本發(fā)明涉及配電網(wǎng)智能變電站電力系統(tǒng)保護(hù)領(lǐng)域，尤其涉及一種配電網(wǎng)智能變電站網(wǎng)絡(luò)化母線(xiàn)保護(hù)方法。

背景技術(shù)：

在10kv～35kv電力網(wǎng)中，往往不采用專(zhuān)門(mén)的母線(xiàn)保護(hù)裝置，而是采用相鄰元件后備過(guò)流保護(hù)作為母線(xiàn)保護(hù)，故障切除的時(shí)間較長(zhǎng)，一般整定為1.0-1.5s。變電站中低壓側(cè)出線(xiàn)間隔數(shù)量較大，設(shè)備較多，開(kāi)關(guān)等設(shè)備操作頻繁，其母線(xiàn)故障幾率比高壓母線(xiàn)高很多；且低壓短路容量越來(lái)越大，發(fā)生母線(xiàn)短路后容易產(chǎn)生較大電弧，燒壞設(shè)備，擴(kuò)大事故面積，產(chǎn)生嚴(yán)重后果。因此，在重要變電站的10/35kv側(cè)母線(xiàn)采用快速有效的母線(xiàn)保護(hù)變得越來(lái)越重要。

對(duì)于母線(xiàn)短路故障，目前的保護(hù)方案往往還存在一定的局限性：母線(xiàn)保護(hù)一般采用差動(dòng)保護(hù)原理，需要由母線(xiàn)上的所有電氣元件共同構(gòu)成母線(xiàn)保護(hù)，由于所接電氣元件數(shù)量很多、接線(xiàn)復(fù)雜，人員易誤碰，信號(hào)也易受干擾。傳統(tǒng)的集中式母線(xiàn)差動(dòng)保護(hù)方案在遇到這種問(wèn)題時(shí)，由于獲取信息有限往往不能進(jìn)行有效的判斷，導(dǎo)致母線(xiàn)保護(hù)誤判和誤動(dòng)作，擴(kuò)大事故范圍。

母線(xiàn)電流差動(dòng)保護(hù)的抗電流互感器飽和能力差，盡管其采用了各種不同的抗電流互感器飽和判據(jù)和算法，但在實(shí)際運(yùn)行中效果不夠理想，母線(xiàn)保護(hù)誤動(dòng)的情況時(shí)有發(fā)生。

近年來(lái)，我國(guó)智能變電站技術(shù)發(fā)展迅速，智能變電站在采集數(shù)字化、傳輸網(wǎng)絡(luò)化、分析智能化、設(shè)備集成化等多個(gè)核心技術(shù)上取得突破。站內(nèi)信息的采集和傳輸不再像傳統(tǒng)變電站通過(guò)電纜進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸；保護(hù)、測(cè)量、控制、計(jì)量等信息直接采用數(shù)字量通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸和共享，智能設(shè)備互操作性強(qiáng)，數(shù)據(jù)分析和處理能力優(yōu)越；過(guò)程層通信網(wǎng)絡(luò)傳輸速度快，傳輸網(wǎng)絡(luò)化，可以實(shí)現(xiàn)信息的交互和共享。基于智能變電站技術(shù)，采用網(wǎng)絡(luò)化的繼電保護(hù)方案，將各保護(hù)單元產(chǎn)生的中間數(shù)據(jù)和邏輯結(jié)果進(jìn)行交互和共享，將配電網(wǎng)母線(xiàn)保護(hù)功能分布在各個(gè)間隔的保護(hù)單元中完成，能夠很好的實(shí)現(xiàn)基于各單元綜合判斷決策的母線(xiàn)保護(hù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：本發(fā)明提供一種配電網(wǎng)智能變電站網(wǎng)絡(luò)化母線(xiàn)保護(hù)方法。該方法主要基于功率方向穩(wěn)態(tài)參量，因此，信號(hào)容易采集，故障識(shí)別算法簡(jiǎn)潔，對(duì)軟硬件要求較低。采用智能變電站技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)各個(gè)間隔保護(hù)信息的交互共享，構(gòu)造各保護(hù)單元綜合決策的保護(hù)方案，并能夠在信息缺失時(shí)提高保護(hù)性能，有效提高母線(xiàn)保護(hù)的選擇性和可靠性。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種配電網(wǎng)智能變電站網(wǎng)絡(luò)化母線(xiàn)保護(hù)方法，該保護(hù)方法實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)絡(luò)智能變電站母線(xiàn)相間短路保護(hù)。其特征在于：基于智能變電站信息采集、處理和通信技術(shù)，采用功率方向原理，能夠區(qū)別信息缺失和未缺失的情況，構(gòu)造母線(xiàn)故障識(shí)別矩陣，有效識(shí)別故障位置。具體包括以下步驟：

(1)配電網(wǎng)智能變電站內(nèi)各支路保護(hù)單元不間斷的監(jiān)測(cè)本出線(xiàn)相間電壓和相間電流，當(dāng)發(fā)生相間短路時(shí)，檢測(cè)到相間電壓下降幅度大于限定值、相間電流突變幅度大于限定值，進(jìn)入步驟(2)；

(2)各保護(hù)單元進(jìn)行本支路功率方向判別，發(fā)布包含計(jì)算結(jié)果的goose報(bào)文，并在短時(shí)間內(nèi)獲取其他間隔的goose報(bào)文，并進(jìn)行信息是否缺失判斷，若信息未出現(xiàn)缺失情況，則進(jìn)入步驟(3)；若出現(xiàn)信息缺失情況，則進(jìn)入步驟(4)；

(3)各保護(hù)單元對(duì)獲得的全局功率方向數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合運(yùn)算，構(gòu)造母線(xiàn)故障識(shí)別矩陣，并根據(jù)母線(xiàn)故障識(shí)別判據(jù)判斷故障位置，相應(yīng)保護(hù)單元跳開(kāi)開(kāi)關(guān)，故障切除，母線(xiàn)保護(hù)返回；

(4)各保護(hù)單元對(duì)獲得的功率方向數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合運(yùn)算，構(gòu)造信息缺失情況下的母線(xiàn)故障識(shí)別矩陣，并根據(jù)信息缺失時(shí)母線(xiàn)故障識(shí)別判據(jù)判斷故障位置；相應(yīng)保護(hù)單元跳開(kāi)開(kāi)關(guān)，故障切除，母線(xiàn)保護(hù)返回；

本發(fā)明的有益效果是：本保護(hù)方法是基于功率方向穩(wěn)態(tài)參量分析的保護(hù)方法，穩(wěn)態(tài)信號(hào)容易采集，故障識(shí)別算法簡(jiǎn)潔，對(duì)軟硬件要求較低，具有很強(qiáng)的可行性。本保護(hù)方法將多個(gè)保護(hù)單元的保護(hù)信息進(jìn)行融合，構(gòu)造綜合判據(jù)的保護(hù)方案，并能夠識(shí)別信息缺失狀況，提高保護(hù)性能。采用網(wǎng)絡(luò)化的繼電保護(hù)方案，將各保護(hù)ied產(chǎn)生的中間數(shù)據(jù)和邏輯結(jié)果進(jìn)行交互和共享，將配電網(wǎng)智能變電站母線(xiàn)保護(hù)功能分布在各個(gè)間隔的保護(hù)ied中完成，由于各ied可以進(jìn)行有效的數(shù)據(jù)處理和計(jì)算分析，且通信性能優(yōu)越，能夠很好的實(shí)現(xiàn)各保護(hù)單元的綜合保護(hù)。另外，網(wǎng)絡(luò)化保護(hù)的保護(hù)功能通過(guò)保護(hù)軟件和保護(hù)方案的靈活配置、靈活組合實(shí)現(xiàn)，而不再依賴(lài)于硬件設(shè)備冗余，尤其是在配電網(wǎng)側(cè)，可不再配置單獨(dú)的硬件保護(hù)裝置，經(jīng)濟(jì)性?xún)?yōu)、可實(shí)施性強(qiáng)。網(wǎng)絡(luò)化保護(hù)方法中，各個(gè)保護(hù)設(shè)備能夠互相替代，互為所需，互相協(xié)同，能夠有效的解決配電網(wǎng)母線(xiàn)保護(hù)速動(dòng)性差的問(wèn)題，提高保護(hù)性能。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的配電網(wǎng)智能變電站網(wǎng)絡(luò)化母線(xiàn)保護(hù)架構(gòu)圖；

圖2為本發(fā)明的功率方向判別邏輯圖；

圖3為本發(fā)明的配電網(wǎng)智能變電站網(wǎng)絡(luò)化母線(xiàn)保護(hù)流程圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例并參照附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。下述參照附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施方式的說(shuō)明旨在對(duì)本發(fā)明的總體發(fā)明構(gòu)思進(jìn)行解釋?zhuān)粦?yīng)當(dāng)理解為對(duì)本發(fā)明的一種限制。

實(shí)施例：本發(fā)明包括以下步驟：

(1)如圖1所示，本發(fā)明所述的配電網(wǎng)智能變電站網(wǎng)絡(luò)化母線(xiàn)保護(hù)方法，由同一母線(xiàn)的所有間隔保護(hù)單元p0-pn共同實(shí)現(xiàn)，各保護(hù)單元通過(guò)智能變電站goose網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行功率方向信息pdir(用pdirection的縮寫(xiě)pdir來(lái)代表功率方向)交互和共享。各支路保護(hù)單元不間斷獲取本側(cè)出線(xiàn)的相間電壓和相間電流，當(dāng)母線(xiàn)k1點(diǎn)發(fā)生相間短路時(shí)，檢測(cè)到相間電壓下降明顯，電流突變，并滿(mǎn)足公式(1)，保護(hù)隨之啟動(dòng)，進(jìn)入步驟(2)。

其中，uφφmin為相間最小電壓，通過(guò)記憶電壓保持；|δiφφmax|為相間電流最大變化量的絕對(duì)值，|δiqd|為電流突變整定值，取0.4in(in為額定線(xiàn)電流)。

(2)保護(hù)啟動(dòng)后，各保護(hù)單元進(jìn)行各支路的功率方向的判別，得到功率方向相位。本方案引入故障相間電壓和故障相間電流進(jìn)行功率方向判別。其中故障相間電壓取相間記憶電壓最小值，即uk＝min(uabm，ubcm，ucam)，并取對(duì)應(yīng)的相間電流，例如uabm為各相間記憶電壓的最小值，那么對(duì)應(yīng)的相間電流取ik·ab。為了有效判別功率方向，做出相應(yīng)的規(guī)定：對(duì)于支路間隔，功率正方向判別的最大靈敏角當(dāng)功率由母線(xiàn)流向線(xiàn)路時(shí)，判別功率方向?yàn)檎较?；?dāng)功率由線(xiàn)路流向母線(xiàn)時(shí)，判別功率方向?yàn)樨?fù)方向；當(dāng)功率由線(xiàn)路流向母線(xiàn)時(shí)，判別功率方向?yàn)樨?fù)方向；當(dāng)支路電流小于0.15in(in為額定線(xiàn)電流)時(shí)，判斷無(wú)功率流過(guò)。對(duì)于母聯(lián)間隔，當(dāng)功率由i母流向ii母時(shí)，判別功率方向?yàn)檎较颍β收较蚺袆e的最大靈敏角當(dāng)功率由ii母流向i母時(shí)，判別功率方向?yàn)樨?fù)方向，功率正方向判別的最大靈敏角按照上述規(guī)定，i母?jìng)?cè)功率正方向的動(dòng)作區(qū)為動(dòng)作范圍為180°，假設(shè)a相和b相發(fā)生相間短路，其動(dòng)作方程可表示為：

因此對(duì)于各支路來(lái)說(shuō)，以構(gòu)成的功率正方向方程為：

其中，為短路時(shí)相間電壓矢量，即相間記憶電壓。比較三者的大小，選擇其中最小值所在的動(dòng)作方程進(jìn)行方向判別。

因此，可以得到各保護(hù)單元的功率判別邏輯，如圖3所示，當(dāng)故障發(fā)生時(shí)，保護(hù)啟動(dòng)，各間隔保護(hù)ied按照保護(hù)邏輯進(jìn)行功率方向判斷，若滿(mǎn)足功率正方向動(dòng)作方程(3)～(5)的其中一個(gè)，且延遲10ms不變，則判斷功率方向?yàn)檎?，在goose網(wǎng)絡(luò)中發(fā)布功率方向pdir＝1(用pdirection的縮寫(xiě)pdir來(lái)代表功率方向)的goose信號(hào)；若不滿(mǎn)足功率正方向動(dòng)作方程，且延遲10ms不變，則判斷功率方向?yàn)樨?fù)，發(fā)送pdir＝-1的goose信號(hào)；若線(xiàn)電流幅值iφφ＜0.15in，則發(fā)送pdir＝0的goose信號(hào)。其中，若母聯(lián)開(kāi)關(guān)為斷開(kāi)狀態(tài)，則母聯(lián)間隔母線(xiàn)保護(hù)邏輯被閉鎖，不再參與母線(xiàn)保護(hù)。各保護(hù)單元發(fā)布包含功率相位pdir的goose報(bào)文后，并在短時(shí)間內(nèi)獲取其他間隔的goose報(bào)文，并進(jìn)行信息是否缺失判斷，若信息未出現(xiàn)缺失情況，則進(jìn)入步驟(3)；若某出線(xiàn)支路信息缺失，則進(jìn)入步驟(4)；

(3)各保護(hù)單元p0-pn讀取各支路goose報(bào)文中pdir值，構(gòu)造母線(xiàn)各間隔的母線(xiàn)故障識(shí)別矩陣pdir：

pdir＝[pdir0pdir1pdir2...pdirn](6)

其中矩陣第一個(gè)元素pdir0為進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)的功率方向值，最后一個(gè)元素pdirn為母聯(lián)開(kāi)關(guān)功率方向值，若母聯(lián)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，則將pdirn剔除。因此，只需對(duì)矩陣元素進(jìn)行分析即可識(shí)別和判斷故障的位置。在功率方向信息不缺失情況下，網(wǎng)絡(luò)化母線(xiàn)保護(hù)的故障判據(jù)為：

1)矩陣pdir中存在元素pdir＝1，則故障位于母線(xiàn)外部；

2)矩陣pdir中不存在元素pdir＝1，則故障位于母線(xiàn)內(nèi)部；

在1)所述情況下，各單元母線(xiàn)保護(hù)閉鎖；在2)所述情況下，母線(xiàn)各間隔跳開(kāi)斷路器，故障切除后，母線(xiàn)保護(hù)返回。

(4)由于某間隔保護(hù)單元(假設(shè)保護(hù)單元i)信息缺失，無(wú)法參與網(wǎng)絡(luò)化保護(hù)，只能通過(guò)啟動(dòng)判據(jù)實(shí)現(xiàn)就地式保護(hù)，其他保護(hù)ied需要剔除信息缺失支路的pdiri實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化保護(hù)。因此，其他各保護(hù)單元p0～pi-1，pi+1～pn讀取其他各支路goose報(bào)文中pdir值，構(gòu)造信息缺失情況下的母線(xiàn)各間隔的母線(xiàn)故障識(shí)別矩陣p’dir：

p'dir＝[pdir0pdir1pdir2...pdiri-1pdiri+1...pdirn](7)

其中矩陣第一個(gè)元素pdir0為進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)的功率方向值，最后一個(gè)元素pdirn為母聯(lián)開(kāi)關(guān)功率方向值，若母聯(lián)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，則將pdirn剔除。因此，只需對(duì)矩陣元素進(jìn)行分析即可識(shí)別和判斷故障的位置。在功率方向信息缺失情況下，網(wǎng)絡(luò)化母線(xiàn)保護(hù)的故障判據(jù)為：

1)矩陣p’dir中存在元素pdir＝1，則故障位于母線(xiàn)外部；

2)矩陣p’dir中不存在元素pdir＝1，則故障可能位于信息缺失支路或者母線(xiàn)內(nèi)部。

在1)所述情況下，各保護(hù)單元母線(xiàn)保護(hù)閉鎖。在2)所述情況下，各保護(hù)單元自動(dòng)提高保護(hù)動(dòng)作延時(shí)至t0，躲過(guò)出線(xiàn)短路跳閘時(shí)間，若期間故障消失，則判定為信息缺失支路故障，母線(xiàn)保護(hù)返回；若延時(shí)期間，故障未消失，則判定為母線(xiàn)故障，跳開(kāi)母線(xiàn)各間隔開(kāi)關(guān)，切除故障后，母線(xiàn)保護(hù)返回。在該保護(hù)方案下，如果出線(xiàn)故障且保護(hù)失靈，各保護(hù)單元延時(shí)t0時(shí)間后，跳開(kāi)各間隔開(kāi)關(guān)，切除母線(xiàn)，實(shí)現(xiàn)下級(jí)線(xiàn)路的后備保護(hù)。

本發(fā)明針對(duì)配電網(wǎng)母線(xiàn)保護(hù)速動(dòng)性差的問(wèn)題，設(shè)計(jì)了配電網(wǎng)智能變電站網(wǎng)絡(luò)化母線(xiàn)保護(hù)方法。該方法主要基于功率方向原理，通過(guò)相間電壓和相間電流進(jìn)行功率方向的判別，由于基于穩(wěn)態(tài)參量，因此信號(hào)容易采集，故障識(shí)別算法簡(jiǎn)潔，對(duì)軟硬件要求較低。采用智能變電站技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)基于多保護(hù)單元信息融合的分布式保護(hù)方案，能夠甄別信息缺失和信息未缺失的情況，有效提高配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)化母線(xiàn)保護(hù)的速動(dòng)性和可靠性。