专利名称：基于动态短路电流的继电保护定值在线校核方法
技术领域：
本发明属于电力系统继电保护领域，特别涉及一种继电保护装置定值的校核方法。
背景技术：
近年来，随着电网的快速发展，电网基建、电源送出、电网改造项目大量投产，继电 保护定值整定计算工作已不能满足其投产周期的要求。在基建、技改项目投产过程中，引起 的母线陪停、线路陪停方式、电网断环方式越来越复杂，电网非正常运行方式明显增多，时 间更加延长，给当前的继电保护定值整定计算工作带来了巨大的挑战。传统的继电保护定值计算方法是在电网运行的正常方式基础上，按照“N - 1”电 网检修方式进行离线计算，而对于基建或电网改造项目引起的“N - 2”等特殊运行方式，来 不及校核周围继电保护装置的定值，只能采取简单处理，忽略了许多复杂因素对短路电流 的影响，例如机组出力、负荷电流、负荷模型、各类控制器等等；并且当真实的短路故障发生 后，系统各处的短路电流都有一个动态变化过程，而传统的计算方法只关注故障时刻的短 路电流。因此，这种静态计算方法使得目标电网与真实电网的差别比较大，短路电流计算结 果误差较大且提供的信息有限，给继电保护装置的可靠正确动作埋下了隐患，导致电网的 安全稳定运行受到了不同程度的威胁。而基于暂态仿真的动态短路电流计算方法可以考 虑电力系统的详细模型，为用户提供短路故障过程中和故障后短路电流的动态变化过程信 息，是今后的发展方向。中国发明申请号为200810147821. 2的“电网系统继电保护在线校核方法”和申请 号为200810147822. 7的“电网继电保护定值在线校核一体化数据处理方法”提出了通过 EMS和DTS从电网中获取电力设备参数、继电保护定值以及电网的实时运行数据，然后按照 保护整定规程进行故障计算，最后根据校核规则对保护定值进行校核。但是，上述专利方法 进行故障计算时采用的是静态网络阻抗等值方法，没有考虑电力系统的详细暂态模型，没 有考虑短路故障过程中以及短路故障消失后，电力系统中各类调节控制器(发电机调压器、 调速器、电力系统稳定器等)的作用，即只求取了短路故障时刻的短路电流瞬时值，没有获 得更加符合工程实际情况的短路电流动态变化过程；并且，上述专利方法没有涉及保护定 值在线校核系统与现有的保护定值单离线整定系统、保护信息管理系统以及保护装置的数 据接口。鉴于以上分析，本发明人针对当前继电保护定值整定计算工作实践中存在的问题 进行研究改进，本案由此产生。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述背景技术中的缺陷和不足，提供一种基于 动态短路电流的继电保护定值在线校核方法，其可提高短路计算结果的准确性，实现继电 保护定值的在线校核、实时预警，提高保护定值整定工作的自动化程度。
本发明为解决上述技术问题，采用的解决方案是
一种基于动态短路电流的继电保护定值在线校核方法，包括如下步骤
(1)通过EMS获取实时的全网量测数据，建立电网模型；
(2)对全网量测数据进行可信度评估，获取通过评估的数据；
(3)对前述通过可信度评估的数据进行动态的短路电流计算；
(4)对保护定值进行整定计算及校核。上述步骤(3)的详细步骤为
(31)利用潮流计算程序算出短路故障前系统的运行状态，然后算出系统的运行参量初 值y(0)，并由此计算出状态变量的初始值x(0)；
(32)根据各元件采用的数学模型形成相应的微分方程，并根据所用的求解方法形成相 应的电力网络方程；
(33)进行暂态过程计算，得到从0 tmax时间段内短路电流的数据，其中tmax为预定 的时刻。采用上述方案后，本发明从EMS实时获取电力系统的真实运行状态，并对其进行 各类短路故障的暂态分析计算，可以更加全面地给出电网各处短路电流的动态变化过程信 息。相对于目前广泛采用的静态短路电流计算方法，动态计算方法无需对电力系统模型数 据做大量的假设，并且可以考虑系统运行方式、潮流分布、负荷模型、发电机各类调节控制 器等因素对短路电流的影响，因此其短路电流计算结果更加准确；另外，本发明可适应电网 发展对继电保护提出的更高要求，提高继电保护整定计算工作人员的工作效率，减少整定 计算工作中的人为失误，全面跟踪电网检修、运行情况，对于电网方式、切改方案、检修计划 提出合理化建议，对于不满足电网方式的保护定值快速地提出整改方案，对电网的安全稳 定运行具有重要的意义。
图1是本发明的流程图2是本发明中进行短路电流计算的流程图。
具体实施例方式以下将结合附图及具体实施例，对本发明的实现过程进行详细说明。参考图1所示，本发明提供一种基于动态短路电流的继电保护定值在线校核方 法，包括如下步骤
(1)通过EMS获取实时的全网量测数据，建立电网模型；
具体来说，EMS (Energy Management System，能量管理系统)通过输出符合IEC 61970 标准的(ΠΜ(Common Information Model，公共信息模型)XMLGcalable Vector Graphics, 可缩放矢量图形)文件来导出电网的模型，通过SVG (Scalable Vector Graphics，可 缩放矢量图形)格式导出厂站图和潮流图，而SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition，数据采集与监视控制系统)数据以及状态估计结果数据通过易语言(一门计 算机程序语言，以中文作为程序代码表达的语言形式)规范来进行输出；继电保护定值在线 校核系统通过导入前述CIM XML模型文件建立电网模型；当电网模型改变时，继电保护定值在线校核系统从EMS得到更新后的全网模型，并实时运行时从EMS周期性获取全网量测 数据，主要包括直调电厂的开、停机方式，线路运行情况等；
(2)对全网量测数据进行可信度评估，获取通过评估的数据；
继电保护定值在线校核系统按照设定的原则对接收到的EMS状态估计结果数据或者 自己的状态估计结果进行可信度评估，所述可信度评估的原则包括变压器档位、发电机端 电压、母线电压水平、线路潮流分布(评估原则具体自己整定)等，对不满足要求的结果数据 提出告警；系统记录数据评估失败的原因和时间，并发出告警，该失败原因包括状态估计不 收敛、枢纽母线电压不合格、联络线功率误差较大等；只有通过评估的数据才可用于短路电 流计算；
(3)对前述通过可信度评估的数据进行动态的短路电流计算；
短路电流计算考虑的故障类型包括单相接地，两相接地，两相相间故障不接地，三相 故障，短路电流计算可考虑过渡电阻。故障点的设置除了考虑母线，还可以在线路上的任意 点设置故障，可以用距离线路首端百分比来表示。常规的计算短路电流的方法是不基于潮 流结果的静态分析方法，这类方法的计算结果与发电机和负荷的类型、出力无关，假设短路 点的电压为额定电压，利用对称分量法求取短路点对地的正、负、零序等值阻抗电路，进而 求得正、负、零序短路电流；继电保护定值在线校核系统提供的短路电流分析计算程序可以 分别采用动态和静态计算分析方法，便于充分考虑电网的实际接线、电网的潮流、发电和负 荷的水平、发电机及负荷的模型对短路电流的影响，使计算结果更加准确可信，适用于对运 行继电保护装置定值的实时在线校核。 继电保护定值在线校核系统可以定时触发、人工触发或者事件触发，其中的数据 接口模块从EMS获得最新的电网运行方式数据，结合自身数据库保存的元件参数数据进行 动态的短路电流计算。配合图2所示，所述短路电流计算的详细步骤为
(31)利用潮流计算程序算出短路故障前系统的运行状态，即由潮流计算得到各节点 的电压及注入功率，然后算出系统的运行参量初值y(0)，并由此计算出状态变量的初值 x(0)；
(32)根据各元件采用的数学模型形成相应的微分方程，并根据所用的求解方法形成相 应的电力网络方程；
(33)进行暂态过程计算，假定暂态过程的计算已进行到t时刻，这时的x(t)和y(t) 为已知量，在计算χ (t+Δ t)和
y(t+ Δ t)时，应首先检查在t时刻系统有无故障或操作，如果有故障或操作，则需对
微分或/和代数方程式进行修改，而且当故障或操作发生在电力网络内时，系统的运行 参量y(t)可能发生突变，因此必须重新求解网络方程，以得到故障或操作后的运行参量 y(t+0)。由于状态变量不会发生突变(因微分方程解对初值的连续依赖性)，因此故障或操 作前后的x(t)和x(t+0)相同；接下来进行微分-代数方程组的计算，根据x(t)和y(t)采
用交替求解法或联立求解法得到x(t+ Δ t)和y(t+ Δ t)的值；
(34)时间向前推进Δt，进行下一步的计算，直至到达预定的时刻tmax，这样，就得到了从0 tmax时间段内短路电流的数据。(4)对保护定值进行整定计算及校核； 所述保护定值的校核主要考虑以下5项内容
(41)线路保护的启动电流；
(42)纵联保护定值的灵敏度；
(43)母差保护定值的灵敏度；
(44)变压器差动保护定值的灵敏度；
(45)后备距离保护测量阻抗幅值的校核。系统还提供尤其对于重载长线路的后备距离保护三段定值的校核，既保障对线路 末端故障有灵敏度，又要躲过负荷阻抗，保证线路重载阻抗元件不发生误动的在线校核、监 测功能，通过暂态或稳态数据模型的分析给出计算结果，并可以提供阻抗圆、告警等可视化 表达方式。需要说明的是，本发明可实现如下功能 (1)预期方式校核功能
对于日常计划检修安排，以及电网基建引起的陪停方式、电网发生的各种预期运行方 式变化，能够提前进行继电保护定值核查。预留人工修改界面，可以设置预期计划检修方 式，根据校核结果，针对计划的检修安排提出制约条件和合理的建议。预期方式校核功能可以弥补离线定值计算实时性不足的缺陷，完全满足电网安全 稳定运行对于继电保护提出的速动性、灵敏性、选择性、可靠性的要求。(2)在线故障校核功能
对已经发生的各种故障，可模拟分析故障电流、故障位置。用户可以设定故障设备各侧的故障电流(稳态电流有效值)，根据本发明可确定故 障可能的位置以及过渡电阻的大小，给出可能的故障类型提示。用户也可以设定故障点的位置，从而获知故障设备各侧的故障电流(稳态电流有 效值)的大小。(3)在线电网方式校核功能
为保证电网稳定运行，对于电网运行方式提出的各种短期或阶段式的方式变化，可实 现继电保护定值实时的在线安全校核，网络拓扑结构完全可以适应实际一次电网结构的预 期变化。如220kV双母线接线的环网变电站，由于短路容量超标等问题导致系统母联开关 短期断开运行，离线计算出的定值已不满足此方式，需要重新进行线路、母差等相关保护定 值的整定。(4)在线预警校核功能
能够实现自动按照在同一变电站内轮断元件，采取“N —k”的电网运行方式，校核站内 及周围系统的保护定值，保证此方式下距离三段不会误动作，并发出告警信息，完成在线监 测的预警校核功能。针对供热机组的开机方式，可实现按照电厂开机最小方式的设置原则，完成全网 定值的在线核查，根据校核结果，对调度运行部门提出可行性建议。以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围 之内。
权利要求
1.一种基于动态短路电流的继电保护定值在线校核方法，其特征在于包括如下步骤(1)通过EMS获取实时的全网量测数据，建立电网模型；(2)对全网量测数据进行可信度评估，获取通过评估的数据；(3)对前述通过可信度评估的数据进行动态的短路电流计算；(4)对保护定值进行整定计算及校核。
2.如权利要求1所述的基于动态短路电流的继电保护定值在线校核方法，其特征在于 所述步骤(3)的详细步骤为(31)利用潮流计算程序算出短路故障前系统的运行状态，然后算出系统的运行参量初 值y(0)，并由此计算出状态变量的初始值x(0)；(32)根据各元件采用的数学模型形成相应的微分方程，并根据所用的求解方法形成相 应的电力网络方程；(33)进行暂态过程计算，得到从0 tmax时间段内短路电流的数据，其中tmax为预定 的时刻。
全文摘要
本发明公开一种基于动态短路电流的继电保护定值在线校核方法，包括如下步骤(1)通过EMS获取实时的全网量测数据，建立电网模型；(2)对全网量测数据进行可信度评估，获取通过评估的数据；(3)对前述通过可信度评估的数据进行动态的短路电流计算；(4)对保护定值进行整定计算及校核。此种方法可提高短路计算结果的准确性，实现继电保护定值的在线校核、实时预警，提高保护定值整定工作的自动化程度。
文档编号H02H7/26GK102074939SQ20101054696
公开日2011年5月25日 申请日期2010年11月17日 优先权日2010年11月17日
发明者俞秋阳, 刘蔚, 夏彦辉, 张勇, 张玉琼, 徐彭亮, 李胜, 毕兆东, 王宁 申请人:华北电网有限公司, 南京南瑞继保电气有限公司