本發(fā)明涉及一種基于序列重疊差分變換的暫態(tài)量極性比較式母線保護方法，屬于電力系統(tǒng)繼電保護技術領域。

背景技術：

母線保護是電力系統(tǒng)繼電保護的重要組成部分。若母線故障處理不當或不及時，將導致大面積的停電，損害電氣設備的同時也會造成嚴重的經(jīng)濟損失。母線故障是電力系統(tǒng)中非常嚴重的故障，它直接影響母線上所連接的所有設備的安全可靠運行。隨著電力系統(tǒng)技術的不斷發(fā)展，電網(wǎng)電壓等級不斷升高，對母線保護的快速性、靈敏性、可靠性、選擇性的要求也越來越高。

現(xiàn)有微機母線保護普遍以工頻電流量為基礎，保護基本能夠滿足系統(tǒng)對于可靠性和選擇性的要求，但是面臨抗CT飽和能力差的問題。暫態(tài)量母線保護采用加長時窗、降低采樣率的方法構建母線保護，不僅原理上具有抗CT飽和的能力，而且規(guī)避了初始行波未能捕捉導致的行波母線保護失效的缺陷，從優(yōu)化保護的性能并將其實用化的角度考慮，暫態(tài)量母線保護研究具有重要的理論和實際意義。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種基于序列重疊差分變換的暫態(tài)量極性比較式母線保護方法，用以解決上述問題。

一種基于序列重疊差分變換的暫態(tài)量極性比較式母線保護方法，當線路或母線發(fā)生故障時，提取與母線相聯(lián)各線路的電壓、電流信號，利用三相電壓、電流計算含故障相的線模電壓和線模電流；然后對各條線路的線模電壓、電流進行序列重疊差分變換，求得差分變換電壓和差分變換電流，再將差分變換電壓和差分變換電流的乘積結果進行符號函數(shù)變換得到sgn(SP_k)，最后將與該母線所連接的所有線路的sgn(SP_k)相加并取絕對值得到若小于電流互感器的個數(shù)，則判斷為線路發(fā)生故障；若等于電流互感器的個數(shù)，則判斷為母線發(fā)生故障。

具體步驟為：

第一步、故障數(shù)據(jù)的獲取：

當線路或母線上發(fā)生故障時，通過量測端采集各線路的相電壓和相電流，并計算相應的線模電壓和線模電流；

第二步、序列重疊差分變換：

利用式(1)和式(2)對M端的線模電壓和線模電流進行序列重疊差分變換，得到變換信號Su(n)和Si(n)；

Su_α(n)＝u_α(n)-4×u_α(n-1)+6×u_α(n-2)-4×u_α(n-3)+u_α(n-4) (1)

Si(n)＝i₁(n)-4×i₁(n-1)+6×i₁(n-2)-4×i₁(n-3)+i₁(n-4) (2)

式(1)和式(2)中Su_k(n)和Si_k(n)為第k條線路的序列重疊差分變換電壓、電流信號；u_α,k(n)、i_1,k(n)分別為第k條線路的線模電壓、電流信號；n表示信號的第n個采樣點，n＝5，6，….N，N為采樣點總數(shù)；

第三步、母線故障和線路故障的判別：

將Su(n)與Si(n)相乘，構造如式(3)所示的判別式SP(n)；

SP(n)＝Su(n)×Si(n) (3)

提出以下判據(jù)實現(xiàn)母線故障和線路故障的判別：

若則判為線路故障 (4)

若則判為母線故障 (5)

式(4)和式(5)中sgn為符號函數(shù)，SP_k為母線上第k個電流互感器與母線電壓互感器計算所得SP，K為與母線相連電流互感器的個數(shù)。

本發(fā)明的原來是：

(1)對各條線路的線模電壓、電流進行序列重疊差分變換，求得序列重疊差分變換電壓信號和電流信號

序列重疊差分方法是一種基于差分運算的一種變換，可以描述為：

$S_m\left(n\right)=\underset{j=1}{\overset{j=m+1}{\Σ}}{(-1)}^{j+1}{\left(c_j\right)}_{m}Q(n-j+1)---\left(1\right)$

在式(1)中，m為差分的階數(shù)，S_m(n)為信號的m階差分，Q(n)為原始故障信號，(c_j)m為序列重疊差分變換系數(shù)。其中(c_j)m的系數(shù)的取值為(c₁)_m＝(c_m+1)_m＝1，(c₂)＝m，(c₂)_m＝(c_j)_m-1+(c_j-1)_m-1，∑(-1)^j+1(c_j)_m＝0。

(2)保護判據(jù)

基于序列重疊差分變換的暫態(tài)量極性比較式母線保護判別式為：

$\left|\underset{k=1}{\overset{K}{\Σ}}\mathrm{sgn}\left({\mathrm{SP}}_k\right)\right|---\left(2\right)$

若則判為線路故障；

若則判為母線故障。

本發(fā)明的有益效果是：大量理論分析和仿真驗證表明，效果良好，可靠性較高，可以準確判斷線路故障和母線故障。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例1、2、3的電纜線路模型示意圖；

圖2是本發(fā)明實施例1母線故障情況計算所得SP圖；

圖3是本發(fā)明實施例2線路故障情況計算所得SP圖。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施方式，對本發(fā)明作進一步說明。

一種基于序列重疊差分變換的暫態(tài)量極性比較式母線保護方法，當線路或母線發(fā)生故障時，提取與母線相聯(lián)各線路的電壓、電流信號，利用三相電壓、電流計算含故障相的線模電壓和線模電流；然后對各條線路的線模電壓、電流進行序列重疊差分變換，求得差分變換電壓和差分變換電流，再將差分變換電壓和差分變換電流的乘積結果進行符號函數(shù)變換得到sgn(SP_k)，最后將與該母線所連接的所有線路的sgn(SP_k)相加并取絕對值得到若小于電流互感器的個數(shù)，則判斷為線路發(fā)生故障；若等于電流互感器的個數(shù)，則判斷為母線發(fā)生故障。

具體步驟為：

第一步、故障數(shù)據(jù)的獲?。?/p>

當線路或母線上發(fā)生故障時，通過量測端采集各線路的相電壓和相電流，并計算相應的線模電壓和線模電流；

第二步、序列重疊差分變換：

利用式(1)和式(2)對M端的線模電壓和線模電流進行序列重疊差分變換，得到變換信號Su(n)和Si(n)；

Su_α(n)＝u_α(n)-4×u_α(n-1)+6×u_α(n-2)-4×u_α(n-3)+u_α(n-4) (1)

Si(n)＝i₁(n)-4×i₁(n-1)+6×i₁(n-2)-4×i₁(n-3)+i₁(n-4) (2)

式(1)和式(2)中Su_k(n)和Si_k(n)為第k條線路的序列重疊差分變換電壓、電流信號；u_α,k(n)、i_1,k(n)分別為第k條線路的線模電壓、電流信號；n表示信號的第n個采樣點，n＝5，6，….N，N為采樣點總數(shù)；

第三步、母線故障和線路故障的判別：

將Su(n)與Si(n)相乘，構造如式(3)所示的判別式SP(n)；

SP(n)＝Su(n)×Si(n) (3)

提出以下判據(jù)實現(xiàn)母線故障和線路故障的判別：

若則判為線路故障 (4)

若則判為母線故障 (5)

式(4)和式(5)中sgn為符號函數(shù)，SP_k為母線上第k個電流互感器與母線電壓互感器計算所得SP，K為與母線相連電流互感器的個數(shù)。

實施例1：以圖1的仿真模型中，母線M發(fā)生金屬性單相接地故障，采樣頻率為500kHz，F(xiàn)1，F(xiàn)2為A相金屬性接地故障，故障初始角均為90°。母線側電流互感器CT1、CT2、CT3構成母線M側保護。將三相電流和三相電壓分別進行相模變換，得到含故障相的線模電流和線模電壓。

所述方法具體步驟為：

1、當母線或線路發(fā)生故障后，測量單元取故障前1ms至故障后2ms的母線電壓數(shù)據(jù)以及各條線路電流數(shù)據(jù)；

2、對故障信號進行序列重疊差分變換；根據(jù)序列重疊差分方法對線模電壓和線模電流進行變換，變換結果為Su(n)和Si(n)；

3、根據(jù)(1)式計算得到SP(n)，計算式為：

SP(n)＝Su(n)×Si(n) (1)

4、利用sgn|SP(n)|與K的比值判斷母線故障還是線路故障。

實施例2：以圖1的仿真模型中，母線M發(fā)生金屬性單相接地故障，采樣頻率為500kHz，線路L1在距離母線M處70km處發(fā)生金屬性單相接地故障，故障初始角為90°母線側電流互感器CT1、CT2、CT3構成母線M側保護。將三相電流和三相電壓分別進行相模變換，得到含故障相的線模電流和線模電壓。

計算得到的母線M上各量測點所測電流與計算得到的結果如圖3所示。

由仿真結果可知故障線路的電流突變方向與健全線路的電流突變方向相反，計算結果為1，判定為線路故障，與假設一致，判別結果準確。

以上結合附圖對本發(fā)明的具體實施方式作了詳細說明，但是本發(fā)明并不限于上述實施方式，在本領域普通技術人員所具備的知識范圍內(nèi)，還可以在不脫離本發(fā)明宗旨的前提下作出各種變化。