本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)線路繼電保護(hù)領(lǐng)域，尤其涉及一種適用于統(tǒng)一潮流控制器接入的線路距離ⅰ段保護(hù)方法。

背景技術(shù)：

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，現(xiàn)代電力系統(tǒng)已逐步成為現(xiàn)代工業(yè)中規(guī)模最大、層次最復(fù)雜、一體化程度最高的巨維數(shù)非線性實(shí)體系統(tǒng)。與此同時(shí)，現(xiàn)代電力系統(tǒng)也正面臨著系統(tǒng)規(guī)劃與資源優(yōu)化配置、安全穩(wěn)定運(yùn)行等問(wèn)題。為解決這些難題，靈活交流輸電系統(tǒng)(facts)應(yīng)運(yùn)而生，其綜合了現(xiàn)代電力電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)電力系統(tǒng)更安全、更穩(wěn)定、更高效、更靈活的控制。upfc(統(tǒng)一潮流控制器)作為第三代facts原件，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)串聯(lián)補(bǔ)償和并聯(lián)補(bǔ)償，具有傳統(tǒng)facts裝置不可比擬的優(yōu)勢(shì)。理論分析和工程實(shí)例表明，upfc可對(duì)電壓、相角、阻抗進(jìn)而對(duì)系統(tǒng)潮流實(shí)現(xiàn)快速頻繁的調(diào)節(jié)控制，顯著提高線路輸送能力和系統(tǒng)穩(wěn)定水平阻尼系統(tǒng)振蕩，因此國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者對(duì)其進(jìn)行了大量研究，主要包括：物理模型，電磁暫態(tài)仿真，系統(tǒng)震蕩及控制策略等。然而upfc在提高系統(tǒng)性能的同時(shí)也改變了阻抗、電壓、相角等作為繼電保護(hù)判據(jù)的電氣量，進(jìn)而威脅到繼電保護(hù)裝置的可靠動(dòng)作，尤其對(duì)距離保護(hù)的影響最為嚴(yán)重：有文獻(xiàn)對(duì)基于upfc的傳輸線路阻抗進(jìn)行了詳細(xì)的分析，指出不同安裝位置對(duì)保護(hù)動(dòng)作邊界有很大的影響，并認(rèn)為upfc會(huì)使系統(tǒng)暫態(tài)過(guò)程復(fù)雜化，從理論上詳細(xì)分析了upfc對(duì)距離保護(hù)的影響，提出了基于數(shù)字仿真確定類似于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ann)的整定邊界；此外有學(xué)者詳細(xì)分析了雙回線中upfc造成的距離保護(hù)誤動(dòng)案例，并提出了針對(duì)該問(wèn)題的自適應(yīng)距離保護(hù)方法。由于upfc可運(yùn)行于多種工況且不同工況下運(yùn)行參數(shù)差異較大，因此基于ann的自適應(yīng)距離保護(hù)需要進(jìn)行大量的測(cè)試和學(xué)習(xí)，而其他距離保護(hù)方法需要系統(tǒng)兩端嚴(yán)格的對(duì)時(shí)處理，對(duì)通信系統(tǒng)有較高的要求，因此不便于實(shí)施。所以，亟需一種新的距離保護(hù)算法以解決含upfc線路經(jīng)過(guò)渡電阻故障時(shí)的故障距離精確計(jì)算的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，針對(duì)過(guò)渡電阻和upfc的接入對(duì)線路距離保護(hù)的影響，提出了一種適用于統(tǒng)一潮流控制器接入的線路距離ⅰ段保護(hù)方法，利用故障后系統(tǒng)電壓電流幾何特性構(gòu)建相似三角形并據(jù)此構(gòu)造故障距離求解方程，精確求解故障距離的同時(shí)結(jié)合故障測(cè)距波動(dòng)性輔助判據(jù)正確區(qū)分區(qū)內(nèi)外故障。

本發(fā)明的技術(shù)方法如下所述：

一種適用于統(tǒng)一潮流控制器接入的線路距離ⅰ段保護(hù)方法，包括以下步驟：

步驟1：構(gòu)建故障測(cè)距方程；根據(jù)簡(jiǎn)化系統(tǒng)分析圖，以故障后電壓電流相量圖為基礎(chǔ)構(gòu)造相似三角形；根據(jù)相似三角形的對(duì)應(yīng)邊比值相等原則構(gòu)造故障距離百分比求解公式，通過(guò)逐步搜索法對(duì)故障距離百分比p進(jìn)行求解；

步驟2：故障判據(jù)求解；根據(jù)步驟一構(gòu)建的故障距離求解公式求解故障測(cè)距均值pm及故障測(cè)距方差d(p)；

步驟3：判斷動(dòng)作條件；判斷步驟二所述故障測(cè)距均值pm其故障測(cè)距方差d(p)的計(jì)算結(jié)果是否滿足距離保護(hù)動(dòng)作條件。

所述故障距離百分比求解公式如下：

式中：為線路末端保護(hù)安裝處測(cè)量電壓，為線路末端保護(hù)安裝處測(cè)量電流，為故障線路正序阻抗角，zl為線路全長(zhǎng)正序阻抗，p為故障距離百分比，即保護(hù)安裝處至故障點(diǎn)間線路長(zhǎng)度與線路全長(zhǎng)的比值；

當(dāng)系統(tǒng)為單相接地短路故障時(shí)：

式中，為線路末端保護(hù)安裝處測(cè)量電壓，為線路末端保護(hù)安裝處測(cè)量電流，為單相接地短路故障線路的相電壓，為單相接地短路故障線路的相電流，為系統(tǒng)零序電流，中間變量z1為線路正序阻抗，z0為線路零序阻抗；

當(dāng)系統(tǒng)為相間短路故障時(shí)：

式中，為線路末端保護(hù)安裝處測(cè)量電壓、為線路末端保護(hù)安裝處測(cè)量電流，為相間短路故障線路的線電壓，為相間短路故障線路的線電流，

所述故障測(cè)距均值pm及故障測(cè)距方差d(p)的求解方法如下：確定采樣頻率，以全周傅氏算法求解第二周波內(nèi)采樣信號(hào)的基波分量，根據(jù)故障距離求解公式計(jì)算各點(diǎn)對(duì)應(yīng)的故障測(cè)距均值pm及故障測(cè)距方差d(p)，構(gòu)成輔助判據(jù)。

所述步驟3具體如下：

步驟301：將pm及d(p)帶入，判斷是否滿足距離保護(hù)動(dòng)作條件：

式中pm≤pset為距離保護(hù)動(dòng)作方程；d(p)＜0.1為區(qū)分故障范圍是否包含upfc的輔助判據(jù)；pm為故障測(cè)距均值；pset為傳統(tǒng)距離保護(hù)ⅰ段整定值，其中zl為線路全長(zhǎng)正序阻抗；d(p)為故障測(cè)距方差；

步驟302：當(dāng)pm、d(p)均滿足距離保護(hù)動(dòng)作條件時(shí)，判定為保護(hù)范圍內(nèi)故障，upfc的對(duì)側(cè)距離ⅰ段保護(hù)跳閘。

本發(fā)明的有益效果在于：

本發(fā)明的距離保護(hù)ⅰ段不受過(guò)渡電阻和upfc的影響，僅利用單端電氣量信息即可對(duì)故障位置精確定位，并可根據(jù)故障距離計(jì)算結(jié)果的波動(dòng)性可靠區(qū)分區(qū)內(nèi)外故障。此外，本發(fā)明適用于各種故障類型和各種動(dòng)作特性的距離元件，且不受upfc運(yùn)行方式的影響，具有良好的普適性，計(jì)算簡(jiǎn)單可靠，有一定的實(shí)際工程意義。

附圖說(shuō)明

附圖1為upfc接入的線路距離ⅰ段保護(hù)方法流程圖；

附圖2為含upfc系統(tǒng)示意圖；

附圖3為upfc簡(jiǎn)化模型及故障位置示意圖；

附圖4含upfc線路故障后系統(tǒng)正序網(wǎng)絡(luò)圖；

附圖5含upfc線路故障后系統(tǒng)負(fù)序網(wǎng)絡(luò)圖；

附圖6含upfc線路故障后系統(tǒng)零序網(wǎng)絡(luò)圖；

附圖7f1處故障時(shí)系統(tǒng)電壓電流相量圖；

附圖8f2處故障時(shí)系統(tǒng)電壓電流相量圖；

附圖9rg＝30ω時(shí)故障距離計(jì)算結(jié)果圖；

附圖10rg＝60ω時(shí)故障距離計(jì)算結(jié)果圖；

附圖11rg＝100ω時(shí)故障距離計(jì)算結(jié)果圖；

附圖12f2點(diǎn)故障時(shí)故障距離計(jì)算結(jié)果圖；

具體實(shí)施方式

該方法的主要思想是利用故障后系統(tǒng)電壓電流相量幾何特性構(gòu)建虛擬相似三角形，并據(jù)此構(gòu)造新型故障距離求解方程精確求解故障距離，再結(jié)合故障測(cè)距波動(dòng)性輔助判據(jù)正確區(qū)分區(qū)內(nèi)外故障。下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。附圖1為upfc接入的線路距離ⅰ段保護(hù)方法流程圖，如圖1所示，首先構(gòu)建故障測(cè)距方程，根據(jù)簡(jiǎn)化系統(tǒng)分析圖，以故障后電壓電流相量圖為基礎(chǔ)構(gòu)造相似三角形；根據(jù)相似三角形的對(duì)應(yīng)邊比值相等原則構(gòu)造故障距離百分比求解公式，通過(guò)逐步搜索法對(duì)故障距離百分比進(jìn)行求解；其次求解故障判據(jù)，根據(jù)步驟一構(gòu)建的故障距離求解公式求解故障距離百分比的均值pm及故障距離百分比的方差d(p)；最后判斷動(dòng)作條件，判斷故障距離百分比均值pm其方差d(p)的計(jì)算結(jié)果是否滿足距離保護(hù)動(dòng)作條件：若pm與d(p)均滿足距離保護(hù)動(dòng)作條件，則判定為在保護(hù)范圍內(nèi)故障，upfc的對(duì)側(cè)距離ⅰ段保護(hù)跳閘，否則直接退出，判斷結(jié)束。

進(jìn)一步的，在構(gòu)建故障測(cè)距方程過(guò)程中，具體方法如下所述：首先將如圖2所示的含upfc系統(tǒng)示意圖進(jìn)行簡(jiǎn)化，簡(jiǎn)化后的模型及故障位置如圖3所示，在圖3中f1點(diǎn)發(fā)生短路故障，m側(cè)為線路末端，upfc由線路始端n側(cè)接入。由于upfc串并聯(lián)換流變壓器分別采用y-y和y-δ接線方式，且兩種接線方式均網(wǎng)側(cè)不接地，因此故障后系統(tǒng)零序電流不流經(jīng)upfc本體裝置，即不會(huì)改變故障后系統(tǒng)的零序網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。據(jù)此根據(jù)圖3所示的含upfc線路簡(jiǎn)化示意圖，繪制故障后系統(tǒng)正負(fù)零三序網(wǎng)絡(luò)圖，如圖4-圖6所示，附圖4-附圖6分別為upfc線路故障后系統(tǒng)正序網(wǎng)絡(luò)圖、負(fù)序網(wǎng)絡(luò)圖和零序網(wǎng)絡(luò)圖，由圖4-圖6可知，upfc的接入在零序網(wǎng)絡(luò)中僅引入了串聯(lián)換流變壓器零序漏抗，而無(wú)零序電勢(shì)接入，進(jìn)而維持網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不變；然而在正負(fù)序網(wǎng)絡(luò)中分別由串聯(lián)換流變壓器引入正序電勢(shì)和負(fù)序電勢(shì)改變了序網(wǎng)結(jié)構(gòu)，通常在三級(jí)控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)作用下，穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)upfc可依據(jù)系統(tǒng)需求多模式運(yùn)行，以達(dá)到調(diào)度級(jí)控制目標(biāo)。由upfc控制理論可知，upfc出力及控制系統(tǒng)參數(shù)為系統(tǒng)相角差、頻率、電壓、電流等電氣量，系統(tǒng)故障勢(shì)必會(huì)改變上述電氣量，并破壞正常運(yùn)行時(shí)的功率、電壓平衡，upfc控制系統(tǒng)能否實(shí)現(xiàn)原控制目標(biāo)并恢復(fù)原平衡狀態(tài)難以預(yù)知，即使恢復(fù)原平衡或建立新的平衡也需要一個(gè)動(dòng)態(tài)的調(diào)節(jié)過(guò)程，期間upfc串聯(lián)分支出力會(huì)在控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)作用下時(shí)刻變化，因此會(huì)對(duì)距離保護(hù)方法造成很大的影響。為此本發(fā)明根據(jù)圖3對(duì)含upfc線路故障分析模型進(jìn)行故障分析：

從線路m側(cè)觀察，當(dāng)故障位于圖3中f1等不包含upfc的位置時(shí)，則線路末端m側(cè)保護(hù)安裝處測(cè)量電壓表達(dá)式如下：

式中，z為保護(hù)安裝處至故障點(diǎn)間的線路正序阻抗；分別為線路末端保護(hù)安裝處測(cè)量電壓、測(cè)量電流；為故障點(diǎn)電壓；

當(dāng)系統(tǒng)為單相接地短路故障時(shí)：

式中z1、z0分別為線路正序、零序阻抗；分別為線路末端保護(hù)安裝處測(cè)量電壓、測(cè)量電流；為單相接地短路故障線路的相電壓，為單相接地短路故障線路的相電流，為系統(tǒng)零序電流；

當(dāng)系統(tǒng)為相間短路故障時(shí)：

式中，分別為線路末端保護(hù)安裝處測(cè)量電壓、測(cè)量電流；為相間短路故障線路的線電壓，為相間短路故障線路的線電流，

根據(jù)上述所示故障后電壓電流關(guān)系，以故障后故障支路電流為參考相量繪制故障后系統(tǒng)保護(hù)安裝處測(cè)量電流測(cè)量電壓故障點(diǎn)電壓故障支路電流保護(hù)安裝處至故障點(diǎn)間線路電圧相量圖；附圖7為f1處故障時(shí)系統(tǒng)電壓電流相量圖，如圖7所示，延長(zhǎng)與交于點(diǎn)b，該圖中為已知量，而圖中諸如故障點(diǎn)電壓保護(hù)安裝處至故障點(diǎn)間線路電壓等未知量均由故障距離百分比表示，所述故障距離百分比即保護(hù)安裝處至故障點(diǎn)間線路正序阻抗與線路全長(zhǎng)正序阻抗的比值，因此建立故障距離百分比方程，進(jìn)而求解未知量。根據(jù)圖7所示的相量圖，在圖中根據(jù)電壓電流幾何特性再添加輔助線構(gòu)成相似三角形δocd與δmad，并求解相似三角形的各邊角，由于δocd～δmad，利用相似三角形對(duì)應(yīng)邊比值相等可知將式中各量表達(dá)式帶入即可構(gòu)造故障距離百分比求解公式：

式中，分別為線路末端保護(hù)安裝處測(cè)量電壓、測(cè)量電流；為故障線路正序阻抗角，zl為線路全長(zhǎng)正序阻抗，p為故障距離百分比即保護(hù)安裝處至故障點(diǎn)間線路長(zhǎng)度與線路全長(zhǎng)的比值。

當(dāng)系統(tǒng)為單相接地短路故障時(shí)：式中z1、z0分別為線路正序、零序阻抗，分別為線路末端保護(hù)安裝處測(cè)量電壓、測(cè)量電流；為單相接地短路故障線路的相電壓，為單相接地短路故障線路的相電流，為系統(tǒng)零序電流；當(dāng)系統(tǒng)為相間短路故障時(shí)，式中分別為線路末端保護(hù)安裝處測(cè)量電壓、測(cè)量電流；為相間短路故障線路的線電壓，為相間短路故障線路的線電流，f(p)中僅一個(gè)未知量即故障距離百分比p，令f(p)＝0求解即可。由于f(p)＝0為非線性方程，因此可通過(guò)逐步搜索法進(jìn)行求解。

進(jìn)一步的，在求解故障判據(jù)過(guò)程中，具體方法如下所述：如圖3所示的upfc簡(jiǎn)化模型及故障位置示意圖，當(dāng)故障位于圖3中f2等包含upfc的位置時(shí)，upfc串聯(lián)分支在線路中接入一個(gè)時(shí)變的電勢(shì)此時(shí)線路末端保護(hù)安裝處測(cè)量電壓表達(dá)式如下：

式中zt為串聯(lián)變壓器漏抗，zl為，為upfc串聯(lián)分支補(bǔ)償電壓，分別為線路末端保護(hù)安裝處測(cè)量電壓、測(cè)量電流，為故障點(diǎn)電壓；

f2處故障時(shí)系統(tǒng)電壓電流相量關(guān)系如圖8所示，由圖8可以看出，upfc的接入破壞了δoc′d～δm′a′d′的幾何關(guān)系，因此該方法所得的故障測(cè)距不能正確反映故障距離，并且會(huì)有較大的波動(dòng)。然而故障發(fā)生在不包含upfc的位置時(shí)，測(cè)距穩(wěn)定，波動(dòng)較小，據(jù)此可利用測(cè)距波動(dòng)性大小構(gòu)成輔助判據(jù)以區(qū)分區(qū)內(nèi)外故障。綜上所述即可得到含upfc線路故障后upfc的對(duì)側(cè)距離保護(hù)判據(jù)：首先確定采樣頻率，以全周傅氏算法求解第二周波內(nèi)采樣信號(hào)的基波分量，根據(jù)故障距離求解公式計(jì)算各點(diǎn)對(duì)應(yīng)的故障距離百分比均值pm及方差d(p)，以構(gòu)成輔助判據(jù)。

進(jìn)一步的，在判斷動(dòng)作條件過(guò)程中，具體方法如下所述：將pm及d(p)帶入距離保護(hù)動(dòng)作方程判斷是否滿足距離保護(hù)動(dòng)作條件：

式中pm≤pset為傳統(tǒng)距離保護(hù)動(dòng)作方程；d(p)＜0.1為區(qū)分故障范圍是否包含upfc的輔助判據(jù)；其中為傳統(tǒng)距離保護(hù)ⅰ段整定值；zl為線路全長(zhǎng)正序阻抗，pm為故障測(cè)距均值，d(p)為故障測(cè)距的方差；

d(p)反映了故障測(cè)距的波動(dòng)性，構(gòu)成了判斷故障范圍是否包含upfc的輔助判據(jù)，考慮了測(cè)量誤差、分布電容等可能使故障測(cè)距結(jié)果產(chǎn)生波動(dòng)性的因素的影響，因此將判據(jù)界限定為0.1。當(dāng)pm與d(p)均滿足距離保護(hù)動(dòng)作條件時(shí)才判定為保護(hù)范圍內(nèi)故障，相應(yīng)的upfc的對(duì)側(cè)距離ⅰ段保護(hù)跳閘。

實(shí)施例1

下面以具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。如圖2所示的含upfc的220kv雙電源供電系統(tǒng)中，線路長(zhǎng)度為100km，距離保護(hù)整定為線路全長(zhǎng)的80％，upfc額定容量為100mva。由本技術(shù)領(lǐng)域公知常識(shí)可知，220kv系統(tǒng)故障后系統(tǒng)最大可能過(guò)渡電阻為100ω，因此分別取系統(tǒng)經(jīng)30ω、60ω、100ω三個(gè)過(guò)渡電阻值，在保護(hù)范圍末端附近發(fā)生單相接地短路故障為例進(jìn)行分析，假設(shè)故障發(fā)生在系統(tǒng)運(yùn)行7s后。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和仿真結(jié)果都以故障初始時(shí)刻即7s為計(jì)時(shí)零點(diǎn)，并利用matlab取第二個(gè)周波內(nèi)采樣數(shù)據(jù)經(jīng)全周傅氏算法濾波后計(jì)算所得。其仿真結(jié)果如圖9-圖11所示。圖3中所示f2處故障時(shí)的仿真結(jié)果如圖12所示，圖中rg為過(guò)渡電阻，pf為實(shí)際故障距離百分比。

由仿真結(jié)果圖9-圖11分析可知，本發(fā)明的保護(hù)方法受故障暫態(tài)影響較小，可快速求得正確測(cè)距結(jié)果，誤差小于3％，滿足高壓系統(tǒng)對(duì)保護(hù)裝置速動(dòng)性的要求；同時(shí)測(cè)距波動(dòng)性較小，測(cè)距標(biāo)準(zhǔn)差為10^-4左右。因此可正確求解故障距離，進(jìn)而保證距離ⅰ段不會(huì)拒動(dòng)或誤動(dòng)。由圖12可知，在保護(hù)區(qū)外f2點(diǎn)故障時(shí)，故障測(cè)距較大，均大于整定值0.1。由此可見，本發(fā)明所屬方法的主輔判據(jù)相輔相成，可準(zhǔn)確區(qū)分區(qū)內(nèi)外故障，同時(shí)能夠克服過(guò)渡電阻和upfc對(duì)距離保護(hù)的影響。

此實(shí)施例僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。