CN101872964A - 基于广域测量***的多端高压输电区域后备保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了属于电力***继电保护技术领域的一种基于广域测量***的多端高压输电区域的后备保护方法。利用多端高压输电区域的广域测量***，通过增加集中决策服务器以及远方控制执行***实现基于广域信息的多端高压输电区域后备保护，对安装有相量测量单元节点的电压、电流相量的同步实时量测，经主站及广域后备保护服务器的计算分析，准确确定具体的故障相和故障线路，并下发控制命令到该区域内各线路的执行子站。本发明通过增加集中决策服务器以及远方控制执行***，最多可在200毫秒内做出决策并送达各执行子站，实现基于广域信息的多端高压输电区域的后备保护，避免因为故障后保护误动作而造成大面积停电的故障。

Description

基于广域测量***的多端高压输电区域后备保护方法

技术领域

本发明属于电力***继电保护技术领域，具体地说是涉及一种基于广域测量***的多端高压输电区域的后备保护方法。

背景技术

电网发生故障后，电力***中的线路保护用于实现对故障线路的自动和快速切除并隔离故障，以保证人身和设备安全以及无故障部分的正常运行。线路的主保护根据线路的就地信息，在故障时即刻跳开就地断路器，切除就地线路，隔离故障。线路的后备保护用于在线路主保护失灵或线路断路器失灵的情况下，跳开本地或其他线路的断路器实现线路故障的隔离。然而，随着电网结构日趋复杂，运行方式日益灵活，基于本地信息来进行决策和判断的传统后备保护存在着诸多缺陷：①后备保护配合关系复杂，动作时间长，严重时有可能不满足***稳定性所要求的极限切除时间，进而成为大电网的安全隐患；②后备保护配置与整定的难度大，且不能跟踪***运行方式的变化，甚至有可能出现保护失配或灵敏度不足的情况；③当运行方式变化时，为保证远后备保护的选择性，定值计算工作量巨大，在超高压电网中甚至有可能无法配合；每一元件上往往配置多种后备保护，使得保护构成复杂，成本增加。因此，在复杂电网环境下，审视后备保护存在的问题，研究新的后备保护原理与配置方案是保障电网安全的重要内容。

高压输电线路是电网正常运行的大动脉，既担负着传送巨大功率的任务，又是各大电网联网运行的纽带，其运行可靠性影响着整个电网的供电可靠性，同时又是电力***中发生故障最多的地方。若后备保护误切除正常高压线路，将导致该线路上大量功率发生转移，进而容易引起其他线路上后备保护因被保护线路过负荷而误动，从而加速***崩溃，导致大面积长时间停电事故的发生。2003年8月14日的美加大停电事故就是由于美国俄亥俄州北部Akron到Cleveland之间的4条联络线因过负荷被后备保护切除而快速扩展。2006年7月1日，500kV嵩山至郑州两回输电线路因故障后保护误动相继切除，直接造成豫西、豫中多条220kV线路因过载而被后备保护切除，导致豫西大停电。因此，研究主干高压输电区域广域后备保护原理具有重要的实践意义。

随着广域同步相量测量技术的出现以及计算机处理能力的提高，使得集中获得区域电网多点的同步电气量，并进行集中分析决策成为可能。本发明将利用多端高压输电区域的广域测量***，通过增加集中决策服务器以及远方控制执行***实现基于广域信息的多端高压输电区域的后备保护。避免因为故障后保护误动作而造成大面积停电的故障。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于广域测量***的多端高压输电区域后备保护方法，利用多端高压输电区域的广域测量***，通过增加集中决策服务器以及远方控制执行***实现基于广域信息的多端高压输电区域后备保护。

本发明的目的是通过以下技术方案实现：

首先利用多端高压输电区域现有的广域测量***实现对该区域所有安装有相量测量单元节点的电压、电流相量的同步实时量测，经WAMS主站及广域后备保护服务器的计算分析，准确确定具体的故障相和故障线路，并下发控制命令到该区域内各线路的执行子站。具体步骤如下：

(1)制定相量测量单元配置方案，各相量测量单元实时量测安装点处的电压、电流相量，根据实时量测的电压、电流相量计算得到电压、电流的幅值和相位，并把幅值、相位计算结果以及断路器位置、刀闸位置等状态量及相应时刻的时标通过通信网络上送到主站的相量数据集中器；

(2)广域后备保护服务器获取上述(1)上送到主站相量数据集中器的数据进行计算分析，采用广域电流差动保护检测保护区内是否发生故障，若发现保护区域内发生故障，则确定具体的故障相别和过渡电阻情况，并根据故障线路选择方法准确确定故障线路；当确定故障线路和故障相别后，主站立刻向故障线路上的执行子站发出跳闸命令；

(3)利用通讯***和主站判断决策***的固有延迟，实现线路传统主保护、线路传统后备保护与基于广域测量***的多端高压输电区域后备保护的时间配合。

本发明提出的广域线路后备保护***的主要特征如下：

(1)所述多端高压输电区域是一条由外端口配置相量测量单元、内部不配置相量测量单元且含多个支路的输电线路即类似T形输电线路，或者是由配置相量测量单元节点所围成的包含多条输电线路的电网区域，该区内母线节点未配置相量测量单元。

(2)多端高压输电区域的相量测量单元配置方案指在多端高压输电区域最***各变电站配置相量测量单元，多端高压输电区域内部各变电站不配置相量测量单元。

(3)数据通信***：通信网络采用电力数据以太网也可采用专线，实时采集的同步相量数据采用TCP协议传输，而主站广域后备保护服务器下发的控制命令采用UDP协议传输。测量数据到主站的延迟不超过150ms，控制命令发出到执行子站，延迟不超过50ms。

(4)广域后备保护功能：包括保护区内故障检测和故障支路选择，实现方法如下：

a)广域后备保护决策服务器实时根据主站采集到的各相量测量单元安装点处的电压、电流相量，采用广域电流差动保护检测保护区内是否发生故障，当发现保护区域内发生故障则确定具体的故障相别和过渡电阻情况。

b)上述步骤(a)中的广域电流差动保护包括广域全电流差动保护和广域故障分量差动保护，二者相互补充用于承担多端高压输电区域的内部故障检测任务，其中，广域全电流差动保护指广域后备保护服务器对各相量测量单元上送的实时量测数据直接进行相序变换，选取多端高压输电区域的中心位置为参考点，基于分布参数模型，由多端高压输电区域的首末端各序分量分别向参考点推算得到参考点处的各序差动电流和各序制动电流，然后合成得到各相对应的差动电流和制动电流，最后利用比率制动特性构成全电流差动保护；广域故障分量电流差动保护指广域后备保护服务器计算各相量测量单元安装点处的正、负、零序电压故障分量和正、负、零序电流故障分量，选取多端高压输电区域的中心位置为参考点，基于分布参数模型，由多端高压输电区域的首末端各序故障分量分别向参考点推算得到参考点处的各序故障分量差动电流和各序故障分量制动电流，然后合成得到各相对应的故障分量差动电流和故障分量制动电流，最后利用比率制动特性构成故障分量电流差动保护。

c)当检测到保护区域内发生故障，则根据故障线路选择方法准确确定故障线路，然后主站向故障线路的执行子站发送动作命令，向保护区内其他正常线路的执行子站发送闭锁命令，其中，故障线路选择方法指基于分布参数模型，由各端正序分量分别向参考端推算求出故障线路选择方程的解χ_IR(I＝1，…，N)，若χ_IR(I＝1，…，N)之间满足χ_1R＜χ_2R＜...＜χ_KR＜χ_K+1R＝...＝χ_NR，则_PK+1_PK线路故障；若χ_IR(I＝1，…，N)之间满足χ_1R＜χ_2R＜...χ_K-1R＜χ_K+1R＝...＝χ_NR＜χ_KR，则K_PK线路故障；其中R为参考端，N为多端高压区域最***的节点总数。

d)上述步骤(c)中的故障线路选择方程指基于分布参数模型的双端线路同步故障测距方法，其表达式为

其中

χ_IR为由I端正序分量向参考端R推算得到的故障线路选择方程的解，

为参考端R的正序电压、电流；为P₁节点到参考端R的距离；为由I端正序分量向P₁节点推算得到的P₁节点电压、P₁节点出口电流；Z_c1、γ₁为输电线路正序波阻抗和传播常数。

上述在主站后备保护决策服务器中实现后备保护的计算分析时间不超高200ms。

(5)执行子站：执行子站的核心由与逻辑跳闸控制器构成，其输入是断路器的开合状态(开为0，合为1)和来自于广域后备保护主站的跳闸信号(正常为0，跳闸为1)，只有当断路器的开合状态和来自于广域后备保护主站的跳闸信号输入全为1时，与逻辑跳闸控制器输出为1，才跳开相应的线路断路器。

本发明基于广域测量***实现多端高压输电区域后备保护，最多可在200毫秒内做出决策并送达各执行子站。传统线路后备保护为了实现选择性而采取分段阶梯时延的方法，通常一级阶梯时延就需要500毫秒，多级时延可能高达数秒。因此，本发明动作速度慢于线路主保护，快于基于本地量决策的传统线路后备保护。从而，可在保留传统主干高压输电区域线路主保护和传统线路后备前提下，在二者之间增加一道新防线，即本发明所提出的基于广域测量***的多端高压输电区域后备保护方法。

附图说明

图1为本发明中基于广域测量***多端高压输电区域的后备保护总体方案示意图；

图2为本发明中主站和执行子站结构示意图；

图3为本发明中基于广域测量***多端高压输电区域后备保护功能计算分析示意图；

图4a为本发明中P_K+1P_K线路故障时多端高压输电区域示意图；

图4b为本发明中KP_K线路故障时多端高压输电区域示意图；

图4c为本发明中P_HP_H-1线路故障时多端高压输电区域示意图；

图4d为本发明中HP_H线路故障时多端高压输电区域示意图；

图5为本发明中P_K+1P_K线路故障时P_K+1P_K线路的正序序网图；

图6为P_K+1P_K支路、KP_K支路故障时χ_IR(I＝1，2，3，......，N)之间满足的关系；

图7为5端高压输电单相模型示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实例对本发明作进一步详细的说明。

本发明的总体设计方案见图1所示。图1所示的多端高压输电区域可以是一条由外端口配置相量测量单元、内部不配置相量测量单元且含多个支路的输电线路即类似T形输电线路，或者是由配置相量测量单元节点所围成的包含多条输电线路的电网区域，该区内母线节点未配置相量测量单元。

本发明的主站和执行子站的详细结构见图2所示。在多端高压输电区域设置广域后备保护主站，通常可利用现有的广域测量***的通信网络和主站的数据集中处理单元。在被保护区域的最***各变电站设置相量测量单元，被保护区域内各变电站不设置相量测量单元，并在被保护区域内各条线路设置执行子站。主站和子站之间通过电力***的电力数据网或带宽的专用数据通道进行通信。建议对量测数据采用TCP协议传输，对控制命令采用UDP协议传输，以保证命令执行的快速性。

多端高压输电广域后备保护的具体实现过程如下：

(1)各相量测量单元每隔10ms进行一次相量计算，根据电压、电流的录波值计算得到电压、电流的幅值和相位，并把幅值和相位计算结果以及断路器位置、刀闸位置等状态量及相应时刻的时标通过网络上送到主站的相量数据集中器。

(2)主站的相量数据集中器实现相量数据的接收，并通过实时数据库和历史数据库实现数据的存储、查询、调用和维护。广域测量***主站的广域后备保护服务器以10ms为周期从实时数据库获取被保护区域的断面数据，采用广域电流差动保护检测保护区域内是否发生故障。若广域电流差动保护动作，说明被保护区域内存在故障，并准确确定具体的故障相别和过渡电阻大小情况。当发现并确定被保护区内发生故障后，采用故障选择方法准确确定具体的故障线路。然后，主站立刻向故障线路的执行子站的控制装置发出跳闸命令。本发明中主站后备保护决策服务器的计算分析见图3所示，具体实现过程如下：

一、内部故障检测

保护区域***端节点编号时满足

且各节点编号为1，...，N。由N端电压

N端电流推算P_N-1节点电压

和出口电流

根据式(1)算得。 $\left\{\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{U}}_{P_{N-1}}={\stackrel{\·}{U}}_{N,P_{N-1}}={\stackrel{\·}{U}}_N\cosh {\mathrm{\γ}}_1{l}_{{N,P}_{N-1}}-{\stackrel{\·}{I}}_N{Z}_{c1}\sinh {\mathrm{\γ}}_1{l}_{{N,P}_{N-1}}\\ {\stackrel{\·}{I}}_{{N,P}_{N-1}}={\stackrel{\·}{I}}_N\cosh {\mathrm{\γ}}_1{l}_{N,P_{N-1}}-{\stackrel{\·}{U}}_N\sinh {\mathrm{\γ}}_1{l}_{N,P_{N-1}}/Z_{c1}\\ {\stackrel{\·}{I}}_{N-1,P_{N-1}}={\stackrel{\·}{I}}_{N-1}\cosh {\mathrm{\γ}}_1{l}_{N-1,P_{N-1}}-{\stackrel{\·}{U}}_{N-1}\sinh {\mathrm{\γ}}_1{l}_{N-1,P_{N-1}}/Z_{c1}\\ {\stackrel{\·}{I}}_{P_{N-1}}^{\′}={\stackrel{\·}{I}}_{N,P_{N-1}}+{\stackrel{\·}{I}}_{N-1,P_{N-1}}={\stackrel{\·}{I}}_{P_{N-1}}\end{array}\right.---\left(1\right)$

由P_N-1节点电压

P_N-1节点出口电流

推算P_N-2节点电压

和P_N-2节点出口电流

根据式(2)算得。

$\left\{\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{U}}_{P_{N-2}}={\stackrel{\·}{U}}_{P_{N-1},P_{N-2}}={\stackrel{\·}{U}}_{P_{N-1}}\cosh {\mathrm{\γ}}_1{l}_{P_{N-1},P_{N-2}}-\\ {\stackrel{\·}{I}}_{P_{N-1}}^{\′}{Z}_{c1}\sin {\mathrm{\γ}}_1{l}_{P_{N-1},P_{N-2}}\\ {\stackrel{\·}{I}}_{P_{N-1},P_{N-2}}={\stackrel{\·}{I}}_{P_{N-1}}^{\′}\cosh {\mathrm{\γ}}_1{l}_{P_{N-1},P_{N-2}}-\frac{{\stackrel{\·}{U}}_{P_{N-1}}}{Z_{c1}}\sinh {\mathrm{\γ}}_1{l}_{P_{N-1},P_{N-2}}\\ {\stackrel{\·}{I}}_{N-2,P_{N-2}}={\stackrel{\·}{I}}_{N-2}\cosh {\mathrm{\γ}}_1{l}_{{N-2,P}_{N-2}}-\frac{{\stackrel{\·}{U}}_{N-2}}{Z_{c1}}\sinh {\mathrm{\γ}}_1{l}_{N-2,P_{N-2}}\\ {\stackrel{\·}{I}}_{P_{N-2}}^{\′}={\stackrel{\·}{I}}_{P_{N-1},P_{N-2}}+{\stackrel{\·}{I}}_{N-2P_{N-2}}={\stackrel{\·}{I}}_{P_{N-2}}\end{array}\right.---\left(2\right)$

依次类推，推算出P_K+1节点电压

P_K+1节点出口电流

且满足 ${\stackrel{\·}{U}}_{P_{K+1}}={\stackrel{\·}{U}}_{P_{K+2},P_{K+1}},$ ${\stackrel{\·}{I}}_{P_{K+1}}^{\′}={\stackrel{\·}{I}}_{P_{K+1}}.$

其中，l_PK+1，PK表示线路P_K+1P_K之间的距离；r点为参考点；l_K，PK表示线路KP_K之间的距离。

1)P_K+1P_K支路故障

图4a为本发明中P_K+1P_K线路故障时多端高压输电区域示意图。图5为P_K+1P_K线路故障时P_K+1P_K线路的正序序网图。由P_K+1节点电压

出口电流

推算P_K节点电压

和出口电流根据式(3)算得。

$\left\{\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{U}}_{P_{K+1},P_K}={\stackrel{\·}{U}}_{P_K}+{\stackrel{\·}{I}}_f{Z}_{c1}\sinh {\mathrm{\γ}}_1(l_f-l_{P_{K+1},P_K})\\ {\stackrel{\·}{I}}_{P_K}^{\′}={\stackrel{\·}{I}}_{P_{K+1},P_K}+{\stackrel{\·}{I}}_{K,P_K}={\stackrel{\·}{I}}_{P_K}+{\stackrel{\·}{I}}_f\cosh {\mathrm{\γ}}_1(l_f-l_{P_{K+1},P_K})\end{array}\right.---\left(3\right)$

其中，

l_f表示故障点f距P_K+1节点的距离。

依此类推，在参考点r处满足：

$\left\{\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{I}}_{P_{\mathrm{\τ}},r}^{\′}={\stackrel{\·}{I}}_{P_T,r}+{\stackrel{\·}{I}}_f\cosh \left[{\mathrm{\γ}}_1(l_f-l_{P_{K+1},P_K}-l_{P_K,P_{K-1}}-...-l_{P_{\mathrm{\τ}+1},P_T}-l_{P_{\mathrm{\τ}},r})\right]\\ {\stackrel{\·}{U}}_{P_{\mathrm{\τ}},r}={\stackrel{\·}{U}}_r+{\stackrel{\·}{I}}_f{Z}_{c1}\sinh \left[{\mathrm{\γ}}_1(l_f-l_{P_{K+1},P_K}-l_{P_K,P_{K-1}}-...-l_{P_{T+1},P_T}-l_{P_T,r})\right]\end{array}\right.---\left(4\right)$

其中，

为P_T节点流向r点的实际电流，

为r点的实际电压。

同理，由R端电量向参考点r处推算可得

又由于在参考点r处满足

所以此时在参考点r处(物理意义上r点为一高斯点)基于基尔霍夫电流定律构成广域电流差动保护，其制动量和差动量分别为

$I_{\mathrm{Dr}}=|{\stackrel{\·}{I}}_{P_T,r}^{\′}+{\stackrel{\·}{I}}_{P_{T-1},r}^{\′}|=\left|({\stackrel{\·}{I}}_{f1}+{\stackrel{\·}{I}}_{f2})\cosh \right[{\mathrm{\γ}}_1(l_f-l_{P_{K+1},P_K}-l_{P_K,P_{K-1}}-...$

$-l_{P_{T+1},P_T}-l_{P_T,r}\left)\right]+{\stackrel{\·}{I}}_{f0}\cosh \left[{\mathrm{\γ}}_0(l_f-l_{P_{K+1},P_K}-l_{P_K,P_{K-1}}-...-l_{P_{T+1},P_T}-l_{P_T,r})\right]|$

$I_{\mathrm{Br}}=|{\stackrel{\·}{I}}_{P_T,r}^{\′}-{\stackrel{\·}{I}}_{P_{T-1},r}^{\′}|=\left|({\stackrel{\·}{I}}_{f1}+{\stackrel{\·}{I}}_{f2})\cosh \right[{\mathrm{\γ}}_1(l_f-l_{P_{K+1},P_K}-l_{P_K,P_{K-1}}-...$

$-l_{P_{T+1},P_T}-l_{P_T,r}\left)\right]+{\stackrel{\·}{I}}_{f0}\cosh \left[{\mathrm{\γ}}_0(l_f-l_{P_{K+1},P_K}-l_{P_K,P_{K-1}}-...-l_{P_{T+1},P_T}-l_{P_T,r})\right]-2{\stackrel{\·}{I}}_{r,\mathrm{load}}|$

若保护区内正常，此时

其中

为流经r点的负荷电流分量。

2)KP_K支路故障

图4b为KP_K线路故障时多端高压输电区域示意图。由上述式(1)中推导可知，在P_K节点处满足

其中

为P_K+1P_K支路上由P_K+1点流至P_K点的实际电流。

于是算得 ${\stackrel{\·}{I}}_{P_K}^{\′}={\stackrel{\·}{I}}_{K,P_K}+{\stackrel{\·}{I}}_{P_{K+1},P_K}={\stackrel{\·}{I}}_{P_K}+{\stackrel{\·}{I}}_f\cosh {\mathrm{\γ}}_1(l_f-l_{K,P_K})$

由P_K节点处电压节点出口电流

继续向参考点r处推算，可得

$\left\{\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{I}}_{P_{\mathrm{\τ}},r}^{\′}={\stackrel{\·}{I}}_{P_T,r}+{\stackrel{\·}{I}}_f\cosh \left[{\mathrm{\γ}}_1(l_{P_K,P_{K-1}}+l_{P_{K-1},P_{K-2}}+...+l_{P_{\mathrm{\τ}+1},P_T}+l_{P_{\mathrm{\τ}},r})\right]\cosh \left[{\mathrm{\γ}}_1(l_f-l_{K,P_K})\right]\\ {\stackrel{\·}{U}}_{P_{\mathrm{\τ}},r}={\stackrel{\·}{U}}_r+{\stackrel{\·}{I}}_f{Z}_{c1}\sinh \left[{\mathrm{\γ}}_1(l_{P_K,P_{K-1}}+l_{P_{K-1},P_{K-2}}+...+l_{P_{T+1},P_T}+l_{P_T,r})\right]\cosh \left[{\mathrm{\γ}}_1(l_f-l_{K,P_K})\right]\end{array}\right.---\left(5\right)$

同理，由R端电量向参考点r处推算可得

于是，在参考点r处基于基尔霍夫电流定律构成广域电流差动保护，其制动量和差动量分别为

$I_{\mathrm{Dr}}=|{\stackrel{\·}{I}}_{P_T,r}^{\′}+{\stackrel{\·}{I}}_{P_{T-1},r}^{\′}|=\left|({\stackrel{\·}{I}}_{f1}+{\stackrel{\·}{I}}_{f2})\cosh \right[{\mathrm{\γ}}_1(l_{P_K,P_{K-1}}+l_{P_{K-1},P_{K-2}}+...+l_{P_{T+1},P_T}+l_{P_T,r})\left]\cosh \right[{\mathrm{\γ}}_1(l_f-l_{K,P_K})]+$

${\stackrel{\·}{I}}_{f0}\cosh \left[{\mathrm{\γ}}_0(l_{P_K,P_{K-1}}-l_{P_{K-1},P_{K-2}}+...+l_{P_{T+1},P_T}+l_{P_T,r})\right]\cosh \left[{\mathrm{\γ}}_0(l_f-l_{K,P_K})\right]|$

$I_{\mathrm{Br}}=|{\stackrel{\·}{I}}_{P_T,r}^{\′}-{\stackrel{\·}{I}}_{P_{T-1},r}^{\′}|=\left|({\stackrel{\·}{I}}_{f1}+{\stackrel{\·}{I}}_{f2})\cosh \right[{\mathrm{\γ}}_1(l_{P_K,P_{K-1}}+l_{P_{K-1},P_{K-2}}+...+l_{P_{T+1},P_T}+l_{P_T,r})\left]\cosh \right[{\mathrm{\γ}}_1(l_f-l_{K,P_K})]+{\stackrel{\·}{I}}_{f0}\cosh [{\mathrm{\γ}}_0(l_{P_K,P_{K-1}}$

$+l_{P_{K-1},P_{K-2}}+...+l_{P_{T+1},P_T}+l_{P_T,r}\left)\right]\cosh \left[{\mathrm{\γ}}_0(l_f-l_{K,P_K})\right]-2{\stackrel{\·}{I}}_{r,\mathrm{load}}|$

其中，l_f表示故障点f距K端节点的距离。

3)P_HP_H-1支路故障

图4c为P_HP_H-1线路故障时多端高压输电区域示意图。由上述式(4)可得，P_HP_H-1支路故障时，由R端电量向参考点r处推算，存在式(6)关系。

$\left\{\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{I}}_{P_{T-1},r}^{\′}={\stackrel{\·}{I}}_{P_{T-1},r}+{\stackrel{\·}{I}}_f\cosh \left[{\mathrm{\γ}}_1(l_f-l_{P_H,P_{H-1}}-l_{P_{H+1},P_H}-...-l_{P_{T-1},P_{T-2}}-l_{P_{T-1},r})\right]\\ {\stackrel{\·}{U}}_{P_{T-1},r}={\stackrel{\·}{U}}_r+{\stackrel{\·}{I}}_f{Z}_{c1}\sinh \left[{\mathrm{\γ}}_1(l_f-l_{P_H,P_{H-1}}-l_{P_{H+1},P_H}-...-l_{P_{T-1},P_{T-2}}-l_{P_{T-1},r})\right]\end{array}\right.---\left(6\right)$

其中，l_f表示故障点f距P_H-1节点的距离。

同理，由N端电量向参考点r处推算可得

于是，在参考点r处基于基尔霍夫电流定律构成广域电流差动保护，其制动量和差动量分别为：

$I_{\mathrm{Dr}}=|{\stackrel{\·}{I}}_{P_T,r}^{\′}+{\stackrel{\·}{I}}_{P_{T-1},r}^{\′}|=\left|({\stackrel{\·}{I}}_{f1}+{\stackrel{\·}{I}}_{f2})\cosh \right[{\mathrm{\γ}}_1(l_f-l_{P_H,P_{H-1}}-l_{P_{H+1},P_H}-...-l_{P_{T-1},P_{T-2}}-l_{P_{T-1},r})\left]\cosh \right[{\mathrm{\γ}}_1(l_f-l_{P_H,P_{H-1}}-$

$l_{P_{H+1},P_H}-...-l_{P_{T-1},P_{T-2}}-l_{P_{T-1},r}\left)\right]|$

$I_{\mathrm{Br}}=|{\stackrel{\·}{I}}_{P_T,r}^{\′}-{\stackrel{\·}{I}}_{P_{T-1},r}^{\′}|=\left|({\stackrel{\·}{I}}_{f1}+{\stackrel{\·}{I}}_{f2})\cosh \right[{\mathrm{\γ}}_1(l_f-l_{P_H,P_{H-1}}-l_{P_{H+1},P_H}-...-l_{P_{T-1},P_{T-2}}-l_{P_{T-1},r})]+{\stackrel{\·}{I}}_{f0}\cosh [{\mathrm{\γ}}_0(l_f-l_{P_H,P_{H-1}}-$

$l_{P_{H+1},P_H}-...-l_{P_{T-1},P_{T-2}}-l_{P_{T-1},r}\left)\right]-2{\stackrel{\·}{I}}_{r,\mathrm{load}}|$

4)HP_H支路故障

图4d为HP_H线路故障时多端高压输电区域示意图。由上述式(5)可得，HP_H支路故障时，由R端电量向参考点r处推算，存在式(7)关系。

$\left\{\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{I}}_{P_{T-1},r}^{\′}={\stackrel{\·}{I}}_{P_{T-1},r}+{\stackrel{\·}{I}}_f\cosh \left[{\mathrm{\γ}}_1(l_{P_{H+1},P_H}+l_{P_{H+2},P_{H+1}}+...+l_{P_{T-1},P_{T-2}}+l_{P_{T-1},r})\right]\cosh \left[{\mathrm{\γ}}_1(l_f-l_{H,P_H})\right]\\ {\stackrel{\·}{U}}_{P_{T-1},r}={\stackrel{\·}{U}}_r+{\stackrel{\·}{I}}_f{Z}_{c1}\sinh \left[{\mathrm{\γ}}_1(l_{P_{H+1},P_H}+l_{P_{H+2},P_{H+1}}+...+l_{P_{T-1},P_{T-2}}+l_{P_{T-1},r})\right]\cosh \left[{\mathrm{\γ}}_1(l_f-l_{H,P_H})\right]\end{array}\right.---\left(7\right)$

同理，由N端电量向参考点r处推算可得

于是，在参考点r处基于基尔霍夫电流定律构成广域电流差动保护，其制动量和差动量分别为

$I_{\mathrm{Dr}}=|{\stackrel{\·}{I}}_{P_T,r}^{\′}+{\stackrel{\·}{I}}_{P_{T-1},r}^{\′}|=\left|({\stackrel{\·}{I}}_{f1}+{\stackrel{\·}{I}}_{f2})\cosh \right[{\mathrm{\γ}}_1(l_{P_{H+1},P_H}+l_{P_{H+2},P_{H+1}}+...$

$+l_{P_{T-1},P_{T-2}}+l_{P_{T-1},r}\left)\right]\cosh \left[{\mathrm{\γ}}_1(l_f-l_{H,P_H})\right]+{\stackrel{\·}{I}}_{f0}\cosh [{\mathrm{\γ}}_0(l_{P_{H+1},P_H}+l_{P_{H+2},P_{H+1}}+...$

$+l_{P_{T-1},P_{T-2}}+l_{P_{T-1},r}\left)\right]\cosh \left[{\mathrm{\γ}}_0(l_f-l_{H,P_H})\right]|$

$I_{\mathrm{Br}}=|{\stackrel{\·}{I}}_{P_T,r}^{\′}-{\stackrel{\·}{I}}_{P_{T-1},r}^{\′}|=\left|({\stackrel{\·}{I}}_{f1}+{\stackrel{\·}{I}}_{f2})\cosh \right[{\mathrm{\γ}}_1(l_{P_{H+1},P_H}+l_{P_{H+2},P_{H+1}}+...$

$+l_{P_{T-1},P_{T-2}}+l_{P_{T-1},r}\left)\right]\cosh \left[{\mathrm{\γ}}_1(l_f-l_{H,P_H})\right]+{\stackrel{\·}{I}}_{f0}\cosh [{\mathrm{\γ}}_0(l_{P_{H+1},P_H}$

$+l_{P_{H+2},P_{H+1}}+...+l_{P_{T-1},P_{T-2}}+l_{P_{T-1},r}\left)\right]\cosh \left[{\mathrm{\γ}}_0(l_f-l_{H,P_H})\right]-2{\stackrel{\·}{I}}_{r,\mathrm{load}}|$

其中，l_f表示故障点f距H端节点的距离。

上述分析中的N、T、T-1、I、I-1、K+1、K、K-1、H、H-1表示多端高压输电区域外端口节点的编号；P_K+1、P_K、P_K-1、P_I、P_I-1、P_T、P_T-1、P_H、P_H-1表示多端高压输电区域内部节点的编号。

上述分析了不同线路故障时，由N端和R端向r点推算所得的差动量和制动量情况。于是，在r点采用比例制动特性判断故障相别。当发生高阻接地故障时，可采用零序电流分量构成零序电流差动保护。

高阻接地故障时，因负荷电流影响，上述广域全电流差动保护可能无法正确动作，由零序分量差动保护动作跳开三相。这样虽能切除故障，但跳开了正常相，造成了不必要的保护动作行为发生。在非全相运行时零序电流差动保护必须退出，此时若再发生高阻接地故障，保护将出现拒动而无法及时地切除故障。由上述推导过程可知，当利用各序故障分量替代前文相应的各序全电流分量时，上述推导过程依然成立。因此，本发明考虑引入故障分量并在上述推导基础上，提出一种广域故障分量电流差动保护，即利用故障分量替代上述相应的全电流分量，即利用故障分量正序分量代替正序分量、故障分量负序分量代替负序分量、故障分量零序分量代替零序分量。广域故障分量电流差动保护判据与广域全电流差动保护判据相同，都采用比例制动特性判别故障相别。

因故障分量本身的特点该广域故障分量电流差动保护适用于故障后两周内，故障40ms后将退出运行，由广域全电流差动保护承担保护任务，因此，本发明所提出的广域故障分量电流差动保护与广域全电流差动保护相互补充用于承担多端高压输电区域的内部故障检测。

二、故障线路选择方法

1)P_K+1P_K支路故障

当由I(I≥K+1)端向参考端R推算求故障点距参考端R的距离χ_IR时，参考点r选在P_T节点处时，由式(4)即可得式(8)。

$\left\{\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{U}}_{P_T,P_{T-1}}={\stackrel{\·}{U}}_{P_{T-1}}+{\stackrel{\·}{I}}_f{Z}_{c1}\sinh \left[{\mathrm{\γ}}_1(l_f-l_{P_{K+1},P_K}-l_{P_K,P_{K+1}}-...-l_{P_T,P_{T-1}})\right]\\ {\stackrel{\·}{I}}_{P_{T-1}}^{\′}={\stackrel{\·}{I}}_{P_{T-1}}+{\stackrel{\·}{I}}_f\cosh \left[{\mathrm{\γ}}_1(l_f-l_{P_{K+1},P_K}-l_{P_K,P_{K-1}}-...-l_{P_T,P_{T-1}})\right]\end{array}\right.---\left(8\right)$

其中，T＝K+1，K，…，2；l_f表示故障点f距P_K+1节点的距离。于是，构造故障线路选择方程如式(9)。

${\stackrel{\·}{U}}_R\cosh \left({\mathrm{\γ}}_1{\mathrm{\χ}}_{\mathrm{IR}}\right)-{\stackrel{\·}{I}}_R{Z}_{c1}\sinh \left({\mathrm{\γ}}_1{\mathrm{\χ}}_{\mathrm{IR}}\right)={\stackrel{\·}{U}}_{P_2,P_1}\cosh \left[{\mathrm{\γ}}_1(l_{P_1,R}-{\mathrm{\χ}}_{\mathrm{IR}})\right]-{\stackrel{\·}{I}}_{P_1}^{\′}\sinh \left[{\mathrm{\γ}}_1(l_{P_1,R}-{\mathrm{\χ}}_{\mathrm{IR}})\right]---\left(9\right)$

由式(8)和式(9)可得 ${\mathrm{\χ}}_{\mathrm{IR}}=l_{P_{K+1},P_K}+l_{P_K,P_{K-1}}+...+l_{P_2,P_1}+l_{P_1,R}-l_f,I\≥K+1---\left(10\right)$

实际应用中由

求得χ_IR。其中

$B=\frac{1}{2}\exp (-{\mathrm{\γ}}_1{l}_{P_1,R})[{\stackrel{\·}{U}}_{P_2,P_1}+Z_{c1}{\stackrel{\·}{I}}_{P_1}^{\′}]-\frac{1}{2}[{\stackrel{\·}{U}}_R-Z_{c1}{\stackrel{\·}{I}}_R].$

当由I(I≤K)端向R端推算求故障点f距参考端R的距离χ_IR时，由P₁节点电压

出口电流

推算P_I-1节点电压

和出口电流

如式(11)所示。

$\left\{\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{U}}_{P_1,P_{I-1}}={\stackrel{\·}{U}}_{P_I}\cosh {\mathrm{\γ}}_1{l}_{P_I,P_{I-1}}-{\stackrel{\·}{I}}_{P_I}^{\′}{Z}_{c1}\sinh {\mathrm{\γ}}_1{l}_{P_I,P_{I-1}}\\ ={\stackrel{\·}{U}}_{P_{I-1}}-{\stackrel{\·}{I}}_f{Z}_{c1}\sinh {\mathrm{\γ}}_1{l}_{P_I,P_{I-1}}\cosh [{\mathrm{\γ}}_1(l_f-l_{P_{K+1},P_K}-l_{P_K,P_{K-1}}\\ -...-l_{P_{I+1},P_I\left)\right]}\\ {\stackrel{\·}{I}}_{P_I,P_{I-1}}={\stackrel{\·}{I}}_{P_I}^{\′}\cosh {\mathrm{\γ}}_1{l}_{P_I,P_{I-1}}-\frac{{\stackrel{\·}{U}}_{P_I}}{Z_{c1}}\sinh {\mathrm{\γ}}_1{l}_{P_I,P_{I-1}}\\ {\stackrel{\·}{I}}_{I-1,P_{I-1}}={\stackrel{\·}{I}}_{I-1}\cosh {\mathrm{\γ}}_1{l}_{I-1,P_{I-1}}-\frac{{\stackrel{\·}{U}}_{I-1}}{Z_{c1}}\sinh {\mathrm{\γ}}_1{l}_{I-1},P_{I-1}\\ {\stackrel{\·}{I}}_{P_{I-1}}^{\′}={\stackrel{\·}{I}}_{P_I,P_{I-1}}+{\stackrel{\·}{I}}_{I-1,P_{I-1}}={\stackrel{\·}{I}}_{P_1}+\\ {\stackrel{\·}{I}}_f\cosh {\mathrm{\γ}}_1{l}_{P_1,P_{I-1}}\cosh \left[{\mathrm{\γ}}_1(l_f-l_{P_{K+1},P_K}-l_{P_K,P_{K-1}}-...-l_{P_{I+1},P_I})\right]\end{array}\right.---\left(11\right)$

按式(11)依次递推，继续向P_T(T＜I≤K)节点推算，此时P_T节点电压和出口电流存在式(12)关系。

$\left\{\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{U}}_{P_T,P_{T-1}}={\stackrel{\·}{U}}_{P_{T-1}}-{\stackrel{\·}{I}}_f{Z}_{c1}\sinh \left[{\mathrm{\γ}}_1(l_{P_I,P_{I-1}}+l_{P_{I-1},P_{I-2}}+...+l_{P_T,P_{T-1}})\right]\cosh \left[{\mathrm{\γ}}_1(l_f-l_{P_{K+1},P_K}-l_{P_K,P_{K-1}}-...-l_{P_{I+1},P_I})\right]\\ {\stackrel{\·}{I}}_{P_{T-1}}^{\′}={\stackrel{\·}{I}}_{P_{T-1}}+{\stackrel{\·}{I}}_f\cosh \left[{\mathrm{\γ}}_1(l_{P_I,P_{I-1}}+l_{P_{I-1},P_{I-2}}+...+l_{P_T,P_{T-1}})\right]\cosh \left[{\mathrm{\γ}}_1(l_f-l_{P_{K+1},P_K}-l_{P_K,P_{K-1}}-...-l_{P_{I+1},P_I})\right]\end{array}\right.---\left(12\right)$

其中，T＝I，I-1，…，2；l_f表示故障点f距P_K+1节点的距离。

由式(12)和式(9)可得 ${\mathrm{\χ}}_{\mathrm{IR}}=l_{P_I,P_{I-1}}+l_{P_{I-1},P_{I-2}}...+l_{P_2,P_1}+l_{P_1,R},I\≤K---\left(13\right)$

综上式(10)和式(13)可得，线路P_K+1P_K故障时，由各端电量向参考端R推算所得故障线路选择方程的解之间存在关系：

χ_1R＜χ_2R＜...＜χ_KR＜χ_K+1R＝...＝χ_NR    (14)

2)KP_K支路故障

当由I(I≥K+1)端向参考端R推算求故障点距参考端R的距离χ_IR时，式(5)中r点选为P_T点时可得

$\left\{\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{U}}_{P_T,P_{T-1}}^{\′}={\stackrel{\·}{U}}_{P_{T-1}}-{\stackrel{\·}{I}}_f{Z}_{c1}\sinh \left[{\mathrm{\γ}}_1(l_{P_K,P_{K-1}}+l_{P_{K-1},P_{K-2}}+...+l_{P_T,P_{T-1}})\right]\cosh \left[{\mathrm{\γ}}_1(l_f-l_{K,P_K})\right]\\ {\stackrel{\·}{I}}_{P_{T-1}}^{\′}={\stackrel{\·}{I}}_{P_{T-1}}+{\stackrel{\·}{I}}_f\cosh \left[{\mathrm{\γ}}_1(l_{P_K,P_{K-1}}+l_{P_{K-1},P_{K-2}}+...+l_{P_T,P_{T-1}})\right]\cos \left[{\mathrm{\γ}}_1(l_f-l_{K,P_K})\right]\end{array}\right.---\left(15\right)$

其中，T＝K，K-1，…，2；l_f表示故障点f距K端节点的距离。

由式(15)和式(9)可得

${\mathrm{\χ}}_{\mathrm{IR}}=l_{P_K,P_{K-1}}+l_{P_{K-1},P_{K-2}}+...+l_{P_2,P_1}+l_{P_1,R},I\≥K+1---\left(16\right)$

当由K端向参考端R推算求故障点距参考端R的距离χ_KR时，由式(4)可得P_T节点电压和出口电流如式(17)所示。

$\left\{\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{U}}_{P_T,P_{T-1}}={\stackrel{\·}{U}}_{P_{T-1}}-{\stackrel{\·}{I}}_f{Z}_{c1}\sinh \left[{\mathrm{\γ}}_1(l_{K,P_K}+l_{P_K,P_{K-1}}+l_{P_{K-1},P_{K-2}}+...+l_{P_T,P_{T-1}}-l_f)\right]\\ {\stackrel{\·}{I}}_{P_{T-1}}^{\′}={\stackrel{\·}{I}}_{P_{T-1}}+{\stackrel{\·}{I}}_f\cosh \left[{\mathrm{\γ}}_1(l_{K,P_K}+l_{P_K,P_{K-1}}+l_{P_{K-1},P_{K-2}}+...+l_{P_T,P_{T-1}}-l_f)\right]\end{array}\right.---\left(17\right)$

其中，T＝K，K-1，…，2；l_f表示故障点f距K端节点的距离。

由式(17)和式(9)可得 ${\mathrm{\χ}}_{\mathrm{KR}}=l_{K,P_K}+l_{P_K,P_{K-1}}+...+l_{P_2,P_1}+l_{P_1,R}-l_f---\left(18\right)$

当由I(I＜K)端向R端推算求故障点f距参考端R的距离χ_IR时，P_T节点电压和出口电流为 $\left\{\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{U}}_{P_T,P_{T-1}}={\stackrel{\·}{U}}_{P_{T-1}}-{\stackrel{\·}{I}}_f{Z}_{c1}\sinh [{\mathrm{\γ}}_1(l_{P_I,P_{I-1}}+l_{P_{I-1},P_{I-2}}+...\\ +l_{P_T,P_{T-1}}\left)\right]\cosh {\mathrm{\γ}}_1(l_f-l_{K,P_k})\cosh {\mathrm{\γ}}_1(l_{P_k,P_{k-1}}-l_{P_{k-1},P_{k-2}}-...-l_{P_{I+1},P_I})\\ {\stackrel{\·}{I}}_{P_{T-1}}^{\′}={\stackrel{\·}{I}}_{P_{T-1}}+{\stackrel{\·}{I}}_f\cosh [{\mathrm{\γ}}_1(l_{P_I,P_{I-1}}+l_{P_{I-1},P_{I-2}}+...\\ +l_{P_T,P_{T-1}}\left)\right]\cosh {\mathrm{\γ}}_1(l_f-l_{K,P_k})\cosh {\mathrm{\γ}}_1(l_{P_k,P_{k-1}}-l_{P_{k-1},P_{k-2}}-...-l_{P_{I+1},P_I})\end{array}\right.---\left(19\right)$

其中，T＝I，I-1，··，2；l_f表示故障点f距P_K+1节点的距离。

由式(19)和式(9)可得 ${\mathrm{\&chi;}}_{\mathrm{IR}}=l_{P_I,P_{I-1}}+l_{P_{I-1},P_{I-2}}...+l_{P_2,P_1}+l_{P_I,R},I<K---\left(20\right)$

上述分析中的N、T、T-1、I、I-1、K+1、K、K-1、H、H-1表示多端高压输电区域外端口节点的编号；P_K+1、P_K、P_K-1、P₁、P_1-1、P_T、P_T-1、P_H、P_H-1表示多端高压输电区域内部节点的编号。

综上式(16)、式(18)和式(20)可得，线路KP_K故障时，由各端电量向参考端R推算所得故障线路选择方程的解之间存在关系：

χ_1R＜χ_2R＜...χ_K-1R＜χ_K+1R＝...＝χ_NR＜χ_KR    (21)

图6给出了P_K+1P_K支路、KP_K支路故障时χ_IR(I＝1，2，3，......，N)之间满足的关系。由图6和式(14)、式(21)关系可知，通过分析χ_IR(I＝1，2，3，......，N)之间的关系即可准确确定具体的故障线路。

三、计算结果和分析

图7为5端高压输电单相仿真模型示意图，利用PSCAD仿真软件搭建此模型。5端高压输电***内发生不同类型故障时，本发明主站决策服务器的计算分析结果见表1所示。

由表1结果可以看出，在保护区内不同线路发生不同类型故障时，本发明能准确确定保护区内的过渡电阻情况、具体故障相别和故障线路，具有良好的可靠性、选择性、速动性和灵敏性。

(3)执行子站结构见图2所示。在执行子站控制装置处，其跳闸执行装置的核心由与逻辑跳闸控制器构成，其输入是断路器的开合状态(开为0，合为1)和来自于广域后备保护主站的跳闸信号(正常为0，跳闸为1)，只有当断路器的开合状态和来自于广域后备保护主站的跳闸信号输入全为1时，与逻辑跳闸控制器输出为1，才跳开相应的线路断路器。

由于网络数据传输延时以及主站集中计算延时，来自于广域线路后备保护主站的即刻跳闸命令会比就地的线路主保护延迟约300毫秒。传统线路后备保护为了实现选择性而采取分段阶梯时延的方法，通常一级阶梯时延就需要500毫秒，多级时延可能高达数秒。因此，本发明动作速度慢于线路主保护，快于基于本地量决策的传统线路后备保护。由此实现线路主保护、本发明和传统线路后备保护的配合。

表1：保护区内发生各种故障类型时后备保护决策服务的计算分析结果

故障类型	内部故障检测情况	χ5R/(km)	χ4R/(km)	χ3R/(km)	χ2R/(km)	χ1R/(km)	故障支路选取
								Bus1-P1支路距P1点35km处BCG，10Ω	BC相故障	149.967	149.976	150.008	149.937	173.708	Bus1-P1
Bus4-P4支路距P4节点5km处AB故障	AB相故障	350.254	355.26	250.048	249.841	149.803	Bus4-P4
								Bus5-P4支路距P4节点125km处AG，300Ω	A相高阻故障	474.997	350.002	250.016	249.956	149.94	Bus5-P4
Bus5-P4支路距Bus5端45km处AG，250Ω	A相高阻故障	454.997	350.002	250.023	249.934	149.912	Bus5-P4
								Bus2-P3支路距P3节点15km处CG，200Ω	C相高阻故障	249.845	249.844	349.798	364.785	147.970	Bus2-P3
Bus2-P3支路距P3节点35km处AG，200Ω	A相高阻故障	249.884	249.882	349.848	384.825	148.460	Bus2-P3

故障类型	内部故障检测情况	χ5R/(km)	χ4R/(km)	χ3R/(km)	χ2R/(km)	χ1R/(km)	故障支路选取
								Bus2-P3支路距P3节点15km处CG，10Ω	C相故障	249.845	249.844	349.798	364.784	147.970	Bus2-P3
Bus2-P3支路距P3节点35km处AG，300Ω	A相高阻故障	249.884	249.882	349.848	384.825	148.46	Bus2-P3
								Bus3-P3支路距Bus3节点35km处BC，50Ω	BC相故障	249.808	249.812	394.693	349.174	147.556	Bus3-P3
Bus3-P3支路距P3节点35km处CG，300Ω	C相高阻故障	249.747	249.738	391.387	347.061	147.481	Bus3-P3
								P1-BusR支路距P1节点3km处AG，300Ω	A相故障	146.966	146.971	147.013	146.921	146.119	P1-BusR
P1-BusR支路距R端15km处AG，300Ω	A相故障	15.190	15.251	15.656	15.256	14.958	P1-BusR

故障类型	内部故障检测情况	χ5R/(km)	χ4R/(km)	χ3R/(km)	χ2R/(km)	χ1R/(km)	故障支路选取
								P1-BusR支路距R端30km处AG，250Ω	A相故障	30.256	30.346	30.950	30.327	29.935	P1-BusR
P2-P4支路距P4节点2.5km处BC，10Ω	BC相故障	347.742	347.739	249.294	249.595	149.751	P2-P4
								P2-P4支路距P2节点2km处BC，10Ω	BC相故障	252.396	252.631	250.100	249.731	149.586	P2-P4
P1-P2支路距P2节点18km处AB相间短路	AB相故障	231.954	231.649	232.012	231.858	149.363	P1-P2
								P1-P2支路距P1节点5km处CAG	AC相故障	154.920	154.440	154.684	154.428	149.186	P1-P2

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于广域测量***的多端高压输电区域后备保护方法，其特征在于，利用多端高压输电区域的广域测量***，通过增加集中决策服务器以及远方控制执行***实现基于广域信息的多端高压输电区域后备保护，即首先利用多端高压输电区域现有的广域测量***实现对该区域所有安装有相量测量单元节点的电压、电流相量的同步实时量测，经主站及广域后备保护服务器的计算分析，准确确定具体的故障相和故障线路，并下发控制命令到该区域内各线路的执行子站。

2.根据权利要求1所述的一种基于广域测量***的多端高压输电区域后备保护方法，其特征在于，具体步骤如下：

(1)制定相量测量单元配置方案，各相量测量单元实时量测安装点处的电压、电流相量，根据实时量测的电压、电流相量计算得到电压、电流的幅值和相位，并把幅值、相位计算结果以及断路器位置、刀闸位置的状态量及相应时刻的时标通过通信网络上送到主站的相量数据集中器；

(2)广域后备保护服务器获取上述(1)上送到主站相量数据集中器的数据进行计算分析，采用广域电流差动保护检测保护区内是否发生故障，若发现保护区域内发生故障，则确定具体的故障相别和过渡电阻情况，并根据故障线路选择方法准确确定故障线路；当确定故障线路和故障相别后，主站立刻向故障线路上的执行子站发出跳闸命令；

(3)利用通讯***和主站判断决策***的固有延迟，实现线路传统主保护、线路传统后备保护与基于广域测量***的多端高压输电区域后备保护的时间配合。

3.根据权利要求1所述的一种基于广域测量***的多端高压输电区域后备保护方法，其特征在于，所述多端高压输电区域是一条由外端口配置相量测量单元、内部不配置相量测量单元且含多个支路的输电线路即类似T形输电线路，或者是由配置相量测量单元节点所围成的包含多条输电线路的电网区域，该区内母线节点未配置相量测量单元；多端高压输电区域的相量测量单元配置方案指在多端高压输电区域最***各变电站配置相量测量单元，多端高压输电区域内部各变电站不配置相量测量单元。

4.根据权利要求1所述的一种基于广域测量***的多端高压输电区域后备保护方法，其特征在于，所述通讯***采用电力数据以太网或采用专线，实时采集的同步相量数据采用TCP协议传输，而主站广域后备保护服务器下发的控制命令采用UDP协议传输。

5.根据权利要求1所述的一种基于广域测量***的多端高压输电区域后备保护方法，其特征在于，所述广域后备保护包括保护区内故障检测和故障支路选择，实现方法如下：

a)广域后备保护决策服务器实时根据主站采集到的各相量测量单元安装点处的电压、电流相量，采用广域电流差动保护检测保护区内是否发生故障，当发现保护区域内发生故障则确定具体的故障相别和过渡电阻情况；

b)上述步骤(a)中的广域电流差动保护包括广域全电流差动保护和广域故障分量差动保护，二者相互补充用于承担多端高压输电区域的内部故障检测任务，其中，广域全电流差动保护指广域后备保护服务器对各相量测量单元上送的实时量测数据直接进行相序变换，选取多端高压输电区域的中心位置为参考点，基于分布参数模型，由多端高压输电区域的首末端各序分量分别向参考点推算得到参考点处的各序差动电流和各序制动电流，然后合成得到各相对应的差动电流和制动电流，最后利用比率制动特性构成全电流差动保护；广域故障分量电流差动保护指广域后备保护服务器计算各相量测量单元安装点处的正、负、零序电压故障分量和正、负、零序电流故障分量，选取多端高压输电区域的中心位置为参考点，基于分布参数模型，由多端高压输电区域的首末端各序故障分量分别向参考点推算得到参考点处的各序故障分量差动电流和各序故障分量制动电流，然后合成得到各相对应的故障分量差动电流和故障分量制动电流，最后利用比率制动特性构成故障分量电流差动保护；

c)当检测到保护区域内发生故障，则根据故障线路选择方法准确确定故障线路，然后主站向故障线路的执行子站发送动作命令；其中，故障线路选择方法指基于分布参数模型，由各端正序分量分别向参考端推算求出故障线路选择方程的解χ_IR(I＝1，…，N)，若χ_IR(I＝1，…，N)之间满足χ_1R＜χ_2R＜...＜χ_KR＜χ_K+1R＝...＝χ_NR，则P_K+1P_K线路故障；若χ_IR(I＝1，…，N)之间满足χ_1R＜χ_2R＜...χ_K-1R＜χ_K+1R＝...＝χ_NR＜χ_KR，则KP_K线路故障；R为参考端，N为多端高压区域最***的节点总数；

d)上述步骤(c)中的故障线路选择方程指基于分布参数模型的双端线路同步故障测距方法，其表达式为

其中

χ_IR为由I端正序分量向参考端R推算得到的故障线路选择方程的解，

为参考端R的正序电压、电流；

为P₁节点到参考端R的距离；

为由I端正序分量向P₁推算得到的P₁节点电压、P₁节点出口电流；Z_c1、γ₁为输电线路正序波阻抗和传播常数。

6.根据权利要求1所述的一种基于广域测量***的多端高压输电区域后备保护方法，其特征在于，所述的跳闸执行子站的核心由与逻辑跳闸控制器构成，其输入是断路器的开合状态(开为0，合为1)和来自于广域后备保护主站的跳闸信号(正常为0，跳闸为1)，只有当断路器的开合状态和来自于广域后备保护主站的跳闸信号输入全为1时，与逻辑跳闸控制器输出为1，才跳开相应的线路断路器。

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