[发明专利]基于故障分量无功功率的故障关联域识别系统及其方法

权利要求书

1.基于故障分量无功功率的故障关联域识别系统，其特征在于，该识别系统包括关联域划分子系统、保护动作判断子系统；

关联域划分子系统以各启动保护所在站为中心，以与其所连出线的对端站为边界构成多个保护关联域；

保护动作判断子系统建立保护算法模型，保护动作判断子系统包括保护算法信息选取模块、保护原理模块和保护动作特性模块；

所述保护算法信息选取模块基于关联域划分子系统输出结果，提取保护关联域中故障分量无功功率信息作为所述保护原理模块的输入；

所述保护原理模块基于故障分量无功功率构造保护动作量和制动量；

所述保护动作特性模块通过比较保护原理模块中输出的动作量和制动量，识别故障关联域。

2.根据权利要求1所述的基于故障分量无功功率的故障关联域识别系统，其特征在于，所述关联域划分子系统为：

当区域内发生故障时，故障点距离保护启动判据会动作，则以各启动保护所在站为中心，以其同电压等级出线的对端站为边界构成多个保护关联域；区域保护主机则利用各关联域边界信息判断故障是否发生在其内部，从而确定故障关联域；当故障元件识别失败后，就可利用故障关联域判断结果制定跳闸策略，最终将故障切除；

若变电站所连线路属于同一电压等级，对于变电站直流消失的情况，由于区域主机无法获取该站信息，则当故障发生时，即以各启动保护所在站的启动信号为触发对保护关联域进行故障识别；

若变电站所连线路分属不同电压等级，对于变电站直流消失的情况，由于变电站所连线路并未包含于同一区域保护范围内，因此为准确判别故障，将原保护关联域拓展为新保护关联域；新保护关联域在原保护关联域的基础上，将与该变电站所连其它电压等级出线的对端站为边界构成新保护关联域，该变电站所在区域的区域保护主机通过通信网络采集各电压等级线路的对端信息进行故障关联域判别；若确定该关联域发生故障，则经过延时后直接跳开该关联域边界所有断路器，将故障隔离。

3.根据权利要求2所述的基于故障分量无功功率的故障关联域识别系统，其特征在于，所述变电站包括开关站。

4.根据权利要求1所述的基于故障分量无功功率的故障关联域识别系统，其特征在于，所述保护动作判断子系统包括：

1)保护算法信息选取模块

基于稳态分量的功率差动保护算法由于在区内金属性故障时存在死区，因此，作为经过渡电阻接地故障的辅助判据；

本模块选取基于故障分量无功功率信息构造故障关联域识别算法；所述基于故障分量无功功率的故障关联域识别算法为：以能量守恒定律为依据，将保护关联域边界无功之和作为动作量，该值在区内外故障时分别反应不同电网元件消耗的无功，极性通常相反，从而可以用来判别故障；本算法对变电站直流消失的情况同样适用；

2)保护原理模块

据能量守恒定律，关联域边界注入无功功率之和等于关联域内各线路阻抗消耗的无功功率之和；由于线路各序阻抗均呈感抗性质，因此该值大于零；边界注入无功之和等于边界各节点外接系统消耗的无功功率之和的负值；由于外接系统等值阻抗通常也呈感抗性质，因此其负值小于零；利用以上构造基于故障分量无功功率的故障关联域识别算法进行关联域故障判别；

3)保护动作特性模块

ΔQD=-Σj=1pIm(ΔUj·ΔI·*j)---(1)]]>

ΔQR=max(|Im(ΔU1·ΔI1*·)|,|Im(ΔU2·ΔI2*·)|·········|Im(ΔUp·ΔIp*·)|)---(2)]]>

ΔQ_D＞K_RΔQ_R                              (3)

式中，函数Im表示对括号中数值取虚部；K_R为保护制动系数，且小于1；

公式(3)给出了故障关联域识别判据，当故障发生在关联域内部时，动作量ΔQ_D为关联域外接系统消耗的无功功率之和，其值大于零；制动量ΔQ_R为某个边界保护流过无功功率的绝对值，其值同样大于零；由于内部故障时通常所有边界保护流出无功功率（对应ΔQ_D中各元素）均为正值，ΔQ_D大于ΔQ_R；为提高灵敏度，对制动量ΔQ_R乘以制动系数K_R，保证其能可靠动作；故障发生在关联域外部时，动作量ΔQ_D为关联域内线路消耗无功功率的负值，其值小于零；而制动量ΔQ_R为某边界保护无功功率的绝对值，其值大于零，因此保护能够可靠制动；

由于能量守恒定律在包含变压器的关联域内同样成立，与变电站内部接线形式、变压器绕组数目、各侧电压等级以及变压器变比等因素均无关，使得判据(3)在某站直流消失情况下仍然适用，有效地解决了变电站直流消失这一保护难题。

5.基于故障分量无功功率的故障关联域识别方法，其特征在于，该方法步骤为：

步骤1：关联域划分子系统以各启动保护所在站为中心，以其所连出线的对端站为边界构成多个保护关联域，并将输出结果传输到保护算法信息模块；

步骤2：保护算法信息选取模块提取故障关联域中故障分量无功功率信息，并传输至保护原理模块；

步骤3：保护原理模块利用故障分量无功功率构造保护动作量和制动量，并传输至保护动作特性模块；

步骤4：保护动作特性模块依据故障关联域识别判据，通过比较保护动作量和制动量，识别故障关联域。