线路差动保护通道路由一致性判别方法及系统与流程

1.本发明属于电力系统差动保护技术领域，尤其涉及一种线路差动保护通道路由一致性判别方法及系统。


背景技术：

2.近年来我国新能源开发得到迅猛发展，风电及光伏并网容量均已跃居世界首位，在“碳达峰、碳中和”的目标指引下，我国的新能源占比将会进一步提升。新能源的快速发展及其特有的分布式属性，使电网特性发生根本改变。随着分布式电源、微电网、储能、电动汽车等新型用能设备广泛接入，电力供需形态呈现多样化特征，负荷特性呈现明显差异性和互补性。原来的传统负荷线路具备“源荷”双重特征的比重不断上升。对于某条分布式光伏并网线路，由于光伏发电出力受日照强度影响呈现波动性，在一天中的正午时刻该线路可能呈现为电源属性，而在夜晚该线路则呈现为负荷属性。
3.长期以来，低频减负荷装置作为安全稳定第三道防线的重要技术装备，为保证电力系统安全稳定运行和防止大停电事故的发生发挥了重要作用。现有技术中，设立区域负荷协调控制主站，装设在各变电站的低频减负荷子站装置采集接入变电站的各条35kv/10kv线路的电气量信息并上送主站，主站在区域内进行负荷的综合协调控制，确定各变电站每一轮次需切的负荷线路并下发给子站装置。主站在进行综合决策判断时，排除掉功率为负的线路(以流出母线为正方向)，只会将属性为“负荷”的线路纳入备切线路中。但现有技术存在切负荷粒度过大、没有综合考虑新能源场站侧保护等问题，具体表现在：
4.(1)当某条35kv/10kv线路在某一时刻虽然整体上功率方向为正，但其中包含有大量的光伏上送功率。如果将整条线路切除，对于系统侧来说切除的负荷较少，而除去线路中功率为负的光伏电源功率分量，作为负荷的功率分量的数值则相对较大。这样的负荷切除对于系统侧频率稳定的贡献来说较小，但实际对于生产生活产生的影响则较大，实际切除负荷的大小也难以量化，对社会负面影响的危害性难以评估。对于系统侧来说可以调动的控制资源则较小，有可能导致负荷控制量无法满足要求。
5.(2)当频率低于一定数值后，有可能引发新能源场站侧保护动作导致光伏/风电机组集体脱网，导致瞬间功率缺额增大，如果不针对性地采取切负荷措施，有可能会导致频率进一步降低，引发连锁反应，最终导致电网崩溃，严重威胁电网频率电压稳定。


技术实现要素：

6.为了解决现有技术存在的问题，本发明提供一种线路差动保护通道路由一致性判别方法及系统，能够对保护通道路由一致性进行准确判断。
7.本发明所要解决的技术问题是通过以下技术方案实现的：
8.第一方面，提供了一种线路差动保护通道路由一致性判别方法，包括：
9.获取被保护线路的电阻、电感和电容参数；
10.根据获取的参数得到被保护线路的实际波阻抗；
11.获取被保护线路两端的电压和电流；
12.根据获取的被保护线路两端的电压和电流得到其正序电压、电流；
13.获取被保护线路的计算波阻抗；
14.根据被保护线路的实际波阻抗和计算波阻抗对保护通道路由一致性进行判别。
15.结合第一方面，进一步的，所述根据获取的参数得到被保护线路的实际波阻抗包括：
16.根据式(1)计算得到被保护线路的实际波阻抗z
cr
[0017][0018]
其中，r、l、c分别为被保护线路的单位长度电阻、电感以及电容，ω为工频角频率， j为虚部符号。
[0019]
结合第一方面，进一步的，根据获取的被保护线路两端的电压和电流得到其正序电压、电流包括：
[0020]
根据式(2)得到被保护线路首端的正序电压、电流
[0021][0022]
其中，um、im分别为被保护线路首端的正序电压、电流，u
ma
、u
mb
、u
mc
分别为被保护线路首端a、b、c三相的电压工频向量；i
ma
、i
mb
、i
mc
分别表示被保护线路首端a、b、c 三相的电流工频向量；
[0023]
根据式(3)得到被保护线路末端正序电压
[0024][0025]
其中，a为旋转因子，uk为被保护线路末端正序电压，u
ka
、u
kb
、u
kc u
mc
分别为被保护线路末端a、b、c三相的电压工频向量。
[0026]
结合第一方面，进一步的，所述获取被保护线路的计算波阻抗包括：
[0027]
根据式(4)得到计算波阻抗
[0028][0029]
其中，z
cc
为计算波阻抗，x为被保护线路首端到末端的距离，γ为传播系数。
[0030]
结合第一方面，进一步的，所述对保护通道路由一致性进行判别包括：
[0031]
根据式(5)得到波阻抗误差
[0032][0033]
若ez≤e
z max
，则说明通道路由一致，否则说明通道路由不一致，其中e
z max
为给定的通道正常情况下波阻抗可能的最大误差e
z max
。
[0034]
第二方面，提供了一种线路差动保护通道路由一致性判别系统，包括：
[0035]
实际波阻抗获取模块，用于获取被保护线路的电阻、电感和电容参数；
[0036]
根据获取的参数得到被保护线路的实际波阻抗；
[0037]
计算波阻抗获取模块，用于获取被保护线路两端的电压和电流；
[0038]
根据获取的被保护线路两端的电压和电流得到其正序电压、电流；
[0039]
获取被保护线路的计算波阻抗；
[0040]
路由一致性进行判别模块，用于根据被保护线路的实际波阻抗和计算波阻抗对保护通道路由一致性进行判别。
[0041]
结合第二方面，进一步的，所述实际波阻抗获取模块执行的操作包括：
[0042]
根据式(1)计算得到被保护线路的实际波阻抗z
cr
[0043][0044]
其中，r、l、c分别为被保护线路的单位长度电阻、电感以及电容，ω为工频角频率， j为虚部符号。
[0045]
结合第二方面，进一步的，所述计算波阻抗获取模块执行的操作包括：
[0046]
根据式(2)得到被保护线路首端的正序电压、电流
[0047][0048]
其中，um、im分别为被保护线路首端的正序电压、电流，u
ma
、u
mb
、u
mc
分别为被保护线路首端a、b、c三相的电压工频向量；i
ma
、i
mb
、i
mc
分别表示被保护线路首端a、b、c 三相的电流工频向量；
[0049]
根据式(3)得到被保护线路末端正序电压
[0050][0051]
其中，a为旋转因子，uk为被保护线路末端正序电压，u
ka
、u
kb
、u
kc u
mc
分别为被保护线路末端a、b、c三相的电压工频向量。
[0052]
结合第二方面，进一步的，所述计算波阻抗获取模块执行的操作还包括根据式(4)得到计算波阻抗
[0053][0054]
其中，z
cc
为计算波阻抗，x为被保护线路首端到末端的距离，γ为传播系数。
[0055]
结合第二方面，进一步的，所述路由一致性进行判别模块执行的操作包括：
[0056]
根据式(5)得到波阻抗误差
[0057][0058]
若ez≤e
z max
，则说明通道路由一致，否则说明通道路由不一致，其中e
z max
为给定的通道正常情况下波阻抗可能的最大误差e
z max
。
[0059]
本发明有益效果包括：
[0060]
本发明利用传输线方程，计算线路的固有参数波阻抗，判断通道路由一致性，不需要外部对时。
[0061]
本发明从线路保护装置获得线路参数及两侧电气量，无需增加额外的装置或元件，实施方便。
[0062]
本发明的一部分计算过程可以离线进行，降低实时计算负担。
[0063]
本发明基于分布参数线路模型，从理论上消除了分布电容的影响，适用于各类长度的架空和电缆线路。
附图说明
[0064]
图1为本发明的流程图；
[0065]
图2为本发明中被保护线路单根均匀输电线路示意图。
具体实施方式
[0066]
为了进一步描述本发明的技术特点和效果，以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步描述。
[0067]
实施例1
[0068]
如图1-图2所示，本发明提供了一种线路差动保护通道路由一致性判别方法，包括如下步骤：
[0069]
步骤一、获取线路参数
[0070]
获取被保护线路的实际参数，包括包括线路(被保护线路)单位长度电阻r、电感l和电容c，以及长度x。
[0071]
步骤二、获取实际波阻抗
[0072]
根据式(1)计算得到被保护线路的实际波阻抗z
cr
[0073][0074]
其中，ω为工频角频率，j为虚部符号，ω＝2πf0，f0＝50hz。
[0075]
实际波阻抗可以通过离线计算得到。
[0076]
步骤三、获取线路正序电压电流
[0077]
首先，获取被保护线路首端和末端的三相电压和三相电流，通过傅里叶法计算得到被保护线路首端a、b、c三相电压工频相量u
ma
,u
mb
,u
mc
和电流工频相量i
ma
,i
mb
,i
mc
，以及末端a、 b、c三相电压工频相量u
ka
,u
kb
,u
kc
和电流工频相量i
ka
,i
kb
,i
kc
。
[0078]
然后利用对称分量变换对电压电流进行相模变换，计算正序电压电流量。所述相模变换方法为
[0079][0080]
其中，ua、ub、uc分别表示被保护线路a、b、c三相电压；u0、u1、u2分别表示被保护线路
的零、正、负序电压，ia、ib、ic分别表示被保护线路的a、b、c三相电流；a为旋转因子，
[0081]
将首端和末端的电压、电流量代入上式(2)，即可计算得到的首端末端的正序电压电流。即，首端正序电压um和正序电流im为
[0082][0083]
末端正序电压uk和正序电流ik为
[0084][0085]
三相线路之间的电压电流相互耦合，通过相模变换可以将其变换为序分量，序分量之间没有耦合，即正序电压只与正序电流有关，可以将其作为如附图2的单根均匀输电线路进行分析。由于电力系统中只有正序电气量有稳定的源，在各种情况下，线路两端都可以测到稳定的正序电压电流量，因此选用正序量来做通道路由一致性判别。
[0086]
步骤四、获取计算波阻抗
[0087]
对于附图2的电路，根据传输线方程，有
[0088][0089]
其中，ch(
·
)和sh(
·
)为双曲余弦和双曲正弦函数，γ为传播系数，与线路参数有关，利用上式求解波阻抗，可得
[0090][0091]
步骤五、对路由一致性进行判别
[0092]
比较得到的实际波阻抗和计算波阻抗。如果保护通道正常，两端路由收发一致，即发出信息和接收信息所用延时相同，此时计算波阻抗就应与实际波阻抗相同。如果两端路由收发不一致，发出信息和接收信息所用延时不同，则相当于式(6)中的电压相量uk旋转了一定的角度，旋转角度的大小与收发延时的差别有关。收发延时差别越大，uk旋转的角度越大，相应的计算波阻抗与实际波阻抗差别越大。
[0093]
波阻抗为一个复数，定义波阻抗的误差
[0094][0095]
波阻抗误差为计算波阻抗与实际波阻抗之差的模值再除以实际波阻抗的模值。考虑采样误差和计算误差，根据经验得到一个通道正常情况下波阻抗可能的最大误差e
z max
。
若计算得到的ez≤e
z max
，则说明通道正常，若计算得到的ez＞e
z max
，说明存在通道路由不一致的情况。
[0096]
本发明分别利用线路参数和线路两端电气量计算波阻抗，将其进行比较来判断通道路由是否一致。本发明不依赖于外部对时，并且从原理上消除了电容电流的影响，计算简单，原理可靠。
[0097]
实施例2
[0098]
本发明还提供了一种线路差动保护通道路由一致性判别系统，包括：
[0099]
实际波阻抗获取模块，用于获取被保护线路的电阻、电感和电容参数；
[0100]
根据获取的参数得到被保护线路的实际波阻抗；
[0101]
计算波阻抗获取模块，用于获取被保护线路两端的电压和电流；
[0102]
根据获取的被保护线路两端的电压和电流得到其正序电压、电流；
[0103]
获取被保护线路的计算波阻抗；
[0104]
路由一致性进行判别模块，用于根据被保护线路的实际波阻抗和计算波阻抗对保护通道路由一致性进行判别。
[0105]
所述实际波阻抗获取模块执行的操作包括：
[0106]
根据式(1)计算得到被保护线路的实际波阻抗z
cr
[0107][0108]
其中，r、l、c分别为被保护线路的单位长度电阻、电感以及电容，ω为工频角频率， j为虚部符号。
[0109]
所述计算波阻抗获取模块执行的操作包括：
[0110]
根据式(2)得到被保护线路首端的正序电压、电流
[0111][0112]
根据式(3)得到被保护线路末端正序电压
[0113][0114]
所述计算波阻抗获取模块执行的操作还包括根据式(4)得到计算波阻抗
[0115][0116]
所述路由一致性进行判别模块执行的操作包括：
[0117]
根据式(5)得到波阻抗误差
[0118][0119]
若ez≤e
z max
，则说明通道路由一致，否则说明通道路由不一致，其中e
z max
为给定的通道正常情况下波阻抗可能的最大误差e
z max
。
[0120]
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本技术可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本技术可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0121]
本技术是参照根据本技术实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/ 或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/ 或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0122]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0123]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0124]
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。