一种基于振荡频率的双端暂态量保护方法、系统及设备

本发明涉及线路保护，特别是涉及一种基于振荡频率的双端暂态量保护方法、系统及设备。

背景技术：

1、新型电力系统中的交流输电线路发生故障后，故障特征发生变化，原有的基于工频电流幅值的电流保护受到影响不再适用。与此同时电力电子器件的增多更需要快速切除故障。因此研究具有高速动性的交流线路保护原理，快速识别并隔离故障，具有重要的现实意义。

2、现有暂态量保护方案主要包括利用时域波形的方案和利用边界效应的方案。其中利用时域波形的方案，实际上是利用区内外故障时两侧电流的极性差异进行故障判别，但实际上暂态初期的故障特征不止极性，仅利用电流极性差异进行故障判别往往可靠性不高；并且利用时域波形的方案在波形相似的情况下需要较长时间的时窗保证可靠性，动作时间较长。而利用边界效应的方案，无法处理弱边界时的故障，需要非常高的采样率才能观测到故障特征，同时抗干扰能力差，工程实现性不强。可见现有暂态量保护方案普遍存在动作速度不足、可靠性较差的问题。

技术实现思路

1、针对上述背景技术中提出的问题，本发明提供一种基于振荡频率的双端暂态量保护方法、系统及设备，以提高保护动作速度和可靠性。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、一方面，本发明提供一种基于振荡频率的双端暂态量保护方法，包括：

4、通过安装在线路两侧的保护装置检测电流突变量并确定故障是否发生；所述电流突变量为差动电流相邻时刻的变化量；

5、当确定故障发生时，根据线路系统结构确定采样窗长；所述线路系统结构包括电源侧阻抗、线路参数和线路的拓扑结构；

6、通过频率分析方法将采样窗长内保护线路的差动电流信号分解为高频带和低频带，进而计算高频能量与低频能量；

7、当低频能量大于动作门槛值且低频能量与高频能量的比值大于比值门槛时，确定发生区内故障，保护动作跳闸。

8、可选地，所述通过安装在线路两侧的保护装置检测电流突变量并确定故障是否发生，具体包括：

9、利用安装在线路两侧的保护装置检测和显示相电流波形，并将两侧线路相电流信号相加得到的向量和作为差动电流；

10、计算差动电流相邻时刻的变化量作为电流突变量；

11、当电流突变量大于变化量门槛δset时，确定故障发生。

12、可选地，所述根据线路系统结构确定采样窗长具体包括：

13、根据线路系统结构计算故障电源到系统侧的阻抗z∑；

14、根据阻抗z∑计算故障电流i0(s)并分析i0(s)中极点的频率；

15、确定所有极点中最小的虚部对应的频率为振荡频率fω；

16、确定采样窗长

17、可选地，所述通过频率分析方法将采样窗长内保护线路的差动电流信号分解为高频带和低频带，进而计算高频能量与低频能量，具体包括：

18、通过小波变换方法将采样窗长t内保护线路的差动电流信号分解到多个频带上，其中第k层细节系数为dk，近似系数为ak；

19、采用公式计算高频能量eh；其中n为dk频带内的离散信号点数；n表示第n个信号点；

20、采用公式计算低频能量el。

21、可选地，所述通过频率分析方法将采样窗长内保护线路的差动电流信号分解为高频带和低频带，进而计算高频能量与低频能量，具体包括：

22、通过快速傅里叶变换方法将采样窗长t内保护线路的差动电流信号分解为各频率点n处的幅值an；

23、采用公式计算高频能量eh；其中n为傅里叶变换后除去0hz分量的频点个数；

24、采用公式计算低频能量el。

25、可选地，所述当低频能量大于动作门槛值且低频能量与高频能量的比值大于比值门槛时，确定发生区内故障，保护动作跳闸，具体包括：

26、通过不同的频率分析方法计算不同的动作门槛值elset，并设置能够躲过区外故障时暂态振荡过程最弱情形的比值门槛kset；

27、当el＞elset且el＞kseteh时，确定发生区内故障，保护动作跳闸；否则确定是区外故障，保护闭锁不动作。

28、另一方面，本发明还提供一种基于振荡频率的双端暂态量保护系统，包括：

29、故障初步判断模块，用于通过安装在线路两侧的保护装置检测电流突变量并确定故障是否发生；所述电流突变量为差动电流相邻时刻的变化量；

30、采样窗长计算模块，用于当确定故障发生时，根据线路系统结构确定采样窗长；所述线路系统结构包括电源侧阻抗、线路参数和线路的拓扑结构；

31、高低频能量计算模块，用于通过频率分析方法将采样窗长内保护线路的差动电流信号分解为高频带和低频带，进而计算高频能量与低频能量；

32、区内故障判断模块，用于当低频能量大于动作门槛值且低频能量与高频能量的比值大于比值门槛时，确定发生区内故障，保护动作跳闸。

33、再一方面，本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述的基于振荡频率的双端暂态量保护方法。

34、可选地，所述存储器为非暂态计算机可读存储介质。

35、根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

36、本发明提供了一种基于振荡频率的双端暂态量保护方法、系统及设备，通过确定线路系统在故障发生后的振荡特性，在短时窗内将振荡分量与工频量进行了分离，进而通过其相对关系以及工频量的能量大小进行故障判别，可以在保证区外故障不误动的情形下，在绝大多数情形下实现区内故障的动作。本发明可以有效地提升保护的动作速度，并且提升保护的可靠性，与此同时本发明对算法的要求不高，工程实现性很强，具有广泛的应用前景。

技术特征：

1.一种基于振荡频率的双端暂态量保护方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于振荡频率的双端暂态量保护方法，其特征在于，所述通过安装在线路两侧的保护装置检测电流突变量并确定故障是否发生，具体包括：

3.根据权利要求2所述的基于振荡频率的双端暂态量保护方法，其特征在于，所述根据线路系统结构确定采样窗长具体包括：

4.根据权利要求3所述的基于振荡频率的双端暂态量保护方法，其特征在于，所述通过频率分析方法将采样窗长内保护线路的差动电流信号分解为高频带和低频带，进而计算高频能量与低频能量，具体包括：

5.根据权利要求3所述的基于振荡频率的双端暂态量保护方法，其特征在于，所述通过频率分析方法将采样窗长内保护线路的差动电流信号分解为高频带和低频带，进而计算高频能量与低频能量，具体包括：

6.根据权利要求4或5所述的基于振荡频率的双端暂态量保护方法，其特征在于，所述当低频能量大于动作门槛值且低频能量与高频能量的比值大于比值门槛时，确定发生区内故障，保护动作跳闸，具体包括：

7.一种基于振荡频率的双端暂态量保护系统，其特征在于，包括：

8.一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1-5中任一项所述的基于振荡频率的双端暂态量保护方法。

9.根据权利要求8所述的电子设备，其特征在于，所述存储器为非暂态计算机可读存储介质。

技术总结
本发明公开一种基于振荡频率的双端暂态量保护方法、系统及设备，涉及线路保护领域，通过确定线路系统在故障发生后的振荡特性，在短时窗内将振荡分量与工频量进行分离，进而通过其相对关系以及工频量的能量大小进行故障判别，可以在保证区外故障不误动的情形下，在绝大多数情形下实现区内故障的可靠动作。本发明可以有效地提升保护的动作速度，并且提升保护的可靠性，与此同时本发明对算法的要求不高，工程实现性很强，具有广泛的应用前景。

技术研发人员：王增平,王柄然,王彤
受保护的技术使用者：华北电力大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/22