基于短路功率方向的繼電保護仿真方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于短路功率方向的繼電保護仿真方法，包括如下步驟：根據(jù)故障信息進行短路計算，獲得各線路的短路功率方向；沿功率方向進行層次拓撲分析，獲得短路功率流向和保護范圍值；將短路功率流向和保護范圍值與預設值比較，判斷保護是否啟動；如果保護不啟動則保護復歸，如果保護啟動則給出保護啟動信息，加入啟動保護隊列；執(zhí)行啟動保護隊列中滿足條件的保護動作；進行短路計算和潮流分布計算，判斷故障是否已經(jīng)隔離；如果故障已經(jīng)隔離則保護復歸；如果故障未隔離，則返回重新進行故障計算。本發(fā)明結合了邏輯判斷法與定值比較法兩方面的優(yōu)點。
【專利說明】基于短路功率方向的繼電保護仿真方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電カ系統(tǒng)繼電保護的仿真方法，尤其涉及一種基于短路功率方向判斷的繼電保護仿真方法，屬于電力系統(tǒng)仿真【技術領域】。
【背景技術】
[0002]繼電保護仿真是電網(wǎng)仿真、變電站仿真的重要組成部分，它模擬了故障情況下繼電保護裝置的動作情況。繼電保護仿真系統(tǒng)可以培訓電網(wǎng)運行人員對異常事故的處理能力，對于保證電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行有著非常重要的意義。
[0003]目前，電網(wǎng)、變電站仿真中繼電保護系統(tǒng)的仿真方法主要有兩種:定值比較法和邏輯比較法。具體說明如下:
[0004]定值比較法是經(jīng)過故障計算，算出各繼電保護的測量值；根據(jù)監(jiān)測得到的電壓、電流等參數(shù)和保護定值進行比較；確定保護是否動作，然后以時間定值為出ロ判據(jù)，準確地仿真保護的動作特性；并通過修改時間定值和延時時間，調(diào)整保護的配合關系。定值比較法的優(yōu)點是:不依賴于故障信息和網(wǎng)絡拓撲關系捜索，邏輯關系簡單；但其缺點是:對電網(wǎng)模型的精度要求很高，否則很容易出現(xiàn)保護仿真結果與實際不符的現(xiàn)象；對于不同運行方式下保護整定值的維護將給用戶增加巨大的數(shù)據(jù)維護工作量。
[0005]邏輯判斷法不用進行故障計算，由故障的信息和繼電保護裝置安裝信息以及保護原理來處理保護動作。它通過故障點進行詳細的網(wǎng)絡接線信息拓撲搜索，以確定切除故障所需要跳閘的斷路器，同時結合繼電保護裝置動作時延和裝置的邏輯規(guī)律來實現(xiàn)。它的優(yōu)點是數(shù)據(jù)維護量小，易于滿足速動性和選擇性的要求；缺點是:當涉及到不同電壓等級保護配合時，捜索程序由于缺乏必要的定值信息，容易判斷出錯，造成錯誤的故障現(xiàn)象；另外環(huán)網(wǎng)相鄰線路之間的邏輯關系的合理配合也不易實現(xiàn)。
[0006]如圖1所示，AB線為A站與B站之間線路，假定故障發(fā)生在BC線路上距離C站10%處。首先嘗試用邏輯判斷法分析一下保護的動作情況。從故障點進行拓撲分析，可以知道故障發(fā)生在BC線上，邏輯可以確定的是B站BC線路保護和C站BC線線路保護的會動作，但是如果當BC線兩側的線路保護都拒動時，幾乎無法用邏輯的方法判斷出BE線的線路保護的動作情況，因為為了保證線路保護的選擇性，一般線路保護都經(jīng)過功率方向元件閉鎖，只有功率為正方向的保護才能動作，而功率的方向與短路時的電源容量、線路的參數(shù)都有關系。所以這個缺陷是邏輯判斷法無法消除的。而采用定值判斷法的話，由于對模型、參數(shù)、短路電流的計算精度要求都比較高，也很難滿足仿真培訓的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明所要解決的技術問題在于提供一種基于短路功率方向的繼電保護仿真方法。
[0008]為實現(xiàn)上述的發(fā)明目的，本發(fā)明采用下述的技術方案:
[0009]一種基于短路功率方向的繼電保護仿真方法，包括如下步驟:[0010]根據(jù)故障信息進行短路計算，獲得各線路的短路功率方向；
[0011]沿功率方向進行層次拓撲分析，獲得短路功率流向和保護范圍值；
[0012]將短路功率流向和保護范圍值與預設值比較，判斷保護是否啟動；
[0013]如果保護不啟動則保護復歸，如果保護啟動則給出保護啟動信息，加入啟動保護隊列；
[0014]執(zhí)行啟動保護隊列中滿足條件的保護動作；
[0015]進行短路計算和潮流分布計算，判斷故障是否已經(jīng)隔離；
[0016]如果故障已經(jīng)隔離則保護復歸；如果故障未隔離，則返回重新進行故障計算。
[0017]其中較優(yōu)地，所述故障基本信息包括短路相別、短路性質、故障類型。
[0018]其中較優(yōu)地，所述短路計算的步驟進一歩包括:
[0019]利用對稱分量法，根據(jù)故障信息，確定不對稱故障序分量邊界條件；
[0020]根據(jù)發(fā)電機、變壓器、架空線路、負荷的參數(shù)計算各序阻抗并形成等值電路，形成短路后的正序、負序、零序網(wǎng)及復合序網(wǎng)；
[0021]計算出各支路短路電流、電壓。
[0022]其中較優(yōu)地，所述沿功率方向進行層次拓撲分析是沿短路功率正方向進行的，所述正方向為由母線流向線路的方向。
[0023]其中較優(yōu)地，獲得短路功率方向的步驟進ー步包括:
[0024]采用遞歸循環(huán)算法，從故障點開始分析，找到與故障點直接相連的所有節(jié)點，判斷該節(jié)點的短路功率流向，
[0025]如果找到節(jié)點的短路功率流向為正，則將該節(jié)點加入節(jié)點數(shù)組中；
[0026]如果找到節(jié)點的短路功率流向不為正，則通過拓撲連接關系獲取另外的節(jié)點。
[0027]其中較優(yōu)地，所述滿足條件的保護動作是指滿足開關延時和保護范圍兩方面條件的保護動作。
[0028]其中較優(yōu)地，在獲得保護范圍值時，將沿功率方向進行層次拓撲分析的捜索深度折算為保護范圍值。
[0029]本發(fā)明結合了邏輯判斷法與定值比較法兩方面的優(yōu)點。在邏輯拓撲分析的基礎上，引入了短路功率方向作為判據(jù)，彌補了單ー邏輯拓撲分析缺乏必要的信息，無法實現(xiàn)判斷需要短路電流方向的變壓器后備保護和環(huán)網(wǎng)線路保護的動作問題。相對于定值比較法來說，本發(fā)明用保護范圍值取代短路電流值大小的比較，從而在遵循繼電保護整定原則的基礎上，用保護范圍簡化了實際計算。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0030]圖1為現(xiàn)有技術中進行繼電保護操作的一個電路示例；
[0031]圖2為本發(fā)明所提供的繼電保護仿真方法的整體流程示意圖；
[0032]圖3為本發(fā)明中進行繼電保護操作的一個電路示例；
[0033]圖4為本繼電保護仿真方法中，判斷短路功率方向的流程圖。
【具體實施方式】
[0034]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明做進ー步的詳細說明。[0035]繼電保護整定的目的主要是為了滿足繼電保護對快速性、靈敏性、選擇性和可靠性的要求。其中，繼電保護中對方向元件的基本要求是:正前方發(fā)生各種故障時，能可靠地動作，而在反方向故障時，可靠地不動作。為了滿足繼電保護的四性要求，各保護裝置或同一裝置的各種保護功能之間的整定值和功率方向之間有一定的配合關系。例如:距離I段保護線路全長的80%，并保證相鄰線路故障時可靠不動作；距離II段保護線路的全長，并與相鄰線路距離I段配合，范圍不超過相鄰線路距離I段的保護范圍；距離III段保護線路全長并與相鄰線路的距離II段相配合。由此可知，各種保護的整定值主要體現(xiàn)在兩個方面，ー個是時間配合，另ー個是保護范圍。
[0036]在此基礎上，本發(fā)明提出了一種基于短路功率方向的繼電保護仿真方法。如圖2所示，該繼電保護仿真方法的包括如下步驟:根據(jù)故障基本信息進行短路計算，獲得各線路的短路功率方向；沿功率方向進行層次拓撲分析，找出短路功率流向和保護范圍值；將短路功率流向和保護范圍值與預設值比較，判斷保護是否啟動；如果保護不啟動則保護復歸，如果保護啟動則給出保護啟動信息，加入到啟動保護隊列。下面對此展開詳細具體的說明。
[0037]首先，介紹根據(jù)故障基本信息進行短路計算，獲得各線路的短路功率方向的步驟。
[0038]在電カ系統(tǒng)仿真計算程序中設置有內(nèi)部時鐘，內(nèi)部時鐘每走過0.01秒視為ー個步長。在電カ系統(tǒng)仿真計算程序中，每走ー個步長都會判斷電カ系統(tǒng)有沒有收到外部界面發(fā)送的故障信息。根據(jù)內(nèi)部時鐘判斷電カ系統(tǒng)的故障情況稱為故障掃描。電カ系統(tǒng)的故障信息主要包括短路相別(例如，A相、B相、C相、AB相、BC相、CA相、BC相)、短路性質(例如，単相接地、相間、兩相接地短路)、故障類型(例如，線路、負荷、主變、母線、電容電抗等)等。
[0039]當電カ系統(tǒng)仿真計算程序檢測到電カ系統(tǒng)有故障時，根據(jù)故障信息進行短路計算。在本發(fā)明中，利用對稱分量法(method of symmetrical components),根據(jù)故障信息，確定不對稱故障序分量邊界條件，根據(jù)發(fā)電機、變壓器、架空線路、負荷的參數(shù)計算各序阻抗并形成等值電路，形成短路后的正序、負序、零序網(wǎng)及復合序網(wǎng)，計算出各支路短路電流、電壓，得到各支路的短路功率方向，并根據(jù)故障信息獲得故障點位置。
[0040]下面通過如圖3所示的電路示例對獲得各線路的短路功率方向做詳細說明。
[0041]在圖3所示的電路示例中，包括A、B、C、D、E、F六個變電站，兩個變電站的線路名取兩站的首字符組成，例如AB線為A站與B站之間線路，⑶線為C站與D站之間的線路等。假設故障發(fā)生在BC線路上距離C站10%處。當發(fā)生故障吋，先經(jīng)過短路計算，獲得各線路的短路功率方向如圖3中箭頭所示。AB線路短路功率的方向為正，EB線路短路功率的方向為正，EC線路短路功率的方向為正，F(xiàn)E線路短路功率的方向為正，BC線路短路功率的方向不為正。
[0042]在圖3所示的電路示例中，當發(fā)生故障時，我們先經(jīng)過短路計算，獲得各線路的短路功率方向。如圖4所示，在獲得短路功率方向后，采用沿功率方向的拓撲搜索方法進行拓撲分析。
[0043]其次，介紹沿功率方向進行層次拓撲分析，獲得短路功率流向和保護范圍值的步驟。
[0044]拓撲分析是對電氣元件的連接關系進行分析。例如:1個開關在拓撲分析中可以定義為一個帶開斷關系的雙端元件。雙端元件有兩個連接節(jié)點，通過其中的ー個連接節(jié)點，可以得到另ー個連接節(jié)點，通過這個連接節(jié)點找到與之相連其他開關，通過這個開關又可以得到另外連接節(jié)點。
[0045]如圖4所示，沿功率正方向進行層次拓撲分析吋，采用遞歸循環(huán)算法，從故障點開始分析，找到與故障點直接相連的所有節(jié)點，同時判斷該節(jié)點的短路功率流向，如果找到節(jié)點的短路功率流向為正，則將該節(jié)點加入節(jié)點數(shù)組中。如果找到節(jié)點的短路功率流向不為正，則通過拓撲連接關系獲取另外的節(jié)點。按照上述方法分析由與故障點直接相連的所有正方向節(jié)點，又獲得與它們相連的節(jié)點，同時將短路功率流向為正方向的節(jié)點加入節(jié)點數(shù)組中。如此層層獲取短路功率流向為正的節(jié)點并全部都加入節(jié)點數(shù)組中。短路功率流向由母線流向線路方向確定，母線流向線路方向為正方向用數(shù)值1表示；母線流向線路方向為負方向用數(shù)值ー 1表示，短路功率為0則用數(shù)值0表示。保護中在正方向時能動作就將該保護方向值設為1，負方向時能動作就設為ー 1，不能判斷方向就設置為0。
[0046]找出短路功率流向后，需要和預設保護方向進行比較，如果短路功率流向滿足預設保護方向，還要進一歩判斷保護范圍是否能達到預設保護范圍。
[0047]保護范圍即反映故障點到保護安裝處的電氣距離，以短路功率方向計算保護范圍值。保護范圍是預期由保護裝置所保護覆蓋的范圍，超過此保護范圍保護裝置將不動作。例如:距離保護的第1段只能保護本線路全長的80%，第II段的保護范圍為本線路全長井延伸至下一段線路的一部分，一般為被保護線路的全長及下ー線路I段保護范圍。第III段為
1、II段保護的后備段，它能保護本線路和下一段線路的全長并延伸至再下一段線路II段保護范圍。
[0048]在本發(fā)明的一個實施例中，保護范圍用保護范圍值表示。以短路功率方向計算保護范圍值的具體方法如下:假定線路本側CT (current transformer,電流互感器)到對端CT的范圍值為1，通過故障信息可獲知短路點離線路兩端CT的百分比，若為線路在50%處短路，從故障點開始到本側線路保護CT范圍值為0.5，到對側范圍值也為0.5 ;如果故障點在線路上，按照故障的百分數(shù)折算，例如:故障發(fā)生在近區(qū)10%，本側線路，從故障點開始到本側線路范圍值為0.1 ;對側線路，從故障點開始到對側線路范圍值則為0.9。以短路功率方向計算得到故障范圍確定值，如表1所示。
[0049]
【權利要求】
1.一種基于短路功率方向的繼電保護仿真方法，其特征在于包括如下步驟: 根據(jù)故障信息進行短路計算，獲得各線路的短路功率方向； 沿功率方向進行層次拓撲分析Z獲得短路功率流向和保護范圍值； 將短路功率流向和保護范圍值與預設值比較，判斷保護是否啟動； 如果保護不啟動則保護復歸，如果保護啟動則給出保護啟動信息，加入啟動保護隊列； 執(zhí)行啟動保護隊列中滿足條件的保護動作； 進行短路計算和潮流分布計算，判斷故障是否已經(jīng)隔離； 如果故障已經(jīng)隔離則保護復歸；如果故障未隔離，則返回重新進行故障計算。
2.如權利要求1所述的繼電保護仿真方法，其特征在于: 所述故障基本信息包括短路相別、短路性質、故障類型。
3.如權利要求1所述的繼電保護仿真方法，其特征在于所述短路計算的步驟進一歩包括: 利用對稱分量法，根據(jù)故障信息，確定不對稱故障序分量邊界條件； 根據(jù)發(fā)電機、變壓器、架空線路、負荷的參數(shù)計算各序阻抗并形成等值電路，形成短路后的正序、負序、零序網(wǎng)及復合序網(wǎng)； 計算出各支路短路電流、電壓。
4.如權利要求1所述的繼電保護仿真方法，其特征在于: 所述沿功率方向進行層次拓撲分析是沿短路功率正方向進行的，所述正方向為由母線流向線路的方向。
5.如權利要求1所述的繼電保護仿真方法，其特征在于獲得短路功率方向的步驟進一步包括: 采用遞歸循環(huán)算法，從故障點開始分析，找到與故障點直接相連的所有節(jié)點，判斷該節(jié)點的短路功率流向， 如果找到節(jié)點的短路功率流向為正，則將該節(jié)點加入節(jié)點數(shù)組中； 如果找到節(jié)點的短路功率流向不為正，則通過拓撲連接關系獲取另外的節(jié)點。
6.如權利要求1所述的繼電保護仿真方法，其特征在于: 所述滿足條件的保護動作是指滿足開關延時和保護范圍兩方面條件的保護動作。
7.如權利要求1所述的繼電保護仿真方法，其特征在于: 在獲得保護范圍值時，將沿功率方向進行層次拓撲分析的捜索深度折算為保護范圍值。
【文檔編號】G06F9/455GK103455951SQ201310379502
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2013年8月27日 優(yōu)先權日:2013年8月27日
【發(fā)明者】高峰, 江葉峰, 周挺, 魏文輝, 趙家慶, 熊浩, 周書進, 李雪松, 陳捷, 徐田, 楊選懷, 張盛, 范青, 畢明德, 楊洪, 王應宇, 趙云軍, 丁宏恩, 李春, 熊駿 申請人:國家電網(wǎng)公司, 江蘇省電力公司, 北京科東電力控制系統(tǒng)有限責任公司, 江蘇省電力公司蘇州供電公司