一种基于电流波形相关度的高压输电线路纵联保护方法与流程

1.本发明涉及电力系统的继电保护领域，尤其涉及一种基于电流波形相关度的高压输电线路纵联保护方法。


背景技术：

2.对于超高压和特高压交流输电系统，快速切除线路故障是提高电力系统暂态稳定最基本、最有效的措施，也是其它安全措施得以发挥作用的前提，此外，快速切除故障也能减轻设备的损坏。因此，提升保护算法的速动性，降低故障切除时间，能有效提升电网安全运行水平，为此，超/特高压线路普遍配置了线路纵联保护。
3.在纵联保护新原理方面，模型识别法、计算功率法等，动作速度得到了提升，但由于使用了双端电压量数据，要求一端电压量向对端传送，增加了信息传输量，对通信通道要求较高，且对tv的依赖特点与上述纵联保护类似。工频变化量距离保护的保护信息取自工频的故障分量，具备较强的速动性，但是作为基于单端量的保护，无法实现线路的全线速动。基于行波信号的超高速保护实现了速动性的提升，然而因为行波信号在高阻接地或电压过零点故障时非常微弱，存在一定的动作死区。同时，在智能变电站应用时，如何保证利用电子式互感器的对行波进行可靠测量，也存在一定困难。为此，需要研究性能更优异的送出线路新原理。


技术实现要素：

4.为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种具有可靠性和灵敏性高、速动性好的优点，适用于各种高压输电线路保护场景的基于电流波形相关度的高压输电线路纵联保护方法。
5.本发明的技术方案如下：一种基于电流波形相关度的高压输电线路纵联保护方法，包括：在两条高压输电母线的m、n侧分别安装相同的继电保护装置，每一套保护装置均独立测量本侧三相电流，并通过通信信道获取同一时刻下对侧三相电流值；每套继电保护装置根据本侧和对侧同一时刻对应的相同时间窗长内的同名相电流采样值进行相关系数计算；每一套继电保护装置均根据计算到的每一相电流的相关系数与整定值的大小关系，来判高压输电线内部是否发生故障，进而根据故障类别启用相应保护措施。
6.其中，基于故障发生后故障线路两侧波形不一致形变的特征，利用故障后两个电流波形的相似度这一故障特征来构造保护原理，并采用相关系数来衡量两个波形的相似度，所述相关系数的计算原理如下：
7.设m侧继电保护装置测量到a相的电流为集合a，对应n侧所测量到的a相电流值为集合b，表示方式如下：
8.a＝{a1,......,aq}
ꢀꢀ
(1)
9.b＝{b1,.......,bq}
ꢀꢀ
(2)
10.其中q表示电流采样时间点。
11.其中：利用集合a中某点(如ai)与集合b中所有点进行欧式距离计算并比较，找到对于ai最近的点bj，使bj满足：
12.||a
i-bj||≤||a
i-bk||,1≤k≤q且k≠j
ꢀꢀ
(3)
13.其中，||
·
||表示两点之间的欧式距离
14.其中，式(3)中地||ai-bj||为对应ai点的最小距离即：
[0015][0016]
其中，对于集合a中所有的元素，满足式(4)的最大值为从集合a到集合b的hausdorff单离，即。
[0017][0018]
其中，以此类推从集合b到集合a的hausdorff单向距离为：
[0019][0020]
其中，根据基尔霍夫电流定律，两侧电流在线路正常情况及区外故障情况下重合，理论上此时式(5)比上式(6)的值为1，实际上考虑线路电容电流及互感器传变误差等因素的影响，式(5)比上式(6)的值不为1。因此可以整定为以下关系式：
[0021][0022]
线路正常运行时，满足上述关系。
[0023]
其中，所述整定值为1.1。
[0024]
其中，若a相、b相、c相中任一相电流的相关系数大于整定值，则保护判定新能源场站送出线路内部发生单相故障，故障相为相关系数大于整定值的那一相，继电保护装置发出跳开相应故障相别断路器的指令。
[0025]
若a相、b相、c相中的任意两相或者三相电流的相关系数大于整定值，则保护判定新能源场站送出线路内部发生两相或者三相故障，故障相为相关系数大于整定值的那两相或三相，继电保护装置发出跳开三相断路器的指令。
[0026]
若a相、b相与c相电流的相关系数均小于整定值，则保护判定新能源场站送出线路内部未发生故障，继电保护装置不发出跳闸指令。
[0027]
本发明具有如下有益效果：本发明通过计算送出线路两侧同名相短路电流波形的相关系数，根据相关系数与整定值的大小关系判断送出线路内部是否存在故障。该方法充分利用新能源电源在暂态过程中短路电流波形变化无规律的特征，构造的新原理保护可靠性和灵敏性高、速动性好，适用于各种类型地高压输电线路保护场景。
附图说明
[0028]
图1为保护方法的流程图；
[0029]
图2为动作逻辑判别图；
[0030]
图3为动作逻辑判别图；
[0031]
图4为双侧电源的高压输电线路仿真简化图。
具体实施方式
[0032]
下面结合附图和具体实施例来对本发明进行详细的说明。
[0033]
图1为本发明提供的基于电流波形相关度的高压输电线路纵联保护方法的流程图。如图1所示，其主要包括如下步骤：
[0034]
s1具体为、在m、n两侧的高压母线分别安装相同的继电保护装置，每一套保护装置均独立测量本侧三相电流，并通过通信信道获取对侧三相电流
[0035]
s2具体为：每套继电保护装置根据本侧和对侧同一时刻对应的相同时间窗长内的同名相电流采样值进行相关系数计算。
[0036]
上述相关系数的计算过程如下：
[0037]
(1)对每个数据窗所得的电流数据进行集合整理，m侧高压母线的出口继电保护装置采集到的a相电流用集合a(a＝{a1,......,aq})表示，n侧的高压母线出口的继电保护装置采集到的a相电流用集合b(b＝{b1,.......,bq})表示。
[0038]
(2)利用集合a中某点(如ai)与集合b中所有点进行欧式距离计算并比较，找到对于ai最近的点bj，使bj满足
[0039]
||a
i-bj||≤||a
i-bk||,1≤k≤q且k≠j
ꢀꢀ
(3)
[0040]
其中，||
·
||表示两点之间的欧式距离。则式(3)中的||ai-bj||为对应ai点的最小距离即
[0041][0042]
对于集合a中所有的元素，满足式(4)的最大值为从集合a到集合b的hausdorff单离，即：
[0043][0044]
以此类推从集合b到集合a的hausdorff单向距离为：
[0045][0046]
(3)两侧电流在线路正常情况及区外故障情况下重合，理论上此时式(5)比上式(6)的值为1，实际上考虑线路电容电流及互感器传变误差等因素的影响，式(5)比上式(6)的值不为1。
[0047]
(4)整定判别式：
[0048][0049]
s3具体为：每一套继电保护装置均根据计算到的每一相电流的相关系数与整定值的大小关系，来判定高压母线m、n之间否发生故障，进而根据故障类别启用相应保护措施。
[0050]
主要可以分为如下几种情况：
[0051]
若a相、b相与c相电流的相关系数均小于整定值，则判定新能源场站送出线路内部未发生故障，此处继电保护装置不做任何处理；
[0052]
若a相、b相、c相中任一相电流的相关系数大于整定值，则判定高压输电母线mn线路内部发生单相故障，故障相为相关系数大于整定值的那一相，继电保护装置发出跳开相应故障相别断路器的指令；
[0053]
若a相、b相、c相中的任意两相或者三相电流的相关系数大于整定值，则判定高压输电母线mn线路内部发生两相或者三相故障，故障相为相关系数大于整定值的那两相或三相，继电保护装置发出跳开三相断路器的指令。
[0054]
为了更好的阐述保护动逻辑，用hn表示其中n表示a、b、c三相中的任意一项。图2为具体的保护动作逻辑图。其中&代表与，≥1代表逻辑或。
[0055]
如图2所示，当ha不满足hb满足hc满足则a相跳闸；当ha满足hb不满足hc满足则b相跳闸；当ha满足hb满足hc不满足则b相跳闸。
[0056]
如图3所示，ha、hb、hc任意两相不满足时则发出三相跳闸指令。
[0057]
下面给出本发明在电力系统实时仿真器(rtds)上的闭环试验结果。仿真系统一次接线示意图如图4所示，其电压等级为100kv，线路的正序、负序阻抗级零序阻抗的的参数值见表1，按表1的参数进行设定。
[0058]
表1：特高压系统线路参数
[0059][0060][0061]
故障点f1的设置在距离m侧200km处，故障的类型设定为a相经不同过度电阻接地故障。
[0062]
为了更好的体现出该算法的功能，如表2为a相不同过度电阻接地时的hausdorff距离值。
[0063]
表2：a相经不同过渡电阻接地时的hausdorff距离值
[0064][0065]
以上结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多
形式，这些均属于本发明的。