[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

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于故障分量无功功率的故障关联域识别系统及其方法，属于变电站电力系统故障识别技术领域。

技术背景

高压输电线路中继电保护配置基本以电流差动保护和距离保护作为双重保护，其中以距离三段式保护作为后备保护。而距离后备保护仅利用本地信息反应故障，客观上只能采取逐级配合的方式切除故障，从而产生了种种缺陷。在线自适应整定和潮流转移识别利用了广域多信息的优势，但未对保护逐级配合的方式进行革新，因此主要是实现了部分性能的改善。而故障识别算法的出现则彻底改变了传统保护的配置方式，利用电网多点、多类型信息识别故障关联域、故障元件或故障点，根据判别结果直接隔离故障对象，能够显著增加保护动作速度、同时兼顾可靠性和灵敏性，且不受系统运行方式变化和潮流转移过负荷的影响，对保护性能予以全面提升。鉴于此，国内外学者对基于广域信息的故障识别算法开展了大量研究，从所利用信息的角度出发，主要包括：基于PMU全布点的故障识别算法、基于稀疏PMU布点的故障识别算法和无需数据同步的故障识别算法。

基于PMU全布点的故障识别算法对电网硬件要求颇高，基于稀疏PMU布点的故障识别算法有效降低了对电网同步条件的要求。但无论在当前或未来实现PMU全布点的情况下，由于PMU装置的同步信号由属于美国国防部的24颗GPS卫星提供，其持续可用性难以得到充分保证。在这样的情况下，继电保护高可靠性、高安全性的特点客观要求必须研究无需数据同步的故障识别算法，使区域保护在完全不依赖同步信号的情况下仍能可靠动作。而基于稳态分量的功率差动保护算法是非同步算法中具有代表性的一类，该算法根据能量守恒定律制定判据，无需同步，原理简单，且由于功率信息属于电气量，其包含的故障特征比距离元件、方向元件输出的动作信息更为丰富，因此更容易构成性能优良的保护原理。但同时还存在以下问题有待研究：

1）大多数算法均采用电压、电流稳态量计算功率值，其动作量在区外故障和区内金属性故障时均为线路阻抗消耗的功率，因此在区内金属性故障时存在死区，更适合作为反应高阻故障的辅助判据；

2）能量守恒定律适应于任何范围的闭合区域，因此利用功率信息进行故障关联域识别具有独特的优势，目前该方面的研究还比较少，应该在问题1）得到解决的同时进行积极的探索。

与此同时，变电站直流消失会导致站内二次系统全部瘫痪，其自身及出线故障均需由相邻站提供远后备。但由于变电站涵盖多个电压等级，区域电流差动等原理无法实施，传统单端量远后备亦可能因跨变压器而灵敏度不足，要构建合理有效的保护方案仍是一个难题。在变电站直流消失下电网安全将面临严重威胁。

针对上述问题，本专利提出了基于故障分量无功功率的故障关联域识别算法，该算法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。当变电站直流消失需要跨不同电压等级构成保护时其同样适用。

发明内容

本发明提出一种基于故障分量无功功率的故障关联域识别系统及其方法，不仅适用于常规的单电压等级电网，同时也适用于包含变压器在内的多电压等级电网。

基于故障分量无功功率的故障关联域识别系统，

该系统包括两个子系统：关联域划分子系统、保护动作判断子系统。其中，关联域划分子系统划分保护关联域:关联域划分子系统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；保护动作判断子系统建立了保护算法模型，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；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保护原理模块的输入；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；最后，保护动作特性模块依据保护动作判据，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。

基于故障分量无功功率的故障关联域识别方法的步骤为：

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：保护动作特性模块通过比较保护动作量和制动量，识别故障关联域。