CN110133434A - 一种基于暂态能量方向的含upfc和固定串补c混合补偿线路保护方法 - Google Patents

一种基于暂态能量方向的含upfc和固定串补c混合补偿线路保护方法 Download PDF

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刘旭晗
段丹妮
蒋晓涵
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Abstract

本发明涉及一种基于暂态能量方向的含UPFC和固定串补C混合补偿线路保护方法，属于电力***继电保护技术领域。在检测到故障时，首先根据线路两端检测到的暂态电气量获取电压、电流突变量，其次根据暂态电压、电流突变量的乘积计算瞬时功率，然后计算出瞬时功率的积分用以表征暂态能量，最后以暂态能量的极性构造区内、外故障判据，实现含UPFC和固定串补C混合补偿线路区内和区外故障的识别。本发明采用UPFC+C混合补偿模式，无论故障点位于线路何处，均可可靠实现区内、外故障辨识，实现良好的潮流控制效果。

Description

一种基于暂态能量方向的含UPFC和固定串补C混合补偿线路 保护方法
技术领域
本发明涉及一种基于暂态能量方向的含UPFC和固定串补C混合补偿线路保护方法，属于电力***继电保护技术领域。
背景技术
为了满足不断增长的电力负荷需求，避免输电通道建设的前提下，尽可能地提升现有输电线路的输送容量，以功能最强大、特性最优越的统一潮流控制器(UPFC)为代表，柔***流输电装置(FACTS)在电力***中得到了广泛应用。UPFC强大的控制能力虽为电力***运行带来了极大好处，但其接入也使得电网故障暂态过程日趋复杂，给继电保护带来了许多新问题，具体体现在以下几个方面：
(1)UPFC安装地点和补偿模式的不同对继电保护的影响；
(2)UPFC产生的暂态分量对继电保护带来的影响；
(3)UPFC快速调节时引起***参数的快速变化对继电保护产生的影响。
使用固定串补电容(C)+UPFC可控移相技术可达到与纯粹UPFC相同的效果，利用UPFC与固定串补混合方案，能够在达到相当的潮流控制效果前提下极大地降低工程造价。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种基于暂态能量方向的含UPFC和固定串补C混合补偿线路保护方法，用以解决上述问题。
本发明的技术方案是：一种基于暂态能量方向的含UPFC和固定串补C混合补偿线路保护方法，检测到故障时，首先根据线路两端检测到的暂态电气量获取电压突变量Δu(t)、电流突变量Δi(t)，其次根据暂态电压、电流突变量的乘积计算瞬时功率，然后计算出瞬时功率的积分用以表征暂态能量，首端母线侧暂态能量为EM，末端母线侧暂态能量为EN，以首末两端暂态能量的极性构造区内、外故障判据；若EM<0且EN<0，则为区内MN段故障，若EM≥0且EN<0，则为***区外PM段故障，若EM<0且EN≥0，则为***区外NQ段故障。
具体步骤为：
Step1：检测到故障时，根据线路两端检测到的暂态电气量获取电压突变量电流突变量b、c，为三相输电线路；
Step2：根据暂态电压、电流突变量的乘积计算瞬时功率P(t)：
P(t)＝Δua×Δia+Δub×Δib+Δuc×Δic (1)
式中，a、b、c为三相输电线路，Δua、Δub、Δuc为三相电压突变量，Δia、Δib、Δic为三相电流突变量；
Step3：计算瞬时功率特定时间段上的积分用以表征暂态能量：
式中，t表示故障后某一时刻，0表示故障时刻，P(t)为瞬时功率，所述特定时间段为短时窗3或5ms。
Step4：以暂态能量的极性构造区内、外故障判据，实现含UPFC和固定串补C混合补偿线路区内和区外故障的识别，具体为：
规定电流正方向为母线指向线路的方向，当线路MN段发生故障时：
EM(t)＝-EPM(t) (3)
EN(t)＝-EPN(t) (4)
式中，EM(t)、EN(t)分别为M、N侧暂态能量，EPM(t)、EPN(t)分别为***PM、PN消耗和存储的能量；当***中同时存在电感和电容时，电感和电容之间存在能量的交换，EPM(t)、EPN(t)在故障后的任一时刻都将储存一定的能量，即EPM(t)、EPN(t)始终大于零。故得到：
EM(t)＜0 (5)
EN(t)＜0 (6)
当线路段PM发生故障时：
EM(t)＝EX(t)+EPN(t) (7)
EN(t)＝-EPN(t) (8)
式中，EX(t)、EPN(t)分别为线路和***PN所吸收的能量；由于***PN及线路等无源网络只能吸收能量，故EX(t)、EPN(t)均不小于零。此时得到：
EM(t)≥0 (9)
EN(t)＜0 (10)
当线路段NQ发生故障时：
EM(t)＝-EPM(t) (11)
EN(t)＝EX(t)+EPM(t) (12)
式中，EX(t)、EPM(t)分别为线路和***PN所吸收的能量；由于***PM及线路等无源网络只能吸收能量，故EX(t)、EPM(t)均不小于零。此时得到：
EM(t)＜0 (13)
EN(t)≥0 (14)
最后，进行判断，判据为：
若EM(t)＜0且EN(t)＜0，则为区内MN段故障；
若EM(t)≥0且EN(t)＜0，则为区外PM段故障；
若EM(t)＜0且EN(t)≥0，则为区外NQ段故障。
本发明的有益效果是：
(1)采用UPFC+C混合补偿模式，无论故障点位于线路何处，均可可靠实现区内、外故障辨识，实现良好的潮流控制效果。
(2)利用UPFC与固定串补C混合方案，极大地降低工程造价。
附图说明
图1是本发明UPFC和固定串补C混合补偿线路仿真模型图；
图2是本发明实施例1中不同补偿条件下线路输送功率波形图；
图3是本发明实施例1中混合补偿模式下UPFC+C容量占比波形图；
图4是本发明实施例2中故障位置为F1时M侧瞬时功率波形图；
图5是本发明实施例2中故障位置为F1时N侧瞬时功率波形图；
图6是本发明实施例2中故障位置为F1时M侧暂态能量波形图；
图7是本发明实施例2中故障位置为F1时N侧暂态能量波形图；
图8是本发明实施例3中故障位置为F2时M侧瞬时功率波形图；
图9是本发明实施例3中故障位置为F2时N侧瞬时功率波形图；
图10是本发明实施例3中故障位置为F2时M侧暂态能量波形图；
图11是本发明实施例3中故障位置为F2时N侧暂态能量波形图；
图12是本发明实施例4中故障位置为F4时M侧瞬时功率波形图；
图13是本发明实施例4中故障位置为F4时N侧瞬时功率波形图；
图14是本发明实施例4中故障位置为F4时M侧暂态能量波形图；
图15是本发明实施例4中故障位置为F4时N侧暂态能量波形图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，对本发明作进一步说明。
实施例1：某220kV含UPFC和固定串补C混合补偿线路仿真模型如图1所示；其线路参数如下：PM支路线路长为100km，ME、FN支路线路长均为75km，NQ支路线路长为120km。故障位置：ME支路距M端30km发生故障。采样频率为1MHz。固定串补C取20.5μF。故障初始时刻t＝0.17s。
由图2可知，UPFC补偿、UPFC+C混合补偿条件下，线路输送潮流均得到优化。较UPFC补偿模式，UPFC+C混合补偿模式在达到相当的潮流控制效果前提下极大地降低了工程造价。由图3可知，混合补偿模式下，UPFC、固定串补C容量占比近似1：5可达到较优的潮流控制效果。
实施例2：某220kV含UPFC和固定串补C混合补偿线路仿真模型如图1所示；其线路参数如下：PM支路线路长为100km，ME、FN支路线路长均为75km，NQ支路线路长为120km。故障位置：PM支路距M端10km、30km、50km、70km、90km发生故障。采样频率为1MHz。固定串补C取20.5μF。故障初始时刻t＝0.17s。
(1)根据说明书中的第一步可以得到故障发生后M、N两侧电压突变量和电流突变量
(2)根据说明书中的第二步可以求取如图4，5所示M、N两侧瞬时功率PM(t)、PN(t)。
(3)根据说明书的第三步计算瞬时功率PM(t)、PN(t)在一定时间段上的积分，即可得到如图6，7所示M、N两侧暂态能量EM(t)、EN(t)。
(4)M侧暂态能量EM(t)≥0，N侧暂态能量EN(t)<0，可判断为区外PM支路故障。
实施例3：某220kV含UPFC和固定串补C混合补偿线路仿真模型如图1所示；其线路参数如下：PM支路线路长为100km，ME、FN支路线路长均为75km，NQ支路线路长为120km。故障位置：ME支路距M端5km、15km、25km、35km、45km、55km、65km发生故障。采样频率为1MHz。固定串补C取20.5μF。故障初始时刻t＝0.17s。
(1)根据说明书中的第一步可以得到故障发生后M、N两侧电压突变量和电流突变量
(2)根据说明书中的第二步可以求取如图8，9所示M、N两侧瞬时功率PM(t)、PN(t)。
(3)根据说明书的第三步计算瞬时功率PM(t)、PN(t)在一定时间段上的积分，即可得到如图10，11所示M、N两侧暂态能量EM(t)、EN(t)。
(4)M侧暂态能量EM(t)<0，N侧暂态能量EN(t)<0，可判断为区内MN支路故障。
实施例4：某220kV含UPFC和固定串补C混合补偿线路仿真模型如图1所示；其线路参数如下：PM支路线路长为100km，ME、FN支路线路长均为75km，NQ支路线路长为120km。故障位置：NQ支路距N端20km、40km、60km、80km、100km发生故障。采样频率为1MHz。固定串补C取20.5μF。故障初始时刻t＝0.17s。
(1)根据说明书中的第一步可以得到故障发生后M、N两侧电压突变量和电流突变量
(2)根据说明书中的第二步可以求取如图12，13所示M、N两侧瞬时功率PM(t)、PN(t)。
(3)根据说明书的第三步计算瞬时功率PM(t)、PN(t)在一定时间段上的积分，即可得到如图14，15所示M、N两侧暂态能量EM(t)、EN(t)。
(4)M侧暂态能量EM(t)<0，N侧暂态能量EN(t)≥0，可判断为区外NQ支路故障。
以上结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (2)

1.一种基于暂态能量方向的含UPFC和固定串补C混合补偿线路保护方法，其特征在于：检测到故障时，首先根据线路两端检测到的暂态电气量获取电压突变量Δu(t)、电流突变量Δi(t)，其次根据暂态电压、电流突变量的乘积计算瞬时功率，然后计算出瞬时功率的积分用以表征暂态能量，首端母线侧暂态能量为EM，末端母线侧暂态能量为EN，以首末两端暂态能量的极性构造区内、外故障判据；若EM<0且EN<0，则为区内MN段故障，若EM≥0且EN<0，则为***区外PM段故障，若EM<0且EN≥0，则为***区外NQ段故障。
2.根据权利要求1所述的基于暂态能量方向的含UPFC和固定串补C混合补偿线路保护方法，其特征在于具体步骤为：
Step1：检测到故障时，根据线路两端检测到的暂态电气量获取电压突变量电流突变量b、c，为三相输电线路；
Step2：根据暂态电压、电流突变量的乘积计算瞬时功率P(t)：
P(t)＝Δua×Δia+Δub×Δib+Δuc×Δic (1)
式中，a、b、c为三相输电线路，Δua、Δub、Δuc为三相电压突变量，Δia、Δib、Δic为三相电流突变量；
Step3：计算瞬时功率特定时间段上的积分用以表征暂态能量：
式中，t表示故障后某一时刻，0表示故障时刻，P(t)为瞬时功率；
Step4：以暂态能量的极性构造区内、外故障判据，实现含UPFC和固定串补C混合补偿线路区内和区外故障的识别，具体为：
规定电流正方向为母线指向线路的方向，当线路MN段发生故障时：
EM(t)＝-EPM(t) (3)
EN(t)＝-EPN(t) (4)
式中，EM(t)、EN(t)分别为M、N侧暂态能量，EPM(t)、EPN(t)分别为***PM、PN消耗和存储的能量；
当线路段PM发生故障时：
EM(t)＝EX(t)+EPN(t) (5)
EN(t)＝-EPN(t) (6)
式中，EX(t)、EPN(t)分别为线路和***PN所吸收的能量；
当线路段NQ发生故障时：
EM(t)＝-EPM(t) (7)
EN(t)＝EX(t)+EPM(t) (8)
式中，EX(t)、EPM(t)分别为线路和***PN所吸收的能量；
最后，进行判断，判据为：
若EM(t)＜0且EN(t)＜0，则为区内MN段故障；
若EM(t)≥0且EN(t)＜0，则为区外PM段故障；
若EM(t)＜0且EN(t)≥0，则为区外NQ段故障。
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