[发明专利]一种基于差动有功功率的广域后备保护方法

摘要

本发明公开了一种基于差动有功功率的广域后备保护方法。利用各区域边界节点PMU的电流电压，计算各区域的正序差动有功功率，检测出故障区域。对故障区域中各疑似线路，由边界节点PMU的电流电压推算未布PMU母线的电压，将其中最小推算电压对应的线路判断为故障线路。当发生高阻接地故障不能判断故障线路时，对于无分支结构，由布有PMU母线向未布PMU母线推算得到两个正序推算电压；对于有分支结构，采用动态加权因子准确推算得到未布PMU母线的电压，再计算各线路的差动有功功率。由未布PMU母线各推算电压之间的相位关系，构造线路的正序、零序、负序差动有功功率的故障判据。本发明能够准确地检测故障线路，当过渡电阻达到300Ω时仍能准确识别出故障线路。

主权项

1.一种基于差动有功功率的广域后备保护方法，其步骤如下：步骤一、采用间隔布点的PMU布局策略，将电网划分为成若干区域，将未布PMU的母线、与其相连的各线路以及与其相邻的各母线组成为一个区域，记为区域Zk；如果某线路两端都布置有PMU，则将该线路单独作为一个区域；区域Zk的区域正序差动有功功率定义为：式(1)中，为区域Z_k内负荷点的有功功率，负荷为恒阻抗模型；Bk为区域Zk的边界母线集合；为从边界母线i流入区域Z_k的实测正序有功功率，其计算公式为其中，为边界母线i的正序电压，为从母线i流向区域Z_k的正序电流，θ_i为和之间的相角；基于区域正序差动有功功率的故障区域搜索判据为：式(2)中，为区域正序差动有功功率阈值，取各正常区域的正序差动有功功率的最大值乘以可靠系数K_rel得到；当区域Zk的正序差动有功功率大于正序差动有功功率阈值时，则判断其为故障区域；步骤二、对于无分支结构的故障区域，利用布有PMU边界母线的电压电流，求取本故障区域中各疑似故障线路的差动有功功率；对于无分支结构，由布有PMU边界母线的电压电流，向中间未布PMU母线推算得到未布PMU母线的两个正序推算电压；如果两个推算电压幅值的差值较大时，将它们中幅值较小的对应推算路径所在的线路判别为故障线路；在发生高阻接地故障时，这两个推算电压幅值很接近，此时需要计算各疑似线路的差动有功功率；在无分支结构下，两端节点编号为j和k的线路Ljk的差动有功功率PD,j_k定义为，布有PMU母线k流向线路的实测有功功率Pk_j与未布PMU母线j流向线路的推算有功功率P′j_k之和：式(3)中，U_j,i是由另一个布有PMU母线i向未布PMU母线j推算得到的推算电压的幅值，θ_j,i为的相角；b_jk为线路L_jk的电纳；Re表示取所得复数的实部的操作符号；的计算公式为其中，γ为线路传播系数，Z_c为波阻抗，x_ij为线路L_ij的长度；在式(3)中分别代入正序、负序、零序分量，得到线路L_jk的正序、负序、零序差动有功功率忽略电导，由母线i向母线j推算得到的电压为则对于线路L_ij，无论它是否发生故障，都有：在式(3)与(4)中分别代入正序分量，联立求解，得到线路L_ij的正序差动有功功率根据无分支结构下正序网络的电压相量图，当线路L_ij上的F点发生故障时，电压相量图中分别为i、F、j点故障前电压，是故障点的正序电压；对于大多数故障情景，由故障侧母线i向母线j推算得到的正序电压总是滞后于由正常侧母线k向母线j推算得到的正序电压即得到由式(5)可得故障线路L_ij的正序差动有功功率对于正常线路L_jk，在式(3)中代入正序电压电流，则得到线路L_jk的正序差动有功功率由于由式(6)可知，正常线路L_jk的正序差动有功功率因此，故障线路L_ij的正序差动有功功率正常线路L_jk的正序差动有功功率将此作为构建故障线路判据的重要基础；步骤三、对于有分支结构的故障区域，先采用动态加权因子法，准确计算出区域中未布PMU母线的估计电压，再求取故障区域内各线路的差动有功功率；先由中间未布PMU母线的各侧推算电压的幅值识别出故障线路，在发生高阻接地故障时，各侧推算电压的幅值较接近，此时需要再分别计算各疑似线路的差动有功功率；故障线路Lij的差动有功功率PD,i_j定义为：式(7)中，P_{i_j}是线路L_ij布有PMU的母线i侧流向线路的实测有功功率，P′_{j_i}是线路L_ij未布有PMU的母线j侧流向线路的推算有功功率，U′_j、θ′_j为未布PMU母线j的估计电压的幅值和相角；由布有PMU母线i、k、h向未布PMU母线j推算得到各侧推算电压再将3个推算电压代入下式，得到母线j的估计电压式(8)中，wi、wk、wh为3个推算电压的加权因子，它们按式(9)计算：式(9)中，τ为函数f(x)＝e‑τx的调节系数；式(7)与式(4)分别代入正序分量，联立求解，可得到故障线路L_ij的正序差动有功功率由于又由式(10)可得到，故障线路L_ij的正序差动有功功率而其它两条正常线路L_jk、L_jh的正序差动有功功率均小于零；步骤四、基于线路差动有功功率的故障线路的三种判据：1)广域后备保护故障判据1：式(11)中，为n个边界母线向中间未布PMU母线j推算得到的n个推算正序电压幅值集合，ΔU_set为电压差值阈值，U_N为母线的额定相电压；K_set是电压差值阈值系数；计算故障区域内中未布PMU母线j的各侧正序推算电压，当各推算电压幅值的最大值与最小值之差ΔU满足时，将该故障区域中各推算电压中最小者对应推算路径所在的线路L_jx判断为故障线路；2)在发生高阻接地故障时，故障区域中未布PMU母线j的各推算电压幅值较接近，即各推算电压幅值的最大值与最小值之差ΔU小于电压差值阈值，不满足故障判据1；此时，构造和采用故障判据2：针对无分支结构，根据式(5)，先计算故障区域内两条线路的正序差动有功功率；针对有分支结构，根据式(8)、(10)，先计算故障区域内各线路的正序差动有功功率；设为故障区域中某线路L_xj的正序差动有功功率，为该线路布有PMU侧母线x流向线路L_xj的实测正序有功功率；如果除以的绝对值的数值大于比值阈值K_P，即满足：则判断线路Lxj为故障线路；式(12)中，KP为大于零的比值阈值；3)当故障点靠近线路末端，且过渡电阻很大时，利用判据2也不能准确判断出故障线路，这属于极少数情况；此时，构造和采用故障判据3，采用负序、零序分量，分别计算各条线路的负序、零序差动有功功率；如果故障区域中某线路Lxj满足下式：则判断线路Lxj为故障线路；式(13)中，KP为大于零的比值阈值。