本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)中母線繼電保護方法，具體為一種基于故障電流初始行波相量的母線差動保護方法。
背景技術：
：電力系統(tǒng)中母線發(fā)生故障，母線保護必須快速、可靠地切除與母線聯(lián)接的所有元件。電力系統(tǒng)廣泛采用基于工頻量的母線差動保護，其動作時間為1個周波左右，抗電流互感器(TA)飽和的能力較差。實際上，TA出現(xiàn)飽和的時間一般是在故障發(fā)生的1/4周期之后，基于行波理論的母線保護能夠在TA飽和前動作，從而避免了TA飽和的影響。按照結(jié)構(gòu)的不同，基于行波的母線保護可以分為集中式母線保護和分布式母線保護。其中，基于行波的集中式母線保護利用了與母線相連的各條線路上電流行波的極性或幅值特征構(gòu)造保護判據(jù)，這類保護的可靠性和靈敏性會受到汲出電流、TA變比誤差影響。基于行波的分布式母線保護依賴于各條線路的行波方向元件識別故障區(qū)域，這類保護原理引入了電壓行波信號，由于電容式電壓互感器(CVT)只能有效傳變包括工頻在內(nèi)的低頻帶電壓信號，不能有效傳變故障后高頻暫態(tài)電壓信號，導致基于暫態(tài)行波的保護方法難以利用由CVT獲取的暫態(tài)電壓信號。技術實現(xiàn)要素：為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種基于故障電流初始行波相量的母線差動保護方法，包括如下步驟：步驟一：同步采集與母線聯(lián)接的各元件三相電流信號，得到各元件的α模電流、β模電流。步驟二：根據(jù)各元件的α模電流、β模電流，計算其對應的故障分量。步驟三：對各個元件的故障分量分別進行離散S變換，提取出對應α模電流行波、β模電流行波。步驟四：根據(jù)各個元件的α模電流行波、β模電流行波確定各個元件的α模初始行波相量、β模初始行波相量。步驟五：計算各個元件的α模初始行波相量幅值之和、β模初始行波相量幅值之和，根據(jù)兩者大小比較結(jié)果計算出母線差動量和制動量。步驟六：當母線差動量大于預先設定的閾值且差動量與制動量的比值大于預先設定的制動系數(shù)的時候，表明母線發(fā)生故障，否則母線未發(fā)生故障。進一步的，步驟一中采用克拉克變化分別對第m(m＝1、2、3、......K,K為元件總數(shù))個元件的三相電流信號耦合，得到第m個元件α模電流、β模電流，具體計算公式為：imα=(2ima-imb-imc)/3imβ=(3imb-3imc)/3]]>式中：ima、imb、imc分別為與母線聯(lián)接的第m個元件的a相、b相、c相電流。imα、imβ分別為與母線聯(lián)接的第m個元件α模、β模電流。進一步的，步驟二中應用全周相減的差分濾波法提取故障分量，即將故障狀態(tài)下的電流減去一個周波前對應的非故障狀態(tài)下的電流就可得到故障分量，具體計算公式為：Δimα(t)=imα(t)-imα(t-T)Δimβ(t)=imβ(t)-imβ(t-T)]]>Δimα、Δimβ分別為與母線聯(lián)接的第m個元件α模電流、β模電流的故障分量，T為交流電流信號的周期。進一步的，步驟三中采用離散S變換提取α模電流行波、β模電流行波,具體方法為：設Δimα的離散時間序列為Δimα[kT](k＝0，1，2，…，N-1)，T是采樣間隔，Δimα[kT]的離散傅里葉變換為Imα[m/NT](N為離散信號個數(shù))。采用離散S變換提取信號Δimα[kT]中的故障行波表達為：Smα[kT,nNT]=Σm=0N-1Imα[m+nNT]e-2π2m2n2ej2πmkN,n≠0]]>式中：k＝0，1，…，N-1。n＝1，…，N-1。假定提取的α模電流行波的中心頻率為f1，從Δimα提取的α模電流行波為：式中：Amα(k,f1)、分別為Smα(k,f1)的幅值、相位。設Δimβ的離散時間序列為Δimβ[kT](k＝0，1，2，…，N-1)，T是采樣間隔，Δimβ[kT]的離散傅里葉變換為Imβ[m/NT]。采用離散S變換提取信號Δimβ[kT]中的故障行波表達為：Smβ[kT,nNT]=Σm=0N-1Imβ[m+nNT]e-2π2m2n2ej2πmkN,n≠0]]>式中：k＝0，1，…，N-1。n＝1，…，N-1。假定提取的β模電流行波的中心頻率為f1，從Δimβ提取的β模電流行波為：式中：Amβ(k,f1)、為Smβ(k,f1)的幅值、相位。進一步的，步驟四對各個元件的α模電流行波相、β模電流行波分別取對應初始行波相量的具體方法為：步驟4.1：取幅值，搜索幅值的所有極值，將所有極值按照時間順序排好。步驟4.2：確定所有極值中的最大極值。步驟4.3：確定時間順序上第一個大于最大極值的二分之一的極值，將該極值作為初始行波相量。進一步的，步驟五具體為：如果Sd=|Σm=1MSmα(k1,f1)|Sr=Σm=1M|Smα(k1,f1)|]]>否則Sd=|Σm=1MSmβ(k1,f1)|Sr=Σm=1M|Smβ(k1,f1)|]]>其中M為元件總數(shù)，Amα(k1,f1)、Amβ(k1,f1)分別為第m個元件的α模電流初始行波相量的幅值、β模電流初始行波相量的幅值。Smα(k1,f1)、Smβ(k1,f1)分別第m個元件的α模電流初始行波相量、β模電流初始行波相量。Sd為差動量、Sr為制動量。本發(fā)明的有益效果為：本發(fā)明提取特定頻帶電流初始行波的幅值和相位形成電流初始行波相量。與母線聯(lián)接的各個元件電流初始行波相量之和的模為差動保護的動作電流，與母線聯(lián)接的各個元件電流初始行波相量的模之和為差動保護的制動電流，從而構(gòu)成具有比率制動特性的母線差動保護判據(jù)。該方法利用電流初始行波的幅值和相位識別故障區(qū)域，避免了汲出電流、TA變比誤差影響保護的可靠性和靈敏性。附圖說明圖1本方法的流程圖。圖2為母線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。圖3為比率制動特性圖。圖4為母線故障示意圖。圖5為線路故障示意圖。具體實施方式如圖1所示，本包括如下步驟：步驟一：同步采集與母線聯(lián)接的各元件三相電流信號，得到各元件的α模電流、β模電流。本步驟中可采用克拉克變化分別對第m(m＝1、2、3、......K,K為元件總數(shù))個元件的三相電流信號解耦合，得到第m個元件α模電流、β模電流，具體計算公式為：imα=(2ima-imb-imc)/3imβ=(3imb-3imc)/3]]>式中：ima、imb、imc分別為與母線聯(lián)接的第m個元件的a相、b相、c相電流；imα、imβ分別為與母線聯(lián)接的第m個元件α模、β模電流。步驟二：根據(jù)各元件的α模電流、β模電流，計算其對應的故障分量。本步驟中應用全周相減的差分濾波法提取故障分量，即將故障狀態(tài)下的電流減去一個周波前對應的非故障狀態(tài)下的電流就可得到故障分量，具體計算公式為：Δimα(t)=imα(t)-imα(t-T)Δimβ(t)=imβ(t)-imβ(t-T)]]>Δimα、Δimβ分別為與母線聯(lián)接的第m個元件α模電流、β模電流的故障分量，T為交流電流信號的周期。步驟三：對各個元件的故障分量分別進行離散S變換，提取出對應α模電流行波、β模電流行波。本步驟中采用離散S變換提取α模電流行波、β模電流行波,具體方法為：設Δimα的離散時間序列為Δimα[kT](k＝0，1，2，…，N-1)，T是采樣間隔，Δimα[kT]的離散傅里葉變換為Imα[m/NT](N為離散信號個數(shù))；采用離散S變換提取信號Δimα[kT]中的故障行波表達為：Smα[kT,nNT]=Σm=0N-1Imα[m+nNT]e-2π2m2n2ej2πmkN,n≠0;]]>式中：k＝0，1，…，N-1；n＝1，…，N-1。假定提取的α模電流行波的中心頻率為f1，從Δimα提取的α模電流行波為：式中：Amα(k,f1)、分別為Smα(k,f1)的幅值、相位。設Δimβ的離散時間序列為Δimβ[kT](k＝0，1，2，…，N-1)，T是采樣間隔，Δimβ[kT]的離散傅里葉變換為Imβ[m/NT]。采用離散S變換提取信號Δimβ[kT]中的故障行波表達為：Smβ[kT,nNT]=Σm=0N-1Imβ[m+nNT]e-2π2m2n2ej2πmkN,n≠0;]]>式中：k＝0，1，…，N-1；n＝1，…，N-1；假定提取的β模電流行波的中心頻率為f1，從Δimβ提取的β模電流行波為：式中：Amβ(k,f1)、為Smβ(k,f1)的幅值、相位。步驟四：根據(jù)各個元件的α模電流行波、β模電流行波確定各個元件的α模初始行波相量、β模初始行波相量。本步驟從Smα(k,f1)、Smβ(k,f1)中確定初始行波相量Smα(k1,f1)、Smβ(k1,f1)。以Smα(k,f1)為例說明確定初始行波相量Smα(k1,f1)的具體步驟：1)取Smα(k,f1)的幅值Amα(k,f1)，搜索Amα(k,f1)的所有極值。2)從Amα(k,f1)的所有極值中搜尋最大極值。3)定位Amα(k,f1)的所有極值中第一個大于最大極值的二分之一的極值Amα(k1,f1)，Amα(k1,f1)所對應的Smα(k1,f1)為初始行波相量。以Smβ(k,f1)確定初始行波相量Smβ(k1,f1)的具體步驟也如上。步驟五：計算各個元件的α模初始行波相量幅值之和、β模初始行波相量初始行波相量幅值之和，根據(jù)兩者大小比較結(jié)果計算出母線差動量和制動量。如果Sd=|Σm=1MSmα(k1,f1)|Sr=Σm=1M|Smα(k1,f1)|]]>否則Sd=|Σm=1MSmβ(k1,f1)|Sr=Σm=1M|Smβ(k1,f1)|]]>其中M為元件總數(shù)，Amα(k1,f1)、Amβ(k1,f1)分別為第m個元件的α模電流初始行波相量的幅值、β模電流初始行波相量的幅值；Smα(k1,f1)、Smβ(k1,f1)分別第m個元件的α模電流初始行波相量、β模電流初始行波相量；Sd為差動量、Sr為制動量。步驟六：當母線差動量大于預先設定的閾值且差動量與制動量的比值大于預先設定的制動系數(shù)的時候，表明母線發(fā)生故障，否則母線未發(fā)生故障。電流初始行波相量母線差動的比率判據(jù)如下：Sd＞STH且Sd/Sr＞Kd；STH為預先設定的閾值，Kd為預先設定的制動系數(shù)，如果差動量Sd和制動量Sr使得上式成立，表明母線發(fā)生故障。下面以一個具體例對本發(fā)明的有益效果進行印證說明。圖2為某變電站500kV母線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，電流從母線流向線路為線路電流方向，圖中線路上電流表示三相電流，如i1＝[i1a,i1b,i1c]。母線長90m，母線對地分布電容CM為50nF,母線單位電容矩陣C(pF/m)和電感矩陣L(μH/m)分別為：C=1.318-0.271-0.119-0.2711.363-0.271-0.119-0.2711.318]]>L=8.9682.0291.2282.0298.9682.0291.2282.0298.968]]>預先設定的系數(shù)STH為0.2IN(IN線路電流額定值)，預先設定的制動系數(shù)Kd為0.85，電流初始行波相量母線差動的制動特性如圖3所示。仿真模擬故障故障的電磁暫態(tài)，采樣頻率為100kHz，提取中心頻帶為10kHz的行波，數(shù)據(jù)窗為2ms。圖4中，母線d1處發(fā)生故障，考查不同故障類型、不同故障初始角工況下母線保護的性能，表1為保護判斷結(jié)果，其中的初始角為故障瞬間電壓的相角。表1母線發(fā)生不同類型故障時保護判斷結(jié)果√：保護判斷母線發(fā)生故障。表中，ABC表示三相短路，AB、BC、CA表示相間短路故障，AB-G、BC-G、CA-G表示相間短路接地故障，A-G、B-G、C-G表示單相接地故障。表1的判斷結(jié)果表明，本發(fā)明具有很高的可靠性，其判斷結(jié)果與故障情況一致。圖5中，線路d2處發(fā)生故障，考查不同故障類型、不同故障初始角工況下母線保護的性能，表2為保護判斷結(jié)果。表2線路發(fā)生不同類型故障時保護判斷結(jié)果×：表示母線未發(fā)生故障。表2的判斷結(jié)果表明，母線保護區(qū)外故障時，本發(fā)明能夠可靠不動作。當前第1頁1 2 3