专利名称：电力系统振荡阻抗测量轨迹监测和分析方法
技术领域：
本申请属于电力系统及其自动化领域，具体涉及一种电力系统振荡阻抗测量轨迹的监测方法。
背景技术：
继电保护是电力系统安全运行的重要保障技术，而距离保护又是继电保护的重要组成部分，但是，距离保护容易受电力系统振荡的影响，因此，如何监测、识别短路与振荡一直是继电保护领域的关键技术之一。 如图1(a)所示的双电源系统，在进行振荡的监测、分析时，为了方便地给出具有一定指导意义的结论和简洁的公式，通常引入以下两点假设(I) \l | = |鳥==5(以下简称为条件 I)；(2)图I所示系统中，ZpZ1Jn各元件的阻抗角均相等，以办表示(以下简称为条件2)。在条件1、2两点假设的条件下，对于图1(a)中的M保护安装处，利用测量到的电压和电流，可以监测到振荡时M处的振荡阻抗测量轨迹，公式如下Zm = Ze-Zm)-j~ctg—式中，Zm为保护安装处(M处)背后的系统阻抗；Z2为系统综合阻抗，对应于图1(a)中的全部阻抗之和，即ww，Zm为电势S端到M处之间的阻抗，Z1为M处到N处之间的阻抗，Zn为电势W端到N处之间的阻抗。实际上，假设条件1、2不成立是更一般的情况，那么，在条件1、2不成立时，振荡测量阻抗轨迹是如何变化的呢？这个问题在目前所有的文献资料及专利中均没有给出明确的解析，最多是以示意性的方式给出一种定性的说明。所有“电力系统继电保护”方面的书籍均介绍了电力系统振荡的危害，并且，都是在条件1、2假设下，介绍了振荡测量阻抗轨迹的变化公式，如式(I)所示。使用较多的文献资料有1、《电力系统继电保护原理与运行》，华中工学院编，中国电力出版社，1981年7月；
2、《电力系统继电保护原理》(第三版)，天津大学贺家李、宋从矩，中国电力出版社，1994年10月；3、《电力系统继电保护》，张保会、尹项根等，中国电力出版社，2005年5月；4、《输电线路新型距离保护》，许正亚，中国水利水电出版社，2002年6月。
发明内容
为解决现有技术存在的上述问题，本申请公开了电力系统振荡阻抗测量轨迹的监测分析方法，对电力系统振荡时的测量阻抗变化轨迹进行了监测和分析，并推导了取消1、2假设条件下的振荡阻抗测量轨迹，适合于更普遍的电力系统运行条件。本发明具体采用以下技术方案。一种电力系统振荡阻抗测量轨迹监测分析方法，所述监测分析方法用于双电源及多电源的输电系统，其特征在于，所述监测分析方法包括以下步骤(I)当需要监测分析的输电系统是多电源输电系统时，利用戴维南电源等效原理，将多电源系统等效为双电源系统；(2)测量或计算双电源系统或将多电源系统等效为双电源系统后的两端电源电压相量和电流相量；(3)获得所述两端电源(S、W)中其中一端，即S端电源处的测量阻抗Zmi5 =f，和
m
所述两端电源中另一端，即W端电源处的测量阻抗Zms =#，其中s为S端电源处的电压 -Im Es
相量，仏为W端电源处的电压相量，为流过测量位置的电流相量，规定方向为S端母线指向线路；(4)计算所述两端电源处，即S、W两端电源处的测量阻抗绝对值之比其等于两端电源电压相量的绝对值之比+
EW(5)当一端电源电压相量与另一端电源电压幅值比值m=l时，如果将S端的测量阻抗在阻抗复平面图中全部标出，那么，S端的测量阻抗端点位于垂直且平分于连接两侧电势端点S端、W端之间的综合阻抗Z2的直线上，其中，综合阻抗Z2为S端电源处与W端电源处的总的阻抗和，在所述阻抗复平面上，当S端的测量阻抗轨迹为垂直且平分于连接两侧电势端点S端、W端之间的综合阻抗Z2的直线时，则判断电力系统发生振荡，并且振荡阻抗测量轨迹即为上述平分于连接两侧电势端点S端、W端之间的综合阻抗Z2的直线；(6)当一端电源电压相量与另一端电源电压幅值比值m古I时，如果将S端的测量
/ 2 、
阻抗在阻抗复平面图中全部标出，那么，振荡阻抗测量轨迹是以Zy点为圆心，以T^Z、.为半径的圆，其中，综合阻抗Z2 SS端电源处到W端电源处之间的综合阻抗，在
/77 — I/77
阻抗复平面上，当S端的测量阻抗轨迹与以F Zy点为圆心，W^tZv为半径的圆
Iv I-nr J 一“
的轨迹一致时，则判断电力系统发生了振荡。本发明具有以下技术效果本发明更全面、完整、准确地描述了电力系统振荡轨迹的普遍规律，取消了阻抗角
相等及&| = |矣r| =五的假设，为更好地识别电力系统振荡与短路、掌握振荡测量阻抗轨迹
奠定了准确的基础。并且，可以构成如下的识别对于3次以上不同时刻的测量阻抗，如果每2个测量阻抗的相量差与系统综合阻抗Z2几乎呈现90°的角度关系，则判定为电力系统振荡；如果每2个测量阻抗的相量差与系统综合阻抗Z2呈现70°以内的角度关系，则判定为短路。
附图I为电力系统示意图，其中，图I (a)为双电源输电系统图，图I (b)为图I(a)所示双电源输电阻抗示意图；附图2为直角坐标系中S、W、P位置示意图；附图3为两侧电势相等(m= l)的振荡阻抗轨迹；附图4为直角坐标系的振荡轨迹，其中图4 (a)为振荡轨迹的局部图，图4 (b)为W = 时直角坐标系的振荡轨迹；附图5为S端处振荡阻抗轨迹对应的局部图；附图6为M处振荡轨迹对应的局部图；附图7为各元件阻抗角不相等时的M处振荡轨迹；附图8为最大整定阻抗圆特性与振荡轨迹的关系图；附图9为本申请电力系统振荡监测分析方法流程图；附图10为振荡与短路的识别流程。
具体实施例方式下面结合说明书附图和具体实施例对本发明的技术方案作进一步详细说明。继电保护是电力系统安全运行的重要保障技术，而距离保护又是继电保护的重要组成部分，但是，距离保护容易受电力系统振荡的影响，因此，如何监测、识别短路与振荡一直是继电保护领域的关键技术之一。将传统的继电保护安装处M或N (即两侧电源的母线处)(如图1丽线路的M处，方向由M母线指向线路)观测点移至两端电势处S和W，利用S和W两处的测量电压和电流相量获得S和W两处的测量阻抗，在阻抗复平面上标注出6=0° 360°的测量阻抗，这样，就获得了电力系统振荡情况下的测量阻抗轨迹。该轨迹与下面的分析是一致的。将图1(a)所示的双电源系统画成图1(b)的示意图，且设/ , =/; / ,y''，其中，m为两侧电势的绝对值之t匕，可以为任意值；S为两侧电势的夹角，通常称为功角。，考虑到电力系统电压波动±10%的情况，m值一般为0. 9^1. I。于是，振荡时，从两侧电势端点S端、W端的测量电压、电流，可以监测到的测量阻抗分别为
fZ ^m.S — j\m( I )
厂
rj_
^m.W — j~
、m二者绝对值的比值为
Z E二 4 = m(2)
7 F
^ m. W式(I)、(2)中，矣为S端的电势为W端的电势上为负荷电流；Zm.s为S端监测的测量阻抗；zm.w为W端监测的测量阻抗；m为两侧电势的绝对值之比。从测量阻抗绝对值的物理意义可以知道，式(2)表明对于振荡阻抗轨迹的某一个点P，存在这样的关系p点到S端的长度与到W端长度的比值为常数，且等于两侧电势绝对值之比m。
暂不考虑系统综合阻抗Z2的角度影响时，可以先将S端置于直角坐标系的原点，将W端置于直角坐标系的实轴上，P (a, b)为振荡轨迹的某一点，且以Izs I为单位长度，如图2所示。(I)当 m=l 时由式(2)可得
权利要求
1.一种电力系统振荡阻抗测量轨迹监测分析方法，所述监测分析方法用于双电源及多电源的输电系统，其特征在于，所述监测分析方法包括以下步骤 (1)当需要监测分析的输电系统是多电源输电系统时，利用戴维南电源等效原理，将多电源系统等效为双电源系统； (2)测量或计算双电源系统或将多电源系统等效为双电源系统后的两端电源电压相量和电流相量； (3)获得所述两端电源(S、W)中其中一端，即S端电源处的测量阻抗
2.根据权利要求I所述的电力系统振荡阻抗测量轨迹监测分析方法，其特征在于 当监测不同点的振荡阻抗测量轨迹时，振荡轨迹与所述综合阻抗Z2的相对位置不变，只需将阻抗复平面的坐标原点移到观测点处，观测点指向轨迹点的阻抗就是振荡阻抗测量轨迹。
3.根据权利要求I所述的电力系统振荡阻抗测量轨迹监测分析方法，其特征在于 所述监测分析方法进一步包括无论所述一端电源电压相量与另一端电源电压幅值比值m是否为1，对于在3次以上不同时刻得到的测量阻抗，如果每2个测量阻抗的相量差与所述综合阻抗Z2之间角度在70° -110°范围以内时，则判定为输电系统发生了振荡；如果每2个测量阻抗的相 量差与所述综合阻抗Z2呈现70°以内的角度关系时，则判定输电系统发生了短路故障。
全文摘要
本发明公开了电力系统振荡轨迹监测和分析方法,利用两端电势的绝对值之比与两端测量阻抗绝对值之比形成相等的条件，分析计算得到更普遍运行条件下的振荡阻抗测量轨迹，如果测量阻抗符合本发明的基本特征，就可以确定为电力系统发生了振荡。本申请的监测角度和分析方法能够提供更具有普遍性、准确性的振荡阻抗测量轨迹描述，适合于电力系统更普遍的运行条件，为识别短路与振荡提供了准确、完整的振荡阻抗测量轨迹，同时，还提出了一种识别振荡与短路的方法。
文档编号G01R31/02GK102749517SQ20121024038
公开日2012年10月24日 申请日期2012年7月11日 优先权日2012年7月11日
发明者黄少锋 申请人:北京四方继保自动化股份有限公司