一种基于相位关系的多端差动保护方法及系统与流程

本发明涉及电工，特别涉及一种基于相位关系的多端差动保护方法及系统。

背景技术：

1、随着分布式发电技术的不断发展，以太阳能、风能等清洁能源为主要代表的分布式电源在配电网中的比重越来越大。相应地，配电网的拓扑结构和潮流分布也越来越复杂，电网中逐渐形成了分布式电源与传统大电网互联的多端输电线路。由于分布式新能源的特点和变流器控制策略的要求，线路发生故障时，分布式电源呈现出弱馈的特点，传统的差动保护难以满足灵敏性的要求。

2、同时，随着电力系统的发展，多端输电线路也越来越多地出现在高电压等级的电网中。多端输电线路差动保护正确工作的前提是各端数据同步，目前比较常用的同步方法是乒乓原理法。在多端输电系统中，对时累积误差，增加了传统差动保护的拒动或误动风险。

3、针对上述问题，有必要从差动保护原理方面入手，探索一种适用于多端输电线路的满足灵敏性和可靠性要求的差动保护新方法。

4、现有技术文件1(cn108023338b)公开了一种用于多端t接输电线路的差动保护的判断方法，属于继电保护领域，判断方法包括：对各相电流进行采样并计算，计算出各相幅值最大的故障分量电流各相差动电流icd、各相制动电流ires、以及各相除去的故障分量电流的矢量和将各相电流幅值中的最大故障分量电流与门槛设定值imax0作比较，根据比较结果确定与各相电流幅值对应的制动系数k的数值，将各相电流幅值中的差动电流icd和制动电流ires根据差动保护公式进行差动判断：如果各相差动电流icd满足上述差动判断，则判定为各相的区域内存在故障。其不足之处在于针对经过渡电阻接地的发展性故障，故障分量电流并不明显的情况下，制动系数无法自适应调整而导致灵敏性不足。

技术实现思路

1、本发明的目的，在于提供一种基于相位关系的多端差动保护方法。适用于多端输电线路系统，能提高多端差动保护的灵敏性和可靠性，同时能识别区内外故障，提高抗区外故障ct饱和能力。

2、为达到上述目的，本发明采用如下的技术方案。

3、本发明第一方面提供了一种基于相位关系的多端差动保护方法，包括：

4、步骤1：通过多端输电线路各端电流相量和差动电流相量计算各端电流相量对差动电流的贡献度，对各端贡献度进行排序，获得贡献度最大端的电流相量；

5、步骤2：根据步骤1获得的贡献度最大端的电流相量计算差动保护的参考相量和比较相量，得到参考相量和比较相量；

6、步骤3：根据步骤2得到的参考相量和比较相量的相位关系计算比较相量与参考相量的相角差，构造多端差动动作判据；

7、步骤4：构造区内外故障辅助判据，使用区内外故障辅助判据调节多端差动动作区并对比较相量重新赋值，再结合步骤3的多端差动动作判据，判断差动保护动作。

8、优选地，步骤1中，多端输电线路第k端的贡献度，以如下公式表示：

9、

10、其中，

11、ck为多端输电线路第k端的贡献度，k＝1,2,…,n，n为多端输电线路总端数，为差动电流模值，

12、rk为排序参数。

13、优选地，排序参数rk，以如下公式表示：

14、

15、其中，

16、为多端输电线路第k端的电流相量，

17、rk为排序参数，

18、为差动电流相量的共轭相量，

19、差动电流相量以如下公式表示：

20、

21、其中，

22、为多端输电线路第j端的电流相量。

23、优选地，步骤2中，选取贡献度最大端m的电流相量计算出第m端的电流相量的角度θ，以如下公式表示：

24、

25、其中，

26、为贡献度最大端m的电流相量，m＝1,2,…,n，n为多端输电线路总端数，θ为第m端的电流相量的角度，

27、为电流相量的实部，

28、为电流相量的虚部，

29、参考相量以如下公式表示：

30、

31、其中，

32、为参考相量，

33、e为自然常数，

34、j为虚数单位。

35、优选地，步骤2中，将差动电流相量减去贡献度最大端电流相量得到剩余端电流相量之和，再将该相量顺时针旋转角度θ，得到比较相量以如下公式表示：

36、

37、其中，

38、为比较相量，

39、为差动电流相量，

40、e为自然常数，

41、j为虚数单位，

42、为贡献度最大端m的电流相量，m＝1,2,…,n，n为多端输电线路总端数，θ为第m端的电流相量的角度。

43、优选地，步骤3中，多端差动动作判据，以如下公式表示：

44、|δ|≤δset+t×α (8)

45、其中，

46、δset为差动动作门槛，

47、|δ|为比较相量与参考相量的相角差的模值，

48、α为附加动作量，

49、t为附加因子，取值为{-1,0,1}，在未启动区内外故障辅助判据时，附加因子t取值0；

50、当多端差动动作判据满足|δ|≤δset+t×α时，判为区内故障，差动保护动作，否则判为区外故障，差动保护不动作。

51、优选地，计算比较相量与参考相量的相角差δ，以如下公式表示：

52、

53、其中，

54、为比较相量，

55、为参考相量，

56、为比较相量与参考相量的比相结果，

57、δ为比较相量与参考相量的相角差。

58、优选地，步骤4中，结合差动电流和制动电流之间的变化特征识别区内外故障作为多端差动保护的区内外故障辅助判据，多端差动保护的区内外故障辅助判据具体包括：

59、各端实时监视差动电流模值和制动电流模值的变化特征，故障发生时仅当制动电流模值增大而差动电流模值不增大时判定为区外故障，故障发生时制动电流模值和差动电流模值同时增大时判定为区内故障，当任意端判为区外故障时，令各端附加因子t＝-1来缩小差动动作区，同时当比较相量的模值小于门槛iset时，令比较相量差动动作判据固定不满足；当所有端均未判为区外故障时，令各端附加因子t＝1来扩大差动动作区，同时当比较相量的模值小于门槛iset时，令比较相量差动动作判据固定满足。

60、优选地，制动电流模值以如下公式表示：

61、

62、其中，

63、n为多端输电线路总端数，

64、为制动电流模值，

65、为本端接收的第i端的电流相量模值，

66、为本端电流相量的模值，当本端参与差动计算的电流相量的数量大于1时，本端电流相量的模值以如下公式表示：

67、

68、其中，

69、为本端参与差动计算的第i分支电流相量的模值，

70、p为本端参与差动的电流相量的数量。

71、本发明第二方面提供了一种基于相位关系的多端差动保护系统，用于运行所述的一种基于相位关系的多端差动保护方法，包括：

72、贡献度求解模块：用于通过多端输电线路各端电流相量和差动电流相量计算各端电流相量对差动电流的贡献度，对各端贡献度进行排序，获得贡献度最大端的电流相量；

73、比较相量和参考相量求解模块：用于根据贡献度最大端的电流相量计算差动保护的参考相量和比较相量，得到参考相量和比较相量；

74、多端差动动作判据构造模块：用于根据参考相量和比较相量的相位关系计算比较相量与参考相量的相角差，构造多端差动动作判据；

75、差动保护判断模块：用于构造区内外故障辅助判据，使用区内外故障辅助判据调节多端差动动作区并对比较相量重新赋值，再结合多端差动动作判据，判断差动保护动作。

76、与现有技术相比，本发明的有益效果至少包括：提供了一种基于相位关系的多端差动保护方法，适用于多端输电线路系统，通过区内外故障辅助判据自动调整动作范围，能提高多端差动保护的灵敏性和可靠性，同时将本端分支电流相量分开计入制动电流，提高抗区外故障ct饱和能力；参考相量选取对差动电流贡献度最大端电流相量实现，通过参考相量与比较相量的相位比较实现，同时当用于二分之三接线方式时，开关电流分开参与逻辑运算，区外故障更加可靠，区内故障判别更加灵敏，且抗区外故障ct饱和能力更强。