專(zhuān)利名稱(chēng)：基于時(shí)間尺度的可變制動(dòng)系數(shù)的比率制動(dòng)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)繼電保護(hù)領(lǐng)域，更具體地涉及差動(dòng)保護(hù)基于時(shí)間尺度的可變制動(dòng)系數(shù)的比率制動(dòng)方法。
背景技術(shù)：
差動(dòng)保護(hù)是我國(guó)電力系統(tǒng)最廣泛應(yīng)用的繼電保護(hù)原理之一，由于它是從電流的最基本原理基爾霍夫原理演變而來(lái)，可以說(shuō)是完美原理，沒(méi)有缺陷，相對(duì)于電力系統(tǒng)的其它原理比如距離保護(hù)、方向保護(hù)等等，它不受電力系統(tǒng)振蕩的影響，不受故障類(lèi)型的影響，不受運(yùn)行方式的影響，再加上它構(gòu)成裝置簡(jiǎn)單，維護(hù)方便，它有最初的元件保護(hù)領(lǐng)域開(kāi)始，逐步應(yīng)用到線(xiàn)路保護(hù)等新的保護(hù)領(lǐng)域，并得到了主保護(hù)的地位，隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展和光纖通訊技術(shù)的廣泛應(yīng)用，差動(dòng)保護(hù)的重要性越來(lái)越高。
差動(dòng)保護(hù)技術(shù)中，最廣泛應(yīng)用的是比率制動(dòng)差動(dòng)保護(hù)裝置，被保護(hù)對(duì)象在正常工作或其保護(hù)范圍外部故障時(shí)所有流入及流出的電流之和為零(差動(dòng)電流為零)，而在內(nèi)部故障情況下所有流入及流出的電流之和不再為零(差動(dòng)電流不為零)?；谶@種前提，差動(dòng)保護(hù)可以正確地區(qū)分保護(hù)范圍的內(nèi)部和外部故障。
比率制動(dòng)式電流差動(dòng)保護(hù)的基本判據(jù)為|IDif|＞Iset (6)|IDif|＞KIf(7)其中IDif為差動(dòng)電流，ISet為預(yù)先設(shè)定的閾值，If為制動(dòng)電流，K為比率制動(dòng)系數(shù)公式6的動(dòng)作條件是由不平衡差動(dòng)電流決定的，而公式7的動(dòng)作條件是由母線(xiàn)所有元件的差動(dòng)電流和制動(dòng)電流的比率決定的。在外部故障短路電流很大時(shí)，不平衡差動(dòng)電流較大，公式6易于滿(mǎn)足，但不平衡差動(dòng)電流占制動(dòng)電流的比率很小，因而公式7不會(huì)滿(mǎn)足，裝置的動(dòng)作條件由上述兩判據(jù)“與”門(mén)輸出，提高了差動(dòng)保護(hù)的可靠性，所以當(dāng)外部故障短路電流較大時(shí)，由于公式7使得保護(hù)不誤動(dòng)，而內(nèi)部故障時(shí)，公式7易于滿(mǎn)足，只要同時(shí)滿(mǎn)足公式6提供的差動(dòng)電流動(dòng)作門(mén)檻，保護(hù)就能正確動(dòng)作，這樣提高了差動(dòng)保護(hù)的可靠性。
通過(guò)以上分析可知，制動(dòng)系數(shù)對(duì)保護(hù)的可靠性非常重要，但從另一方面，由于制動(dòng)系數(shù)K是人為設(shè)定的，在整定值高時(shí)，可靠性高，靈敏度不足，整定值低時(shí)，靈敏度高了，但可靠性降低，如何在提高可靠性的同時(shí)也能保持保護(hù)的靈敏度是一個(gè)值得研究的課題，為此國(guó)內(nèi)外研究出了很多方法，它的主要特點(diǎn)是通過(guò)制動(dòng)系數(shù)的選取方法來(lái)保證保護(hù)的靈敏度和可靠性，所以也就產(chǎn)生了各種各樣的制動(dòng)電流取法。但它們有一個(gè)共同的特點(diǎn)，一旦制動(dòng)系數(shù)選取后，保護(hù)就只能按此制動(dòng)系數(shù)判別故障，嚴(yán)重依賴(lài)整定值，整定值如果沒(méi)有計(jì)算準(zhǔn)確，保護(hù)則容易產(chǎn)生誤動(dòng)和拒動(dòng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明提出了基于時(shí)間尺度的可變制動(dòng)系數(shù)的比率制動(dòng)方法。
本發(fā)明的方法是通過(guò)如下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，所述的方法包括以下步驟對(duì)繼電保護(hù)裝置的輸入電流以預(yù)定的采樣速率進(jìn)行采樣，并將采樣結(jié)果存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)中；對(duì)上述采樣結(jié)果進(jìn)行處理，按設(shè)定算法的計(jì)算保護(hù)輸入電流的差動(dòng)電流和制動(dòng)電流；計(jì)算所述的差動(dòng)電流值與預(yù)先設(shè)定的閥值進(jìn)行比較，得到故障初步判別結(jié)果；然后差動(dòng)電流值與制動(dòng)系數(shù)和制動(dòng)電流值的乘積值進(jìn)行比較，制動(dòng)系數(shù)根據(jù)預(yù)設(shè)的不同的時(shí)間尺度，自適應(yīng)發(fā)生改變，在任意特定的時(shí)間尺度內(nèi)，若差動(dòng)電流值連續(xù)大于乘積值，則判斷出保護(hù)范圍內(nèi)部故障，不同的保護(hù)可根據(jù)需要選取一個(gè)或多個(gè)時(shí)間尺度。
制動(dòng)系數(shù)根據(jù)不同的時(shí)間尺度，發(fā)生適應(yīng)不同的保護(hù)原理的改變，時(shí)間尺度可以根據(jù)需要選取一個(gè)或多個(gè)。制動(dòng)系數(shù)和時(shí)間尺度的對(duì)應(yīng)關(guān)系可以采用如下方法，首先根據(jù)不同的的保護(hù)選取保護(hù)動(dòng)作的關(guān)鍵點(diǎn)，關(guān)鍵點(diǎn)的選取對(duì)于不同的保護(hù)是不同的，例如對(duì)于母線(xiàn)保護(hù)時(shí)間尺度的關(guān)鍵點(diǎn)可以選取故障開(kāi)始T0，故障后60ms的T1，故障后200ms的T2，故障后500msT3等等，這是因?yàn)楣收祥_(kāi)始時(shí)，保護(hù)的暫態(tài)分量最大，干擾的影響也最大，此時(shí)為了保證可靠性，制動(dòng)系數(shù)應(yīng)該選取保證保護(hù)可靠動(dòng)作的最大值，取K0＝0.8，故障發(fā)生60ms后，暫態(tài)分量的衰減超過(guò)80％以上，此時(shí)制動(dòng)系數(shù)可以降低，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，取K1＝0.6就可以保證可靠性，200ms以后一般系統(tǒng)暫態(tài)分量基本不存在，制動(dòng)系數(shù)可以進(jìn)一步降低，保護(hù)主要是保證保護(hù)的靈敏度，制動(dòng)系數(shù)只要能保證理論的可靠性即可，此時(shí)制動(dòng)系數(shù)一般取K2＝0.3。500ms關(guān)鍵點(diǎn)的選取是如果母線(xiàn)保護(hù)500ms不能切除故障，該保護(hù)也就沒(méi)有什么意義了。關(guān)鍵點(diǎn)的多少，以及其和制動(dòng)系數(shù)在關(guān)鍵點(diǎn)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，可以根據(jù)理論結(jié)合實(shí)際的辦法取得。不同的保護(hù)雖然對(duì)關(guān)鍵點(diǎn)的取法不一樣，但同樣可以到達(dá)通過(guò)關(guān)鍵點(diǎn)取得不同時(shí)間尺度和制動(dòng)系數(shù)對(duì)應(yīng)關(guān)系的目的。選取關(guān)鍵點(diǎn)以后，不同的關(guān)鍵點(diǎn)之間的點(diǎn)的時(shí)間尺度和制動(dòng)系數(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系可以通過(guò)符合保護(hù)特性的曲線(xiàn)(不同的保護(hù)可以根據(jù)本身的特性利用不同的曲線(xiàn)描述)進(jìn)行聯(lián)系，然后通過(guò)描點(diǎn)法取得對(duì)應(yīng)關(guān)系。例如當(dāng)我們采用直線(xiàn)法時(shí)，兩者之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系在60ms和200ms之間是K=K1-(T-T1)K1-K2T2-T1----(1)]]>這樣當(dāng)我們?nèi)r(shí)間尺度為故障后100ms時(shí)，計(jì)算可得制動(dòng)系數(shù)K＝0.514。所述的差動(dòng)電流IDif根據(jù)以下公式進(jìn)行計(jì)算IDif＝i1(t)+i2(t)+…+in(t) (2)制動(dòng)電流If可以根據(jù)以下公式進(jìn)行計(jì)算If＝|i1(t)|+|i2(t)|+…+|in(t)| (3)故障的判別公式是|IDif|＞Iset(4)|IDif|＞K(a)If(5)其中，ISet為預(yù)先設(shè)定的閾值，in(t)可為差動(dòng)回路任一電流t時(shí)刻的采樣值或矢量值，K(α)為基于時(shí)間尺度的比率制動(dòng)系數(shù)，n＞＝2，對(duì)于制動(dòng)電流，不同類(lèi)型的保護(hù)的選取是為有差別的，上述公式只是其中的一種取法，但本方法的基本思想適用所有比率制動(dòng)進(jìn)行故障判別的差動(dòng)電流保護(hù)。
本發(fā)明的基于時(shí)間尺度的可變制動(dòng)系數(shù)的比率制動(dòng)方法，充分利用了時(shí)間尺度的概念，不同的時(shí)間尺度使用不同的制動(dòng)系數(shù)，利用時(shí)間和制動(dòng)系數(shù)同時(shí)工作保證保護(hù)的可靠性和靈敏度，該原理應(yīng)用在電力系統(tǒng)母線(xiàn)保護(hù)裝置，可極大的提高差動(dòng)保護(hù)的性能。


下面結(jié)合附圖進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的方法內(nèi)容和優(yōu)點(diǎn)。
圖1是制動(dòng)系數(shù)和時(shí)間尺度的對(duì)應(yīng)關(guān)系分析；圖2是固定制動(dòng)系數(shù)為高值時(shí)保護(hù)的靈敏度和可靠性分析；圖3是固定制動(dòng)系數(shù)為低值時(shí)保護(hù)的靈敏度和可靠性分析；和圖4是利用時(shí)間尺度可變制動(dòng)系數(shù)保護(hù)的靈敏度和可靠性分析。
具體實(shí)施例圖1是制動(dòng)系數(shù)和時(shí)間尺度的一個(gè)對(duì)應(yīng)關(guān)系圖，關(guān)鍵點(diǎn)選取了(K0，T0)、(K1，T1)、(K2、T2)、(K3，T3)，在關(guān)鍵點(diǎn)(K0，T0)、(K1，T1)之間，由于此時(shí)保護(hù)故障時(shí)間小于60ms，暫態(tài)分量的干擾比較大，此時(shí)為了更高的保證可靠性，選取制動(dòng)系數(shù)不隨時(shí)間尺度發(fā)生變化，也就是在此時(shí)間尺度范圍內(nèi)，任意時(shí)間尺度對(duì)應(yīng)的制動(dòng)系數(shù)都取為0.8。在關(guān)鍵點(diǎn)(K1，T1)，暫態(tài)分量已經(jīng)衰減了80％以上，制動(dòng)系數(shù)可以適當(dāng)降低到0.6，在關(guān)鍵點(diǎn)(K2、T2)，暫態(tài)分量全部衰減，制動(dòng)系數(shù)可以降低到0.3，關(guān)鍵點(diǎn)(K1，T1)、(K2、T2)之間在的對(duì)應(yīng)關(guān)系可以考慮為線(xiàn)性K=K1-(T-T1)K1-K2T2-T1]]>這樣當(dāng)我們?nèi)r(shí)間尺度為故障后T＝100ms時(shí)，計(jì)算可得制動(dòng)系數(shù)K＝0.514。取時(shí)間尺度為故障后T＝150ms時(shí)，計(jì)算可得制動(dòng)系數(shù)K＝0.493。取時(shí)間尺度為故障后T180ms時(shí)，計(jì)算可得制動(dòng)系數(shù)K＝0.429?？梢钥吹奖Ｗo(hù)的靈敏度逐步提高。200ms以后一般系統(tǒng)暫態(tài)分量基本不存在，制動(dòng)系數(shù)固定在0.3即可保證保護(hù)裝置足夠的靈敏度，所以(K2、T2)、(K3，T3)點(diǎn)之間的制動(dòng)系數(shù)仍為直線(xiàn)，固定為0.3。
靈敏度是和制動(dòng)系數(shù)相對(duì)應(yīng)的量，當(dāng)制動(dòng)系數(shù)增大時(shí)，保護(hù)的靈敏度降低，當(dāng)保護(hù)的制動(dòng)系數(shù)減小時(shí)，保護(hù)的靈敏度提高。保護(hù)的制動(dòng)系數(shù)也直接影響保護(hù)的動(dòng)作區(qū)，當(dāng)制動(dòng)系數(shù)減小時(shí)，保護(hù)的動(dòng)作區(qū)變大，當(dāng)制動(dòng)系數(shù)增高時(shí)，保護(hù)的動(dòng)作區(qū)增大。因此保護(hù)的靈敏度也可以用保護(hù)的動(dòng)作區(qū)表達(dá)，動(dòng)作區(qū)大時(shí)，保護(hù)靈敏度高，動(dòng)作區(qū)小時(shí)，保護(hù)的靈敏度低。圖2、圖3和圖4都是采用動(dòng)作區(qū)表達(dá)保護(hù)的靈敏度。
為分析方便我們?cè)O(shè)定保護(hù)的可靠性用可靠度表達(dá)，最高可靠度為1。由于差動(dòng)保護(hù)的制動(dòng)系數(shù)直接影響保護(hù)的可靠性，因此當(dāng)制動(dòng)系數(shù)和時(shí)間尺度無(wú)關(guān)時(shí)，無(wú)論時(shí)間尺度如何變化，保護(hù)的可靠性不會(huì)發(fā)生變化，此時(shí)保護(hù)的可靠度是一個(gè)和制動(dòng)系數(shù)相關(guān)的量，保護(hù)的可靠度可以用制動(dòng)系數(shù)來(lái)表達(dá)。
而當(dāng)保護(hù)的制動(dòng)系數(shù)隨時(shí)間尺度發(fā)生變化時(shí)，保護(hù)的可靠度是一個(gè)和時(shí)間尺度及制動(dòng)系數(shù)二維相關(guān)的量。當(dāng)時(shí)間尺度增大時(shí)，可以提高保護(hù)的可靠性，時(shí)間尺度減小時(shí)，降低了保護(hù)的可靠性；當(dāng)制動(dòng)系數(shù)增大時(shí)，增加了保護(hù)的可靠性，當(dāng)制動(dòng)系數(shù)減小時(shí)，保護(hù)的可靠性降低。為了提高保護(hù)的靈敏度，我們可以減小制動(dòng)系數(shù)，但同時(shí)降低了保護(hù)的可靠性，但如果我們同時(shí)增大了時(shí)間尺度，則可以增加保護(hù)的可靠性，同時(shí)可以保證靈敏度不變?；跁r(shí)間尺度的可變制動(dòng)系數(shù)的比率制動(dòng)方法正是考慮到這點(diǎn)，如果選擇了合適的時(shí)間尺度和制動(dòng)系數(shù)，可以保證保護(hù)的可靠性不隨制動(dòng)系數(shù)發(fā)生變化，同時(shí)又能保證保護(hù)動(dòng)作的靈敏度，本附圖為了形象的說(shuō)明本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)，先假定時(shí)間尺度的選取能做到這一點(diǎn)。
圖中K是保護(hù)的制動(dòng)系數(shù)，KK是保護(hù)的可靠度值。每個(gè)時(shí)間尺度的大小為任意的，但時(shí)間尺度n比時(shí)間尺度n-1大。
圖2是固定制動(dòng)系數(shù)為高值時(shí)保護(hù)的靈敏度和可靠性分析示意圖。如圖1所示，當(dāng)設(shè)定制動(dòng)系數(shù)K＝0.8時(shí)，不管隨著時(shí)間尺度如何變化，保護(hù)的動(dòng)作區(qū)固定一樣，不發(fā)生變化，也就是保護(hù)的靈敏度是不發(fā)生變化的，保護(hù)動(dòng)作區(qū)較小，靈敏度比較低，但保護(hù)一直保持比較高的可靠性。
圖3是固定制動(dòng)系數(shù)為低值時(shí)保護(hù)的靈敏度和可靠性分析示意圖。如圖2所示，當(dāng)設(shè)定制動(dòng)系數(shù)K＝0.3時(shí)，不管隨著時(shí)間尺度如何變化，保護(hù)的動(dòng)作區(qū)固定一樣，不發(fā)生變化，保持較大的保護(hù)動(dòng)作區(qū)，保護(hù)靈敏度比較高，但保護(hù)可靠性一直比較低。
圖4是是利用時(shí)間尺度可變制動(dòng)系數(shù)保護(hù)的靈敏度和可靠性分析示意圖。如圖4所示，隨著時(shí)間尺度的變化，保護(hù)的動(dòng)作區(qū)發(fā)生變化，有較小的動(dòng)作區(qū)，逐漸增大為較大的動(dòng)作去，因此保護(hù)的靈敏度也就隨著時(shí)間尺度的變化逐步提高，保護(hù)的可靠性由于時(shí)間尺度的變化，相關(guān)量的時(shí)時(shí)處理保持不變。沒(méi)有發(fā)生減小。這樣即保證了保護(hù)的靈敏度最終比較靈敏，又保證了保護(hù)整個(gè)時(shí)間尺度內(nèi)的可靠性。
以上描述僅僅借助于實(shí)施例提供本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)方法。對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員是顯而易見(jiàn)的，本發(fā)明不限于上面提供的實(shí)施細(xì)節(jié)，可以在不脫離本發(fā)明特征的情況下以另外的實(shí)施例實(shí)現(xiàn)。因此，提供的實(shí)施例應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為是說(shuō)明性的，而不是限制性的。因此，實(shí)現(xiàn)和使用本發(fā)明的可能性是由所附的權(quán)利要求限定。因而，由權(quán)利要求確定的實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的各種選擇包括等效實(shí)施例也屬于本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.基于時(shí)間尺度的可變制動(dòng)系數(shù)的比率制動(dòng)方法，其特征在于，所述的方法包括以下步驟對(duì)繼電保護(hù)裝置的輸入電流以預(yù)定的采樣速率進(jìn)行采樣，并將采樣結(jié)果存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)中；對(duì)上述采樣結(jié)果進(jìn)行處理，按設(shè)定的算法計(jì)算保護(hù)輸入電流的差動(dòng)電流和制動(dòng)電流；計(jì)算所述的差動(dòng)電流值與預(yù)先設(shè)定的閥值進(jìn)行比較，得到故障初步判別結(jié)果；然后差動(dòng)電流值與制動(dòng)系數(shù)和制動(dòng)電流值的乘積值進(jìn)行比較，制動(dòng)系數(shù)根據(jù)預(yù)設(shè)的不同的的時(shí)間尺度，自適應(yīng)發(fā)生改變，在任意特定的時(shí)間尺度內(nèi)，若差動(dòng)電流值連續(xù)大于乘積值，則判斷出保護(hù)范圍內(nèi)部故障；其中間尺度可以根據(jù)需要選取一個(gè)或多個(gè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于制動(dòng)系數(shù)根據(jù)不同的時(shí)間尺度，發(fā)生適應(yīng)不同的保護(hù)原理的改變，改變的范圍在0.1～0.9之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于所述的差動(dòng)電流IDif根據(jù)以下公式進(jìn)行計(jì)算IDif＝i1(t)+i2(t)+…+in(t)(2)制動(dòng)電流If可以根據(jù)以下公式進(jìn)行計(jì)算If＝|i1(t)|+|i2(t)|+…+|in(t)| (3)故障的判別公式是|IDif|＞Iset (4)|IDif|＞K(a)If(5)其中，in(t)可為差動(dòng)回路任一電流t時(shí)刻的采樣值或矢量值，K(a)為基于時(shí)間尺度的比率制動(dòng)系數(shù)，n＞＝2。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于時(shí)間尺度的可變制動(dòng)系數(shù)的比率制動(dòng)方法，所述的方法包括步驟對(duì)保護(hù)裝置的輸入電流以預(yù)定的采樣速率進(jìn)行采樣，并將采樣結(jié)果存儲(chǔ)在存儲(chǔ)區(qū)中；依據(jù)采樣結(jié)果，根據(jù)給定的計(jì)算公式進(jìn)行處理，得到保護(hù)裝置的差動(dòng)和制動(dòng)電流；計(jì)算所述的差動(dòng)電流值與預(yù)先設(shè)定的閥值進(jìn)行比較，得到故障初步判別結(jié)果；然后差動(dòng)電流值與制動(dòng)系數(shù)和制動(dòng)電流值的乘積值進(jìn)行比較，制動(dòng)系數(shù)根據(jù)預(yù)設(shè)的不同的時(shí)間尺度，自適應(yīng)發(fā)生改變，在任意特定的時(shí)間尺度內(nèi)，若差動(dòng)電流值大于乘積值，則判斷出保護(hù)范圍內(nèi)部故障。本發(fā)明的方法提高了比率制動(dòng)保護(hù)的自適應(yīng)能力，增強(qiáng)了保護(hù)的安全性，并且提高了保護(hù)的靈敏度，可應(yīng)用于電力系統(tǒng)各類(lèi)差動(dòng)保護(hù)裝置，極大的提高保護(hù)的動(dòng)作性能。
文檔編號(hào)H02H7/22GK1773799SQ20051011483
公開(kāi)日2006年5月17日 申請(qǐng)日期2005年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月17日
發(fā)明者宋小舟, 操豐梅 申請(qǐng)人:北京四方繼保自動(dòng)化股份有限公司