一种基于增量因子的电力网络后备保护在线整定方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于增量因子的电力网络后备保护在线整定方法。现有技术在后备保护定值适应性、整定难度、整定效率等方面存在的不足。本发明利用运行方式变化前预先计算的增量因子系数，结合实时获取的运行方式变化量信息形成增量因子，使运行方式变化后整定系统无需进行故障计算，即可快速计算出后备保护的分支系数，进而计算出保护新定值。本发明通过调整能改变后备保护的整定数量，平衡整定效率与定值准确性间的矛盾，解决整定不足与整定过剩的问题。由于运行方式变化出现时，实时整定仅进行简单的四则运算，无需反复进行复杂的故障计算，计算速度快而稳定。
【专利说明】—种基于增量因子的电力网络后备保护在线整定方法
【技术领域】
[0001]本发明属于电力系统继电保护领域，具体涉及一种电力网络后备保护在线整定方法。
【背景技术】
[0002]基于单端电气量的后备保护，其定值的保护范围往往依赖于电网结构及运行方式。当运行方式发生变化时，保护范围会缩小或超越。目前后备保护定值是离线计算的，即选择一定范围的运行方式进行计算，由此得到的定值在某种具体方式下往往不是最佳的。随着风电、光伏等新能源技术的发展，电源数量及种类增加，同时电网规模也不断增大，运行方式复杂性日益提高，后备保护离线整定难度越来越大，而电网对后备保护定值的可靠性要求却越来越高。在此背景下，实现后备保护在线实时整定尤为迫切。
[0003]长期以来，国内外对保护定值在线整定进行了大量的理论研究，有些成果在辐射性网络或简单的环网中获得应用，但应用于复杂的环网系统或含高渗透率分布式发电的配电网还存在很大的挑战。主要困难是后备保护定值在线计算速度可能跟不上运行方式的变化速度。比如当电网初始故障，保护正确动作切除故障设备，新的运行方式产生，部分后备保护定值应迅速计算并更新，若更新不及时，有可能诱发后备保护不正确动作，产生新的运行方式，直至发展为连锁跳闸事故。
[0004]运行方式变化对不同位置后备保护定值的影响是不同的，因此首先需要确定要重新整定的后备保护范围，然后快速计算新定值。目前，整定范围的确定主要有以下两种方法。一种是以运行方式变化处为中心，采用自动扩大范围模式逐级向外搜索，校验保护定值。另一种是以变化前后流经保护的短路电流差值为依据，计算出保护定值影响范围。上述方法均是在运行方式变化后通过故障分析来实现。运行方式变化一般不会使网络的导纳矩阵大规模改变，只有少量电气参数需要修改。当网络规模较大时，通过导纳矩阵的消元和迭代进行故障分析会消耗过多时间，影响在线整定速度。此外，应用于大规模的复杂环网时，由于待确定的主后备保护对数量多，容易出现部分保护整定不足而部分保护整定过剩的矛盾局面。
[0005]后备保护一般通过与相邻设备保护配合获得定值，如近后备保护通常与相邻设备的主保护配合，而远后备保护则与相邻设备的近后备保护配合。配合整定计算过程中，若整定设备与配合设备流过的电流不一致，需要引入分支系数。当网络运行方式发生变化时，后备保护定值是否需要重新计算，取决于分支系数是否发生变化以及变化情况。因此，通过一定的分析或计算确定分支系数的变化情况，是实现后备保护在线整定的重点。
【发明内容】
[0006]本发明针对现有技术在后备保护定值适应性、整定难度、整定效率等方面存在的不足，提出了基于增量因子的后备保护在线整定方法:利用运行方式变化前预先计算的增量因子系数，结合实时获取的运行方式变化量信息形成增量因子，使运行方式变化后整定系统无需进行故障计算，即可快速计算出后备保护的分支系数，进而计算出保护新定值。
[0007]以往，分支系数是基于运行方式变化后的网络通过故障计算进行求解，而且进行故障计算时是以大地为参考电压的故障分析模型。本发明方法，是以电压源出口为参考电压建立故障分析模型，对运行方式变化前后的分支系数表达式进行分析，得到如下的表达
们分别等于= , B = bAy ;a、b为对应的增量因子常系数，通过对运行方式变化前
的导纳矩阵进行行列式计算预先求得；Δ>'是运行方式变化引起的导纳参数变化量，在运
行方式变化后才能获得。因此事先计算获得的常数a、b结合运行方式变化后获取的变化量信息可以迅速确定A、B的数值，进而可求得运行方式变化后的分支系数，进一步可根据整定原则计算得到运行方式变化后的保护新定值。由此可见，本发明在运行方式变化前进行增量因子系数的计算，在运行方式变化后，通过简单的四则运算即可计算保护新定值，因此计算速度快，效率高，而且定值在新方式下是最佳的。
[0008]此外，由于电力系统运行时的非计划运行方式变化一般是切除操作，如元件故障切除，因此通常為F〈O。当a = b时，m = I,表明分支系数不变；当a < b时，m > I,分支系
数将增大；当a >b时，m〈 1，表明分支系数将减小。因此|---6|的大小一定程度上能反映
保护运行方式变化前后分支系数的变化程度。若满足判断式~b\<￡,就可认为该保护分支系数不变，ε为一个合理的充分小的正数。
`[0009]采用上述研究成果可以实现后备保护在线整定方案，通过对实例计算，表明本方案计算速度快，能实现当前方式下的最佳保护定值计算。
[0010]本发明方法由在线预计算及实时整定两部分组成，包括以下步骤:
步骤1.在线预计算阶段，首先获得当前运行方式下电力网络的拓扑结构。
[0011]步骤2.遍历网络形成后备保护配合对。
[0012]步骤3.针对每一个后备保护配合对，确定故障计算模型。具体是:设配合保护的保护范围末端发生故障，以理想电压源出口为参考电压建立节点导纳方程FLJ= J ,其中Y为节点导纳矩阵，U为节点电压列向量，I为节点注入电流列向量，只有2个非零元素。
[0013]步骤4.计算后备保护在当前运行方式下的分支系数。假设后备保护
所在的整定线路为pq，流过的故障电流为^，配合保护所在线路为qs，故障点为配合保护的保护范围末端k，流过配合保护的故障电流为^ ,则分支系数&为:
I, y, u -u, y, ua + l
kb = — =---=---，其中 、 为对应节点间的支路导纳参数，
Ipq
S' %为相应节点的电压，士可通过步骤3建立的故障计算模型由节点导纳方程求得，而％的电压为-1，因为电压源出口为参考电压。
[0014]步骤5.遍历运行方式可能变化的元件并计算对应的增量因子系数a、b。具体是:根据元件方式变化对网络拓扑产生的影响不同可分为电源类变化及线路类变化两种，不同类型按照下述方法求解增量因子的常系数a、b:
(I)电源类元件变化
若电源元件连接的节点i异于整定线路节点P和q时，基于步骤3的故障计算模型能
够推导得出
【权利要求】
1.一种基于增量因子的电力网络后备保护在线整定方法，其特征在于:该方法由在线预计算及实时整定两部分组成； 在线预计算: 步骤1.获得当前运行方式下电力网络的拓扑结构； 步骤2.遍历电力网络形成后备保护配合对； 步骤3.针对每一个后备保护配合对，确定故障计算模型；具体是:设配合保护的保护范围末端发生故障，以理想电压源出口为参考电压建立节点导纳方程FU = I，其中Y为节点导纳矩阵，U为节点电压列向量，I为节点注入电流列向量，只有两个非零元素； 步骤4.计算后备保护在当前运行方式下的分支系数；设后备保护所在的整定线路为pq，流过的故障电流为、配合保护所在线路为qs，故障点为配合保护的保护范围末端k，流过配合保护的故障电流为,则分支系数为:
【文档编号】G06F19/00GK103514363SQ201310302043
【公开日】2014年1月15日 申请日期:2013年7月18日 优先权日:2013年7月18日
【发明者】王慧芳, 赵宇 申请人:浙江大学