一種基於突變量的繼電保護數據同步算法的製作方法
2023-04-24 03:45:21
本發明涉及繼電保護領域，特別是一種基於突變量的繼電保護數據同步算法。
背景技術：
在電力系統發生故障時，各變電站測量故障前後各項電氣量數據，並將數據傳送至保護裝置進行計算處理，一些保護裝置需要收集多個變電站電氣量採樣值數據，以便實現繼電保護和電網穩定控制等功能；數據在傳送過程中，會在通訊數據鏈路中產生延時，而因通訊數據鏈路不同、路由改變、鏈路堵塞的原因，數據的鏈路延時會各不相同，所以，在不同測量點的採樣值數據到達保護裝置時，數據間會存在時間差而失去同步性，對於電力系統來說，數據間有時間差就等於存在相位差，保護裝置在計算故障數據時會因此而產生較大誤差，導致保護裝置誤動和拒動。
通常的數據同步方法包括北鬥或gps衛星時間信號同步法、通道時鐘校正法等，這些方法都要假定通道數據的鏈路固定且延時不變，然後確定各數據間的固定時差實現同步，一旦數據鏈路改變或失去同步，就必須重新進行同步操作，而如果此時系統發生故障，保護裝置將因為數據失去同步而無法正確計算故障，勢必導致保護拒動或誤動。
技術實現要素：
本發明所要解決的技術問題是提供一種基於突變量的繼電保護數據同步算法，根據電力系統短路故障採樣數據波形突變特徵，計算出各採樣數據的故障突變時刻，並由此補償其時間差，實現採樣數據同步。
為解決上述技術問題，本發明所採用的技術方案是：一種基於突變量的繼電保護數據同步算法，包括以下步驟：
步驟一，保護裝置收集發生短路故障時各數據點的採樣數據；
步驟二，分別計算各數據的突變量的故障突變時刻；
步驟三，根據數據的故障突變時刻，補償各採集值之間的傳輸時間誤差，實現故障數據序列同步；
步驟四，採用重新同步後的採樣值計算故障後的差動電流和制動電流。
優選的，所述採樣數據包括各相電壓、電流、零序電壓以及零序電流。
優選的，所述步驟三包括以下步驟：
若包含m端採樣數據，在n時刻發生故障，保護裝置實際接收到j端n時刻電流數據序列為ij(kj)，其數據傳輸延時為：
δtj＝kj-n(12)
通過計算各端數據突變量時刻，可計算所接受i端電流序列ii(ki)與ij(kj)的時間差，
δtji＝kj-ki(13)
序列ii(ki)滯後於ij(kj)的時間為δtji，補償序列ii(ki)與ij(kj)的時間差δtji，得到新的i端電流序列ii(n+δtji)，同理計算其他各端電流補償後電流序列，再與j端電流序列ij(kj)計算其差動電流：
本發明提供一種基於突變量的繼電保護數據同步算法，通過計算各端電流序列的突變量時刻，補償因傳輸鏈路延時導致的時間差，消除各端電流序列的附加相位誤差，可使各端電流序列重新實現同步，保護裝置能夠正確地計算故障後的差動電流、判斷故障區段，避免因數據傳輸鏈路延時誤差導致保護裝置錯誤動作。
附圖說明
下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明：
圖1為本發明的方法流程圖；
圖2為本發明突變量數據同步算法示意圖。
具體實施方式
電氣量突變量計算方法：
δfk＝|fk-fk-n|-|fk-n-fk-2n|(1)
其中，δfk，fk，fk-n，fk-2n分別是電壓、電流採樣值序列的突變量、k時刻採樣值、k-n時刻採樣值、k-2n時刻採樣值。
多端縱聯差動保護計算保護區域各支路的差動電流id與制動電流ir為：
其中，ij是支路j電流。
在系統正常運行和區外故障時，理想條件下的差動電流值為0，實際值為測量誤差等因素帶來的不平衡電流，而制動電流較大；在系統發生區內故障時，差動電流值為各支路提供的故障電流之和，其值較大，保護應滿足動作方程，可靠動作：
其中，kr是制動係數，iop是啟動電流。
多端縱聯差動保護運用光纖網絡傳遞採樣信號，信號在光纖中的傳播速度約為真空中光速的2/3,信號延時約為5μs/km，而信號在轉換、加工、中繼及交換機等環節中還要產生附加延時。
對於需要採集大範圍多點數據的多端縱聯差動保護，因數據鏈路距離遠、通訊堵塞、數據丟包、路由切換等原因，來自各支路的採樣數據容易失去同步而產生相位差，數據間的延時時間差與相位差的關係為：
正常運行或區外故障時，兩個大小為im電流向量因延時誤差產生的相位誤差不平衡差動電流和制動電流為：
動作方程：
區內故障時，延時誤差也會給差動電流計算帶來誤差，差動電流和制動電流為：
動作方程：
對於雙端線路，若差動電流id與制動電流ir為：
那麼，區外、區內故障時的實際動作方程為：
由於正切函數值大於正弦，採用此動作方程在區外故障時更容易誤動作。
如圖1所示，一種基於突變量的繼電保護數據同步算法，包括以下步驟：
步驟一，保護裝置收集發生短路故障時各數據點的採樣數據；
步驟二，分別計算各數據的突變量的故障突變時刻；
步驟三，根據數據的故障突變時刻，補償各採集值之間的傳輸時間誤差，實現故障數據序列同步；
步驟四，採用重新同步後的採樣值計算故障後的差動電流和制動電流。
優選的，所述採樣數據包括各相電壓、電流、零序電壓以及零序電流。
優選的，所述步驟三包括以下步驟：
若包含m端採樣數據，在n時刻發生故障，保護裝置實際接收到j端n時刻電流數據序列為ij(kj)，其數據傳輸延時為：
δtj＝kj-n(12)
通過計算各端數據突變量時刻，可計算所接受i端電流序列ii(ki)與ij(kj)的時間差，如圖2(a)所示：
δtji＝kj-ki(13)
序列ii(ki)滯後於ij(kj)的時間為δtji，補償序列ii(ki)與ij(kj)的時間差δtji，得到新的i端電流序列ii(ki+δtji)，同理計算其他各端電流補償後電流序列，再與j端電流序列，再與j端電流序列ij(kj)計算其差動電流：
如圖2(b)所示，ii(ki+δtji)為經過電流突變量時刻補償各側傳輸時間誤差後的其他側電流採樣值，其實現數據重新同步後，可與本側電流採樣值ij(kj)進行差動電流和制動電流計算。
多端縱聯差動、廣域差動等原理的保護需採集多端採樣數據進行故障區間判斷，各端數據傳輸鏈路距離遠、環節多、路由不同，在數據傳輸過程中，可能因數據風暴而發生鏈路阻塞和自愈性重構，因此，各端數據的傳輸會有較大延時，且具有一定不確定性，會導致保護裝置接收的採樣數據間出現較大延時誤差而產生相位差，差動電流計算產生較大誤差，在系統中發生短路故障時，保護裝置無法正確判斷故障區間而錯誤動作。
對於超高壓、特高壓系統來說，其輸電距離長、數據通訊量大、數據鏈路複雜，構成多端縱聯差動原理保護的端點和正常的通訊鏈路是固定的，而構成廣域差動原理保護的端點和正常的通訊鏈路可能都不是固定的，各端採樣數據間出現較大延時誤差的可能性更高，保護裝置不能而錯誤動作的可能性也更高。
本文提出的多端縱聯差動保護突變量數據同步算法，利用故障電流採樣數據的突變時刻，實現失去同步性的各端採樣數據的重新同步，保證保護裝置對故障區間的正確判斷，提高多端縱聯差動保護、廣域差動保護的可靠性，經過原理分析和仿真驗證，證明了該算法的正確性和有效性。
本發明就突變量數據同步算法應用於基於穩態分量的多端縱聯差動原理保護進行了分析和驗證，對於基於採樣值、暫態分量縱聯差動保護，該算法也同樣適用，對於基於廣域信息的廣域差動原理保護、遠程備用保護中心，運用突變量數據同步算法或其他數據同步算法，對保證保護動作的可靠性更加至關重要。
上述的實施例僅為本發明的優選技術方案，而不應視為對於本發明的限制，本發明的保護範圍應以權利要求記載的技術方案，包括權利要求記載的技術方案中技術特徵的等同替換方案為保護範圍。即在此範圍內的等同替換改進，也在本發明的保護範圍之內。