考虑机组出力和负荷变化影响的电网广域继电保护方法

摘要

本发明公开了一种考虑机组出力和负荷变化影响的电网广域继电保护方法。首先利用电网现有广域测量系统同步测量电网各变电站的电压、电流，获取电网同步数据；广域后备保护系统计算电网各条线路电流之间的关联矩阵，计算电网各条线路电流与节点注入电流之间的关联矩阵。本发明方法在电网双重线路故障跳闸后电网拓扑结构发生变化时，无需重新计算电网支路导纳矩阵、电网节点关联矩阵，直接利用双重线路故障前电网参数计算电网其他线路的暂态电流变化量，计算时间短，保护动作速度快，快于现有基于本地量决策的线路后备保护算法。

说明书

技术领域

本发明涉及电力系统继电保护技术领域，具体地说是涉及一种考虑机组出力和负荷变化 影响的电网广域继电保护方法。

背景技术

继电保护的任务是反映被保护元件的故障和不正常运行状态，按照功能可分为主保护与 后备保护。其中主保护只担负着快速切除被保护元件故障的任务，基本不受系统运行方式的 影响。随着光纤通道的应用，基于双端电气量的高压、超高压系统主保护技术已日臻成熟。 而后备保护还担负着做相邻电气元件远后备保护的任务，由于存在着变电站直流电源失效的 可能，这一责任是不能取消。现有电网后备保护仅反应保护安装处的信息，受电网拓扑连接 关系与运行方式的影响。为保证其可靠性，不得不按照最严酷的情况进行配置与整定；为保 证其选择性，不得不牺牲后备保护的快速性与灵敏性。同时由于电网结构日趋复杂，就导致 如下安全隐患：

1）后备保护配合关系复杂，动作时间长。严重时有可能不满足电力系统稳定性所要求的 极限切除时间，进而成为大电网安全隐患。

2）后备保护配置与整定的难度大，且不能跟踪电力系统运行方式的变化，甚至可能出现 保护失配或灵敏度不足的情况。

3）后备保护不能区分内部故障与故障切除后引起的潮流转移，这有可能导致重负荷情况 下的后备保护连锁跳闸。

在大停电事故中，就出现了尽管电力系统后备保护按照设计原则正确动作，但是客观上 却加快了系统崩溃的现象。因此，考虑电网全局信息的后备保护系统研究迫在眉睫。

近年来，广域同步测量系统(WAMS)的出现为在后备保护中引入系统信息提供了可能。WAMS 一是可以同步获取全网内的电气相量，实现了电力系统动态过程的监测；二是将量测量的更 新速度由几秒缩减到几十毫秒，为实现电力系统动态过程控制创造了条件，使得从电网整体 最优的角度进行后备保护的设计成为可能。

发明内容

本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种考虑机组出力和负荷变化影响的 电网广域继电保护方法。本发明方法在电网双重线路故障跳闸后电网拓扑结构发生变化时， 无需重新计算电网支路导纳矩阵、电网节点关联矩阵，直接利用双重线路故障前电网参数计 算电网其他线路的暂态电流变化量，计算时间短，保护动作速度快，快于现有基于本地量决 策的线路后备保护算法。本发明方法在算法模型中考虑了双重线路故障跳闸前后机组出力和 负荷变化对电网其他线路暂态电流变化量的影响，可在线路过负荷后备保护误动作之前将线 路可靠闭锁，可将其他故障线路快速跳闸隔离，增强电网运行安全稳定性。

本发明的目的是通过以下技术方案实现：

考虑机组出力和负荷变化影响的电网广域继电保护方法，其特征在于，包括如下依序步 骤：

（1）广域后备保护系统利用电网现有广域测量系统同步测量电网各变电站电压、电流， 实时获取电网同步数据；广域后备保护系统计算电网各条线路电流之间的关联矩阵 ζ＝YA^T(AYA^T)^-1A；其中，Y为电网支路导纳矩阵；A为电网节点关联矩阵；A^T为电网节点 关联矩阵A的转置矩阵；

（2）广域后备保护系统计算电网各条线路电流与节点注入电流之间的关联矩阵 λ＝YA^T(AYA^T)^-1；其中，Y为电网支路导纳矩阵；A为电网节点关联矩阵；A^T为电网节点关 联矩阵A的转置矩阵；

（3）若线路i和线路j两端断路器跳开后，广域后备保护系统计算机组出力和负荷变化 对线路k暂态电流变化量的贡献量

$\Delta {\stackrel{·}{I}}_k^{\prime }=({\lambda }_k+\frac{{\zeta }_{\mathrm{ki}}+{\zeta }_{\mathrm{kj}}{\zeta }_{\mathrm{ji}}}{1-{\zeta }_{\mathrm{ij}}{\zeta }_{\mathrm{ji}}}{\lambda }_i+\frac{{\zeta }_{\mathrm{kj}}+{\zeta }_{\mathrm{ki}}{\zeta }_{\mathrm{ij}}}{1-{\zeta }_{\mathrm{ji}}{\zeta }_{\mathrm{ij}}}{\lambda }_j)({\stackrel{·}{I}}^{\prime }-\stackrel{·}{I})$

其中，i为线路编号；j为线路编号；k为线路编号；线路k、线路i和线路j互为不同线 路；n为电网变电站总数；ζ_ki为关联矩阵ζ的第k行第i列元素；ζ_kj为关联矩阵ζ的第k行第 j列元素；ζ_ji为关联矩阵ζ的第j行第i列元素；ζ_ij为关联矩阵ζ的第i行第j列元素； i＝1、2、3、…、n-2、n-1、n；j＝1、2、3、…、n-2、n-1、n；k＝1、2、3、…、n-2、n-1、n； $\stackrel{·}{I}={\left(\begin{array}{ccccccc}{\stackrel{·}{I}}_1& {\stackrel{·}{I}}_2& {\stackrel{·}{I}}_3& ...& {\stackrel{·}{I}}_{n-2}& {\stackrel{·}{I}}_{n-1}& {\stackrel{·}{I}}_n\end{array}\right)}^T$为n×1维矩阵，分别为线路i和 线路j两端断路器跳开前，编号为第1、2、3、…、n-2、n-1、n变电站的注入电流；λ_k为关联矩 阵λ的第k行；${\stackrel{·}{I}}^{\prime }={\left(\begin{array}{ccccccc}{\stackrel{·}{I}}_1^{\prime }& {\stackrel{·}{I}}_2^{\prime }& {\stackrel{·}{I}}_3^{\prime }& ...& {\stackrel{·}{I}}_{n-2}^{\prime }& {\stackrel{·}{I}}_{n-1}^{\prime }& {\stackrel{·}{I}}_n^{\prime }\end{array}\right)}^T$为n×1维矩阵，分 别为线路i和线路j两端断路器跳开后，编号为第1、2、3、…、n-2、n-1、n变电站的注入电流； λ_i为关联矩阵λ的第i行；λ_j为关联矩阵λ的第j行；

（4）广域后备保护系统计算线路i和线路j两端断路器跳开前线路i和线路j的电流对线 路k暂态电流变化量的贡献量

$\Delta {\stackrel{·}{I}}_k^{\prime \prime }=\frac{{\zeta }_{\mathrm{ki}}+{\zeta }_{\mathrm{kj}}{\zeta }_{\mathrm{ji}}}{1-{\zeta }_{\mathrm{ij}}{\zeta }_{\mathrm{ji}}}{\stackrel{·}{I}}_i+\frac{{\zeta }_{\mathrm{kj}}+{\zeta }_{\mathrm{ki}}{\zeta }_{\mathrm{ij}}}{1-{\zeta }_{\mathrm{ji}}{\zeta }_{\mathrm{ij}}}{\stackrel{·}{I}}_j$

其中，为线路i和线路j两端断路器跳开前，广域测量系统测量到线路i的电流；为 线路i和线路j两端断路器跳开前，广域测量系统测量到线路j的电流；

（5）若成立，则广域后备保护系统判断线路k正常，向线路k两端断 路器发出闭锁信号；若成立，则广域后备保护系统判断线路k发生故障， 发出动作跳闸信号，跳开线路k两端断路器；其中，为线路i和线路j两端断路器跳开后， 广域测量系统测量到线路k上的暂态电流变化量。

本发明与现有技术相比较，具有下列积极成果：

本发明方法首先利用电网现有广域测量系统同步测量电网各变电站的电压、电流，获取 电网同步数据；广域后备保护系统计算电网各条线路电流之间的关联矩阵，计算电网各条线 路电流与节点注入电流之间的关联矩阵；若电网发生双重线路故障跳闸，广域后备保护系统 计算机组出力和负荷变化对电网其他线路暂态电流变化量的贡献量，计算双重线路故障跳闸 前双重线路上的电流对电网其他线路暂态电流变化量的贡献量，计算双重线路故障跳闸后电 网其他线路暂态电流变化量，然后利用计算得到线路暂态电流变化量与广域测量系统测量到 线路暂态电流变化量构成继电保护判据。本发明方法在电网双重线路故障跳闸后电网拓扑结 构发生变化时，无需重新计算电网支路导纳矩阵、电网节点关联矩阵，直接利用双重线路故 障前电网参数计算电网其他线路的暂态电流变化量，计算时间短，保护动作速度快，快于现 有基于本地量决策的线路后备保护算法。本发明方法在算法模型中考虑了双重线路故障跳闸 前后机组出力和负荷变化对电网其他线路暂态电流变化量的影响，可在线路过负荷后备保护 误动作之前将线路可靠闭锁，可将其他故障线路快速跳闸隔离，增强电网运行安全稳定性。

附图说明

图1为应用本发明的考虑机组出力和负荷变化影响的电网广域继电保护方法流程图。

具体实施方式

下面根据说明书附图对本发明的技术方案做进一步详细表述。

图1为应用本发明的考虑机组出力和负荷变化影响的电网广域继电保护方法流程图。本 实施例中，广域后备保护系统利用电网现有广域测量系统同步测量电网各变电站的电压、电 流相量，获取电网同步数据。

广域后备保护系统计算电网各条线路电流之间的关联矩阵ζ＝YA^T(AYA^T)^-1A；其中，Y为 电网支路导纳矩阵；A为电网节点关联矩阵；A^T为电网节点关联矩阵A的转置矩阵。

广域后备保护系统计算电网各条线路电流与节点注入电流之间的关联矩阵 λ＝YA^T(AYA^T)^-1。

若线路i和线路j两端断路器跳开后，广域后备保护系统计算机组出力和负荷变化对线路 k暂态电流变化量的贡献量

$\Delta {\stackrel{·}{I}}_k^{\prime }=({\lambda }_k+\frac{{\zeta }_{\mathrm{ki}}+{\zeta }_{\mathrm{kj}}{\zeta }_{\mathrm{ji}}}{1-{\zeta }_{\mathrm{ij}}{\zeta }_{\mathrm{ji}}}{\lambda }_i+\frac{{\zeta }_{\mathrm{kj}}+{\zeta }_{\mathrm{ki}}{\zeta }_{\mathrm{ij}}}{1-{\zeta }_{\mathrm{ji}}{\zeta }_{\mathrm{ij}}}{\lambda }_j)({\stackrel{·}{I}}^{\prime }-\stackrel{·}{I})$

其中，i为线路编号；j为线路编号；k为线路编号；线路k、线路i和线路j互为不同线 路；n为电网变电站总数；ζ_ki为关联矩阵ζ的第k行第i列元素；ζ_kj为关联矩阵ζ的第k行第 j列元素；ζ_ji为关联矩阵ζ的第j行第i列元素；ζ_ij为关联矩阵ζ的第i行第j列元素； i＝1、2、3、…、n-2、n-1、n；j＝1、2、3、…、n-2、n-1、n；k＝1、2、3、…、n-2、n-1、n； $\stackrel{·}{I}={\left(\begin{array}{ccccccc}{\stackrel{·}{I}}_1& {\stackrel{·}{I}}_2& {\stackrel{·}{I}}_3& ...& {\stackrel{·}{I}}_{n-2}& {\stackrel{·}{I}}_{n-1}& {\stackrel{·}{I}}_n\end{array}\right)}^T$为n×1维矩阵，分别为线路i和 线路j两端断路器跳开前，编号为第1、2、3、…、n-2、n-1、n变电站的注入电流；λ_k为关联矩 阵λ的第k行；${\stackrel{·}{I}}^{\prime }={\left(\begin{array}{ccccccc}{\stackrel{·}{I}}_1^{\prime }& {\stackrel{·}{I}}_2^{\prime }& {\stackrel{·}{I}}_3^{\prime }& ...& {\stackrel{·}{I}}_{n-2}^{\prime }& {\stackrel{·}{I}}_{n-1}^{\prime }& {\stackrel{·}{I}}_n^{\prime }\end{array}\right)}^T$为n×1维矩阵，分 别为线路i和线路j两端断路器跳开后，编号为第1、2、3、…、n-2、n-1、n变电站的注入电流； λ_i为关联矩阵λ的第i行；λ_j为关联矩阵λ的第j行。

广域后备保护系统计算线路i和线路j两端断路器跳开前线路i和线路j的电流对线路k 暂态电流变化量的贡献量

$\Delta {\stackrel{·}{I}}_k^{\prime \prime }=\frac{{\zeta }_{\mathrm{ki}}+{\zeta }_{\mathrm{kj}}{\zeta }_{\mathrm{ji}}}{1-{\zeta }_{\mathrm{ij}}{\zeta }_{\mathrm{ji}}}{\stackrel{·}{I}}_i+\frac{{\zeta }_{\mathrm{kj}}+{\zeta }_{\mathrm{ki}}{\zeta }_{\mathrm{ij}}}{1-{\zeta }_{\mathrm{ji}}{\zeta }_{\mathrm{ij}}}{\stackrel{·}{I}}_j$

其中，为线路i和线路j两端断路器跳开前，广域测量系统测量到线路i的电流；为 线路i和线路j两端断路器跳开前，广域测量系统测量到线路j的电流。

若成立，则广域后备保护系统判断线路k正常，向线路k两端断路器发 出闭锁信号。

若成立，则广域后备保护系统判断线路k发生故障，发出动作跳闸信 号，跳开线路k两端断路器；其中，为线路i和线路j两端断路器跳开后，广域测量系统 测量到线路k上的暂态电流变化量。

本发明方法在电网双重线路故障跳闸后电网拓扑结构发生变化时，无需重新计算电网支 路导纳矩阵、电网节点关联矩阵，直接利用双重线路故障前电网参数计算电网其他线路的暂 态电流变化量，计算时间短，保护动作速度快，快于现有基于本地量决策的线路后备保护算 法。本发明方法在算法模型中考虑了双重线路故障跳闸前后机组出力和负荷变化对电网其他 线路暂态电流变化量的影响，可在线路过负荷后备保护误动作之前将线路可靠闭锁，可将其 他故障线路快速跳闸隔离，增强电网运行安全稳定性。

以上所述仅为本发明的较佳具体实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉 本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在 本发明的保护范围之内。