一种基于增量因子的电力网络后备保护在线整定方法

摘要

本发明涉及一种基于增量因子的电力网络后备保护在线整定方法。现有技术在后备保护定值适应性、整定难度、整定效率等方面存在的不足。本发明利用运行方式变化前预先计算的增量因子系数，结合实时获取的运行方式变化量信息形成增量因子，使运行方式变化后整定系统无需进行故障计算，即可快速计算出后备保护的分支系数，进而计算出保护新定值。本发明通过调整能改变后备保护的整定数量，平衡整定效率与定值准确性间的矛盾，解决整定不足与整定过剩的问题。由于运行方式变化出现时，实时整定仅进行简单的四则运算，无需反复进行复杂的故障计算，计算速度快而稳定。

主权项

一种基于增量因子的电力网络后备保护在线整定方法，其特征在于：该方法由在线预计算及实时整定两部分组成；在线预计算：步骤1.获得当前运行方式下电力网络的拓扑结构；步骤2.遍历电力网络形成后备保护配合对；步骤3.针对每一个后备保护配合对，确定故障计算模型；具体是：设配合保护的保护范围末端发生故障，以理想电压源出口为参考电压建立节点导纳方程YU＝I，其中Y为节点导纳矩阵，U为节点电压列向量，I为节点注入电流列向量，I只有两个非零元素；步骤4.计算后备保护在当前运行方式下的分支系数；设后备保护所在的整定线路为pq，流过的故障电流为i_pq，配合保护所在线路为qs，故障点为配合保护的保护范围末端k，流过配合保护的故障电流为i_qk，则分支系数k_b为：$k_b=\frac{i_{qk}}{i_{pq}}=\frac{y_{qk}}{y_{pq}}·\frac{u_q-u_k}{u_p-u_q}=\frac{y_{qk}}{y_{pq}}·\frac{u_q+1}{u_p-u_q},$其中y_qk、y_pq为对应节点间的支路导纳参数，u_p、u_q、u_k为相应节点的电压，可通过步骤3建立的故障计算模型由节点导纳方程求得；步骤5.遍历运行方式可能变化的元件并计算对应的增量因子系数a、b；具体是：根据元件方式变化对网络拓扑产生的影响不同可分为电源类变化及线路类变化两种，不同类型按照下述方法求解增量因子的常系数a、b：(1)电源类元件变化若电源元件连接的节点i异于整定线路节点p和q时，基于步骤3的故障计算模型能够推导得出：$\left\{\begin{array}{c}a=\frac{M_{ii}^q+M_{ii}}{{\Delta }_q+\Delta }\\ b=\frac{M_{ii}^p-M_{ii}^q}{{\Delta }_p-{\Delta }_q}\end{array}\right.$其中，Δ为导纳矩阵Y的行列式，Δ_p、Δ_q为I向量分别替换Y矩阵的第p、q列所得矩阵的行列式，M_ii、分别对应Δ、Δ_p、Δ_q中第i行、第i列元素的代数余子式；若节点i与节点p重合，该计算式应为：$\left\{\begin{array}{c}a=\frac{M_{ii}^q+M_{ii}}{{\Delta }_q+\Delta }\\ b=\frac{0-M_{ii}^q}{{\Delta }_p-{\Delta }_q}\end{array}\right.;$若节点i与节点q重合，该计算式应为：$\left\{\begin{array}{c}a=\frac{0+M_{ii}}{{\Delta }_q+\Delta }\\ b=\frac{M_{ii}^p-0}{{\Delta }_p-{\Delta }_q}\end{array}\right.;$(2)线路类元件变化若线路类元件的节点i和j均异于整定线路节点p和q时，可以得到$\left\{\begin{array}{c}a=\frac{{\left[{\Delta }_q\right]}_{ij}^{ij}+{\left[\Delta \right]}_{ij}^{ij}}{{\Delta }_q+\Delta }\\ b=\frac{{\left[{\Delta }_p\right]}_{ij}^{ij}-{\left[{\Delta }_q\right]}_{ij}^{ij}}{{\Delta }_p-{\Delta }_q}\end{array}\right.;$其中，${\left[{\Delta }_p\right]}_{ij}^{ij}=M_{ii}^p-M_{ji}^p+M_{jj}^p-M_{ij}^p,$而分别是Δ_p中某元素的代数余子式，下标即表示该元素的行与列，即分别为第j行第i列元素、第j行第j列元素、第i行第j列元素；${\left[{\Delta }_q\right]}_{ij}^{ij}=M_{ii}^q-M_{ji}^q+M_{jj}^q-M_{ij}^q,{\left[\Delta \right]}_{ij}^{ij}=M_{ii}-M_{ji}+M_{jj}-M_{ij},$式中变量定义与前面类似，即为Δ_q、Δ中下标所示位置元素的代数余子式；若节点i与节点p重合为同一节点，则为：$\left\{\begin{array}{c}a=\frac{{\left[{\Delta }_q\right]}_{ij}^{ij}+{\left[\Delta \right]}_{ij}^{ij}}{{\Delta }_q+\Delta }\\ b=\frac{{\left[{\Delta }_p\right]}_{ij}^j-{\left[{\Delta }_q\right]}_{ij}^{ij}}{{\Delta }_p-{\Delta }_q}\end{array}\right.,$其中${\left[{\Delta }_p\right]}_{ij}^j=M_{jj}^p-M_{ij}^p;$若节点i与节点q重合为同一节点，则为：$\left\{\begin{array}{c}a=\frac{{\left[{\Delta }_q\right]}_{ij}^j+{\left[\Delta \right]}_{ij}^{ij}}{{\Delta }_q+\Delta }\\ b=\frac{{\left[{\Delta }_p\right]}_{ij}^{ij}-{\left[{\Delta }_q\right]}_{ij}^j}{{\Delta }_p-{\Delta }_q}\end{array}\right.,$其中${\left[{\Delta }_q\right]}_{ij}^j=M_{jj}^q-M_{ij}^q;$若节点j与节点p重合为同一节点，则为：$\left\{\begin{array}{c}a=\frac{{\left[{\Delta }_q\right]}_{ij}^{ij}+{\left[\Delta \right]}_{ij}^{ij}}{{\Delta }_q+\Delta }\\ b=\frac{{\left[{\Delta }_p\right]}_{ij}^i-{\left[{\Delta }_q\right]}_{ij}^{ij}}{{\Delta }_p-{\Delta }_q}\end{array}\right.,$其中${\left[{\Delta }_p\right]}_{ij}^i=M_{ii}^p-M_{ji}^p;$若节点j与节点q重合为同一节点，则为：$\left\{\begin{array}{c}a=\frac{{\left[{\Delta }_q\right]}_{ij}^i+{\left[\Delta \right]}_{ij}^{ij}}{{\Delta }_q+\Delta }\\ b=\frac{{\left[{\Delta }_p\right]}_{ij}^{ij}-{\left[{\Delta }_q\right]}_{ij}^i}{{\Delta }_p-{\Delta }_q}\end{array}\right.,$其中${\left[{\Delta }_q\right]}_{ij}^i=M_{ii}^q-M_{ji}^q$步骤6.确定后备保护整定范围；具体是：将步骤5求得的a、b代入判据：|a‑b|≤ε，ε为根据电网规模及运行特点确定的一个正数，若满足不等式，即认为该类运行方式变化对该后备保护对的分支系数影响较小，不必重新整定，反之则属于需要整定范围；步骤7.重复步骤3‑6，直至网络中全部后备保护对在各种可能运行方式变化下的增量因子系数a、b计算完毕，并且完成保护整定范围的确定，在线预计算部分的工作结束；实时整定：步骤8.等待触发，启动在线整定流程；具体是：在线整定系统与电网的EMS/SCADA实时监测系统相联系，若电网出现运行方式变化，在线整定系统收到运行方式变化元件及变化引起的导纳参数变化量Δy，启动在线整定流程；步骤9.根据运行方式变化元件位置信息，找出步骤6确定的该运行方式变化下整定范围内的所有后备保护对在该元件运行方式变化时的增量因子系数a、b值；步骤10.计算增量因子A、B及变化后的分支系数；具体是：先根据A＝aΔy，B＝bΔy计算增量因子A、B，然后根据求得分支系数变化倍率，最后计算m·k_b就是运行方式变化后的分支系数；步骤11.根据后备保护的整定公式代入新的分支系数，求得保护新定值；步骤12.重复步骤10‑11，直至整定范围内的后备保护定值计算全部完成；本次运行方式变化引起的在线整定结束，当前运行方式更新，进入在线预计算，即回到步骤1。