專利名稱：：基于模型識別的帶串補(bǔ)電容輸電線路距離保護(hù)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及串補(bǔ)線路距離保護(hù)研究領(lǐng)域，更具體涉及一種基于模型識別的帶串補(bǔ)電容輸電線路距離保護(hù)方法。技術(shù)背景串聯(lián)電容補(bǔ)償是提高輸電線路經(jīng)濟(jì)性和可靠性的有效手段，其主要作用在于通過控制潮流提高電力系統(tǒng)的輸送能力；改善電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性；改善電壓質(zhì)量及無功功率平衡；減少系統(tǒng)的線路損耗，提高線路輸送容量。它還具有提高系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性、優(yōu)化輸電線路潮流和降低系統(tǒng)損耗的作用。但是，串聯(lián)補(bǔ)償電容破壞了輸電線路阻抗與距離的線性關(guān)系，傳統(tǒng)的距離保護(hù)應(yīng)用于串補(bǔ)線路中必須考慮串補(bǔ)電容的容抗&，按全線阻抗4與串補(bǔ)電容容抗之和進(jìn)行整定&=(0.8~0.9)(Z,+Ze)，當(dāng)串補(bǔ)電容的容抗較大時保護(hù)靈敏度很低。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種基于模型識別的帶串補(bǔ)電容輸電線路距離保護(hù)方法，它能夠判斷串補(bǔ)線路單相接地故障時故障點(diǎn)相對于串補(bǔ)電容的位置，與阻抗元件配合，按全線阻抗整定，能夠克服串補(bǔ)電容對距離保護(hù)的影響，提高了保護(hù)裝置的靈敏度。本發(fā)明的原理是建立串補(bǔ)電容前故障模型，將保護(hù)安裝處的電流、電壓采樣值代入該模型進(jìn)行參數(shù)估計(jì)，然后計(jì)算誤差系數(shù)^，根據(jù)誤差系數(shù)與定值的大小關(guān)系判斷故障點(diǎn)相對串補(bǔ)電容的位置，并結(jié)合阻抗元件，判斷保護(hù)范圍內(nèi)是否有故障存在，從而控制保護(hù)裝置的動作。本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的步驟l:由保護(hù)裝置采樣線路首端三相電壓值",",、"s,,,、和電流值、、，計(jì)算零序電流,:,,。計(jì)算首端三相電壓相量^,,、、和電流相量乙,、/,、/。，確定單相接地故障的故障相p(p=^、S、C);步驟2:建立串補(bǔ)電容前故障的參數(shù)識別方程HAU)"《，。)"",,。,其中，"，、/,,,,分別為首端故障相的電壓和電流，=1(6,,,+々..,)，、=(;。-《)/《，z。，^為線路單位長度的零序電感和電阻值，a，《為線路單位長度正序電感和電阻值，利用最小二乘估計(jì)法計(jì)算出線路電阻i、線路電感丄和過渡電阻^;步驟3:根據(jù)首端故障相的電壓、電流和零序電流，計(jì)算誤差系數(shù)&，^=〖I"拜_l+U,。)-丄《:，''"。)-4。I&;步驟4:根據(jù)誤差系數(shù)&的大小進(jìn)行判定如果^<￡,2,，則確定串補(bǔ)電容前發(fā)生故障，保護(hù)裝置動作，其中￡,6,為誤差系數(shù)定值，整定原則為=(U~1.2)^lmax，^皿為串補(bǔ)電容前故障的最大誤差系數(shù)；否則，確定串補(bǔ)電容后發(fā)生故障，如果^〉l,，且lZ,-Ze卜iz,。,卜則進(jìn)一步確定保護(hù)范圍內(nèi)存在故障，保護(hù)裝置動作，如果；>￡"，且lz,-^l叫z、.。,1，則進(jìn)一步確定保護(hù)范圍外發(fā)生故障，保護(hù)裝置不動作，其中Z,為測量阻抗，Z,-y^-，、=~&，Z,、Z。為單位長度的正序、零序阻抗，Zc為串補(bǔ)電容容抗，^,,為阻抗定值，按全線阻抗整定，Zw,=(0.8~0.9)Zp4為全線阻抗。所述&,為誤差系數(shù)定值，整定原則為&,=(1.1~1.2)￡,,_，￡,,_為串補(bǔ)電容前故障的最大誤差系數(shù)，可由仿真確定。所述串補(bǔ)電容前故障的最大誤差系數(shù)&,，其求取方法為在串補(bǔ)電容前選取不同故障點(diǎn)進(jìn)行仿真，選取各次仿真的誤差系數(shù)最大值。本發(fā)明基于模型識別原理，構(gòu)造了誤差系數(shù)￡,，通過計(jì)算誤差系數(shù)，根據(jù)誤差系數(shù)的大小關(guān)系來區(qū)分串補(bǔ)前后故障，再結(jié)合阻抗元件判斷保護(hù)范圍內(nèi)是否存在故障。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，能判斷故障點(diǎn)相對串補(bǔ)電容的位置，與阻抗元件配合，能克服串補(bǔ)電容對距離保護(hù)的影響，按全線阻抗整定，提高保護(hù)裝置靈敏度。下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。圖l為線路微機(jī)保護(hù)的硬件結(jié)構(gòu)框圖；圖2串補(bǔ)電容前故障模型圖；圖3串補(bǔ)電容后故障模型圖；圖4本發(fā)明保護(hù)方法的判斷流程圖；圖5750kV串補(bǔ)輸電線路故障仿真示意圖。具體實(shí)施方式參照圖l，在線路M端設(shè)置有保護(hù)裝置，該保護(hù)裝置通過電壓互感器TV和電流互感器TA測量線路M端的三相電壓和電流，將模擬測量值經(jīng)過低通濾波器、采樣保持器和A/D轉(zhuǎn)換器后，送到微機(jī)處理器(DSP)，由微機(jī)處理器將判定結(jié)果通過光電隔離器傳送給繼電器，執(zhí)行相應(yīng)保護(hù)動作。參照圖2，為串補(bǔ)電容前故障模型圖，對于單相(以A相為例)接地故障有方程"^-及^化U)"^^《U成立，其中"、、"分別為m端A相的電壓和電流，"為零序電流。參照圖3，為串補(bǔ)電容后故障模型圖，對于單相接地故障有方程=UV,"。)^化,成立。模型識別就是將需要識別的對象與標(biāo)準(zhǔn)模型進(jìn)行比較，從而歸類、識別。本發(fā)明以串補(bǔ)電容前故障模型為標(biāo)準(zhǔn)，構(gòu)造反映模型相似程度的誤差系數(shù)^，&=〖i"力,'-外;加+v:,'。)-丄叫'"二""'。)-，其中，*、丄和《,是用串補(bǔ)電容前故障模型識別出的參數(shù)。如果串補(bǔ)電容前故障，識別對象與標(biāo)準(zhǔn)模型相符，誤差系數(shù)較?。蝗绻a(bǔ)電容后故障，識別對象與標(biāo)準(zhǔn)模型不符，誤差系數(shù)較大。所以，可以根據(jù)誤差系數(shù)的大小判斷故障點(diǎn)相對與串補(bǔ)電容的位置。與上述原理相配合，阻抗元件可按全線阻抗整定，而不必考慮串補(bǔ)電容的容抗，提高靈敏度。如果判定為串補(bǔ)電容前故障，則保護(hù)裝置動作；如果判定為串補(bǔ)電容后故障，則將測量阻抗減去串補(bǔ)電容的容抗Z,-Zf，然后與整定阻抗^,比較，判斷保護(hù)裝置是否動作。參照圖4，本發(fā)明距離保護(hù)方法具體流程如下首先，通過電壓互感器和電流互感器測量線路首端的三相電壓和電流，將模擬量經(jīng)過低通濾波器、采樣保持器和A/D轉(zhuǎn)換器后，得到線路首端三相電壓采樣值"顏、"c，以及三相電流采樣值L,、/to、/，計(jì)算零序電流值"，計(jì)算三相電壓相量^,、《、[^和電流相量4，,、4、4m，確定單相接地故障的故障相p(P-」、s、c)。其次，構(gòu)建串補(bǔ)電容前故障模型方程=及("+￡"(":+&。，利用最小二乘法代入電壓、電流采樣值，計(jì)算出模型參數(shù)7、￡和&。根據(jù)最小二乘參數(shù)估計(jì)法，參數(shù)識別方程"如^uuj+i^4^+及;"，其通式可以寫為4及+^丄+^^-s，其中4=(^,,+vm0)，^="(、,"+A./,,,o)=",(A+l)+^/,0(A+l)—/,,,(A:—1)—/,"o(A:—1)3a散力、》2<iZ_2厶r'、'、&式，A/為采樣間隔，^為采集數(shù)據(jù)序列號)，A=(〃0，將每個采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)代入方程4"力2"=3，可得到一個方程式。用多點(diǎn)數(shù)據(jù)代入可組成一個方程組4."4"+4^;..=&U-l,2，…,m)，"7為采樣點(diǎn)數(shù)。構(gòu)建矩陣方程4X-S，其中<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>可求得i-[4J-^s，即對應(yīng)的參數(shù)i、丄和及；。第三，計(jì)算誤差系數(shù)^=fi^+v:。)-丄^^^"'。)計(jì)算中微分采用三點(diǎn)微分公式d0掃"z'^(A:+l)+、、o(A:+l)—/顏(A:—l)一A:,人o(A:—1)積分采用梯形積分公式，「P一，其中，最后，根據(jù)誤差系數(shù)^的大小進(jìn)行判定如果^<￡、.。,，則確定串補(bǔ)電容前發(fā)生故障，保護(hù)裝置動作，發(fā)出跳閘指令；否則，確定串補(bǔ)電容后發(fā)生故障，再結(jié)合阻抗元件決定保護(hù)裝置是否動作。其中，&為誤差系數(shù)定值，整定原則為&,=(1.1~1.2)&_，&_為串補(bǔ)電容前故障的最大誤差系數(shù)，其求取方法為在串補(bǔ)電容前選取不同故障點(diǎn)進(jìn)行大量仿真，求出各次仿真的誤差系數(shù)，取其中的最大值。確定串補(bǔ)電容后發(fā)生故障，結(jié)合阻抗元件決定保護(hù)裝置是否動作的具體判定方法是如果^〉&,，且lz,-^卜lz、」，則進(jìn)一步確定保護(hù)范圍內(nèi)存在故障，保護(hù)裝置動作，發(fā)出跳閘指令；如果￡,,〉4,，且|2,-々i〉IU，則進(jìn)一步確定保護(hù)范圍外發(fā)生故障，保護(hù)裝置不動作。其中Z,為測量阻抗，Z,=^^，、=~￡i，Z|、Z。為單位長度的正序、零序阻抗，々為串補(bǔ)電容容抗，4為乙l阻抗定值，按全線阻抗整定，ZW,=(0.8~0.9)Z,，Z,為全線阻抗。下面給出了本發(fā)明電磁暫態(tài)仿真程序(EMTP)的結(jié)果。如附圖5所示，系統(tǒng)電壓等級為750kV，線路釆用分布參數(shù)模型。正序參數(shù);=0.01217+j'0.268Q/zb7，C,=0.01367wF//tm;零序參數(shù)Z。=0.27293+/0.84Q/Aro，C。-0.0093;/F/;tm。線路長度為300km，M、N側(cè)正序和零序系統(tǒng)阻抗分別為=0.7792+/6.744Q，ZWQ=0.4469+/15.709Q，2W1=0.8088+/6.3077Q,ZM=1.8527+/16.5808Q。串補(bǔ)電容安裝在線路150km處，補(bǔ)償度為50%。MOV保護(hù)電壓水平為電容額定電壓峰值的2.3倍。仿真中數(shù)據(jù)采樣頻率為10kHz，用故障后一周波的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算。在串補(bǔ)電容前選取不同故障點(diǎn)進(jìn)行大量仿真，表1列出了在串補(bǔ)電容前發(fā)生單相接地故障時的誤差系數(shù)計(jì)算結(jié)果。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>其中的誤差系數(shù)最大值為157.8140，則誤差系數(shù)定值為在串補(bǔ)電容后取K1、K2、K3三個點(diǎn)，分別在這三個點(diǎn)模擬金屬性單相接地故障和帶過渡電阻單相接地故障，Kl位于串補(bǔ)電容后側(cè)，K2位于保護(hù)范圍內(nèi)，K3位于保護(hù)范圍外，表2列出了K1、K2、K3三點(diǎn)發(fā)生金屬性單相接地故障和帶過渡電阻單相接地故障時的誤差系數(shù)計(jì)算結(jié)果。表2<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>從表2可見，三個點(diǎn)的誤差系數(shù)均大于定值&,。由表l、表2可見，本發(fā)明可以正確區(qū)分串補(bǔ)電容前、后故障。權(quán)利要求1、基于模型識別的帶串補(bǔ)電容輸電線路距離保護(hù)方法，其特征在于，步驟1由保護(hù)裝置采樣線路首端三相電壓值uAm、uBm、uCm和電流值iAm、iBm、iCm，計(jì)算零序電流im0計(jì)算首端三相電壓相量和電流相量確定單相接地故障的故障相(＝A、B、C)；步驟2建立串補(bǔ)電容前故障的參數(shù)識別方程其中，um、im分別為首端故障相的電壓和電流，<math-cwu><![CDATA[<math><mrow><msub><mi>i</mi><mrow><mi>m</mi><mn>0</mn></mrow></msub><mo>=</mo><mfrac><mn>1</mn><mn>3</mn></mfrac><mrow><mo>(</mo><msub><mi>i</mi><mi>Am</mi></msub><mo>+</mo><msub><mi>i</mi><mi>Bm</mi></msub><mo>+</mo><msub><mi>i</mi><mi>Cm</mi></msub><mo>)</mo></mrow><mo>,</mo></mrow></math>]]></math-cwu><!--imgid="icf0005"file="S2008100176624C00015.gif"wi="165"he="38"img-content="drawing"img-format="tif"/-->kL＝(L0-L1)/L1，kR＝(R0-R1)/R1，L0，R0為線路單位長度的零序電感和電阻值，L1，R1為線路單位長度正序電感和電阻值，利用最小二乘估計(jì)法計(jì)算出線路電阻R、線路電感L和過渡電阻RF′；步驟3根據(jù)首端故障相的電壓、電流和零序電流，計(jì)算誤差系數(shù)EF，步驟4根據(jù)誤差系數(shù)EF的大小進(jìn)行判定如果月EF＜Eset，則確定串補(bǔ)電容前發(fā)生故障，保護(hù)裝置動作，其中Eset為誤差系數(shù)定值，整定原則為Eset＝(1.1～1.2)Er1max，Er1max為串補(bǔ)電容前故障的最大誤差系數(shù)；否則，確定串補(bǔ)電容后發(fā)生故障，如果EF＞Eset，且|ZJ-ZC|＜|Zset|，則進(jìn)一步確定保護(hù)范圍內(nèi)存在故障，保護(hù)裝置動作，如果EF＞Eset，且|ZJ-ZC|＞|Zset|，則進(jìn)一步確定保護(hù)范圍外發(fā)生故障，保護(hù)裝置不動作，其中ZJ為測量阻抗，2、根據(jù)權(quán)利要求1所述基于模型識別的帶串補(bǔ)電容輸電線路距離保護(hù)方法，其特征在于，所述串補(bǔ)電容前故障的最大誤差系數(shù)&_，其求取方法為在串補(bǔ)電容前選取不同故障點(diǎn)進(jìn)行仿真，選取各次仿真的誤差系數(shù)最大值。全文摘要本發(fā)明涉及帶串補(bǔ)電容輸電線路距離保護(hù)研究領(lǐng)域，具體公開了一種基于模型識別的帶串補(bǔ)電容輸電線路距離保護(hù)方法。本發(fā)明采用了模型識別技術(shù)，建立串補(bǔ)電容前故障模型，將保護(hù)安裝處的電流、電壓采樣值代入該模型進(jìn)行參數(shù)估計(jì)，然后計(jì)算誤差系數(shù)E_F，根據(jù)誤差系數(shù)與定值的大小關(guān)系判斷故障點(diǎn)相對串補(bǔ)電容的位置，并結(jié)合阻抗元件，判斷保護(hù)范圍內(nèi)是否有故障存在，從而控制保護(hù)裝置的動作。本發(fā)明能夠判斷串補(bǔ)線路單相接地故障時故障點(diǎn)相對于串補(bǔ)電容的位置，與阻抗元件配合，能夠克服串補(bǔ)電容對距離保護(hù)的影響，提高了保護(hù)裝置的靈敏度。文檔編號H02H7/26GK101252273SQ20081001766公開日2008年8月27日申請日期2008年3月7日優(yōu)先權(quán)日2008年3月7日發(fā)明者張健康,粟小華,索南加樂,嘉顧申請人:西安交通大學(xué);西北電網(wǎng)有限公司