适用于单一线路跳闸电网线路广域后备保护方法
【专利摘要】本发明公开了一种适用于单一线路跳闸电网线路广域后备保护方法。其利用电网现有广域测量系统实现电网各变电站电压、电流相量的同步测量，获取电网同步数据；若发生电网单一线路跳闸，广域后备保护系统计算跳闸线路两节点之间的系统等值阻抗，计算电网各节点注入电流、电压变化量矩阵，计算电网每条线路流过的电流变化量，利用计算得到的线路电流变化量与现有广域测量系统测量到的该线路电流变化量构成继电保护判据。本发明在电网单一线路跳闸后电网拓扑结构发生变化时，无需修正电网节点导纳矩阵就可直接计算出电网单一线路跳闸后各条线路流过的电流变化量，整个计算过程可在200ms时间内完成，保护动作速度快。
【专利说明】适用于单一线路跳闸电网线路广域后备保护方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电力系统继电保护【技术领域】，具体地说是涉及一种适用于单一线路跳 闸电网线路广域后备保护方法。
【背景技术】
[0002] 继电保护的任务是反映被保护元件的故障和不正常运行状态，按照功能可分为主 保护与后备保护。其中主保护只担负着快速切除被保护元件故障的任务，基本不受系统运 行方式的影响。随着光纤通道的应用，基于双端电气量的高压、超高压系统主保护技术已日 臻成熟。而后备保护还担负着做相邻电气元件远后备保护的任务，由于存在着变电站直流 电源失效的可能，这一责任是不能取消。现有电网后备保护仅反应保护安装处的信息，受电 网拓扑连接关系与运行方式的影响。为保证其可靠性，不得不按照最严酷的情况进行配置 与整定；为保证其选择性，不得不牺牲后备保护的快速性与灵敏性。同时由于电网结构日趋 复杂，就导致如下安全隐患：
[0003] 1)后备保护配合关系复杂，动作时间长。严重时有可能不满足电力系统稳定性所 要求的极限切除时间，进而成为大电网安全隐患。
[0004] 2)后备保护配置与整定的难度大，且不能跟踪电力系统运行方式的变化，甚至可 能出现保护失配或灵敏度不足的情况。
[0005] 3)后备保护不能区分内部故障与故障切除后引起的潮流转移，这有可能导致重负 荷情况下的后备保护连锁跳闸。
[0006] 在大停电事故中，就出现了尽管电力系统后备保护按照设计原则正确动作，但是 客观上却加快了系统崩溃的现象。因此，考虑电网全局信息的后备保护系统研究迫在眉睫。
[0007] 近年来，广域同步测量系统（WAMS)的出现为在后备保护中引入系统信息提供了 可能。WAMS-是可以同步获取全网内的电气相量，实现了电力系统动态过程的监测；二是 将量测量的更新速度由几秒缩减到几十毫秒，为实现电力系统动态过程控制创造了条件， 使得从电网整体最优的角度进行后备保护的设计成为可能。
【发明内容】
[0008] 本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种适用于单一线路跳闸电网 线路广域后备保护方法。该方法可在线路过负荷保护误动作之前将线路可靠闭锁，有效防 止电网单一线路跳闸后潮流转移引起其他线路过负荷被误切除，可在线路后备保护动作之 前将故障线路快速跳闸，及时将故障线路与电网隔离开来，提高电网运行的安全稳定性。
[0009] 本发明的目的是通过以下技术方案实现：
[0010] 适用于单一线路跳闸电网线路广域后备保护方法，其特征在于，包括如下依序步 骤：
[0011] (1)广域后备保护系统利用电网现有广域测量系统实现电网各变电站电压、电流 相量的同步测量，实时获取电网同步数据，若线路ij两端的断路器跳开后，进入步骤（2); 其中，线路ij连接i变电站和j变电站；i= 1，. ..，n;j= 1，. ..，η;n为电网变电站总数 目；
[0012] (2)广域后备保护系统计算线路ij两节点之间的系统等值阻抗 八27=^^-1对、；其中，^.为线路1_的线路阻抗^=[0...1...-1...0]1为1^1 维矩阵，M矩阵中第i行第1列元素为1，M矩阵中第j行第1列元素为-1，其他元素为0;i=l，...，n;j=l，...，n;n为电网变电站总数目；Y为线路ij和线路Ik两端的断路器都 未跳开前的电网节点导纳矩阵，为nXn维矩阵；Γ1为节点导纳矩阵Y的逆矩阵，为nXn维 矩阵；Mt为M矩阵的转置矩阵，为IXn维矩阵；为IX1维矩阵；
[0013] (3)广域后备保护系统计算电网各节点注入电流变化量矩阵 Ai=-M(AZf)T1MrF-V;其中，/ = [/, /2 /3 ... /_2 /-,/,J为nXl维矩阵， 八/2、/3、·..、2、人,i、众分别为编号为第1、2、3.....η-2、η-1、η变电站的注入电流； Ai=PlΔ?2Δ/; ...Δ/" 2Δ/"| SnXl维矩阵，Δ/ρΔ/2、δΖ3、...、Δ/Β"2、分 别为线路ij两端的断路器跳开后，编号为第1、2、3.....η-2、η-1、η变电站的注入电流变 化量；η为电网变电站总数目；
[0014] (4)广域后备保护系统计算电网各节点电压变化量矩阵 Δ[> = -Γ-J4MrF1/;其中，=Δ?>2Δ?>3 ...Δ?>"-2 为nXl维矩 阵，Δ^2、、…、Δ?),, 2、Δ(^_Ρ △!>"分别为线路ij两端的断路器跳开后，编号为第U2、3、. . .、n-2、n-l、n变电站的电压变化量；
[0015] (5)广域后备保护系统计算线路ij两端的断路器跳开后线路Ik的电流变化 量Μ;? =Z^，并判断是否成立，若成立，则广域后备保护系统判zIkz* I 断线路Ik为故障线路，向线路Ik两端的断路器发出跳闸信号；其中，I=1，...，n;k= 1，. ..，η;n为电网变电站总数目；zlk为线路Ik的线路阻抗；Isrt为整定电流门槛值，取0. 3 倍线路Ik额定电流；4.为线路ij两端的断路器跳开前现有广域测量系统测量到线路Ik 上流过的电流；H=[0...I... -I... 0]τ为nXl维矩阵，H矩阵中第1行第1列元素 为1，H矩阵中第k行第1列元素为-1,其他元素都为0 ;纪为H矩阵的转置矩阵,为IXn维 矩阵；4.为线路ij两端的断路器跳开后现有广域测量系统测量到线路Ik上流过的电流； 线路Ik连接1变电站和k变电站；线路Ik与线路ij为不同线路。
[0016] 本发明与现有技术相比较，具有下列积极成果：
[0017]本发明方法首先利用电网现有广域测量系统实现电网各变电站电压、电流相量的 同步测量，获取电网同步数据；若发生电网单一线路跳闸，广域后备保护系统计算跳闸线路 两节点之间的系统等值阻抗，计算电网各节点注入电流变化量矩阵，计算电网各节点电压 变化量矩阵，计算电网每条线路流过的电流变化量，利用计算得到的线路电流变化量与现 有广域测量系统测量到的该线路电流变化量构成继电保护判据。本发明方法在电网单一线 路跳闸后电网拓扑结构发生变化时，无需修正电网节点导纳矩阵就可直接计算出电网单一 线路跳闸后各条线路流过的电流变化量，整个计算过程可在200ms时间内完成，保护动作 速度快，快于现有基于本地量决策的线路后备保护算法，可在线路过负荷保护误动作之前 将线路可靠闭锁，有效防止电网单一线路跳闸后潮流转移引起其他线路过负荷被误切除， 可在线路后备保护动作之前将故障线路快速跳闸，及时将故障线路与电网隔离开来，提高 电网运行的安全稳定性。
【专利附图】
【附图说明】
[0018] 图1为应用本发明的电网线路广域电流保护总体设计方案。
【具体实施方式】
[0019] 下面根据说明书附图对本发明的技术方案做进一步详细表述。
[0020] 图1为应用本发明的电网线路广域电流保护总体设计方案。图1中PMU为同步相 量测量单元，GPS为对时系统，1、2、3、Τ-1、Τ、Τ+1、Τ+2、......、η-2、η_1、η为电网各变电站 编号。广域后备保护系统利用电网现有广域测量系统实现电网各变电站电压、电流相量的 同步测量，实时获取电网同步数据。
[0021] 广域后备保护系统计算线路ij两节点之间的系统等值阻抗AZf=MTf1M-Zy-;
[0022] 其中，Zij为线路ij的线路阻抗;M= [0 ... 1 ... -1 ... 0]τ为nXl维矩阵，M 矩阵中第i行第1列元素为1，M矩阵中第j行第1列元素为-1，其他元素为0;i= 1，...，η; j= 1，. ..，η;η为电网变电站总数目；Y为线路ij和线路Ik两端的断路器都未跳开前的电 网节点导纳矩阵，为nXn维矩阵；Y-1为节点导纳矩阵Y的逆矩阵，为nXn维矩阵；MT为M 矩阵的转置矩阵，为IXn维矩阵；为：X:维矩阵。
[0023] 广域后备保护系统计算电网各节点注入电流变化量矩阵 Δ/ = -Μ(ΔΖρ)-1MYV;其中，/ = [/,Z2 /3 …/"_2 /_, /『为nXl维矩阵， 、人、/,、·.·、之-2、/-P 分别为编号为第1、2、3.....η-2、η-1、η变电站的注入电流； Α?=[δ/；ΔΛδ/.; ...Δ/"-2Δ/"-!Δ/,,1' 为nX1 维矩阵，δ/ρΔ?2、Δ?3、...、δ/"-2、Δ/"-Δ/" 分 别为线路ij两端的断路器跳开后，编号为第1、2、3.....η-2、η-1、η变电站的注入电流变 化量；η为电网变电站总数目。
[0024] 广域后备保护系统计算电网各节点电压变化量矩阵= -7-1MfAZf1Z;其 中，Δ?)=(Af)lAU2AU3...Δ?>Β-2 为nX1 维矩阵，Δ&、Δ?)2、Δ?)3、...、Δ々"-2、 Δ[/"分别为线路ij两端的断路器跳开后，编号为第U2、3.....n-2、n-l、n变电站的 电压变化量。
[0025] 广域后备保护系统计算线路ij两端的断路器跳开后线路Ik的电流变化量 =1!^，并判断-4；) >/_是否成立，若成立，则广域后备保护系统判断线 路Ik为故障线路，向线路Ik两端的断路器发出跳闸信号。
[0026] 广域后备保护系统判断^<Zsisi是否成立，若成立，则广域后备保护 zIkI 系统判断线路Ik为正常线路，向线路Ik两端的断路器发出闭锁信号。
[0027] 其中，1 = 1，. ..，n;k= 1，. ..，η;n为电网变电站总数目；Zlk为线路Ik的线路阻 抗；Isrt为整定电流门槛值，取〇. 3倍线路Ik额定电流；为线路ij两端的断路器跳开前 现有广域测量系统测量到线路Ik上流过的电流；H=[0...I... -I... 0]τ为nXl维 矩阵，H矩阵中第1行第1列元素为1，H矩阵中第k行第1列元素为-1，其他元素都为0 ; Ht为H矩阵的转置矩阵，为IXn维矩阵；4为线路ij两端的断路器跳开后现有广域测量 系统测量到线路Ik上流过的电流；线路Ik连接1变电站和k变电站；线路Ik与线路ij为 不同线路。
[0028] 本发明方法在电网单一线路跳闸后电网拓扑结构发生变化时，无需修正电网节点 导纳矩阵就可直接计算出电网单一线路跳闸后各条线路流过的电流变化量，整个计算过程 可在200ms时间内完成，保护动作速度快，快于现有基于本地量决策的线路后备保护算法， 可在线路过负荷保护误动作之前将线路可靠闭锁，有效防止电网单一线路跳闸后潮流转移 引起其他线路过负荷被误切除，可在线路后备保护动作之前将故障线路快速跳闸，及时将 故障线路与电网隔离开来，提高电网运行的安全稳定性。
[0029] 以上所述仅为本发明的较佳具体实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任 何熟悉本【技术领域】的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都 应涵盖在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.适用于单一线路跳闸电网线路广域后备保护方法，其特征在于，包括如下依序步 骤： (1) 广域后备保护系统广域后备保护系统利用电网现有广域测量系统实现电网各变电 站电压、电流相量的同步测量，实时获取电网同步数据，若线路ij两端的断路器跳开后，进 入步骤（2);其中，线路ij连接i变电站和j变电站；i = 1，. . .，n ;j = 1，. . .，n ;n为电网 变电站总数目。 (2) 广域后备保护系统计算线路ij两节点之间的系统等值阻抗AZp ;其 中，Zij为线路ij的线路阻抗;M = [0 ... 1 ... -1 ... 0]T为nX 1维矩阵，M矩阵中第 i行第1列元素为1，M矩阵中第j行第1列元素为-1，其他元素为0 ;i = l，...，n;j = 1，. . .，n ;n为电网变电站总数目；Y为线路ij和线路Ik两端的断路器都未跳开前的电网节 点导纳矩阵，为nXn维矩阵；Y_i为节点导纳矩阵Y的逆矩阵，为nXn维矩阵；Mt为M矩阵 的转置矩阵，为I Xn维矩阵；AZf为i X 1维矩阵。 (3) 广域后备保护系统计算电网各节点注入电流变化量矩阵 A/ = -M(AZf)-1MrF丨/;其中，I = JZ1 j2 /3 : , / J 为 nXl 维矩阵， 4 /2、Z3、…、之_2、t、人分别为编号为第1、2、3.....n-2、n-1、n变电站的注入电流； A/ = [,A/| A/，A/、... A/,., 2 (Sin -i Ml 为 nXl 维矩阵，A/r A/2、A/3、...、2、r A/^分 别为线路i j两端的断路器跳开后，编号为第1、2、3.....n-2、n-1、n变电站的注入电流变 化量；n为电网变电站总数目。 ⑷广域后备保护系统计算电网各节点电压变化量矩阵Ad = -F-1MfAZ,H1M2Y-1/;其 中，Af> = [A4 Ad3 ... Af>"-2 为 nXl 维矩阵， AC>"分别为线路ij两端的断路器跳开后，编号为第1、2、3.....n-2、n-l、n变电站的 电压变化量； (5)广域后备保护系统计算线路ij两端的断路器跳开后线路Ik的电流变化量
w是否成立，若成立，则广域后备保护系统判断 线路Ik为故障线路，向线路Ik两端的断路器发出跳闸信号；其中，I = l，...，n;k = 1，...，n ;n为电网变电站总数目；zlk为线路Ik的线路阻抗；Isrt为整定电流门槛值，取0. 3 倍线路Ik额定电流；为线路ij两端的断路器跳开前现有广域测量系统测量到线路Ik上 流过的电流；H =[0... 1 ... -1 ... 0]T为nXl维矩阵,H矩阵中第1行第1列元素为 1，H矩阵中第k行第1列元素为-1,其他元素都为0 ;HT为H矩阵的转置矩阵,为IXn维矩 阵；4为线路ij两端的断路器跳开后现有广域测量系统测量到线路Ik上流过的电流；线 路Ik连接1变电站和k变电站；线路Ik与线路ij为不同线路。
【文档编号】H02H7/26GK104332972SQ201410645039
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年11月12日 优先权日:2014年11月12日
【发明者】曾惠敏 申请人:国家电网公司, 国网福建省电力有限公司, 国网福建省电力有限公司检修分公司