一種基于故障分量均值積的快速母線保護方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于故障分量均值積的快速母線保護方法，其具體過程包括：1)實時采集與母線相連的各出線母線保護元件處的電壓和電流；2)對故障分量電壓和電流進行相模變換，提取各自的線模分量；3)計算線模電壓和線模電流的均值的乘積；以均值積的正負作為判斷正向故障和反向故障的依據(jù)；以所有出線的故障方向判別結果作為判斷母線是否故障的依據(jù)；該方法采用相模變換，利用故障分量線模電壓和故障分量線模電流的均值積的特征構建母線保護判據(jù)，具有簡便，靈敏度高，動作速度快，識別準確，易于工程實現(xiàn)的優(yōu)點。
【專利說明】一種基于故障分量均值積的快速母線保護方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于故障分量均值積的快速母線保護方法。

【背景技術】
[0002] 建設清潔、安全、自愈、經濟、優(yōu)質和互動的堅強智能電網是電網自動化技術的發(fā) 展方向和必然趨勢。變電站作為智能電網的關鍵支撐點和電力網絡的節(jié)點，承擔著連接線 路、輸送電能、變化電壓等級、匯集電流、分配電流、控制電能流向、調整電壓等功能。因此， 電網的安全可靠運行很大程度上取決于變電站設備和系統(tǒng)的可靠性。連接發(fā)電機、變壓器、 輸電線路和負荷等設備的變電站母線作為電力系統(tǒng)的重要元件之一，是電力系統(tǒng)輸配電的 樞紐。如果母線上發(fā)生故障，母線保護必須快速切除連接其上的所有元件，故障影響范圍 大，而且母線保護裝置拒動或誤動可能對整個電力系統(tǒng)造成嚴重的后果。隨著電力系統(tǒng)規(guī) 模的日益擴大和電壓等級的不斷增高，配置快速、靈敏和高可靠性的母線保護顯得尤為重 要。
[0003] 按照結構劃分，母線保護主要分為兩大類：集中式保護和分布式保護。按照保護原 理劃分，母線保護主要有基于工頻量的保護和基于暫態(tài)量的保護兩大類。目前廣泛采用的 母線保護是基于工頻量的電流差動保護，但此類方法要求各出線的電流采樣值嚴格同步。 此外，保護性能還易受CT飽和與比例失調等因素的影響。為消除CT飽和的影響，提高保護 的動作速度和可靠性，國內外學者進行了一系列的研究，并取得了一些有益的成果。
[0004] 《異步法電流互感器飽和判別新原理及其應用》提出了適用于微機母線保護的電 流互感器飽和的檢測方法，即在故障發(fā)生后的第一個周波采用首半波同步識別方法，并在 故障發(fā)生后且差動保護沒有動作時，采用諧波制動閉鎖識別。該方案對轉換型故障仍然適 用并已經成功應用于工程實際，但動作時間不少于20ms。
[0005] 《基于暫態(tài)電流譜能量的母線保護新原理》提出了一種基于暫態(tài)電流譜能量的母 線保護新原理，該原理通過比較各暫態(tài)高頻電流在一定時窗內的譜能量可以實現(xiàn)母線區(qū)內 外故障的有效判別，該方法動作速度快且不受CT飽和的影響，但是小初始角故障將嚴重影 響到該保護方法的靈敏度和可靠性。
[0006] ((A busbar protection technique and its performance during CT saturation and CT ratio-mismatch》利用母線上各回路工頻故障分量所對應的正、負序等效阻抗的相 角所在的象限來區(qū)分母線區(qū)內外故障。仿真結果表明該方法不受CT飽和、CT比例失配的 影響，而且不受采樣頻率的影響，但動作速度較慢。
[0007] 《基于神經網絡模型的母線保護》提出了一種基于神經網絡模型的母線保護方法。 該方法可自適應CT特性不一致、母線運行方式改變和CT斷線的情況，且識別區(qū)內外故障正 確率較高，但神經網絡結構復雜，需進行大量訓練，運算量大，實用性不強。
[0008] 《利用線路暫態(tài)行波功率方向的分布式母線保護》利用各線路暫態(tài)行波功率的方 向構造判據(jù)，該方法動作快速可靠，基本不受故障類型、故障過渡電阻等的影響，但是電壓 過零點發(fā)生單相接地故障時保護不能正確識別。
[0009] 《基于模型參數(shù)識別的母線保護原理》通過對故障等效電感電路模型參數(shù)的識別 及參數(shù)離散度的計算，可準確判斷出母線的內、外部故障及外部故障CT飽和狀態(tài)，從而構 成具有自適應制動特性的母線保護判據(jù)。該原理不需要設置專門的CT飽和檢測元件，且無 需濾波，動作速度較快，但母線區(qū)內故障時靈敏度降低。
[0010] 《A travelling-wave-based amplitude integral busbar protection technique》提出了一種行波幅值積分母線保護新原理，通過計算正向行波和反向行波幅值 的比值關系實現(xiàn)母線內外故障的判別，該原理不受CT飽和、故障初始角和故障接地電阻等 因素的影響，但該原理采樣頻率高達l〇〇kHz，而在智能變電站中合并單元的采樣頻率一般 為4kHz，不易工程實現(xiàn)。
[0011]《基于測量波阻抗的母線保護新方法》提出了一種基于測量波阻抗的母線保護新 方法，當發(fā)生母線區(qū)內故障時，所有線路的測量波阻抗的極性均為負，幅值近似相等；當母 線發(fā)生區(qū)外線路故障時，故障線路的測量波阻抗的極性為正，且其幅值遠小于非故障線路 的測量波阻抗的幅值。該方法具有很高的可靠性和很強的適應性，但采樣頻率高且母線結 構對測量波阻抗具有一定的影響。
[0012] 由此可見，現(xiàn)有關于母線保護的研究，并沒有完全經濟實用、動作速度快并且靈敏 度高的方法。


【發(fā)明內容】

[0013] 本發(fā)明為了解決上述問題，提出了一種基于故障分量均值積的快速母線保護方 法，該方法利用故障分量線模電壓和故障分量線模電流的均值積在區(qū)內外故障時的不同特 征構建母線保護判據(jù)，具有簡便，靈敏度高，動作速度快，識別準確，易于工程實現(xiàn)的優(yōu)點。
[0014] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案：
[0015] 一種基于故障分量均值積的快速母線保護方法，包括以下步驟：
[0016] (1)實時采集與母線相連的各出線母線保護元件處的電壓和電流；
[0017] (2)將采集的電壓和電流濾波后，對工頻故障分量電壓和電流進行相模變換，提取 故障分量電壓和電流的線模分量；
[0018] (3)計算線模電壓均值和線模電流均值的乘積，以均值積的正負作為判斷正向故 障和反向故障的依據(jù)，再以所有出線的故障方向判別結果作為判斷母線是否故障的依據(jù)， 具體判別包括：若某條出線的母線保護單元所檢測到的模量均值積符號為負，則為正向故 障；若某條出線的母線保護單元所檢測到的模量均值積符號為正，則為反向故障；若與母 線相連的各支路母線保護單元均判別為反方向故障，則為母線故障。
[0019] 所述步驟（2)中，將采集到的全電壓和全電流先濾除負荷分量再濾除高頻分量后 得到工頻故障分量。
[0020] 所述步驟⑵中，相模變換的具體方式為：
[0021]

【權利要求】
1. 一種基于故障分量均值積的快速母線保護方法，其特征是：包括以下步驟： (1) 實時采集與母線相連的各出線母線保護元件處的電壓和電流； (2) 將采集的電壓和電流濾波后，對工頻故障分量電壓和電流進行相模變換，提取故障 分量電壓和電流的線模分量； (3) 計算線模電壓均值和線模電流均值的乘積，以均值積的正負作為判斷正向故障和 反向故障的依據(jù)，再以所有出線的故障方向判別結果作為判斷母線是否故障的依據(jù)，具體 判別包括：若某條出線的母線保護單元所檢測到的模量均值積符號為負，則為正向故障； 若某條出線的母線保護單元所檢測到的模量均值積符號為正，則為反向故障；若與母線相 連的各支路母線保護單元均判別為反方向故障，則為母線故障。
2. 如權利要求1所述的一種基于故障分量均值積的快速母線保護方法，其特征是：所 述步驟（2)中，相模變換的具體方式為：
式中，fa、fb和f。為故障分量電壓或故障分量電流，變換得到的1模分量和2模分量f2均能反映所有故障類型。
3. 如權利要求1所述的一種基于故障分量均值積的快速母線保護方法，其特征是：所 述步驟（2)中，將采集到的全電壓和全電流先濾除負荷分量再濾除高頻分量后得到工頻故 障分量。
4. 如權利要求1所述的一種基于故障分量均值積的快速母線保護方法，其特征是：所 述步驟（3)中，具體的判斷依據(jù)為：以某條出線的線模電壓均值和線模電流均值的乘積
___
___ 的正負作為識別故障方向的判據(jù)，式中，
和 ave(Aim(t))分別是與母線相連的第m條出線的故障分量經相模變換后的線模電壓和線模 電流的均值，Sni為第m條出線的線模電壓和線模電流的均值積，若Sni為正，則判別為反向故 障，若Sm為負，則判別為正向故障。
5. 如權利要求1所述的一種基于故障分量均值積的快速母線保護方法，其特征是：所 述步驟（3)中，計算
，式中，
是Sm的符號，規(guī)定當Sm>0時，

;當
，如果公式
成立，則判別為母線故障；否則，母線正常，n代表與母線相連的出線的總數(shù)目。
6. 如權利要求5所述的一種基于故障分量均值積的快速母線保護方法，其特征是：與 母線相連的出線包括變壓器支路和線路。
7. 如權利要求1所述的一種基于故障分量均值積的快速母線保護方法，其特征是：所 述步驟（3)中，故障正方向為母線指向出線。
【文檔編號】H02H7/26GK104242262SQ201410432596
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年8月28日 優(yōu)先權日:2014年8月28日
【發(fā)明者】鄒貴彬, 宋圣蘭 申請人:山東大學