同弦多圓弧相位比較式失步保護(hù)方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及同弦多圓弧相位比較式失步保護(hù)方法，其是將阻抗平面按功角δ變化分成00～δ1、δ1～δ2、δ2～δ3、δ3～δ4、δ4～3600五個(gè)區(qū)，劃分五個(gè)區(qū)的圓弧邊界以及電抗線邊界，通過這些圓弧邊界檢測當(dāng)前功角δ對應(yīng)的測量阻抗值 ZC 所在區(qū)，并判別 ZC 穿越各個(gè)區(qū)的歷史邏輯和停留時(shí)間，確定機(jī)組是否進(jìn)入失步狀態(tài)；判斷為發(fā)電機(jī)失步或電動機(jī)失步，并記錄一次滑極，保護(hù)通過整定滑極多少發(fā)出對應(yīng)的動作信號；本發(fā)明圓弧δ1、δ2邊界可與機(jī)組功角的靜穩(wěn)邊界δJ和動穩(wěn)邊界δM對應(yīng)，既作為機(jī)組失步邏輯判別的邊界，又可提供失步前預(yù)處理或失步預(yù)警功能，簡化失步保護(hù)判據(jù)。只須給定sinδX、cosδX值，運(yùn)行時(shí)增加兩個(gè)乘法計(jì)算，然后實(shí)現(xiàn)邏輯判別即可，簡化了整定計(jì)算過程，又優(yōu)化了保護(hù)運(yùn)算效率。
【專利說明】同弦多圓弧相位比較式失步保護(hù)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及的是電力系統(tǒng)領(lǐng)域，具體涉及的是一種同弦多圓弧相位比較式失步保 護(hù)方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著電力系統(tǒng)容量不斷增大，發(fā)電機(jī)組接入的系統(tǒng)阻抗相對較小，一旦發(fā)生系統(tǒng) 非穩(wěn)定性振蕩時(shí)，其振蕩中心很容易進(jìn)入發(fā)電機(jī)組內(nèi)部，嚴(yán)重威脅發(fā)電機(jī)組和系統(tǒng)的安全 運(yùn)行，目前，我國大型發(fā)電機(jī)組均裝配機(jī)組失步保護(hù)，并有多種不同類型的判據(jù)。參見圖1 和圖2,大機(jī)組常見失步保護(hù)判據(jù)方法有：1、三阻抗元件失步保護(hù)判據(jù)；2、雙遮擋器失步保 護(hù)判據(jù)。
[0003] 三阻抗元件失步保護(hù)判據(jù)：
[0004] 三阻抗元件失步保護(hù)的測量阻抗計(jì)算采用發(fā)電機(jī)端電壓、電流，根據(jù)失步阻抗軌 跡特性判別是否失步；
[0005] 雙遮擋器失步保護(hù)判據(jù)：雙遮擋器失步保護(hù)采用發(fā)電機(jī)端電壓、電流計(jì)算電阻 R(R = real (Zc))，由R1、R2、R3、R4四根電阻線將阻抗平面分成五個(gè)區(qū)，阻抗軌跡順序穿過 五個(gè)區(qū)并在每個(gè)區(qū)停留足夠時(shí)間，則保護(hù)判為發(fā)生振蕩失步。
[0006] 參見圖3至圖5,其為發(fā)變組系統(tǒng)、有功P( S )特性及失步時(shí)機(jī)端測量阻抗軌跡變 化關(guān)系；圖中，PT = PN一正常運(yùn)行時(shí)機(jī)械功率和電功率，S N -正常運(yùn)行時(shí)，機(jī)組電勢對系統(tǒng) 等值電勢的功角，Sy-靜穩(wěn)邊界功角（發(fā)最大電功率時(shí)），SM-動穩(wěn)邊界功角（>S M失步 運(yùn)行）；zc-測量阻抗值義一機(jī)組與系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)阻抗，X' d、XT-發(fā)電機(jī)暫態(tài)電抗、變壓器電抗。
[0007] 正常情況下，發(fā)電機(jī)在靜穩(wěn)區(qū)運(yùn)行，功角S小于若功角S大于^運(yùn)行時(shí)， 發(fā)電機(jī)將失去靜穩(wěn)運(yùn)行特性，極易失穩(wěn)。
[0008] 系統(tǒng)擾動振蕩時(shí)，功角S做周期性擺動，若是穩(wěn)定振蕩，最大擺動功角S小于 SM;若是非穩(wěn)定振蕩（即失步），最大擺動功角S大于SM。
[0009] 由P(S)特性可知，功角S大于SM后，PT>P N，嘗>0,功角6將進(jìn)一步增大，機(jī) 組逐漸步入失步狀態(tài)，若此時(shí)能減少PT或增加勵(lì)磁，則有機(jī)會將機(jī)組拉入同步運(yùn)行狀態(tài)。
[0010] 失步狀態(tài)運(yùn)行時(shí)，功角S的變化過程是：
[0011]

【權(quán)利要求】
1. 同弦多圓弧相位比較式失步保護(hù)方法，其特征在于，其方法步驟如下： (1) 計(jì)算同弦多圓弧失步保護(hù)的測量阻抗；測量阻抗值的計(jì)算采用實(shí)時(shí)測量發(fā)電機(jī)端 的電壓和電流，然后根據(jù)實(shí)時(shí)測量的電壓和電流計(jì)算測量阻抗值； (2) 制定測量阻抗變化軌跡；根據(jù)連續(xù)計(jì)算的測量阻抗值，繪出測量阻抗在阻抗平面 的變化軌跡， (3) 根據(jù)測量阻抗在阻抗平面的變化軌跡，判別發(fā)電機(jī)組是否失步；根據(jù)測量阻抗在 阻抗平面的變化軌跡特性檢測機(jī)組側(cè)電勢對系統(tǒng)等值電勢的功角S的變化過程，判別發(fā) 電機(jī)組是否失步；該判別方法如下： (3a)將阻抗平面按功角S變化分成〇°?62、62?63、6 3?64、64? 360。五個(gè)區(qū)，即o、i、ii、iii、iv區(qū)，其中，〇?！磗's's/hoeo。； (3b)通過采用相位比較法判斷上述五個(gè)區(qū)的圓弧邊界以及電抗線的邊界，檢測當(dāng)前功 角S對應(yīng)的測量阻抗值Z。所在區(qū)；并判別測量阻抗Z。穿越各個(gè)區(qū)的歷史軌跡和停留時(shí)間， 確定發(fā)電機(jī)組是否進(jìn)入失步狀態(tài)； 上述測量阻抗值Z。穿越各個(gè)區(qū)的歷史軌跡，該歷史軌跡若按先后順序依次穿過五個(gè) 區(qū)，則判斷為發(fā)電機(jī)組發(fā)生振蕩失步； (3c)在上述發(fā)電機(jī)失步或電動機(jī)失步情況下，若測量阻抗軌跡在每個(gè)區(qū)停留時(shí)間大于 保護(hù)整定給定的時(shí)間時(shí)，則保護(hù)判斷為測量阻抗值Z。成功穿過該區(qū)；反之，則判斷為測量阻 抗值Z。未成功穿過該區(qū)； (3d)判斷發(fā)電機(jī)組發(fā)生振蕩的振蕩中心位置；當(dāng)測量阻抗在阻抗平面上的軌跡位于 電抗線以下，則認(rèn)為振蕩中心在發(fā)電機(jī)組內(nèi)；當(dāng)測量阻抗在阻抗平面上的軌跡位于電抗線 以上，則認(rèn)為振湯中心在系統(tǒng)側(cè)； (4) 根據(jù)發(fā)電機(jī)組發(fā)生振蕩失步發(fā)出保護(hù)動作；當(dāng)發(fā)電機(jī)組發(fā)生振蕩失步時(shí)，測量阻 抗在阻抗平面上的軌跡每逐區(qū)穿過一次，發(fā)電機(jī)失步或電動機(jī)失步滑極計(jì)數(shù)加1，通過整定 滑極次數(shù)實(shí)現(xiàn)發(fā)出保護(hù)動作信號，同時(shí)，提供失步前預(yù)處理功能或失步預(yù)警。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的同弦多圓弧相位比較式失步保護(hù)方法，其特征在于，所述步 驟（3b)中，若上述歷史軌跡按先后順序依次足時(shí)穿過0、I、II、III、IV區(qū)時(shí)，則判斷為發(fā) 電機(jī)失步，并記錄一次滑極； 若測量阻抗在阻抗平面上的軌跡按先后順序依次足時(shí)穿過IV、III、II、I、0區(qū)，則判斷 為電動機(jī)失步，并記錄一次滑極。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的同弦多圓弧相位比較式失步保護(hù)方法，其特征在于，所 述步驟（4)中，若振蕩中心發(fā)生在發(fā)電機(jī)組內(nèi)或系統(tǒng)側(cè)，則發(fā)電機(jī)失步的加速滑極計(jì)數(shù)加1 或電動機(jī)失步的減速滑極計(jì)數(shù)加1。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的同弦多圓弧相位比較式失步保護(hù)方法，其特征在于，所述的 步驟（3b)中，通過采用相位比較法判斷上述五個(gè)區(qū)的圓弧邊界以及電抗線的邊界，其判斷 如下：首先根據(jù)比較法判斷兩個(gè)對應(yīng)邊界矢量間相位差關(guān)系，利用兩個(gè)對應(yīng)邊界矢量間相 位差在[a，區(qū)間的判別關(guān)系，實(shí)現(xiàn)判斷圓弧動作邊界識別，其中，0 <a〈3。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的同弦多圓弧相位比較式失步保護(hù)方法，其特征在于，判斷兩 個(gè)對應(yīng)邊界矢量間相位差關(guān)系如下： 設(shè)假定兩個(gè)對應(yīng)邊界對應(yīng)的矢量Zi=a+jb，Z2 =c+jd，a、b、c、d為實(shí)數(shù)，ZpZ2兩個(gè) 矢量間相位差0K2在[a，|3]a〈|3)區(qū)間的關(guān)系是：
imag(Ze-ja) = (bc-ad)cosa- (ac+bd)sina；
;其中，imag() -表示取復(fù)數(shù)虛部 若要a彡0 12彡P(guān)成立： 當(dāng) 0<3_a< 31 時(shí)，a< 01;2<3=(a< 01;2<a+ 3i)&&(3-3i< 得出，當(dāng)（
1時(shí)，a彡0 1;2彡P(guān)成立； 即滿足（bc_ad)cosa-(ac+bd)sina> 〇&&(ac+bd)sin@-(bc-ad)cos@ > 0 時(shí)，a彡0 12彡3成立； 當(dāng) 31 < ^ -a< 2 31 時(shí)，a^ 0 1; 2 ^ 旦= (a彡 01;2彡a+ 3i)||(3-3i彡 01;2 彡旦）， 得出，當(dāng)
）時(shí)，a彡012彡P(guān)成立； 即滿足（bc_ad)cosa-(ac+bd)sina> 〇| | (ac+bd)sin0-(bc_ad)cos0 > 0 時(shí)，a彡0 12彡3成立。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的同弦多圓弧相位比較式失步保護(hù)方法，其特征在于，上述判 斷圓弧動作邊界識別依據(jù)如下： 圓弧角度SpCK6Z31，Si?S2之間邊界判據(jù)是： ((bc_ad)cos3廠（ac+bd)sin3i>〇)| | (ad_bc>0)時(shí)，5 ; 圓弧角度S2,0<S2< 3i，S2?63之間邊界判據(jù)是： ((bc_ad)cos32-(ac+bd)sin32>〇)||(ad_bc>0)時(shí)，5 ; 圓弧角度S3，ji<S3<2ji，S3?64之間邊界判據(jù)是： ((bc-ad)cos53-(ac+bd)sin53>〇)&&(ad-bc>0)時(shí)，5 ; 圓弧角度S4，ji< 64<2ji，S4?2ji之間邊界判據(jù)是： ((bc-ad)cos34-(ac+bd)sin34>〇)&&(ad-bc>0)時(shí)，5 ; 其中，Zi=ZB-ZC =a+jb,Z2 =ZA-ZC =c+jd;ZA為測量點(diǎn)到系統(tǒng)側(cè)等值阻抗；ZB為測量 點(diǎn)到機(jī)組側(cè)等值阻抗；Z。為測量阻抗值；S為機(jī)組側(cè)電勢對系統(tǒng)等值電勢的功角；a、b、c、d 為實(shí)數(shù)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的同弦多圓弧相位比較式失步保護(hù)方法，其特征在于，上述電 抗線ZT邊界判據(jù)如下： 滿足mh+nk彡0時(shí)，這表示振蕩中心進(jìn)入發(fā)電機(jī)組側(cè)，其中，ZT =h+jk，Zi=ZT-ZC =m+jn，h、k、m、n分別為實(shí)數(shù)，ZT為確定電抗線特性的阻抗值。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的同弦多圓弧相位比較式失步保護(hù)方法，其特征在于，所述同 弦多圓弧相位比較式失步保護(hù)方法具體實(shí)現(xiàn)方法如下： (一） 測量發(fā)電機(jī)組端部電壓U和電流I; (二） 計(jì)算實(shí)數(shù)a、b、c、d、m、n、h、k的值； (三） 判斷ad-bc彡0,若是，則測量阻抗值Z。當(dāng)前位于II、III、IV區(qū)： 圓弧63(31〈63〈23〇，邊界判據(jù)是： N= 2+int((bc-ad)cos6 3-(ac+bd)sin6 3 ^ 0)+int((bc-ad)cos6 4-(ac+bd)sin6 4 ^ 〇) 若否，則測量阻抗值Z。當(dāng)前位于0、I、II區(qū)： N=int((bc-ad)cos3「（ac+bd)sin3i^ 0)+int((bc-ad)cos6 2- (ac+bd)sin3 2 > 〇)。 其中，int() -表不取整數(shù)，N-表不當(dāng)如區(qū)號； (四） 判斷當(dāng)前發(fā)電機(jī)組是否發(fā)生失磁；若否，則進(jìn)入步驟（五），否則，從步驟（一） 再開始計(jì)算； (五） 判斷測量阻抗在阻抗平面上的軌跡是否穿過區(qū)域以及所在區(qū)域停留時(shí)間，判斷 測量阻抗在阻抗平面上的軌跡是否從I區(qū)至II區(qū)或III區(qū)至II區(qū)，若成功穿過該區(qū)域，并 在該區(qū)域停留時(shí)間大于整定設(shè)置時(shí)間，則發(fā)出失步預(yù)警；并進(jìn)入步驟（六）； (六） 判斷測量阻抗在阻抗平面上的軌跡是否位于電抗線邊界以下，即判斷是否滿足 mh+nk彡0時(shí)，且測量阻抗在阻抗平面上的軌跡在II區(qū)停留時(shí)間是否大于設(shè)置時(shí)間；若是， 則測量阻抗在阻抗平面上的軌跡是位于電抗線邊界以下，發(fā)電機(jī)組的失步振蕩中心位于機(jī) 組內(nèi)，否則，發(fā)電機(jī)組的失步振蕩中心位于系統(tǒng)側(cè)， (七） 若發(fā)電機(jī)組的失步振蕩中心位于機(jī)組內(nèi)時(shí)，且測量阻抗依次足時(shí)穿越 (0 -I-II-III-IV)五個(gè)區(qū)，則機(jī)組內(nèi)失步邏輯的加速滑極計(jì)數(shù)加1，或測量阻抗依 次足時(shí)穿越（IV-III-II-I- 0)五個(gè)區(qū)，則機(jī)組內(nèi)失步邏輯的減速滑極計(jì)數(shù)加1 ;判 斷機(jī)組內(nèi)失步滑極計(jì)數(shù)值是否大于或等于整定值，若大于或等于整定值，則機(jī)組內(nèi)失步保 護(hù)動作發(fā)信號；否則，從步驟（一）再開始計(jì)算； (八） 若發(fā)電機(jī)組的失步振蕩中心位于系統(tǒng)側(cè)時(shí)，且測量阻抗依次足時(shí)穿越 (0 -I-II-III-IV)五個(gè)區(qū)，則系統(tǒng)側(cè)失步邏輯的加速滑極計(jì)數(shù)加1，或測量阻抗依 次足時(shí)穿越（IV-III-II-I- 0)五個(gè)區(qū)，則系統(tǒng)側(cè)失步邏輯的減速滑極計(jì)數(shù)加1 ;判 斷系統(tǒng)側(cè)失步滑極計(jì)數(shù)值是否大于或等于整定值，若大于或等于整定值，則系統(tǒng)側(cè)失步保 護(hù)動作發(fā)信號；否則，從步驟（一）再開始計(jì)算。
【文檔編號】H02H7/06GK104410046SQ201410523447
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年9月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月30日
【發(fā)明者】劉萬斌, 劉小波 申請人:南京國電南自美卓控制系統(tǒng)有限公司