一种含SSSC的输电线路距离保护方法及装置与流程
本发明涉及电力系统继电保护技术领域，具体涉及一种含SSSC的输电线路距离保护方法及装置。
背景技术：
基于电力电子技术的柔性交流输电系统(Flexible alternating current transmission system,FACTS)通过对电网电压、线路阻抗、相位角以及功率潮流的快速连续调节，大幅度提高线路的输电容量和电力系统的稳定水平，为电力系统潮流的有效控制提供了一种先进且经济的解决方案。
SSSC是一种新型的可控串联补偿装置，作为FACTS家族中的一员，它采用基于可关断器件的电压源换流技术，通过注入一个与线路电流正交、幅值可控的电压源来改变输电线路的等效阻抗。SSSC具有潮流控制能力强、响应速度快、补偿能力不受线路电流大小影响等特点，附加适当的控制可以阻尼功率振荡或抑制次同步谐振。
为了保障含有SSSC的交流线路安全稳定运行，针对SSSC接入系统后的继电保护问题研究是一个十分必要的研究方向。一方面，SSSC与其他串补系统类似，接入系统后不可避免的改变了线路参数，对线路保护产生不利的影响；另一方面，SSSC的拓扑结构更为复杂，在故障期间本体保护的动作增加了线路保护分析的难度与复杂度。
技术实现要素：
本发明提供一种含SSSC的输电线路距离保护方法及装置，其目的是提供一种能够综合考虑SSSC本体保护和线路距离保护的方法，确保含SSSC的输电线路发生故障时距离保护可靠准确动作。
本发明的目的是采用下述技术方案实现的：
一种含SSSC的输电线路距离保护方法，其改进之处在于，包括：
根据SSSC的旁路晶闸管触发信号和旁路断路器位置接点信号确定线路故障后SSSC的运行工况，并确定SSSC容性补偿距离保护整定系数和SSSC感性补偿距离保护整定系数；
根据SSSC的运行工况，并利用线路阻抗继电器的测量阻抗、SSSC容性补偿距离保护整定系数或SSSC感性补偿距离保护整定系数确定线路阻抗继电器的距离保护判据。
优选的，所述根据SSSC的旁路晶闸管触发信号和旁路断路器位置接点信号确定线路故障后SSSC的运行工况，包括：
若SSSC的旁路晶闸管无触发信号且SSSC的旁路断路器处于合闸位置，则SSSC的运行工况为停运状态；
若SSSC的旁路晶闸管有触发信号且SSSC的旁路断路器处于分闸位置，则SSSC的运行工况为本体保护快速动作状态；
若SSSC的旁路晶闸管无触发信号且SSSC的旁路断路器处于分闸位置，则SSSC的运行工况为本体保护不动作状态。
优选的，所述根据SSSC的运行工况，并利用线路阻抗继电器的测量阻抗、SSSC容性补偿距离保护整定系数或SSSC感性补偿距离保护整定系数确定线路阻抗继电器的距离保护判据，包括：若SSSC的运行工况为停运状态，则线路阻抗继电器的距离保护判据包括：当|Zm|≤|Zset1|时，线路故障位置位于保护区域内，当|Zm|＞|Zset1|，线路故障位置位于保护区域外，其中，Zm为线路阻抗继电器的测量阻抗，Zset1为无SSSC补偿时被保护线路的保护定值。
优选的，所述根据SSSC的运行工况，并利用线路阻抗继电器的测量阻抗、SSSC容性补偿距离保护整定系数或SSSC感性补偿距离保护整定系数确定线路阻抗继电器的距离保护判据，包括：若SSSC的运行工况为本体保护快速动作状态，则线路阻抗继电器的距离保护判据包括：当|Zm|≤|Zset2|时，线路故障位置位于保护区域内，当|Zm|＞|Zset2|，线路故障位置位于保护区域外，其中，Zm为线路阻抗继电器的测量阻抗，Zset2为考虑耦合变压器的等效漏抗时被保护线路的保护定值。
进一步的，按下式确定考虑耦合变压器的等效漏抗时被保护线路的保护定值Zset2：
Zset2＝Zset1+ZB
上式中，Zset1为无SSSC补偿时被保护线路的保护定值，ZB为耦合变压器的等效漏抗。
优选的，所述根据SSSC的运行工况，并利用线路阻抗继电器的测量阻抗、SSSC容性补偿距离保护整定系数或SSSC感性补偿距离保护整定系数确定线路阻抗继电器的距离保护判据，包括：
若SSSC的运行工况为本体保护不动作状态，则线路阻抗继电器的距离保护判据包括：
当SSSC处于容性补偿模式且kc|Zm|≤|Zset1|时，线路故障位置位于保护区域内，当SSSC处于容性补偿模式且kc|Zm|＞|Zset1|，线路故障位置位于保护区域外，其中，Zm为线路阻抗继电器的测量阻抗，Zset1为无SSSC补偿时被保护线路的保护定值，kc为SSSC容性补偿距离保护整定系数；
当SSSC处于感性补偿模式且kl|Zm|≤|Zset1|时，线路故障位置位于保护区域内，当SSSC处于感性补偿模式且kl|Zm|＞|Zset1|，线路故障位置位于保护区域外，其中，Zm为线路阻抗继电器的测量阻抗，Zset1为无SSSC补偿时被保护线路的保护定值，kl为SSSC感性补偿距离保护整定系数。
优选的，按下式确定SSSC容性补偿距离保护整定系数kc：
上式中，α为母线到故障点线路实际的电压降相量与母线到故障点线路阻抗上电压降相量的夹角，β为母线处测量电流相量与短路电流相量的夹角，θ为母线处测量电流相量与母线到故障点线路实际的电压降相量的夹角，μ为故障相电流相量与母线处测量电流相量，λ为母线处测量电流相量与母线处测量电压相量的夹角；
按下式确定SSSC感性补偿距离保护整定系数kl：
一种含SSSC的输电线路距离保护装置，其改进之处在于，所述装置包括：
第一确定模块，用于根据SSSC的旁路晶闸管触发信号和旁路断路器位置接点信号确定线路故障后SSSC的运行工况，并确定SSSC容性补偿距离保护整定系数和SSSC感性补偿距离保护整定系数；
第二确定模块，用于根据SSSC的运行工况，并利用线路阻抗继电器的测量阻抗、SSSC容性补偿距离保护整定系数或SSSC感性补偿距离保护整定系数确定线路阻抗继电器的距离保护判据。
优选的，所述第一确定模块，包括：第一确定单元，用于：
若SSSC的旁路晶闸管无触发信号且SSSC的旁路断路器处于合闸位置，则SSSC的运行工况为停运状态；
若SSSC的旁路晶闸管有触发信号且SSSC的旁路断路器处于分闸位置，则SSSC的运行工况为本体保护快速动作状态；
若SSSC的旁路晶闸管无触发信号且SSSC的旁路断路器处于分闸位置，则SSSC的运行工况为本体保护不动作状态。
优选的，所述第二确定模块，包括：
第二确定单元，用于若SSSC的运行工况为停运状态，则线路阻抗继电器的距离保护判据包括：当|Zm|≤|Zset1|时，线路故障位置位于保护区域内，当|Zm|＞|Zset1|，线路故障位置位于保护区域外，其中，Zm为线路阻抗继电器的测量阻抗，Zset1为无SSSC补偿时被保护线路的保护定值。
优选的，所述第二确定模块，包括：
第三确定单元，用于若SSSC的运行工况为本体保护快速动作状态，则线路阻抗继电器的距离保护判据包括：当|Zm|≤|Zset2|时，线路故障位置位于保护区域内，当|Zm|＞|Zset2|，线路故障位置位于保护区域外，其中，Zm为线路阻抗继电器的测量阻抗，Zset2为考虑耦合变压器的等效漏抗时被保护线路的保护定值。
优选的，按下式确定考虑耦合变压器的等效漏抗时被保护线路的保护定值Zset2：
Zset2＝Zset1+ZB
上式中，Zset1为无SSSC补偿时被保护线路的保护定值，ZB为耦合变压器的等效漏抗。
优选的，所述第二确定模块，包括：
第四确定单元，用于若SSSC的运行工况为本体保护不动作状态，则线路阻抗继电器的距离保护判据包括：
当SSSC处于容性补偿模式且kc|Zm|≤|Zset1|时，线路故障位置位于保护区域内，当SSSC处于容性补偿模式且kc|Zm|＞|Zset1|，线路故障位置位于保护区域外，其中，Zm为线路阻抗继电器的测量阻抗，Zset1为无SSSC补偿时被保护线路的保护定值，kc为SSSC容性补偿距离保护整定系数；
当SSSC处于感性补偿模式且kl|Zm|≤|Zset1|时，线路故障位置位于保护区域内，当SSSC处于感性补偿模式且kl|Zm|＞|Zset1|，线路故障位置位于保护区域外，其中，Zm为线路阻抗继电器的测量阻抗，Zset1为无SSSC补偿时被保护线路的保护定值，kl为SSSC感性补偿距离保护整定系数。
优选的，所述第一确定模块，包括：
第五确定单元，用于按下式确定SSSC容性补偿距离保护整定系数kc：
上式中，α为母线到故障点线路实际的电压降相量与母线到故障点线路阻抗上电压降相量的夹角，β为母线处测量电流相量与短路电流相量的夹角，θ为母线处测量电流相量与母线到故障点线路实际的电压降相量的夹角，μ为故障相电流相量与母线处测量电流相量，λ为母线处测量电流相量与母线处测量电压相量的夹角；
按下式确定SSSC感性补偿距离保护整定系数kl：
本发明的有益效果：
本发明提供的技术方案，综合考虑SSSC本体保护和线路距离保护，根据SSSC的运行工况确定线路距离保护的动作定值段，使得含SSSC的输电线路发生故障时距离保护动作可靠性和准确性有所提高，同时，利用SSSC的旁路晶闸管触发信号和旁路断路器位置接点信号判断SSSC的运行工况，使得该方法能够在实际工程中得以实现和应用，当线路故障SSSC本体保护未动作时，引入SSSC输出电压信号构成新的距离保护判据，可以很好地解决SSSC不同补偿模式及补偿度对距离保护影响的问题。
附图说明
图1是本发明一种含SSSC的输电线路距离保护方法的流程图；
图2是本发明实施例中SSSC自身保护措施示意图；
图3是本发明实施例中含有SSSC的输电线路故障系统等效结构示意图；
图4是本发明实施例中含有SSSC的输电线路故障等值电路示意图；
图5是本发明实施例中无SSSC补偿时电压电流相量图；
图6是本发明实施例中SSSC容性补偿时电压电流相量图；
图7是本发明实施例中SSSC感性补偿时电压电流相量图；
图8是本发明一种含SSSC的输电线路距离保护装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供的一种含SSSC的输电线路距离保护方法，如图1所示，包括：
101.根据SSSC的旁路晶闸管触发信号和旁路断路器位置接点信号确定线路故障后SSSC的运行工况，并确定SSSC容性补偿距离保护整定系数和SSSC感性补偿距离保护整定系数；
102.根据SSSC的运行工况，并利用线路阻抗继电器的测量阻抗、SSSC容性补偿距离保护整定系数或SSSC感性补偿距离保护整定系数确定线路阻抗继电器的距离保护判据。
具体的，所述步骤101中，SSSC自身保护措施示意图如图2所示，线路故障后，若旁路晶闸管无触发信号、旁路断路器合闸即位置接点信号为0可以判断SSSC一直处于停运状态；
若旁路晶闸管有触发信号、旁路断路器分闸即位置接点信号为1，可以判断SSSC本体保护动作，保护动作出口为快速闭锁换流器并触发旁路晶闸管导通，此时只有耦合变压器的等效漏抗串联接入线路运行，SSSC对距离保护的影响主要为耦合变压器的等效漏抗；
若旁路晶闸管无触发信号、旁路断路器分闸即位置接点信号为1可以判断SSSC本体保护未动作，此时SSSC对距离保护的影响主要为输出电压。
因此，若SSSC的旁路晶闸管无触发信号且SSSC的旁路断路器处于合闸位置，则SSSC的运行工况为停运状态；
若SSSC的旁路晶闸管有触发信号且SSSC的旁路断路器处于分闸位置，则SSSC的运行工况为本体保护快速动作状态；
若SSSC的旁路晶闸管无触发信号且SSSC的旁路断路器处于分闸位置，则SSSC的运行工况为本体保护不动作状态。
其中，按下式确定SSSC容性补偿距离保护整定系数kc：
上式中，α为母线到故障点线路实际的电压降相量与母线到故障点线路阻抗上电压降相量的夹角，β为母线处测量电流相量与短路电流相量的夹角，θ为母线处测量电流相量与母线到故障点线路实际的电压降相量的夹角，μ为故障相电流相量与母线处测量电流相量，λ为母线处测量电流相量与母线处测量电压相量的夹角；
按下式确定SSSC感性补偿距离保护整定系数kl：
其中，在如图3所示的应用场景中，F点为故障点，P点为距离保护整定范围边界点，Z表示故障点到母线M的线路阻抗，Zset表示距离保护的整定阻抗，在如图4所示的应用场景中，ZS和ZR分别表示电源ES和ER的内阻抗，Z表示故障点F到母线M的线路阻抗，Z'故障点F到母线N的线路阻抗，Rg表示过渡电阻。SSSC等效为可控电压源，注入电压为
基于上述场景，构建无SSSC补偿时电压电流相量图，如图5所示，即考虑SSSC检修停运时故障系统的电压电流相量图。
在图5中，表示母线M处的测量电压相量表示故障点F的电压相量表示母线M到故障点F线路阻抗Z对应的电压降，即R表示阻抗Z对应电阻，X表示阻抗Z对应电抗，即Z＝R+jX。和分别表示母线M处测量电流、母线N处测量电流和故障点电流，且由于过渡电阻Rg为纯阻性，所以故障点电压与电流同相位。母线M处测量电流与的夹角为线路阻抗角θ，与测量电压的夹角为λ，与短路电流的夹角为β，与母线N处测量电流的夹角为ρ。OT为过O点作相量延长线的垂线，垂足为T。表示阻抗继电器的补偿电压，结合图4可以得知：的模值为测量电压与测量电流和整定阻抗Zset乘积之差，即
图6和7分别为SSSC容性补偿和感性补偿时电压电流相量图。在图6和图7中，表示故障相电流，和分别表示电流相量和的方向，μ表示电流相量和的相位差。表示SSSC的输出电压相量图6中SSSC容性补偿，滞后于图7中SSSC感性补偿，超前于表示母线M到故障点F线路阻抗Z上电压降，即表示母线M到故障点F线路实际的电压降，α表示与的夹角。其他各量与图6相同。
对于图6所示的SSSC处于容性补偿时，在ΔMFM′中建立与之间的数学关系，构造SSSC容性补偿模式的距离保护判据。在ΔOMF和ΔMFM′中，∠MOF＝λ+β，∠MFO＝180°-(θ-α+β)，∠M′MF＝180°-(90°-θ+μ+α)，∠MM′F＝90°-θ+μ，可得：
整理可以得到与之间的关系为
根据与表示的电压相量两边同除得：
|Zm|＝kc|Z|
其中kc为SSSC容性补偿距离保护整定系数，且
可以构造SSSC容性补偿模式的距离保护判据。
在SSSC容性补偿模式的距离保护判据中，需要先求解与的夹角α。在ΔMFM′中，利用正弦定理可得：
根据上述公式整理得：
sinα＝kαcsin(θ+β-α)
式中kαc——SSSC容性补偿时α角求解系数，则：
求解α为：
对于图7所示的SSSC处于感性补偿时，同理可构造SSSC感性补偿模式的距离保护判据；
kl为SSSC感性补偿距离保护整定系数，通过相同的推导可以得到：
其中kαl为SSSC感性补偿时α角求解系数，则：
在确定线路故障后SSSC的运行工况、SSSC容性补偿距离保护整定系数和SSSC感性补偿距离保护整定系数后，需确定输电线路距离保护定值，因此，所述步骤102，包括：
若SSSC的运行工况为停运状态，SSSC对线路距离保护无影响，则线路阻抗继电器的距离保护判据包括：当|Zm|≤|Zset1|时，线路故障位置位于保护区域内，当|Zm|＞|Zset1|，线路故障位置位于保护区域外，其中，Zm为线路阻抗继电器的测量阻抗，Zset1为无SSSC补偿时被保护线路的保护定值。
若SSSC的运行工况为本体保护快速动作状态，SSSC对距离保护的影响为耦合变压器的等效漏抗对距离保护产生影响，则线路阻抗继电器的距离保护判据包括：当|Zm|≤|Zset2|时，线路故障位置位于保护区域内，当|Zm|＞|Zset2|，线路故障位置位于保护区域外，其中，Zm为线路阻抗继电器的测量阻抗，Zset2为考虑耦合变压器的等效漏抗时被保护线路的保护定值。
其中，按下式确定考虑耦合变压器的等效漏抗时被保护线路的保护定值Zset2：
Zset2＝Zset1+ZB
上式中，Zset1为无SSSC补偿时被保护线路的保护定值，ZB为耦合变压器的等效漏抗。
若SSSC的运行工况为本体保护不动作状态，SSSC对距离保护的影响为其输出电压对距离保护产生影响，此时阻抗继电器中引入SSSC输出电压信号，则线路阻抗继电器的距离保护判据包括：
当SSSC处于容性补偿模式且kc|Zm|≤|Zset1|时，线路故障位置位于保护区域内，当SSSC处于容性补偿模式且kc|Zm|＞|Zset1|，线路故障位置位于保护区域外，其中，Zm为线路阻抗继电器的测量阻抗，Zset1为无SSSC补偿时被保护线路的保护定值，kc为SSSC容性补偿距离保护整定系数；
当SSSC处于感性补偿模式且kl|Zm|≤|Zset1|时，线路故障位置位于保护区域内，当SSSC处于感性补偿模式且kl|Zm|＞|Zset1|，线路故障位置位于保护区域外，其中，Zm为线路阻抗继电器的测量阻抗，Zset1为无SSSC补偿时被保护线路的保护定值，kl为SSSC感性补偿距离保护整定系数。
本发明提供的技术方案综合考虑SSSC本体保护和线路距离保护，实现了含有SSSC的输电线路发生故障时距离保护可靠动作，利用SSSC的旁路晶闸管触发信号和旁路断路器位置接点信号判断SSSC的运行工况，工程可行性强。
本发明还提供一种含SSSC的输电线路距离保护装置，如图8所示，所述装置包括：
第一确定模块，用于根据SSSC的旁路晶闸管触发信号和旁路断路器位置接点信号确定线路故障后SSSC的运行工况，并确定SSSC容性补偿距离保护整定系数和SSSC感性补偿距离保护整定系数；
第二确定模块，用于根据SSSC的运行工况，并利用线路阻抗继电器的测量阻抗、SSSC容性补偿距离保护整定系数或SSSC感性补偿距离保护整定系数确定线路阻抗继电器的距离保护判据。
具体的，所述第一确定模块，包括：第一确定单元，用于：
若SSSC的旁路晶闸管无触发信号且SSSC的旁路断路器处于合闸位置，则SSSC的运行工况为停运状态；
若SSSC的旁路晶闸管有触发信号且SSSC的旁路断路器处于分闸位置，则SSSC的运行工况为本体保护快速动作状态；
若SSSC的旁路晶闸管无触发信号且SSSC的旁路断路器处于分闸位置，则SSSC的运行工况为本体保护不动作状态。
所述第二确定模块，包括：
第二确定单元，用于若SSSC的运行工况为停运状态，则线路阻抗继电器的距离保护判据包括：当|Zm|≤|Zset1|时，线路故障位置位于保护区域内，当|Zm|＞|Zset1|，线路故障位置位于保护区域外，其中，Zm为线路阻抗继电器的测量阻抗，Zset1为无SSSC补偿时被保护线路的保护定值。
所述第二确定模块，包括：
第三确定单元，用于若SSSC的运行工况为本体保护快速动作状态，则线路阻抗继电器的距离保护判据包括：当|Zm|≤|Zset2|时，线路故障位置位于保护区域内，当|Zm|＞|Zset2|，线路故障位置位于保护区域外，其中，Zm为线路阻抗继电器的测量阻抗，Zset2为考虑耦合变压器的等效漏抗时被保护线路的保护定值。
其中，按下式确定考虑耦合变压器的等效漏抗时被保护线路的保护定值Zset2：
Zset2＝Zset1+ZB
上式中，Zset1为无SSSC补偿时被保护线路的保护定值，ZB为耦合变压器的等效漏抗。
所述第二确定模块，包括：
第四确定单元，用于若SSSC的运行工况为本体保护不动作状态，则线路阻抗继电器的距离保护判据包括：
当SSSC处于容性补偿模式且kc|Zm|≤|Zset1|时，线路故障位置位于保护区域内，当SSSC处于容性补偿模式且kc|Zm|＞|Zset1|，线路故障位置位于保护区域外，其中，Zm为线路阻抗继电器的测量阻抗，Zset1为无SSSC补偿时被保护线路的保护定值，kc为SSSC容性补偿距离保护整定系数；
当SSSC处于感性补偿模式且kl|Zm|≤|Zset1|时，线路故障位置位于保护区域内，当SSSC处于感性补偿模式且kl|Zm|＞|Zset1|，线路故障位置位于保护区域外，其中，Zm为线路阻抗继电器的测量阻抗，Zset1为无SSSC补偿时被保护线路的保护定值，kl为SSSC感性补偿距离保护整定系数。
所述第一确定模块，包括：
第五确定单元，用于按下式确定SSSC容性补偿距离保护整定系数kc：
上式中，α为母线到故障点线路实际的电压降相量与母线到故障点线路阻抗上电压降相量的夹角，β为母线处测量电流相量与短路电流相量的夹角，θ为母线处测量电流相量与母线到故障点线路实际的电压降相量的夹角，μ为故障相电流相量与母线处测量电流相量，λ为母线处测量电流相量与母线处测量电压相量的夹角；
按下式确定SSSC感性补偿距离保护整定系数kl：
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请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，本申请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。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、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。
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。
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。
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。
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