含upfc的輸電線路快速距離保護方法與裝置的制造方法
【專利摘要】本發明涉及含UPFC的輸電線路快速距離保護方法與裝置，通過在正常運行時計算UPFC的最大等效阻抗，在系統發生故障時，計算故障補償電壓時計及正常運行時計算的最大等效阻抗，可有效防止當保護裝置用于近UPFC側，當發生反方向出口故障時，快速距離保護存在誤動的風險；同時還可防止當保護裝置用于遠UPFC側，當發生正方向區外金屬性故障時，快速距離保護存在超越動作的風險。
【專利說明】
含UPFC的輸電線路快速距離保護方法與裝置
技術領域
[0001] 本發明屬于電力系統繼電保護技術領域，具體設及一種含UPFC輸電線路快速距離 保護方法。
【背景技術】
[0002] 統一潮流控制器(UPFC)，可W快速靈活的控制線路的潮流，改善電網的潮流分布 特性，可最大化電網傳輸能力；同時還具備阻尼系統振蕩，提高電網穩定性;提供緊急功率 支援，避免大規模切負荷;優化潮流分布，減少環流，降低網絡損耗。UPFC通過向線路注入相 角和幅值可控的電壓相量，直接改變了線路的首末端電勢特征，從而進一步改變了系統中 的電勢相位及幅值分布，對于整個區域的潮流分布起到調節作用。UPFC在控制線路的潮流 分布的同時也導致了輸電線路參數的改變，UPFC等效阻抗可能呈現較大的容性，進而導致 傳統的距離保護誤動作。
[0003] 快速距離保護基于故障量，采用工作電壓突變量大于固定口檻作為動作方程，作 為故障分量保護，不受負荷狀態的影響，具有較強的耐過渡電阻能力。快速距離保護作為快 速單端量保護，可W極快的速度切除近端嚴重故障，W保障電網的安全運行。對含UPFC的輸 電線路，當安裝于近UPFC側，當發生反方向出口故障時，快速距離保護存在誤動的風險；當 安裝于遠UPFC側，當發生正方向區外金屬性故障時，快速距離保護存在超越動作的風險。由 于快速距離保護動作速度較快，有可能會在UPFC系統本體保護動作之前動作。目前，業內還 沒有一種能夠適用于含UPFC輸電線路的快速距離保護方法。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的是提供一種含UPFC輸電線路快速距離保護方法，用于解決現有技術 的距離保護用于UPFC線路時的誤動和超越動作的問題。同時，本發明還提供了一種含UPFC 輸電線路快速距離保護裝置。
[0005] -種含UPFC的輸電線路快速距離保護方法，包括如下步驟：
[0006] (1)兩側線路保護裝置分別獨立采集各側電壓量和電流量；
[0007 ] (2)在線路保護啟動元件未動作情況下實時計算UPFC最大等效阻抗Zp;
[0008] (3)啟動元件動作后實時計算電壓變化量和補償電流變化量；
[0009] (4)根據電壓變化量和補償電流變化量計算故障補償電壓;計算時采用步驟(2)中 的線路保護啟動元件動作前的UPFC最大等效阻抗Zp;
[0010] (5)當故障電壓滿足動作判據后經延時動作出口。
[0011] 進一步的，所述步驟(1)中兩側電壓和電流量采集方法為:對于近UPFC側電壓量取 線路側PT,電流量取線路CT;對于遠UPFC側電壓量取線路側PT或母線側PT,電流量取線路 CTo
[001^ 進一步的，所述步驟(2)中啟動元件的公式為：I iqd[k] I >1.25 I iqd[k-2N] I +0.1 In; 其中：iqdk為各側任意相電流;N為每周波義樣點數;In為CT額定電流值;計算UPFC最大等效 阻抗Zp公式為：
其中:Upmax為UPFC系統串聯變壓器最大輸出電壓值；i/為當前 電流。
[0013] 進一步的，所述步驟(3)中，電壓變化量計算公式為
其中： 為當前電壓相量;為兩周前電壓相量;與為任意相或相間；電流變化量計算公式 為：
其中Aw為當前電流相量；為當前零序電流相 量；為當前電流相量；/巾為兩周前零序電流相量；夢為任意相或相間；所述步驟 (4)中電壓變化量計算公式為：
i其中：么。,為快速距離保 護阻抗整定值;管為任意相或相間。
[0014] 進一步的，所述步驟巧）中動作判據公式為
其中:Un為電壓額 定值;a為可靠系數，其取值范圍為0~5,一般可取0.5;辟為任意相或相間；步驟(5)中延時 動態調整，延時計算公式為:Tp=巧-a) X20ms;其中：a為動作判據中的可靠系數。
[0015] 本發明還提供了一種含UPFC的輸電線路快速距離保護裝置，包括如下模塊：
[0016] 模塊(1)，兩側線路保護裝置分別獨立采集各側電壓量和電流量；
[0017] 模塊(2)，用于在線路保護啟動元件未動作情況下實時計算UPFC最大等效阻抗Zp;
[0018] 模塊(3)，用于啟動元件動作后實時計算電壓變化量和補償電流變化量；
[0019] 模塊(4)，用于根據電壓變化量和補償電流變化量計算故障補償電壓;計算時采用 模塊(2)中的線路保護啟動元件動作前的UPFC最大等效阻抗Zp;
[0020] 模塊(5)，用于當故障電壓滿足動作判據后經延時動作出口。
[0021] 進一步的，所述模塊(1)中兩側電壓和電流量采集方法為:對于近UPFC側電壓量取 線路側PT,電流量取線路CT;對于遠UPFC側電壓量取線路側PT或母線側PT,電流量取線路 CTo
[0022] 進一步的，所述模塊(2)中啟動元件的公式為：I iqd[k] I >1.25 I iqd[k-2N] I +0.1 In; 其中：iqdk為各側任意相電流;N為每周波義樣點數;In為CT額定電流值;計算UPFC最大等效 阻抗Zp公式為；
i其中:Upmax為UPFC系統串聯變壓器最大輸出電壓值；為當前 電流。
[0023] 進一步的，所述模塊(3)中，電壓變化量計算公式為：
其中： 為當前電壓相量;w；|為兩周前電壓相量;9為任意相或相間；電流變化量計算公式 為：
其中：為當前電流相量；為當前零序電流相 量;^巾_:^為當前電流相量;/巾心，1為兩周前零序電流相量;^^為任意相或相間;所述模塊(4) 中電壓變化量計算公式為：
；其中：式為快速距離保護阻 抗整定值;^^為任意相或相間。
[0024] 進一步的，所述模塊(5)中動作判據公式為
.其中：Un為電壓額 定值;a為可靠系數，其取值范圍為0~5,一般可取0.5;^為任意相或相間；模塊(5)中延時動 態調整，延時計算公式為:Tp=巧-a) X20ms;其中：a為動作判據中的可靠系數。
[0025] 本發明與現有技術的區別主要在于:在正常運行時計算UPFC的最大等效阻抗并且 保存，在系統發生故障，計算故障補償電壓時，不再實時計算UPFC的最大等效阻抗，而采用 故障發生之前的計算并且保存的UPFC最大等效阻抗。運種方式能夠有效防止當保護裝置用 于近UPFC側，當發生反方向出口故障時，快速距離保護存在誤動的風險；同時還可防止當保 護裝置用于遠UPFC側，當發生正方向區外金屬性故障時，快速距離保護存在超越動作的風 險。
[0026] 故障電壓滿足動作判據后經動態調整的延時動作出口，不僅可有效保證發生嚴重 故障時保護動作的速動性，還可保證弱故障情況下保護的可靠性。
【附圖說明】
[0027] 圖1是含UPFC系統的輸電線路示意圖；
[002引圖2是本發明實施例的工作流程圖。
【具體實施方式】
[0029] 下面結合附圖對本發明做進一步詳細的說明。
[0030] 方法實施例
[0031] 本發明方法實施例的含UPFC輸電線路快速距離保護方法用于含UPFC系統接入的 交流輸電線路保護中。含UPFC系統的輸電線路如圖1所示，快速距離保護工作流程如圖2所 示，方法包括W下步驟：
[0032] (1)兩側線路保護裝置分別獨立采集各側電壓量和電流量；
[0033] 兩側電壓和電流量采集方法為:對于近UPFC側電壓量取線路側PT,電流量取線路 CT;對于遠UPFC側電壓量可取線路側PT也可取母線側PT，電流量取線路CT。
[0034] (2)在線路保護啟動元件未動作情況下實時計算UPFC最大等效阻抗Zp,啟動保護 不再計算，采用啟動前計算的Zp用于故障計算；
[0035] 啟動元件的公式為：I iqd山I > 1.25 I iqd[k-2N] I +0.1 In;其中：iqdk為各側任意相電 流;N為每周波采樣點數;In為CT額定電流值。
[0036] UPFC最大等效阻抗Zp計算公式為：
其中：UPmax為UPFC系統串聯變壓 器最大輸出電壓值;為當前電流。
[0037] (3)啟動元件動作后實時計算電壓變化量和補償電流變化量；
[003引電壓變化量計算公式為
：其中：為當前電壓相量； 為兩周前電壓相量;巧為任意相或相間。
[0039]電流變化量計算公式為
其中：為當前電流 相量;為當前零序電流相量;為當前電流相量;為兩周前零序電流相量;0 為任意相或相間。
[0040] (4)根據電壓變化量和補償電流變化量計算故障補償電壓；
[0041] 電壓變化量計算公式為：
；其中：之W為快速距離 保護阻抗整定值;0為任意相或相間。
[0042] (5)當故障電壓滿足動作判據后經動態調整的延時動作出口。
[0043] 動作判據公式為
；其中：Un為電壓額定值;a為可靠系數，其取 值范圍為0~5，一般可取0.5; 為任意相或相間。
[0044] 動態調整的延時計算公式為：Tp=(5-a)X20ms;其中：a為動作判據中的可靠系 數。
[0045] 本實施例中，通過在正常運行時計算UPFC的最大等效阻抗，在系統發生故障時，計 算故障補償電壓時計及正常運行時計算的最大等效阻抗，可有效防止當保護裝置用于近 UPFC側，當發生反方向出口故障時，快速距離保護存在誤動的風險；同時還可防止當保護裝 置用于遠UPFC側，當發生正方向區外金屬性故障時，快速距離保護存在超越動作的風險。進 一步，故障電壓滿足動作判據后經動態調整的延時動作出口，不僅可有效保證發生嚴重故 障時保護動作的速動性，還可保證弱故障情況下保護的可靠性。
[0046] 本發明的主要構思是在正常運行時計算UPFC的最大等效阻抗并且保存，在系統發 生故障，計算故障補償電壓時，不再實時計算UPFC的最大等效阻抗，而采用故障發生之前的 計算并且保存的UPFC最大等效阻抗。因此，上面實施例中設及的啟動判據、動作判據、延時 計算公式、電壓電流變化量技術公式、補償電壓公式等等，作為其他實施方式，均可W采用 現有技術中的其他具體公式進行替換。
[0047] 裝置實施例
[004引一種含UPFC的輸電線路快速距離保護裝置，包括如下模塊：
[0049] 模塊(1)，兩側線路保護裝置分別獨立采集各側電壓量和電流量；
[0050] 模塊(2)，用于在線路保護啟動元件未動作情況下實時計算UPFC最大等效阻抗Zp;
[0051] 模塊(3)，用于啟動元件動作后實時計算電壓變化量和補償電流變化量；
[0052] 模塊(4)，用于根據電壓變化量和補償電流變化量計算故障補償電壓;計算時采用 模塊(2)中的線路保護啟動元件動作前的UPFC最大等效阻抗Zp;
[0053] 模塊(5)，用于當故障電壓滿足動作判據后經延時動作出口。
[0054] 上述各模塊是與方法實施例中各個步驟一一對應的軟件功能模塊，其構成的裝置 是一種軟件功能構架，W軟件代碼的形式存儲在繼電保護裝置的存儲器中。由于與上述方 法實施例中的步驟一一對應，故不再寶述。
[0055] 在本發明給出的思路下，采用對本領域技術人員而言容易想到的方式對上述實施 例中的技術手段進行變換、替換、修改，并且起到的作用與本發明中的相應技術手段基本相 同、實現的發明目的也基本相同，運樣形成的技術方案是對上述實施例進行微調形成的，運 種技術方案仍落入本發明的保護范圍內。
【主權項】
1. 一種含UPFC的輸電線路快速距離保護方法，其特征在于，包括如下步驟： (1) 兩側線路保護裝置分別獨立采集各側電壓量和電流量； (2) 在線路保護啟動元件未動作情況下實時計算UPFC最大等效阻抗ZP; (3) 啟動元件動作后實時計算電壓變化量和補償電流變化量； (4) 根據電壓變化量和補償電流變化量計算故障補償電壓;計算時采用步驟(2)中的線 路保護啟動元件動作前的UPFC最大等效阻抗Zp; (5) 當故障電壓滿足動作判據后經延時動作出口。2. 根據權利要求1所述的含UPFC的輸電線路快速距離保護方法，其特征在于:所述步驟 (1) 中兩側電壓和電流量采集方法為:對于近UPFC側電壓量取線路側PT，電流量取線路CT; 對于遠UPFC側電壓量取線路側PT或母線側PT，電流量取線路CT。3. 根據權利要求1或2所述的含UPFC的輸電線路快速距離保護方法，其特征在于:所述 步驟(2)中啟動元件的公式為：| iqd[k] | >1.25 | iqd[k-2N] | +0. lln;其中：iqdk為各側任意相 電流；N為每周波采樣點數；Iη為CT額定電流值；計算UPFC最大等效阻抗Zp公式為：其中:UPmax為UPFC系統串聯變壓器最大輸出電壓值;^為當前電流。4. 根據權利要求3所述的含UPFC的輸電線路快速距離保護方法，其特征在于:所述步驟 (3 )中，電壓變化量計算公式為：= ;其中：為當前電壓相量； j為兩周前電壓相量；Ρ為任意相或相間；電流變化量計算公式為： 剩+? -4-叫-1。卜則；其中：、為當前電流相量；'為當前零序電流相量； 為當如電流相量;為兩周如零序電流相量;史為任意相或相間；所述步驟(4)中 電壓變化量計算公式為:其中為快速距離保護阻抗 整定值，為任意相或相間。5. 根據權利要求4所述的含UPFC的輸電線路快速距離保護方法，其特征在于:所述步驟 (5)中動作判據公式為：卜(1 + 其中：Un為電壓額定值;α為可靠系數，其取值 范圍為0~5，一般可取0.5;爐為任意相或相間；步驟(5)中延時動態調整，延時計算公式為： Τρ=(5_α) X20ms;其中：α為動作判據中的可靠系數。6. -種含UPFC的輸電線路快速距離保護裝置，其特征在于，包括如下模塊： 模塊(1)，兩側線路保護裝置分別獨立采集各側電壓量和電流量； 模塊(2)，用于在線路保護啟動元件未動作情況下實時計算UPFC最大等效阻抗ZP; 模塊(3)，用于啟動元件動作后實時計算電壓變化量和補償電流變化量； 模塊(4)，用于根據電壓變化量和補償電流變化量計算故障補償電壓;計算時采用模塊 (2) 中的線路保護啟動元件動作前的UPFC最大等效阻抗Zp; 模塊(5)，用于當故障電壓滿足動作判據后經延時動作出口。7. 根據權利要求6所述的含UPFC的輸電線路快速距離保護裝置，其特征在于:所述模塊 (1)中兩側電壓和電流量采集方法為:對于近UPFC側電壓量取線路側PT，電流量取線路CT; 對于遠UPFC側電壓量取線路側PT或母線側PT，電流量取線路CT。8. 根據權利要求6或7所述的含UPFC的輸電線路快速距離保護裝置，其特征在于:所述 模塊⑵中啟動元件的公式為：| iqd[k] | >1.25 I iqd[k-2N] | +0. lln;其中：iqdk為各側任意相 電流；N為每周波采樣點數；Iη為CT額定電流值；計算UPFC最大等效阻抗ZP公式為：5其中:UPmax為UPFC系統串聯變壓器最大輸出電壓值;各為當前電流。9. 根據權利要求8所述的含UPFC的輸電線路快速距離保護裝置，其特征在于:所述模塊 (3)中，電壓變化量計算公式為：;其中：為當前電壓相量； 為兩周前電壓相量；@為任意相或相間；電流變化量計算公式為： = 1其中：<#：|為當前電流相量；'為當前零序電流相量； 為當前電流相量;為兩周前零序電流相量;供為任意相或相間;所述模塊⑷中 電壓變化量計算公式為:-Δ/#] 4;其中:為快速距離保護阻抗 整定值，為任意相或相間。10. 根據權利要求9所述的含UPFC輸電線路快速距離保護裝置，其特征在于:所述模塊 (5)中動作判據公式為：?Δ?>_Α-|2(1 + α；)[/ν;其中:UN為電壓額定值;α為可靠系數，其取值范 圍為0~5，一般可取0.5;識為任意相或相間；模塊(5)中延時動態調整，延時計算公式為:ΤΡ = (5_α) X 20ms;其中：α為動作判據中的可靠系數。
【文檔編號】H02H7/26GK105826908SQ201610309848
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年5月11日
【發明人】李寶偉, 姚武, 樊占峰, 倪傳坤, 鄧茂軍, 李旭, 李保恩, 吳金龍, 席穎穎, 姜自強, 郝慧貞, 姚東曉, 李文正, 陳繼瑞
【申請人】許繼集團有限公司, 許繼電氣股份有限公司, 許昌許繼軟件技術有限公司, 國家電網公司