專利名稱：基于時間尺度的可變制動系數(shù)的比率制動方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)繼電保護領(lǐng)域，更具體地涉及差動保護基于時間尺度的可變制動系數(shù)的比率制動方法。
背景技術(shù)：
差動保護是我國電力系統(tǒng)最廣泛應用的繼電保護原理之一，由于它是從電流的最基本原理基爾霍夫原理演變而來，可以說是完美原理，沒有缺陷，相對于電力系統(tǒng)的其它原理比如距離保護、方向保護等等，它不受電力系統(tǒng)振蕩的影響，不受故障類型的影響，不受運行方式的影響，再加上它構(gòu)成裝置簡單，維護方便，它有最初的元件保護領(lǐng)域開始，逐步應用到線路保護等新的保護領(lǐng)域，并得到了主保護的地位，隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展和光纖通訊技術(shù)的廣泛應用，差動保護的重要性越來越高。
差動保護技術(shù)中，最廣泛應用的是比率制動差動保護裝置，被保護對象在正常工作或其保護范圍外部故障時所有流入及流出的電流之和為零(差動電流為零)，而在內(nèi)部故障情況下所有流入及流出的電流之和不再為零(差動電流不為零)?；谶@種前提，差動保護可以正確地區(qū)分保護范圍的內(nèi)部和外部故障。
比率制動式電流差動保護的基本判據(jù)為|IDif|＞Iset (6)|IDif|＞KIf(7)其中IDif為差動電流，ISet為預先設(shè)定的閾值，If為制動電流，K為比率制動系數(shù)公式6的動作條件是由不平衡差動電流決定的，而公式7的動作條件是由母線所有元件的差動電流和制動電流的比率決定的。在外部故障短路電流很大時，不平衡差動電流較大，公式6易于滿足，但不平衡差動電流占制動電流的比率很小，因而公式7不會滿足，裝置的動作條件由上述兩判據(jù)“與”門輸出，提高了差動保護的可靠性，所以當外部故障短路電流較大時，由于公式7使得保護不誤動，而內(nèi)部故障時，公式7易于滿足，只要同時滿足公式6提供的差動電流動作門檻，保護就能正確動作，這樣提高了差動保護的可靠性。
通過以上分析可知，制動系數(shù)對保護的可靠性非常重要，但從另一方面，由于制動系數(shù)K是人為設(shè)定的，在整定值高時，可靠性高，靈敏度不足，整定值低時，靈敏度高了，但可靠性降低，如何在提高可靠性的同時也能保持保護的靈敏度是一個值得研究的課題，為此國內(nèi)外研究出了很多方法，它的主要特點是通過制動系數(shù)的選取方法來保證保護的靈敏度和可靠性，所以也就產(chǎn)生了各種各樣的制動電流取法。但它們有一個共同的特點，一旦制動系數(shù)選取后，保護就只能按此制動系數(shù)判別故障，嚴重依賴整定值，整定值如果沒有計算準確，保護則容易產(chǎn)生誤動和拒動。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明提出了基于時間尺度的可變制動系數(shù)的比率制動方法。
本發(fā)明的方法是通過如下的技術(shù)方案實現(xiàn)的，所述的方法包括以下步驟對繼電保護裝置的輸入電流以預定的采樣速率進行采樣，并將采樣結(jié)果存儲在數(shù)據(jù)存儲區(qū)中；對上述采樣結(jié)果進行處理，按設(shè)定算法的計算保護輸入電流的差動電流和制動電流；計算所述的差動電流值與預先設(shè)定的閥值進行比較，得到故障初步判別結(jié)果；然后差動電流值與制動系數(shù)和制動電流值的乘積值進行比較，制動系數(shù)根據(jù)預設(shè)的不同的時間尺度，自適應發(fā)生改變，在任意特定的時間尺度內(nèi)，若差動電流值連續(xù)大于乘積值，則判斷出保護范圍內(nèi)部故障，不同的保護可根據(jù)需要選取一個或多個時間尺度。
制動系數(shù)根據(jù)不同的時間尺度，發(fā)生適應不同的保護原理的改變，時間尺度可以根據(jù)需要選取一個或多個。制動系數(shù)和時間尺度的對應關(guān)系可以采用如下方法，首先根據(jù)不同的的保護選取保護動作的關(guān)鍵點，關(guān)鍵點的選取對于不同的保護是不同的，例如對于母線保護時間尺度的關(guān)鍵點可以選取故障開始T0，故障后60ms的T1，故障后200ms的T2，故障后500msT3等等，這是因為故障開始時，保護的暫態(tài)分量最大，干擾的影響也最大，此時為了保證可靠性，制動系數(shù)應該選取保證保護可靠動作的最大值，取K0＝0.8，故障發(fā)生60ms后，暫態(tài)分量的衰減超過80％以上，此時制動系數(shù)可以降低，根據(jù)經(jīng)驗，取K1＝0.6就可以保證可靠性，200ms以后一般系統(tǒng)暫態(tài)分量基本不存在，制動系數(shù)可以進一步降低，保護主要是保證保護的靈敏度，制動系數(shù)只要能保證理論的可靠性即可，此時制動系數(shù)一般取K2＝0.3。500ms關(guān)鍵點的選取是如果母線保護500ms不能切除故障，該保護也就沒有什么意義了。關(guān)鍵點的多少，以及其和制動系數(shù)在關(guān)鍵點的對應關(guān)系，可以根據(jù)理論結(jié)合實際的辦法取得。不同的保護雖然對關(guān)鍵點的取法不一樣，但同樣可以到達通過關(guān)鍵點取得不同時間尺度和制動系數(shù)對應關(guān)系的目的。選取關(guān)鍵點以后，不同的關(guān)鍵點之間的點的時間尺度和制動系數(shù)的對應關(guān)系可以通過符合保護特性的曲線(不同的保護可以根據(jù)本身的特性利用不同的曲線描述)進行聯(lián)系，然后通過描點法取得對應關(guān)系。例如當我們采用直線法時，兩者之間的對應關(guān)系在60ms和200ms之間是K=K1-(T-T1)K1-K2T2-T1----(1)]]>這樣當我們?nèi)r間尺度為故障后100ms時，計算可得制動系數(shù)K＝0.514。所述的差動電流IDif根據(jù)以下公式進行計算IDif＝i1(t)+i2(t)+…+in(t) (2)制動電流If可以根據(jù)以下公式進行計算If＝|i1(t)|+|i2(t)|+…+|in(t)| (3)故障的判別公式是|IDif|＞Iset(4)|IDif|＞K(a)If(5)其中，ISet為預先設(shè)定的閾值，in(t)可為差動回路任一電流t時刻的采樣值或矢量值，K(α)為基于時間尺度的比率制動系數(shù)，n＞＝2，對于制動電流，不同類型的保護的選取是為有差別的，上述公式只是其中的一種取法，但本方法的基本思想適用所有比率制動進行故障判別的差動電流保護。
本發(fā)明的基于時間尺度的可變制動系數(shù)的比率制動方法，充分利用了時間尺度的概念，不同的時間尺度使用不同的制動系數(shù)，利用時間和制動系數(shù)同時工作保證保護的可靠性和靈敏度，該原理應用在電力系統(tǒng)母線保護裝置，可極大的提高差動保護的性能。


下面結(jié)合附圖進一步說明本發(fā)明的方法內(nèi)容和優(yōu)點。
圖1是制動系數(shù)和時間尺度的對應關(guān)系分析；圖2是固定制動系數(shù)為高值時保護的靈敏度和可靠性分析；圖3是固定制動系數(shù)為低值時保護的靈敏度和可靠性分析；和圖4是利用時間尺度可變制動系數(shù)保護的靈敏度和可靠性分析。
具體實施例圖1是制動系數(shù)和時間尺度的一個對應關(guān)系圖，關(guān)鍵點選取了(K0，T0)、(K1，T1)、(K2、T2)、(K3，T3)，在關(guān)鍵點(K0，T0)、(K1，T1)之間，由于此時保護故障時間小于60ms，暫態(tài)分量的干擾比較大，此時為了更高的保證可靠性，選取制動系數(shù)不隨時間尺度發(fā)生變化，也就是在此時間尺度范圍內(nèi)，任意時間尺度對應的制動系數(shù)都取為0.8。在關(guān)鍵點(K1，T1)，暫態(tài)分量已經(jīng)衰減了80％以上，制動系數(shù)可以適當降低到0.6，在關(guān)鍵點(K2、T2)，暫態(tài)分量全部衰減，制動系數(shù)可以降低到0.3，關(guān)鍵點(K1，T1)、(K2、T2)之間在的對應關(guān)系可以考慮為線性K=K1-(T-T1)K1-K2T2-T1]]>這樣當我們?nèi)r間尺度為故障后T＝100ms時，計算可得制動系數(shù)K＝0.514。取時間尺度為故障后T＝150ms時，計算可得制動系數(shù)K＝0.493。取時間尺度為故障后T180ms時，計算可得制動系數(shù)K＝0.429?？梢钥吹奖Ｗo的靈敏度逐步提高。200ms以后一般系統(tǒng)暫態(tài)分量基本不存在，制動系數(shù)固定在0.3即可保證保護裝置足夠的靈敏度，所以(K2、T2)、(K3，T3)點之間的制動系數(shù)仍為直線，固定為0.3。
靈敏度是和制動系數(shù)相對應的量，當制動系數(shù)增大時，保護的靈敏度降低，當保護的制動系數(shù)減小時，保護的靈敏度提高。保護的制動系數(shù)也直接影響保護的動作區(qū)，當制動系數(shù)減小時，保護的動作區(qū)變大，當制動系數(shù)增高時，保護的動作區(qū)增大。因此保護的靈敏度也可以用保護的動作區(qū)表達，動作區(qū)大時，保護靈敏度高，動作區(qū)小時，保護的靈敏度低。圖2、圖3和圖4都是采用動作區(qū)表達保護的靈敏度。
為分析方便我們設(shè)定保護的可靠性用可靠度表達，最高可靠度為1。由于差動保護的制動系數(shù)直接影響保護的可靠性，因此當制動系數(shù)和時間尺度無關(guān)時，無論時間尺度如何變化，保護的可靠性不會發(fā)生變化，此時保護的可靠度是一個和制動系數(shù)相關(guān)的量，保護的可靠度可以用制動系數(shù)來表達。
而當保護的制動系數(shù)隨時間尺度發(fā)生變化時，保護的可靠度是一個和時間尺度及制動系數(shù)二維相關(guān)的量。當時間尺度增大時，可以提高保護的可靠性，時間尺度減小時，降低了保護的可靠性；當制動系數(shù)增大時，增加了保護的可靠性，當制動系數(shù)減小時，保護的可靠性降低。為了提高保護的靈敏度，我們可以減小制動系數(shù)，但同時降低了保護的可靠性，但如果我們同時增大了時間尺度，則可以增加保護的可靠性，同時可以保證靈敏度不變?；跁r間尺度的可變制動系數(shù)的比率制動方法正是考慮到這點，如果選擇了合適的時間尺度和制動系數(shù)，可以保證保護的可靠性不隨制動系數(shù)發(fā)生變化，同時又能保證保護動作的靈敏度，本附圖為了形象的說明本發(fā)明的優(yōu)點，先假定時間尺度的選取能做到這一點。
圖中K是保護的制動系數(shù)，KK是保護的可靠度值。每個時間尺度的大小為任意的，但時間尺度n比時間尺度n-1大。
圖2是固定制動系數(shù)為高值時保護的靈敏度和可靠性分析示意圖。如圖1所示，當設(shè)定制動系數(shù)K＝0.8時，不管隨著時間尺度如何變化，保護的動作區(qū)固定一樣，不發(fā)生變化，也就是保護的靈敏度是不發(fā)生變化的，保護動作區(qū)較小，靈敏度比較低，但保護一直保持比較高的可靠性。
圖3是固定制動系數(shù)為低值時保護的靈敏度和可靠性分析示意圖。如圖2所示，當設(shè)定制動系數(shù)K＝0.3時，不管隨著時間尺度如何變化，保護的動作區(qū)固定一樣，不發(fā)生變化，保持較大的保護動作區(qū)，保護靈敏度比較高，但保護可靠性一直比較低。
圖4是是利用時間尺度可變制動系數(shù)保護的靈敏度和可靠性分析示意圖。如圖4所示，隨著時間尺度的變化，保護的動作區(qū)發(fā)生變化，有較小的動作區(qū)，逐漸增大為較大的動作去，因此保護的靈敏度也就隨著時間尺度的變化逐步提高，保護的可靠性由于時間尺度的變化，相關(guān)量的時時處理保持不變。沒有發(fā)生減小。這樣即保證了保護的靈敏度最終比較靈敏，又保證了保護整個時間尺度內(nèi)的可靠性。
以上描述僅僅借助于實施例提供本發(fā)明的實現(xiàn)方法。對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員是顯而易見的，本發(fā)明不限于上面提供的實施細節(jié)，可以在不脫離本發(fā)明特征的情況下以另外的實施例實現(xiàn)。因此，提供的實施例應當被認為是說明性的，而不是限制性的。因此，實現(xiàn)和使用本發(fā)明的可能性是由所附的權(quán)利要求限定。因而，由權(quán)利要求確定的實現(xiàn)本發(fā)明的各種選擇包括等效實施例也屬于本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.基于時間尺度的可變制動系數(shù)的比率制動方法，其特征在于，所述的方法包括以下步驟對繼電保護裝置的輸入電流以預定的采樣速率進行采樣，并將采樣結(jié)果存儲在數(shù)據(jù)存儲區(qū)中；對上述采樣結(jié)果進行處理，按設(shè)定的算法計算保護輸入電流的差動電流和制動電流；計算所述的差動電流值與預先設(shè)定的閥值進行比較，得到故障初步判別結(jié)果；然后差動電流值與制動系數(shù)和制動電流值的乘積值進行比較，制動系數(shù)根據(jù)預設(shè)的不同的的時間尺度，自適應發(fā)生改變，在任意特定的時間尺度內(nèi)，若差動電流值連續(xù)大于乘積值，則判斷出保護范圍內(nèi)部故障；其中間尺度可以根據(jù)需要選取一個或多個。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于制動系數(shù)根據(jù)不同的時間尺度，發(fā)生適應不同的保護原理的改變，改變的范圍在0.1～0.9之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于所述的差動電流IDif根據(jù)以下公式進行計算IDif＝i1(t)+i2(t)+…+in(t)(2)制動電流If可以根據(jù)以下公式進行計算If＝|i1(t)|+|i2(t)|+…+|in(t)| (3)故障的判別公式是|IDif|＞Iset (4)|IDif|＞K(a)If(5)其中，in(t)可為差動回路任一電流t時刻的采樣值或矢量值，K(a)為基于時間尺度的比率制動系數(shù)，n＞＝2。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于時間尺度的可變制動系數(shù)的比率制動方法，所述的方法包括步驟對保護裝置的輸入電流以預定的采樣速率進行采樣，并將采樣結(jié)果存儲在存儲區(qū)中；依據(jù)采樣結(jié)果，根據(jù)給定的計算公式進行處理，得到保護裝置的差動和制動電流；計算所述的差動電流值與預先設(shè)定的閥值進行比較，得到故障初步判別結(jié)果；然后差動電流值與制動系數(shù)和制動電流值的乘積值進行比較，制動系數(shù)根據(jù)預設(shè)的不同的時間尺度，自適應發(fā)生改變，在任意特定的時間尺度內(nèi)，若差動電流值大于乘積值，則判斷出保護范圍內(nèi)部故障。本發(fā)明的方法提高了比率制動保護的自適應能力，增強了保護的安全性，并且提高了保護的靈敏度，可應用于電力系統(tǒng)各類差動保護裝置，極大的提高保護的動作性能。
文檔編號H02H7/22GK1773799SQ20051011483
公開日2006年5月17日 申請日期2005年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月17日
發(fā)明者宋小舟, 操豐梅 申請人:北京四方繼保自動化股份有限公司