專(zhuān)利名稱(chēng)：電力系統(tǒng)振蕩阻抗測(cè)量軌跡監(jiān)測(cè)和分析方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請(qǐng)屬于電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化領(lǐng)域，具體涉及一種電力系統(tǒng)振蕩阻抗測(cè)量軌跡的監(jiān)測(cè)方法。
背景技術(shù)：
繼電保護(hù)是電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的重要保障技術(shù)，而距離保護(hù)又是繼電保護(hù)的重要組成部分，但是，距離保護(hù)容易受電力系統(tǒng)振蕩的影響，因此，如何監(jiān)測(cè)、識(shí)別短路與振蕩一直是繼電保護(hù)領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)之一。 如圖1(a)所示的雙電源系統(tǒng)，在進(jìn)行振蕩的監(jiān)測(cè)、分析時(shí)，為了方便地給出具有一定指導(dǎo)意義的結(jié)論和簡(jiǎn)潔的公式，通常引入以下兩點(diǎn)假設(shè)(I) \l | = |鳥(niǎo)==5(以下簡(jiǎn)稱(chēng)為條件 I)；(2)圖I所示系統(tǒng)中，ZpZ1Jn各元件的阻抗角均相等，以辦表示(以下簡(jiǎn)稱(chēng)為條件2)。在條件1、2兩點(diǎn)假設(shè)的條件下，對(duì)于圖1(a)中的M保護(hù)安裝處，利用測(cè)量到的電壓和電流，可以監(jiān)測(cè)到振蕩時(shí)M處的振蕩阻抗測(cè)量軌跡，公式如下Zm = Ze-Zm)-j~ctg—式中，Zm為保護(hù)安裝處(M處)背后的系統(tǒng)阻抗；Z2為系統(tǒng)綜合阻抗，對(duì)應(yīng)于圖1(a)中的全部阻抗之和，即ww，Zm為電勢(shì)S端到M處之間的阻抗，Z1為M處到N處之間的阻抗，Zn為電勢(shì)W端到N處之間的阻抗。實(shí)際上，假設(shè)條件1、2不成立是更一般的情況，那么，在條件1、2不成立時(shí)，振蕩測(cè)量阻抗軌跡是如何變化的呢？這個(gè)問(wèn)題在目前所有的文獻(xiàn)資料及專(zhuān)利中均沒(méi)有給出明確的解析，最多是以示意性的方式給出一種定性的說(shuō)明。所有“電力系統(tǒng)繼電保護(hù)”方面的書(shū)籍均介紹了電力系統(tǒng)振蕩的危害，并且，都是在條件1、2假設(shè)下，介紹了振蕩測(cè)量阻抗軌跡的變化公式，如式(I)所示。使用較多的文獻(xiàn)資料有1、《電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理與運(yùn)行》，華中工學(xué)院編，中國(guó)電力出版社，1981年7月；
2、《電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理》(第三版)，天津大學(xué)賀家李、宋從矩，中國(guó)電力出版社，1994年10月；3、《電力系統(tǒng)繼電保護(hù)》，張保會(huì)、尹項(xiàng)根等，中國(guó)電力出版社，2005年5月；4、《輸電線路新型距離保護(hù)》，許正亞，中國(guó)水利水電出版社，2002年6月。

發(fā)明內(nèi)容
為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問(wèn)題，本申請(qǐng)公開(kāi)了電力系統(tǒng)振蕩阻抗測(cè)量軌跡的監(jiān)測(cè)分析方法，對(duì)電力系統(tǒng)振蕩時(shí)的測(cè)量阻抗變化軌跡進(jìn)行了監(jiān)測(cè)和分析，并推導(dǎo)了取消1、2假設(shè)條件下的振蕩阻抗測(cè)量軌跡，適合于更普遍的電力系統(tǒng)運(yùn)行條件。本發(fā)明具體采用以下技術(shù)方案。一種電力系統(tǒng)振蕩阻抗測(cè)量軌跡監(jiān)測(cè)分析方法，所述監(jiān)測(cè)分析方法用于雙電源及多電源的輸電系統(tǒng)，其特征在于，所述監(jiān)測(cè)分析方法包括以下步驟(I)當(dāng)需要監(jiān)測(cè)分析的輸電系統(tǒng)是多電源輸電系統(tǒng)時(shí)，利用戴維南電源等效原理，將多電源系統(tǒng)等效為雙電源系統(tǒng)；(2)測(cè)量或計(jì)算雙電源系統(tǒng)或?qū)⒍嚯娫聪到y(tǒng)等效為雙電源系統(tǒng)后的兩端電源電壓相量和電流相量；(3)獲得所述兩端電源(S、W)中其中一端，即S端電源處的測(cè)量阻抗Zmi5 =f，和
m
所述兩端電源中另一端，即W端電源處的測(cè)量阻抗Zms =#，其中s為S端電源處的電壓 -Im Es
相量，仏為W端電源處的電壓相量，為流過(guò)測(cè)量位置的電流相量，規(guī)定方向?yàn)镾端母線指向線路；(4)計(jì)算所述兩端電源處，即S、W兩端電源處的測(cè)量阻抗絕對(duì)值之比其等于兩端電源電壓相量的絕對(duì)值之比+
EW(5)當(dāng)一端電源電壓相量與另一端電源電壓幅值比值m=l時(shí)，如果將S端的測(cè)量阻抗在阻抗復(fù)平面圖中全部標(biāo)出，那么，S端的測(cè)量阻抗端點(diǎn)位于垂直且平分于連接兩側(cè)電勢(shì)端點(diǎn)S端、W端之間的綜合阻抗Z2的直線上，其中，綜合阻抗Z2為S端電源處與W端電源處的總的阻抗和，在所述阻抗復(fù)平面上，當(dāng)S端的測(cè)量阻抗軌跡為垂直且平分于連接兩側(cè)電勢(shì)端點(diǎn)S端、W端之間的綜合阻抗Z2的直線時(shí)，則判斷電力系統(tǒng)發(fā)生振蕩，并且振蕩阻抗測(cè)量軌跡即為上述平分于連接兩側(cè)電勢(shì)端點(diǎn)S端、W端之間的綜合阻抗Z2的直線；(6)當(dāng)一端電源電壓相量與另一端電源電壓幅值比值m古I時(shí)，如果將S端的測(cè)量
/ 2 、
阻抗在阻抗復(fù)平面圖中全部標(biāo)出，那么，振蕩阻抗測(cè)量軌跡是以Zy點(diǎn)為圓心，以T^Z、.為半徑的圓，其中，綜合阻抗Z2 SS端電源處到W端電源處之間的綜合阻抗，在
/77 — I/77
阻抗復(fù)平面上，當(dāng)S端的測(cè)量阻抗軌跡與以F Zy點(diǎn)為圓心，W^tZv為半徑的圓
Iv I-nr J 一“
的軌跡一致時(shí)，則判斷電力系統(tǒng)發(fā)生了振蕩。本發(fā)明具有以下技術(shù)效果本發(fā)明更全面、完整、準(zhǔn)確地描述了電力系統(tǒng)振蕩軌跡的普遍規(guī)律，取消了阻抗角
相等及&| = |矣r| =五的假設(shè)，為更好地識(shí)別電力系統(tǒng)振蕩與短路、掌握振蕩測(cè)量阻抗軌跡
奠定了準(zhǔn)確的基礎(chǔ)。并且，可以構(gòu)成如下的識(shí)別對(duì)于3次以上不同時(shí)刻的測(cè)量阻抗，如果每2個(gè)測(cè)量阻抗的相量差與系統(tǒng)綜合阻抗Z2幾乎呈現(xiàn)90°的角度關(guān)系，則判定為電力系統(tǒng)振蕩；如果每2個(gè)測(cè)量阻抗的相量差與系統(tǒng)綜合阻抗Z2呈現(xiàn)70°以?xún)?nèi)的角度關(guān)系，則判定為短路。


附圖I為電力系統(tǒng)示意圖，其中，圖I (a)為雙電源輸電系統(tǒng)圖，圖I (b)為圖I(a)所示雙電源輸電阻抗示意圖；附圖2為直角坐標(biāo)系中S、W、P位置示意圖；附圖3為兩側(cè)電勢(shì)相等(m= l)的振蕩阻抗軌跡；附圖4為直角坐標(biāo)系的振蕩軌跡，其中圖4 (a)為振蕩軌跡的局部圖，圖4 (b)為W = 時(shí)直角坐標(biāo)系的振蕩軌跡；附圖5為S端處振蕩阻抗軌跡對(duì)應(yīng)的局部圖；附圖6為M處振蕩軌跡對(duì)應(yīng)的局部圖；附圖7為各元件阻抗角不相等時(shí)的M處振蕩軌跡；附圖8為最大整定阻抗圓特性與振蕩軌跡的關(guān)系圖；附圖9為本申請(qǐng)電力系統(tǒng)振蕩監(jiān)測(cè)分析方法流程圖；附圖10為振蕩與短路的識(shí)別流程。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合說(shuō)明書(shū)附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。繼電保護(hù)是電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的重要保障技術(shù)，而距離保護(hù)又是繼電保護(hù)的重要組成部分，但是，距離保護(hù)容易受電力系統(tǒng)振蕩的影響，因此，如何監(jiān)測(cè)、識(shí)別短路與振蕩一直是繼電保護(hù)領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)之一。將傳統(tǒng)的繼電保護(hù)安裝處M或N (即兩側(cè)電源的母線處)(如圖1麗線路的M處，方向由M母線指向線路)觀測(cè)點(diǎn)移至兩端電勢(shì)處S和W，利用S和W兩處的測(cè)量電壓和電流相量獲得S和W兩處的測(cè)量阻抗，在阻抗復(fù)平面上標(biāo)注出6=0° 360°的測(cè)量阻抗，這樣，就獲得了電力系統(tǒng)振蕩情況下的測(cè)量阻抗軌跡。該軌跡與下面的分析是一致的。將圖1(a)所示的雙電源系統(tǒng)畫(huà)成圖1(b)的示意圖，且設(shè)/ , =/; / ,y''，其中，m為兩側(cè)電勢(shì)的絕對(duì)值之t匕，可以為任意值；S為兩側(cè)電勢(shì)的夾角，通常稱(chēng)為功角。，考慮到電力系統(tǒng)電壓波動(dòng)±10%的情況，m值一般為0. 9^1. I。于是，振蕩時(shí)，從兩側(cè)電勢(shì)端點(diǎn)S端、W端的測(cè)量電壓、電流，可以監(jiān)測(cè)到的測(cè)量阻抗分別為
fZ ^m.S — j\m( I )
廠
rj_
^m.W — j~
、m二者絕對(duì)值的比值為
Z E二 4 = m(2)
7 F
^ m. W式(I)、(2)中，矣為S端的電勢(shì)為W端的電勢(shì)上為負(fù)荷電流；Zm.s為S端監(jiān)測(cè)的測(cè)量阻抗；zm.w為W端監(jiān)測(cè)的測(cè)量阻抗；m為兩側(cè)電勢(shì)的絕對(duì)值之比。從測(cè)量阻抗絕對(duì)值的物理意義可以知道，式(2)表明對(duì)于振蕩阻抗軌跡的某一個(gè)點(diǎn)P，存在這樣的關(guān)系p點(diǎn)到S端的長(zhǎng)度與到W端長(zhǎng)度的比值為常數(shù)，且等于兩側(cè)電勢(shì)絕對(duì)值之比m。
暫不考慮系統(tǒng)綜合阻抗Z2的角度影響時(shí)，可以先將S端置于直角坐標(biāo)系的原點(diǎn)，將W端置于直角坐標(biāo)系的實(shí)軸上，P (a, b)為振蕩軌跡的某一點(diǎn)，且以Izs I為單位長(zhǎng)度，如圖2所示。(I)當(dāng) m=l 時(shí)由式(2)可得
權(quán)利要求
1.一種電力系統(tǒng)振蕩阻抗測(cè)量軌跡監(jiān)測(cè)分析方法，所述監(jiān)測(cè)分析方法用于雙電源及多電源的輸電系統(tǒng)，其特征在于，所述監(jiān)測(cè)分析方法包括以下步驟 (1)當(dāng)需要監(jiān)測(cè)分析的輸電系統(tǒng)是多電源輸電系統(tǒng)時(shí)，利用戴維南電源等效原理，將多電源系統(tǒng)等效為雙電源系統(tǒng)； (2)測(cè)量或計(jì)算雙電源系統(tǒng)或?qū)⒍嚯娫聪到y(tǒng)等效為雙電源系統(tǒng)后的兩端電源電壓相量和電流相量； (3)獲得所述兩端電源(S、W)中其中一端，即S端電源處的測(cè)量阻抗
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電力系統(tǒng)振蕩阻抗測(cè)量軌跡監(jiān)測(cè)分析方法，其特征在于 當(dāng)監(jiān)測(cè)不同點(diǎn)的振蕩阻抗測(cè)量軌跡時(shí)，振蕩軌跡與所述綜合阻抗Z2的相對(duì)位置不變，只需將阻抗復(fù)平面的坐標(biāo)原點(diǎn)移到觀測(cè)點(diǎn)處，觀測(cè)點(diǎn)指向軌跡點(diǎn)的阻抗就是振蕩阻抗測(cè)量軌跡。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電力系統(tǒng)振蕩阻抗測(cè)量軌跡監(jiān)測(cè)分析方法，其特征在于 所述監(jiān)測(cè)分析方法進(jìn)一步包括無(wú)論所述一端電源電壓相量與另一端電源電壓幅值比值m是否為1，對(duì)于在3次以上不同時(shí)刻得到的測(cè)量阻抗，如果每2個(gè)測(cè)量阻抗的相量差與所述綜合阻抗Z2之間角度在70° -110°范圍以?xún)?nèi)時(shí)，則判定為輸電系統(tǒng)發(fā)生了振蕩；如果每2個(gè)測(cè)量阻抗的相 量差與所述綜合阻抗Z2呈現(xiàn)70°以?xún)?nèi)的角度關(guān)系時(shí)，則判定輸電系統(tǒng)發(fā)生了短路故障。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了電力系統(tǒng)振蕩軌跡監(jiān)測(cè)和分析方法,利用兩端電勢(shì)的絕對(duì)值之比與兩端測(cè)量阻抗絕對(duì)值之比形成相等的條件，分析計(jì)算得到更普遍運(yùn)行條件下的振蕩阻抗測(cè)量軌跡，如果測(cè)量阻抗符合本發(fā)明的基本特征，就可以確定為電力系統(tǒng)發(fā)生了振蕩。本申請(qǐng)的監(jiān)測(cè)角度和分析方法能夠提供更具有普遍性、準(zhǔn)確性的振蕩阻抗測(cè)量軌跡描述，適合于電力系統(tǒng)更普遍的運(yùn)行條件，為識(shí)別短路與振蕩提供了準(zhǔn)確、完整的振蕩阻抗測(cè)量軌跡，同時(shí)，還提出了一種識(shí)別振蕩與短路的方法。
文檔編號(hào)G01R31/02GK102749517SQ20121024038
公開(kāi)日2012年10月24日 申請(qǐng)日期2012年7月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月11日
發(fā)明者黃少鋒 申請(qǐng)人:北京四方繼保自動(dòng)化股份有限公司