含upfc的输电线路快速距离保护方法与装置的制造方法
【专利摘要】本发明涉及含UPFC的输电线路快速距离保护方法与装置，通过在正常运行时计算UPFC的最大等效阻抗，在系统发生故障时，计算故障补偿电压时计及正常运行时计算的最大等效阻抗，可有效防止当保护装置用于近UPFC侧，当发生反方向出口故障时，快速距离保护存在误动的风险；同时还可防止当保护装置用于远UPFC侧，当发生正方向区外金属性故障时，快速距离保护存在超越动作的风险。
【专利说明】
含UPFC的输电线路快速距离保护方法与装置
技术领域
[0001] 本发明属于电力系统继电保护技术领域，具体设及一种含UPFC输电线路快速距离 保护方法。
【背景技术】
[0002] 统一潮流控制器(UPFC)，可W快速灵活的控制线路的潮流，改善电网的潮流分布 特性，可最大化电网传输能力；同时还具备阻尼系统振荡，提高电网稳定性;提供紧急功率 支援，避免大规模切负荷;优化潮流分布，减少环流，降低网络损耗。UPFC通过向线路注入相 角和幅值可控的电压相量，直接改变了线路的首末端电势特征，从而进一步改变了系统中 的电势相位及幅值分布，对于整个区域的潮流分布起到调节作用。UPFC在控制线路的潮流 分布的同时也导致了输电线路参数的改变，UPFC等效阻抗可能呈现较大的容性，进而导致 传统的距离保护误动作。
[0003] 快速距离保护基于故障量，采用工作电压突变量大于固定口槛作为动作方程，作 为故障分量保护，不受负荷状态的影响，具有较强的耐过渡电阻能力。快速距离保护作为快 速单端量保护，可W极快的速度切除近端严重故障，W保障电网的安全运行。对含UPFC的输 电线路，当安装于近UPFC侧，当发生反方向出口故障时，快速距离保护存在误动的风险；当 安装于远UPFC侧，当发生正方向区外金属性故障时，快速距离保护存在超越动作的风险。由 于快速距离保护动作速度较快，有可能会在UPFC系统本体保护动作之前动作。目前，业内还 没有一种能够适用于含UPFC输电线路的快速距离保护方法。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提供一种含UPFC输电线路快速距离保护方法，用于解决现有技术 的距离保护用于UPFC线路时的误动和超越动作的问题。同时，本发明还提供了一种含UPFC 输电线路快速距离保护装置。
[0005] -种含UPFC的输电线路快速距离保护方法，包括如下步骤：
[0006] (1)两侧线路保护装置分别独立采集各侧电压量和电流量；
[0007 ] (2)在线路保护启动元件未动作情况下实时计算UPFC最大等效阻抗Zp;
[0008] (3)启动元件动作后实时计算电压变化量和补偿电流变化量；
[0009] (4)根据电压变化量和补偿电流变化量计算故障补偿电压;计算时采用步骤(2)中 的线路保护启动元件动作前的UPFC最大等效阻抗Zp;
[0010] (5)当故障电压满足动作判据后经延时动作出口。
[0011] 进一步的，所述步骤(1)中两侧电压和电流量采集方法为:对于近UPFC侧电压量取 线路侧PT,电流量取线路CT;对于远UPFC侧电压量取线路侧PT或母线侧PT,电流量取线路 CTo
[001^ 进一步的，所述步骤(2)中启动元件的公式为：I iqd[k] I >1.25 I iqd[k-2N] I +0.1 In; 其中：iqdk为各侧任意相电流;N为每周波义样点数;In为CT额定电流值;计算UPFC最大等效 阻抗Zp公式为：
其中:Upmax为UPFC系统串联变压器最大输出电压值；i/为当前 电流。
[0013] 进一步的，所述步骤(3)中，电压变化量计算公式为
其中： 为当前电压相量;为两周前电压相量;與为任意相或相间；电流变化量计算公式 为：
其中Aw为当前电流相量；为当前零序电流相 量；为当前电流相量；/巾为两周前零序电流相量；梦为任意相或相间；所述步骤 (4)中电压变化量计算公式为：
i其中：么。,为快速距离保 护阻抗整定值;管为任意相或相间。
[0014] 进一步的，所述步骤巧）中动作判据公式为
其中:Un为电压额 定值;a为可靠系数，其取值范围为0~5,一般可取0.5;辟为任意相或相间；步骤(5)中延时 动态调整，延时计算公式为:Tp=巧-a) X20ms;其中：a为动作判据中的可靠系数。
[0015] 本发明还提供了一种含UPFC的输电线路快速距离保护装置，包括如下模块：
[0016] 模块(1)，两侧线路保护装置分别独立采集各侧电压量和电流量；
[0017] 模块(2)，用于在线路保护启动元件未动作情况下实时计算UPFC最大等效阻抗Zp;
[0018] 模块(3)，用于启动元件动作后实时计算电压变化量和补偿电流变化量；
[0019] 模块(4)，用于根据电压变化量和补偿电流变化量计算故障补偿电压;计算时采用 模块(2)中的线路保护启动元件动作前的UPFC最大等效阻抗Zp;
[0020] 模块(5)，用于当故障电压满足动作判据后经延时动作出口。
[0021] 进一步的，所述模块(1)中两侧电压和电流量采集方法为:对于近UPFC侧电压量取 线路侧PT,电流量取线路CT;对于远UPFC侧电压量取线路侧PT或母线侧PT,电流量取线路 CTo
[0022] 进一步的，所述模块(2)中启动元件的公式为：I iqd[k] I >1.25 I iqd[k-2N] I +0.1 In; 其中：iqdk为各侧任意相电流;N为每周波义样点数;In为CT额定电流值;计算UPFC最大等效 阻抗Zp公式为；
i其中:Upmax为UPFC系统串联变压器最大输出电压值；为当前 电流。
[0023] 进一步的，所述模块(3)中，电压变化量计算公式为：
其中： 为当前电压相量;w；|为两周前电压相量;9为任意相或相间；电流变化量计算公式 为：
其中：为当前电流相量；为当前零序电流相 量;^巾_:^为当前电流相量;/巾心，1为两周前零序电流相量;^^为任意相或相间;所述模块(4) 中电压变化量计算公式为：
；其中：式为快速距离保护阻 抗整定值;^^为任意相或相间。
[0024] 进一步的，所述模块(5)中动作判据公式为
.其中：Un为电压额 定值;a为可靠系数，其取值范围为0~5,一般可取0.5;^为任意相或相间；模块(5)中延时动 态调整，延时计算公式为:Tp=巧-a) X20ms;其中：a为动作判据中的可靠系数。
[0025] 本发明与现有技术的区别主要在于:在正常运行时计算UPFC的最大等效阻抗并且 保存，在系统发生故障，计算故障补偿电压时，不再实时计算UPFC的最大等效阻抗，而采用 故障发生之前的计算并且保存的UPFC最大等效阻抗。运种方式能够有效防止当保护装置用 于近UPFC侧，当发生反方向出口故障时，快速距离保护存在误动的风险；同时还可防止当保 护装置用于远UPFC侧，当发生正方向区外金属性故障时，快速距离保护存在超越动作的风 险。
[0026] 故障电压满足动作判据后经动态调整的延时动作出口，不仅可有效保证发生严重 故障时保护动作的速动性，还可保证弱故障情况下保护的可靠性。
【附图说明】
[0027] 图1是含UPFC系统的输电线路示意图；
[002引图2是本发明实施例的工作流程图。
【具体实施方式】
[0029] 下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
[0030] 方法实施例
[0031] 本发明方法实施例的含UPFC输电线路快速距离保护方法用于含UPFC系统接入的 交流输电线路保护中。含UPFC系统的输电线路如图1所示，快速距离保护工作流程如图2所 示，方法包括W下步骤：
[0032] (1)两侧线路保护装置分别独立采集各侧电压量和电流量；
[0033] 两侧电压和电流量采集方法为:对于近UPFC侧电压量取线路侧PT,电流量取线路 CT;对于远UPFC侧电压量可取线路侧PT也可取母线侧PT，电流量取线路CT。
[0034] (2)在线路保护启动元件未动作情况下实时计算UPFC最大等效阻抗Zp,启动保护 不再计算，采用启动前计算的Zp用于故障计算；
[0035] 启动元件的公式为：I iqd山I > 1.25 I iqd[k-2N] I +0.1 In;其中：iqdk为各侧任意相电 流;N为每周波采样点数;In为CT额定电流值。
[0036] UPFC最大等效阻抗Zp计算公式为：
其中：UPmax为UPFC系统串联变压 器最大输出电压值;为当前电流。
[0037] (3)启动元件动作后实时计算电压变化量和补偿电流变化量；
[003引电压变化量计算公式为
：其中：为当前电压相量； 为两周前电压相量;巧为任意相或相间。
[0039]电流变化量计算公式为
其中：为当前电流 相量;为当前零序电流相量;为当前电流相量;为两周前零序电流相量;0 为任意相或相间。
[0040] (4)根据电压变化量和补偿电流变化量计算故障补偿电压；
[0041] 电压变化量计算公式为：
；其中：之W为快速距离 保护阻抗整定值;0为任意相或相间。
[0042] (5)当故障电压满足动作判据后经动态调整的延时动作出口。
[0043] 动作判据公式为
；其中：Un为电压额定值;a为可靠系数，其取 值范围为0~5，一般可取0.5; 为任意相或相间。
[0044] 动态调整的延时计算公式为：Tp=(5-a)X20ms;其中：a为动作判据中的可靠系 数。
[0045] 本实施例中，通过在正常运行时计算UPFC的最大等效阻抗，在系统发生故障时，计 算故障补偿电压时计及正常运行时计算的最大等效阻抗，可有效防止当保护装置用于近 UPFC侧，当发生反方向出口故障时，快速距离保护存在误动的风险；同时还可防止当保护装 置用于远UPFC侧，当发生正方向区外金属性故障时，快速距离保护存在超越动作的风险。进 一步，故障电压满足动作判据后经动态调整的延时动作出口，不仅可有效保证发生严重故 障时保护动作的速动性，还可保证弱故障情况下保护的可靠性。
[0046] 本发明的主要构思是在正常运行时计算UPFC的最大等效阻抗并且保存，在系统发 生故障，计算故障补偿电压时，不再实时计算UPFC的最大等效阻抗，而采用故障发生之前的 计算并且保存的UPFC最大等效阻抗。因此，上面实施例中设及的启动判据、动作判据、延时 计算公式、电压电流变化量技术公式、补偿电压公式等等，作为其他实施方式，均可W采用 现有技术中的其他具体公式进行替换。
[0047] 装置实施例
[004引一种含UPFC的输电线路快速距离保护装置，包括如下模块：
[0049] 模块(1)，两侧线路保护装置分别独立采集各侧电压量和电流量；
[0050] 模块(2)，用于在线路保护启动元件未动作情况下实时计算UPFC最大等效阻抗Zp;
[0051] 模块(3)，用于启动元件动作后实时计算电压变化量和补偿电流变化量；
[0052] 模块(4)，用于根据电压变化量和补偿电流变化量计算故障补偿电压;计算时采用 模块(2)中的线路保护启动元件动作前的UPFC最大等效阻抗Zp;
[0053] 模块(5)，用于当故障电压满足动作判据后经延时动作出口。
[0054] 上述各模块是与方法实施例中各个步骤一一对应的软件功能模块，其构成的装置 是一种软件功能构架，W软件代码的形式存储在继电保护装置的存储器中。由于与上述方 法实施例中的步骤一一对应，故不再寶述。
[0055] 在本发明给出的思路下，采用对本领域技术人员而言容易想到的方式对上述实施 例中的技术手段进行变换、替换、修改，并且起到的作用与本发明中的相应技术手段基本相 同、实现的发明目的也基本相同，运样形成的技术方案是对上述实施例进行微调形成的，运 种技术方案仍落入本发明的保护范围内。
【主权项】
1. 一种含UPFC的输电线路快速距离保护方法，其特征在于，包括如下步骤： (1) 两侧线路保护装置分别独立采集各侧电压量和电流量； (2) 在线路保护启动元件未动作情况下实时计算UPFC最大等效阻抗ZP; (3) 启动元件动作后实时计算电压变化量和补偿电流变化量； (4) 根据电压变化量和补偿电流变化量计算故障补偿电压;计算时采用步骤(2)中的线 路保护启动元件动作前的UPFC最大等效阻抗Zp; (5) 当故障电压满足动作判据后经延时动作出口。2. 根据权利要求1所述的含UPFC的输电线路快速距离保护方法，其特征在于:所述步骤 (1) 中两侧电压和电流量采集方法为:对于近UPFC侧电压量取线路侧PT，电流量取线路CT; 对于远UPFC侧电压量取线路侧PT或母线侧PT，电流量取线路CT。3. 根据权利要求1或2所述的含UPFC的输电线路快速距离保护方法，其特征在于:所述 步骤(2)中启动元件的公式为：| iqd[k] | >1.25 | iqd[k-2N] | +0. lln;其中：iqdk为各侧任意相 电流；N为每周波采样点数；Iη为CT额定电流值；计算UPFC最大等效阻抗Zp公式为：其中:UPmax为UPFC系统串联变压器最大输出电压值;^为当前电流。4. 根据权利要求3所述的含UPFC的输电线路快速距离保护方法，其特征在于:所述步骤 (3 )中，电压变化量计算公式为：= ;其中：为当前电压相量； j为两周前电压相量；Ρ为任意相或相间；电流变化量计算公式为： 剩+? -4-叫-1。卜則；其中：、为当前电流相量；'为当前零序电流相量； 为当如电流相量;为两周如零序电流相量;史为任意相或相间；所述步骤(4)中 电压变化量计算公式为:其中为快速距离保护阻抗 整定值，为任意相或相间。5. 根据权利要求4所述的含UPFC的输电线路快速距离保护方法，其特征在于:所述步骤 (5)中动作判据公式为：卜(1 + 其中：Un为电压额定值;α为可靠系数，其取值 范围为0~5，一般可取0.5;炉为任意相或相间；步骤(5)中延时动态调整，延时计算公式为： Τρ=(5_α) X20ms;其中：α为动作判据中的可靠系数。6. -种含UPFC的输电线路快速距离保护装置，其特征在于，包括如下模块： 模块(1)，两侧线路保护装置分别独立采集各侧电压量和电流量； 模块(2)，用于在线路保护启动元件未动作情况下实时计算UPFC最大等效阻抗ZP; 模块(3)，用于启动元件动作后实时计算电压变化量和补偿电流变化量； 模块(4)，用于根据电压变化量和补偿电流变化量计算故障补偿电压;计算时采用模块 (2) 中的线路保护启动元件动作前的UPFC最大等效阻抗Zp; 模块(5)，用于当故障电压满足动作判据后经延时动作出口。7. 根据权利要求6所述的含UPFC的输电线路快速距离保护装置，其特征在于:所述模块 (1)中两侧电压和电流量采集方法为:对于近UPFC侧电压量取线路侧PT，电流量取线路CT; 对于远UPFC侧电压量取线路侧PT或母线侧PT，电流量取线路CT。8. 根据权利要求6或7所述的含UPFC的输电线路快速距离保护装置，其特征在于:所述 模块⑵中启动元件的公式为：| iqd[k] | >1.25 I iqd[k-2N] | +0. lln;其中：iqdk为各侧任意相 电流；N为每周波采样点数；Iη为CT额定电流值；计算UPFC最大等效阻抗ZP公式为：5其中:UPmax为UPFC系统串联变压器最大输出电压值;各为当前电流。9. 根据权利要求8所述的含UPFC的输电线路快速距离保护装置，其特征在于:所述模块 (3)中，电压变化量计算公式为：;其中：为当前电压相量； 为两周前电压相量；@为任意相或相间；电流变化量计算公式为： = 1其中：<#：|为当前电流相量；'为当前零序电流相量； 为当前电流相量;为两周前零序电流相量;供为任意相或相间;所述模块⑷中 电压变化量计算公式为:-Δ/#] 4;其中:为快速距离保护阻抗 整定值，为任意相或相间。10. 根据权利要求9所述的含UPFC输电线路快速距离保护装置，其特征在于:所述模块 (5)中动作判据公式为：?Δ?>_Α-|2(1 + α；)[/ν;其中:UN为电压额定值;α为可靠系数，其取值范 围为0~5，一般可取0.5;识为任意相或相间；模块(5)中延时动态调整，延时计算公式为:ΤΡ = (5_α) X 20ms;其中：α为动作判据中的可靠系数。
【文档编号】H02H7/26GK105826908SQ201610309848
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2016年5月11日
【发明人】李宝伟, 姚武, 樊占峰, 倪传坤, 邓茂军, 李旭, 李保恩, 吴金龙, 席颖颖, 姜自强, 郝慧贞, 姚东晓, 李文正, 陈继瑞
【申请人】许继集团有限公司, 许继电气股份有限公司, 许昌许继软件技术有限公司, 国家电网公司