專利名稱:基于廣域測量系統(tǒng)的具有可靠選擇性的快速線路后備保護方法
技術領域:
本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)繼電保護技術領域,特別涉及一種基于廣域測量系統(tǒng)的具有可 靠選擇性的快速線路后備保護。
背景技術:
電力系統(tǒng)中的線路保護用于在電網(wǎng)發(fā)生故障后實現(xiàn)對故障線路的自動和快速切除 并隔離故障,以保證人身和設備安全以及無故障部分的正常運行。線路的主保護根據(jù)線 路的就地信息,在故障時即刻跳開就地斷路器,切除就地線路,隔離故障。線路的后備 保護用于在線路主保護失靈或線路斷路器失靈的情況下,跳開本地或其他線路的斷路器 實現(xiàn)線路故障的隔離。然而現(xiàn)有的線路后備保護存在以下問題(1) 常規(guī)的線路后備保護雖然有比較大的保護范圍,但其選擇性的獲得要以犧牲 快速性為代價,動作時間過長,有時候難以發(fā)揮應有的保護作用。在現(xiàn)有的繼電保護配 置當中,后備保護的時限整定遵循階梯時限原則,為了保證選擇性,后備保護的動作時 限可能高達數(shù)秒。即可靠的選擇性和動作的快速性不能兼得,在電網(wǎng)規(guī)模和復雜程度越 來越大的情況下,這一問題越顯突出,至今仍無法很好的解決。(2) 在高壓環(huán)網(wǎng)系統(tǒng),僅根據(jù)就地信息進行線路后備保護的階梯整定存在配合上 的困難。上述常規(guī)線路后備保護的困難是由于僅根據(jù)局部信息進行線路后備保護決策造成 的。隨著廣域同步相量測量技術的出現(xiàn)以及計算機處理能力的提高,使得集中獲得區(qū)域 電網(wǎng)多點的同步的電氣量和狀態(tài)量,并進行集中的分析決策成為可能。本發(fā)明將利用電網(wǎng)中的廣域測量系統(tǒng),通過增加集中決策服務器以及遠方控制執(zhí)行系統(tǒng)實現(xiàn)基于廣域信 息的具有可靠選擇性的快速線路后備保護。發(fā)明內(nèi)容為克服現(xiàn)有技術中存在的上述問題,本發(fā)明公開了一種基于廣域測量系統(tǒng)的具有可 靠選擇性的快速線路后備保護方法,利用電網(wǎng)中的廣域測量系統(tǒng),通過增加集中決策服 務器以及遠方控制執(zhí)行系統(tǒng)實現(xiàn)基于廣域信息的具有可靠選擇性的快速線路后備保護。本發(fā)明具體采用以下技術方案提出了一種廣域線路后備保護方法,其利用現(xiàn)有的廣域測量系統(tǒng)實現(xiàn)對全網(wǎng)范圍內(nèi)的所有安裝有相量測量單元PMU的線路首末端電壓、電流相量的同步實時量測,經(jīng) WAMS主站以及廣域后備保護服務器的計算分析,準確定位故障位置,并下發(fā)控制命令 到子站。利用通訊系統(tǒng)和主站判斷決策系統(tǒng)的固有延遲,實現(xiàn)主保護和后備保護的時間 配合。在開關拒動的情況下,通過拓撲分析,選擇所有相鄰線路進行開斷。將具有不同 級別時間延遲的線路后備保護,由快到慢分別稱為I段后備保護、II段后備保護以至多 段后備保護;其特征在于,所述方法包括以下步驟
1) 子站的相量測量單元PMU實時量測線路的首末端電壓、電流相量,根據(jù)實時量 測的電壓、電流相量計算得到電壓、電流的幅值和相位以及頻率,并把幅值、相位 和頻率計算結(jié)果以及斷路器位置、刀閘位置等狀態(tài)量連同相應時刻的GPS時標通過
網(wǎng)絡上送到主站的相量數(shù)據(jù)集中器;
2) 所述主站中的廣域后備保護服務器獲取上述上送到主站相量數(shù)據(jù)集中器的數(shù)據(jù) 進行計算分析,并判定故障所在的線路和相別,當發(fā)現(xiàn)并確定線路故障后,主站立 刻向子站控制裝置發(fā)出跳閘命令;
3) 利用通訊系統(tǒng)和主站判斷決策系統(tǒng)的固有延遲,實現(xiàn)主保護和I段后備保護的 時間配合;
4) 在開關拒動的情況下,通過拓撲分析,選擇所有相鄰線路進行開斷,即實現(xiàn)線 路的II段后備保護,依次類推可實現(xiàn)線路的多段后備保護。 本發(fā)明提出的廣域線路后備保護系統(tǒng)的主要特征如下
(1) 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)基于廣域測量系統(tǒng)WAMS的硬件設施,利用分布于全網(wǎng)各子 站的相量測量單元PMU同步實時采集被保護線路兩端的電壓和電流相量,上送到 WAMS主站,并進一步轉(zhuǎn)送到廣域后備保護服務器。通信網(wǎng)絡可以采用電力數(shù)據(jù)以太網(wǎng) 也可采用專線,實時采集的同步相量數(shù)據(jù)采用TCP協(xié)議傳輸,而主站廣域后備保護服 務器下發(fā)的控制命令采用UDP協(xié)議傳輸。測量數(shù)據(jù)到控制主站的延遲不超過150ms; 控制命令發(fā)出到控制子站執(zhí)行,延遲不超過50ms。
(2) 廣域后備保護功能將具有不同級別時間延遲的線路后備保護,由快到慢分
別稱為i段后備保護、n段后備保護等。實現(xiàn)方法如下
a)線路后備保護I段的實現(xiàn)廣域保護服務器實時根據(jù)主站采集到的各線路的首末
端的相量電流和相量電壓,基于元件分相電流差動的原理,判斷故障是否發(fā)生,以及故 障所在的線路和相別。當發(fā)現(xiàn)并確定故障后立刻向子站控制裝置發(fā)出跳閘命令。在子站 控制裝置處,若識別到主保護己斷開相應開關或者線路電流已經(jīng)很小,則該主站命令不
出口;否則執(zhí)行該主站命令,并返回主站命令被執(zhí)行的信息(這說明主保護拒動或主保 護有非正常延時或短路已不存在)。由于網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸?shù)难訒r以及主站集中計算的延時,來自于廣域線路后備保護主站的即刻跳閘命令也會比就地的線路主保護延遲大約 100-300毫秒,由此實現(xiàn)主保護和后備保護的配合。
b)線路n段及以上后備保護的實現(xiàn)主站發(fā)現(xiàn)故障并發(fā)出跳閘命令后,經(jīng)延時一定
時間,若發(fā)現(xiàn)故障線路某側(cè)電流仍然大于定值,則說明跳閘命令沒被執(zhí)行,意味著相應 側(cè)的開關拒動,則主站分析軟件根據(jù)網(wǎng)絡拓撲,對相應開關的所有相鄰線路兩端的斷路
器發(fā)送跳閘命令,即實現(xiàn)線路的n段后備保護。依次類推可實現(xiàn)線路的多段后備保護。 上述后備保護的實現(xiàn)過程中,在主站廣域后備保護服務器的計算分析時間不超過
200ms。
(3) 子站執(zhí)行裝置廣域后備保護在子站的跳閘執(zhí)行裝置的核心由與邏輯跳閘控 制器構(gòu)成,其輸入是斷路器的開合狀態(tài)(合=1)、線路電流是否大于預設值(大于預設 值=1)、來自于廣域后備保護主站的跳閘信號(跳閘=1);只有當3個輸入全為1時,與 邏輯跳閘控制器輸出為1,即跳開相應的線路斷路器。
(4) 子站的PMU相量測量裝置各被保護線路同時配備測量CT和保護CT, PMU 裝置同時采集測量CT和保護CT的數(shù)據(jù),其中保護CT的數(shù)據(jù)用于計算故障時的電流 相量,并供廣域后備保護系統(tǒng)的主站和子站的各分析判斷模塊使用。
本發(fā)明基于廣域測量系統(tǒng)集中到主站的全網(wǎng)實時同步相量數(shù)據(jù)信息,從全網(wǎng)的角度 準確判別出故障的位置以及相關的線路,可以在最多300毫秒的時間內(nèi)做出決策并送達 子站執(zhí)行裝置。這避免了傳統(tǒng)線路后備保護中為了實現(xiàn)選擇性而采取的分段階梯時延的 方法(通常一級階梯時延就需500毫秒,多級時延可能高達數(shù)秒),大大加快了線路后 備保護的動作速度。在開關拒動的情況下,本發(fā)明可以快速并準確地將故障線路的所有 相鄰線路斷開,避免事故的擴大。同時,利用全局信息進行后備保護的征訂,解決了在 高壓環(huán)網(wǎng)電力系統(tǒng)中,僅根據(jù)就地信息進行線路后備保護的階梯整定存在的配合上的困 難。
圖1基于WAMS的快速線路后備保護總體方案示意圖; 圖2廣域線路后備保護II段故障跳閘示意圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和實例對本發(fā)明作進一步詳細的說明。
本發(fā)明的總體方案示意圖見附圖1。在區(qū)域電網(wǎng)的控制中心設置廣域線路后備保護 主站,通??衫矛F(xiàn)有的廣域測量系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡和主站的數(shù)據(jù)集中處理單元。在被保護的線路兩側(cè)的變電站設置相量測量單元PMU以及控制執(zhí)行子站。主站和子站之間通 過電力系統(tǒng)的電力數(shù)據(jù)網(wǎng)或2M帶寬的專用數(shù)據(jù)通道進行通信。建議對量測數(shù)據(jù)采用 TCP協(xié)議;對控制命令采用UDP協(xié)議,以保證命令執(zhí)行的快速性。另外,將具有不同 級別時間延遲的線路后備保護,由快到慢分別稱為I段后備保護、II段后備保護等。廣 域后備保護的具體實現(xiàn)過程如下
(1) 子站的相量測量單元每隔10ms進行一次相量計算,根據(jù)電壓、電流的錄波值 計算得到電壓、電流的幅值和相位以及頻率。并把幅值、相位和頻率計算結(jié)果以及斷路 器位置、刀閘位置等狀態(tài)量連同相應時刻的GPS時標通過網(wǎng)絡上送到主站的相量數(shù)據(jù)集 中器。對于被保護的線路,相量測量單元同時采集其測量CT和保護CT的電流錄波,并 計算相應的電流相量,由保護CT得到的電流相量用于廣域后備保護的應用中。
(2) 主站的相量數(shù)據(jù)集中器實現(xiàn)相量數(shù)據(jù)的接收,并通過實時數(shù)據(jù)庫和歷史數(shù)據(jù) 庫實現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲、查詢、調(diào)用和維護。廣域測量系統(tǒng)主站的廣域后備保護服務器以lOms 為周期(對于大規(guī)模網(wǎng)絡,可延長該周期)從實時庫獲取系統(tǒng)的斷面數(shù)據(jù),判斷線路各 側(cè)的電流突變量是否達到設定值,若達到,說明電網(wǎng)中存在故障,計算相應線路兩側(cè)電 流的相量和的幅值作為差動電流,兩側(cè)電流相量差的幅值作為制動電流,采用比率制動 特性判定故障所在的線路和相別。當發(fā)生電流互感器斷線時,可以根據(jù)控制字的設置決 定是否閉鎖相應元件的差動保護計算。當發(fā)現(xiàn)并確定線路故障后,主站立刻向子站控制 裝置發(fā)出跳閘命令。
(3) 在子站控制裝置處,其跳閘執(zhí)行裝置的核心由與邏輯跳閘控制器構(gòu)成,其輸 入是斷路器的開合狀態(tài)(合=1)、線路電流是否大于預設值(大于預設值=1)、來自于廣 域后備保護主站的跳閘信號(跳閘=1);只有當3個輸入全為1時,與邏輯跳閘控制器 輸出為l,即跳開相應的線路斷路器。當主站發(fā)送來跳閘信號,與邏輯控制器若識別到 主保護已斷開相應開關或者本地的線路電流已經(jīng)很小,則該主站命令不出口;否則執(zhí)行 該主站命令,并返回主站命令被執(zhí)行的信息(這說明主保護拒動或主保護有非正常延時 或短路已不存在)。由于網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸?shù)难訒r以及主站集中計算的延時,來自于廣域線 路后備保護主站的即刻跳閘命令會比就地的線路主保護延遲大約100-300毫秒,由此實 現(xiàn)主保護和后備保護的配合。
(4) 廣域線路保護主站發(fā)現(xiàn)故障并發(fā)出跳閘命令后,經(jīng)延時一定時間(例如可設 為300毫秒),若發(fā)現(xiàn)故障線路某側(cè)電流仍然大于定值,則說明跳閘命令沒被執(zhí)行,意 味著相應側(cè)的開關拒動,則主站分析軟件根據(jù)網(wǎng)絡拓撲,對相應開關的所有相鄰線路兩 端的斷路器發(fā)送跳閘命令,即實現(xiàn)線路的n段后備保護。依次類推在連續(xù)出現(xiàn)開關據(jù)動 的情況下可實現(xiàn)線路的多段后備保護。如附圖2所示,Linel線路發(fā)生區(qū)內(nèi)故障,主站廣域線路后備保護服務器發(fā)跳閘命令給Bl和B2斷路器,經(jīng)過300ms后,若Bl處仍然 有電流存在(電流大于O. l倍額定電流),則認為B1開關拒動,主站控制服務器發(fā)送跳 令給B3和B4;若B2處仍然有電流存在,主站控制服務器發(fā)送跳令給B8、 B9、 B7和BIO。
權(quán)利要求
1、一種廣域線路后備保護方法,所述后備保護方法利用廣域測量系統(tǒng)實現(xiàn)對全網(wǎng)范圍內(nèi)線路的首末端電壓、電流相量的同步實時量測,并將實時量測的數(shù)據(jù)集中到廣域測量系統(tǒng)主站,經(jīng)主站中的廣域后備保護服務器的計算分析,定位故障位置,并下發(fā)控制命令到子站,利用通訊系統(tǒng)和主站判斷決策系統(tǒng)的固有延遲,實現(xiàn)線路主保護和線路后備保護的時間配合;在開關拒動的情況下,通過拓撲分析,選擇所有相鄰線路進行開斷,該方法將具有不同級別時間延遲的線路后備保護,由快到慢分別稱為I段后備保護、II段后備保護以至多段后備保護,其特征在于所述方法包括以下步驟1)子站的相量測量單元PMU實時量測線路的首末端電壓、電流相量,根據(jù)實時量測的電壓、電流相量計算得到電壓、電流的幅值和相位以及頻率,并把幅值、相位和頻率計算結(jié)果以及說采集的斷路器位置、刀閘位置狀態(tài)量連同相應時刻的GPS時標通過網(wǎng)絡上送到主站的相量數(shù)據(jù)集中器;2)所述主站中的廣域后備保護服務器獲取上述上送到主站相量數(shù)據(jù)集中器的數(shù)據(jù)進行計算分析,并判定故障所在的線路和相別,當發(fā)現(xiàn)并確定線路故障后,主站立刻向子站控制裝置發(fā)出跳閘命令;3)利用通訊系統(tǒng)和主站判斷決策系統(tǒng)的固有延遲,實現(xiàn)主保護和I段后備保護的時間配合;4)在開關拒動的情況下,通過拓撲分析,選擇所有相鄰線路進行開斷,即實現(xiàn)線路的II段后備保護,依次類推可實現(xiàn)線路的多段后備保護。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的廣域線路后備保護方法,其特征在于該保護方法基于 廣域測量系統(tǒng)WAMS的硬件設施,利用分布于全網(wǎng)各子站的相量測量單元PMU同步實 時采集被保護線路兩端的電壓和電流相量,上送到廣域測量系統(tǒng)WAMS主站,并進一 步轉(zhuǎn)送到廣域后備保護服務器,所述通信系統(tǒng)可以采用電力數(shù)據(jù)以太網(wǎng)也可采用專線, 實時采集的同步相量數(shù)據(jù)采用TCP協(xié)議傳輸,而主站廣域后備保護服務器下發(fā)的控制 命令建議采用UDP協(xié)議傳輸。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的廣域線路后備保護方法,其特征在于根據(jù)上送到廣域 測量系統(tǒng)WAMS主站的各線路的首末端的相量電流和相量電壓,判斷線路各側(cè)的電流 突變量是否達到設定值,基于分相電流差動的原理,計算相應線路兩惻電流的相量和的 幅值作為差動電流,以兩側(cè)電流相量差的幅值作為制動電流,采用比率制動特性判斷故 障所在的線路和相別。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的廣域線路后備保護方法,其特征在于當發(fā)現(xiàn)故障后主站立刻向子站控制裝置發(fā)出跳閘命令,在子站控制裝置處,若識別到主保護己斷開相應 開關或者本地的線路電流已經(jīng)小于額定電流的10%,則該主站命令不出口,否則執(zhí)行該 主站命令,并返回主站命令被執(zhí)行的信息;由于網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸?shù)难訒r以及主站集中計算 的延時,來自于廣域線路后備保護主站的即刻跳閘命令會比就地的線路主保護延遲 100-300毫秒,由此實現(xiàn)主保護和后備保護的配合。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的廣域線路后備保護方法,其特征在于主站發(fā)出跳閘命 令后,經(jīng)設定延時時間后,若發(fā)現(xiàn)故障線路電流仍然大于額定電流的10%,則說明跳閘 命令沒被執(zhí)行,判定相應側(cè)的開關拒動,則主站根據(jù)網(wǎng)絡拓撲分析的結(jié)果,對相應開關 的所有相鄰線路兩端的斷路器發(fā)送跳閘命令,即實現(xiàn)線路的II段后備保護,依次類推可 實現(xiàn)線路的多段后備保護。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的廣域線路后備保護方法,其特征在于所述子站的跳閘 執(zhí)行裝置的核心由與邏輯跳閘控制器構(gòu)成,其輸入是斷路器的開合狀態(tài)、線路電流是否 大于預設值、來自于廣域后備保護主站的跳閘信號;只有當斷路器處于合閘狀態(tài)并且線 路電流大于預設值并且有來自于廣域后備保護主站的跳閘信號時,與邏輯跳閘控制器輸 出為l,才跳開相應的線路斷路器。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的廣域線路后備保護方法,其特征在于線路同時配備測 量CT和保護CT,所述子站的相量測量單元PMU同時采集測量CT和保護CT的數(shù)據(jù), 其中保護CT的數(shù)據(jù)用于計算故障時的電流相量,并供廣域后備保護系統(tǒng)的主站和子站 的分析使用。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的廣域線路后備保護方法,其特征在于所述主站廣域后 備保護服務器的計算分析時間不超過200ms。
9、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的數(shù)據(jù)通信方法,其特征在于測量數(shù)據(jù)到控制主站的延 遲不超過150ms;控制命令發(fā)出到控制子站執(zhí)行,延遲不超過50ms。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種線路后備保護方法。其利用現(xiàn)有的廣域測量系統(tǒng)實現(xiàn)對全網(wǎng)范圍內(nèi)的所有安裝有PMU的線路首末端電壓、電流相量的同步實時量測,在廣域測量系統(tǒng)主站基于這些數(shù)據(jù),采用元件分相電流差動保護的判別方法,準確判斷出故障發(fā)生的具體線路。然后通過在WAMS主站增加的控制服務器,將故障線路跳閘信號即時下發(fā)到變電站的線路跳閘執(zhí)行單元。利用通訊系統(tǒng)和主站判斷決策系統(tǒng)的固有延遲,實現(xiàn)主保護和后備保護的時間配合。從而,實現(xiàn)在線路主保護失靈的情況下,后備保護快速動作并具有可靠的選擇性。在開關拒動的情況下,通過拓撲分析,選擇所有相鄰線路進行開斷。
文檔編號H02H7/26GK101409442SQ20081022721
公開日2009年4月15日 申請日期2008年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月25日
發(fā)明者劉育權(quán), 吳京濤, 吳國沛, 周紅陽, 剛 段, 莫文雄, 趙曼勇, 陳朝暉 申請人:中國南方電網(wǎng)有限責任公司;北京四方繼保自動化股份有限公司