+2>pH+| +...+/Ρτ_.,，Pt_2 + /pT_,)] COSh[；K〗(/f — IH Ph )] + Ifo cosh[,0 (/pH+| P11+/Ph+2』Ph+, +... + /Pti,Pt2 +/PTi r)]cosh[70(/f -/H>pH)]-2/r>w I其中，If表示故障點f距H端節點的距離。上述分析中的N、T、T-I、I、I-I、K+1、K、K-I、H、H-I表示多端高壓輸電區域外埠 節點的編號；PK+1、PioPk+Pp P1YPPPH JhJih表示多端高壓輸電區域內部節點的編號。上述分析了不同線路故障時，由N端和R端向r點推算所得的差動量和制動量情 況。於是，在r點採用比例制動特性判斷故障相別。當發生高阻接地故障時，可採用零序電 流分量構成零序電流差動保護。高阻接地故障時，因負荷電流影響，上述廣域全電流差動保護可能無法正確動作， 由零序分量差動保護動作跳開三相。這樣雖能切除故障，但跳開了正常相，造成了不必要的 保護動作行為發生。在非全相運行時零序電流差動保護必須退出，此時若再發生高阻接地 故障，保護將出現拒動而無法及時地切除故障。由上述推導過程可知，當利用各序故障分量 替代前文相應的各序全電流分量時，上述推導過程依然成立。因此，本發明考慮引入故障分 量並在上述推導基礎上，提出一種廣域故障分量電流差動保護，即利用故障分量替代上述 相應的全電流分量，即利用故障分量正序分量代替正序分量、故障分量負序分量代替負序 分量、故障分量零序分量代替零序分量。廣域故障分量電流差動保護判據與廣域全電流差 動保護判據相同，都採用比例制動特性判別故障相別。因故障分量本身的特點該廣域故障分量電流差動保護適用於故障後兩周內，故障 40ms後將退出運行，由廣域全電流差動保護承擔保護任務，因此，本發明所提出的廣域故障 分量電流差動保護與廣域全電流差動保護相互補充用於承擔多端高壓輸電區域的內部故 障檢測。
二、故障線路選擇方法1)PK+1PK 支路故障當由1(1彡K+1)端向參考端R推算求故障點距參考端R的距離xIK時，參考點r 選在&節點處時，由式(4)即可得式(8)。 其中，T = K+1，K，…，2;lf表示故障點f 距PK+1節點的距離。於是，構造故障線
路選擇方程如式(9)。 由式⑶和式(9)可得 實際應 用中由
求得 x
2,丨
I R
(9) (10)
。 其 -， 當由I (I彡K)端向R端推算求故障點f距參考端R的距離x IK時，由Pi節點電 壓、、出口電流々推算節點電壓Gpy和出口電流如式(11)所示。
按式(11)依次遞推，繼續向Pt(T< I 節點推算，此時&節點電壓和出口電 流存在式(12)關係。
其中，T = I，I-1，…，2 ;lf表示故障點f距PK+1節點的距離由式(12)和式(9)可得;Tm =/p P|, +/p, P,2
■ + p,R'
(13) 綜上式(10)和式(13)可得，線路PK+1PK故障時，由各端電量向參考端R推算所得 故障線路選擇方程的解之間存在關係 x 1E < x 2E < . . . < x KE < x 2)亞1 支路故障當由1(1彡K+1)端向參考端R推算求故障點距參考端R的距離xIK時，式(5)中 r點選為PT點時可得 2 ; lf表示故障點f距K端節點的距離t由式(15)和式(9)可得^^二『禮丨+『小知+…+ ^^+糸及』 I2K + 1(16)當由K端向參考端R推算求故障點距參考端R的距離乂^時，由式⑷可得&節 點電壓和出口電流如式(17)所示。
f/p p =uP
tp p + /p p +
^K^K-I 1 K-l 'JK-2
Pt.Pt-i
一/f)]
/fZcl sinh[^(/KPK +/P| K, =k, +Acosh[7,(/KPK +/Pk,Pki +/Pki 』 Pk2 + …+ /Pt』Pt—, —/f)]
其中，T = K，K-l，…，2;lf表示故障點f 距K端節點的距離< 由
式
Zkr
(1 7 .+ ,P2VP
+、，R —h
和
式 (18)
9
(17)
可
得 當由1(1 <K)端向R端推算求故障點f 距參考端R的距離xIK時，PT節點電壓和
出口電流為
+/Pt Pt Jcosl^/f -/K, pjcosh/, (/pk, Pk_丨
其中，T = I，I-1，* ，2 ;lf表示故障點f距PK+1節點的距離。 由
Zir P,., +ipH, P,.2
式
和
. + ,P2, P! +、，R，I <K
t o
式2
可 得上述分析中的仏億！「-「^-^+^、^、!!、!^表示多端高壓輸電區域外埠 節點的編號；PK+1> PK> PK-1> Pl> Pi-1> PT> PT-1> PH> PH-1表示多端高壓輸電區域內部節點的編號。綜上式(16)、式(18)和式(20)可得，線路亞1 故障時，由各端電量向參考端R推 算所得故障線路選擇方程的解之間存在關係 x 1E < x 2E < . . . xK_1K <
X K+1E
X NE< XKE (21) 圖6給出了 PK+1PK支路、KPk支路故障時xIK(I = 1，2，3，......，N)之間滿足的關係。由圖6和式(14)、式(21)關係可知，通過分析xIK(I = 1,2,3,......，N)之間的關係
即可準確確定具體的故障線路。三、計算結果和分析圖7為5端高壓輸電單相仿真模型示意圖，利用PSCAD仿真軟體搭建此模型。5 端高壓輸電系統內發生不同類型故障時，本發明主站決策伺服器的計算分析結果見表1所
7J\ o由表1結果可以看出，在保護區內不同線路發生不同類型故障時，本發明能準確 確定保護區內的過渡電阻情況、具體故障相別和故障線路，具有良好的可靠性、選擇性、速 動性和靈敏性。(3)執行子站結構見圖2所示。在執行子站控制裝置處，其跳閘執行裝置的核心由 與邏輯跳閘控制器構成，其輸入是斷路器的開合狀態(開為0，合為1)和來自於廣域後備保 護主站的跳閘信號(正常為0，跳閘為1)，只有當斷路器的開合狀態和來自於廣域後備保護 主站的跳閘信號輸入全為1時，與邏輯跳閘控制器輸出為1，才跳開相應的線路斷路器。由於網絡數據傳輸延時以及主站集中計算延時，來自於廣域線路後備保護主站的 即刻跳閘命令會比就地的線路主保護延遲約300毫秒。傳統線路後備保護為了實現選擇性 而採取分段階梯時延的方法，通常一級階梯時延就需要500毫秒，多級時延可能高達數秒。 因此，本發明動作速度慢於線路主保護，快於基於本地量決策的傳統線路後備保護。由此實 現線路主保護、本發明和傳統線路後備保護的配合。表1 保護區內發生各種故障類型時後備保護決策服務的計算分析結果以上所述，僅為本發明較佳的具體實施方式
，但本發明的保護範圍並不局限於此， 任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術範圍內，可輕易想到的變化或替換， 都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。
權利要求
一種基於廣域測量系統的多端高壓輸電區域後備保護方法，其特徵在於，利用多端高壓輸電區域的廣域測量系統，通過增加集中決策伺服器以及遠方控制執行系統實現基於廣域信息的多端高壓輸電區域後備保護，即首先利用多端高壓輸電區域現有的廣域測量系統實現對該區域所有安裝有相量測量單元節點的電壓、電流相量的同步實時量測，經主站及廣域後備保護伺服器的計算分析，準確確定具體的故障相和故障線路，並下發控制命令到該區域內各線路的執行子站。
2.根據權利要求1所述的一種基於廣域測量系統的多端高壓輸電區域後備保護方法， 其特徵在於，具體步驟如下(1)制定相量測量單元配置方案，各相量測量單元實時量測安裝點處的電壓、電流相 量，根據實時量測的電壓、電流相量計算得到電壓、電流的幅值和相位，並把幅值、相位計算 結果以及斷路器位置、刀閘位置的狀態量及相應時刻的時標通過通信網絡上送到主站的相 量數據集中器；(2)廣域後備保護伺服器獲取上述(1)上送到主站相量數據集中器的數據進行計算分 析，採用廣域電流差動保護檢測保護區內是否發生故障，若發現保護區域內發生故障，則確 定具體的故障相別和過渡電阻情況，並根據故障線路選擇方法準確確定故障線路；當確定 故障線路和故障相別後，主站立刻向故障線路上的執行子站發出跳閘命令；(3)利用通訊系統和主站判斷決策系統的固有延遲，實現線路傳統主保護、線路傳統後 備保護與基於廣域測量系統的多端高壓輸電區域後備保護的時間配合。
3.根據權利要求1所述的一種基於廣域測量系統的多端高壓輸電區域後備保護方法， 其特徵在於，所述多端高壓輸電區域是一條由外埠配置相量測量單元、內部不配置相量 測量單元且含多個支路的輸電線路即類似T形輸電線路，或者是由配置相量測量單元節點 所圍成的包含多條輸電線路的電網區域，該區內母線節點未配置相量測量單元；多端高壓 輸電區域的相量測量單元配置方案指在多端高壓輸電區域最外圍各變電站配置相量測量 單元，多端高壓輸電區域內部各變電站不配置相量測量單元。
4.根據權利要求1所述的一種基於廣域測量系統的多端高壓輸電區域後備保護方法， 其特徵在於，所述通訊系統採用電力數據乙太網或採用專線，實時採集的同步相量數據採 用TCP協議傳輸，而主站廣域後備保護伺服器下發的控制命令採用UDP協議傳輸。
5.根據權利要求1所述的一種基於廣域測量系統的多端高壓輸電區域後備保護方法， 其特徵在於，所述廣域後備保護包括保護區內故障檢測和故障支路選擇，實現方法如下a)廣域後備保護決策伺服器實時根據主站採集到的各相量測量單元安裝點處的電壓、 電流相量，採用廣域電流差動保護檢測保護區內是否發生故障，當發現保護區域內發生故 障則確定具體的故障相別和過渡電阻情況；b)上述步驟(a)中的廣域電流差動保護包括廣域全電流差動保護和廣域故障分量差 動保護，二者相互補充用於承擔多端高壓輸電區域的內部故障檢測任務，其中，廣域全電流 差動保護指廣域後備保護伺服器對各相量測量單元上送的實時量測數據直接進行相序變 換，選取多端高壓輸電區域的中心位置為參考點，基於分布參數模型，由多端高壓輸電區域 的首末端各序分量分別向參考點推算得到參考點處的各序差動電流和各序制動電流，然後 合成得到各相對應的差動電流和制動電流，最後利用比率制動特性構成全電流差動保護； 廣域故障分量電流差動保護指廣域後備保護伺服器計算各相量測量單元安裝點處的正、負、零序電壓故障分量和正、負、零序電流故障分量，選取多端高壓輸電區域的中心位置為 參考點，基於分布參數模型，由多端高壓輸電區域的首末端各序故障分量分別向參考點推 算得到參考點處的各序故障分量差動電流和各序故障分量制動電流，然後合成得到各相對 應的故障分量差動電流和故障分量制動電流，最後利用比率制動特性構成故障分量電流差 動保護；c)當檢測到保護區域內發生故障，則根據故障線路選擇方法準確確定故障線路，然後 主站向故障線路的執行子站發送動作命令；其中，故障線路選擇方法指基於分布參數模型， 由各端正序分量分別向參考端推算求出故障線路選擇方程的解x IK(I = 1，…，N)，若x IK(I =1，…，N)之間滿足 x 1K < x 2E < . . . < xKE< x K+1E = ... = x 置，則 PK+1PK 線路故障； 若 x IE(I = 1，…，N)之間滿足 x 1E < x 2E < . . . xK_1E < xK+1E = = xNE |1-去[t>R-Zcl/R]; XIK 為由 I 端正序分量向參考端 R 推算得到的故障線路選擇方程的解，C>R、4為參考端R的正序電壓、電流-J狀為Pi節點到參考端R的 距離；"P2,P|、、為由I端正序分量向Pi推算得到的Pi節點電壓、Pi節點出口電流；Zel、Y工 為輸電線路正序波阻抗和傳播常數。
6.根據權利要求1所述的一種基於廣域測量系統的多端高壓輸電區域後備保護方法， 其特徵在於，所述的跳閘執行子站的核心由與邏輯跳閘控制器構成，其輸入是斷路器的開 合狀態(開為0，合為1)和來自於廣域後備保護主站的跳閘信號(正常為0，跳閘為1)，只 有當斷路器的開合狀態和來自於廣域後備保護主站的跳閘信號輸入全為1時，與邏輯跳閘 控制器輸出為1，才跳開相應的線路斷路器。
全文摘要
本發明公開了屬於電力系統繼電保護技術領域的一種基於廣域測量系統的多端高壓輸電區域的後備保護方法。利用多端高壓輸電區域的廣域測量系統，通過增加集中決策伺服器以及遠方控制執行系統實現基於廣域信息的多端高壓輸電區域後備保護，對安裝有相量測量單元節點的電壓、電流相量的同步實時量測，經主站及廣域後備保護伺服器的計算分析，準確確定具體的故障相和故障線路，並下發控制命令到該區域內各線路的執行子站。本發明通過增加集中決策伺服器以及遠方控制執行系統，最多可在200毫秒內做出決策並送達各執行子站，實現基於廣域信息的多端高壓輸電區域的後備保護，避免因為故障後保護誤動作而造成大面積停電的故障。
文檔編號H02J13/00GK101872964SQ201010217048
公開日2010年10月27日 申請日期2010年7月2日 優先權日2010年7月2日
發明者葉東華, 曾惠敏, 林富洪, 王增平, 馬靜 申請人:華北電力大學