CN101593970B - 一种同杆双回线时域电容电流补偿方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及线路微机纵联保护领域，具体涉及同杆双回输电线路纵联保护的研究领域，进一步涉及一种同杆双回线时域电容电流补偿方法。本发明通过建立同杆双回线六相间的静电耦合模型，在时域中分相计算补偿各相对地和相间电容电流。该方法不仅可以补偿本回线对地和相间的分布电容电流，还可以有效补偿两回线间的电容电流，不仅能补偿稳态电容电流，还可以补偿暂态电容电流，大大提高了同杆双回线上电流差动保护的性能。且该方法只使用本回线的电气量，而无需引入另回线的电流信息，装置接线简单，计算量较小，可以直接应用在现有的同杆双回线保护装置中。

Description

一种同杆双回线时域电容电流补偿方法

技术领域

本发明涉及线路微机纵联保护领域，具体涉及同杆双回输电线路纵联保护的研究领域，进一步涉及一种同杆双回线时域电容电流补偿方法。

背景技术

输电线路是电力系统中最大的电力元件，也是故障率较高的元件。由于它在传输电力以及联络系统中的重要作用，其主保护通常选用可以全线速动的纵联保护如广泛使用的电流差动保护。而对于超、特高压远距离输电线路，分布电容电流很大，这是影响电流差动保护性能的主要因素。

针对分布电容电流影响电流差动保护的问题，目前主要有两种解决方法：

一、采用新的不受分布电容电流影响的保护原理，这些新的保护原理通常需要更高的采样频率，更好的互感器传变性能，或者对通信通道有着很高的要求，往往很难在现有的保护装置中使用，由于系统对保护可靠性的严格要求，新原理往往需要经过反复检验后才能在实际中应用；例如当采用Bergeron模型时，分布电容电流的影响甚至不用考虑。而基于现有保护装置的采样速率和通信通道，使用对分布参数线路有较好近似的集中参数∏模型，进行电容电流的补偿，就能够较好的满足实际需要，因此得到了广泛应用。

二、用电容电流补偿技术，来改进现有的电流差动保护的性能。如：

(1)利用并联电抗器来补偿分布电容电流。该方法受并联电抗器运行方式的影响，且通常为欠补偿，只能部分补偿稳态电容电流。

(2)利用电容电流补偿算法来减小分布电容电流的影响。该方法分为稳态相量补偿法和模量时域补偿法，前者只能补偿稳态电容电流，后者则可以同时补偿暂态电容电流。

实际输电线路一般同时采用并联电抗器加电容电流补偿算法，来减小分布电容电流对线路差动保护的影响。一般的步骤如下：首先利用微机保护的存贮和计算功能，在保护装置得到本端电压值和两端的同步电流值；然后利用提供的补偿算法进行电流补偿；最后完成分相电流差动保护。但由于在该操作过程中，目前所有的补偿算法都只针对单回线路，只能补偿单回线相间和对地的分布电容电流。将单回线的电容电流补偿方法应用在同杆双回线上时，因无法补偿两回线间的分布电容电流，因此补偿效果有限，还是无法达到理想的电流差动保护性能。

发明内容

本发明要提供一种同杆双回线时域电容电流补偿方法，以克服现有技术存在的补偿效果有限，无法达到理想的电流差动保护性能的不足之处。

为了克服现有技术存在的问题，本发明提供了一种同杆双回线时域电容电流补偿方法，该方法包括下面的步骤：

(一)建立等效电路模型：该模型采用∏型电路等效双回线相间和线间的静电与电磁耦合效应；

(二)根据等效电路模型确定两侧回路的补偿电流：

M侧I回线C相补偿后的电流为：

$i_{\mathrm{mC}}^{\′}=i_{\mathrm{mC}}-\frac{C_s}{2}\frac{{\mathrm{du}}_{\mathrm{mC}}}{\mathrm{dt}}-(\frac{C_m^{\′}}{2}+\frac{C_m}{2})\frac{d(u_{\mathrm{mC}}-u_{\mathrm{mA}})}{\mathrm{dt}}-(\frac{C_m^{\′}}{2}+\frac{C_m}{2})\frac{d(u_{\mathrm{mC}}-u_{\mathrm{mB}})}{\mathrm{dt}}$

$=i_{\mathrm{mC}}-\frac{C_s+3(C_m^{\′}+C_m)}{2}\frac{{\mathrm{du}}_{\mathrm{mC}}}{\mathrm{dt}}+\frac{C_m^{\′}+C_m}{2}\frac{3{\mathrm{du}}_0}{\mathrm{dt}}$

$=i_{\mathrm{mC}}-\frac{C_L}{2}\frac{{\mathrm{du}}_{\mathrm{mC}}}{\mathrm{dt}}+\frac{C_m^{\′}{C}_m}{2}\frac{3{\mathrm{du}}_{m0}}{\mathrm{dt}}---\left(1\right)$

N侧I回线C相补偿后的电流为：

$i_{\mathrm{nC}}^{\′}=i_{\mathrm{nC}}-\frac{C_L}{2}\frac{{\mathrm{du}}_{\mathrm{nC}}}{\mathrm{dt}}+\frac{C_m^{\′}+C_m}{2}\frac{3d{u}_{n0}}{\mathrm{dt}}---\left(2\right)$

在公式(1)和(2)中，C′_m、C_m和C_s分别表示线间、相间和对地的等效电容，Z_s为本相的等效自阻抗，

表示相间和线间电磁耦合的等效电动势；C_L＝C_s+3(C′_m+C_m)为双回线线模电容，3u_m0＝u_mA+u_mB+u_mC，3u_n0＝u_nA+u_nB+u_nC，u_mA、u_mB、u_mC和u_nA、u_nB、u_nC分别为线路两端的三相电压。

本发明的原理是通过建立同杆双回线六相间的静电耦合模型，在时域中分相计算补偿各相对地和相间电容电流。该补偿方法只决定于同杆双回线的线路结构，与负荷电流及故障电流大小无关。因此与现有的保护技术相比，本发明具有以下优点：

(1)本发明提供的方法不仅可以补偿本回线对地和相间的分布电容电流，还可以有效补偿两回线间的电容电流，不仅能补偿稳态电容电流，还可以补偿暂态电容电流，大大提高了同杆双回线上电流差动保护的性能。该方法只需使用本回线的电气量，而无需引入另回线的电流信息，装置接线简单，可以直接应用在现有的同杆双回线保护装置中。

(2)本方法工作于时域电容电流，不仅可以补偿同杆双回线的稳态电容电流，还可以补偿其暂态电容电流；

(3)本方法只使用本回线的电气量做补偿运算，计算量小，无需使用另回线电流信息，避免了保护装置的复杂接线，在改进现有电流差动保护灵敏度的同时，也增强了保护的可靠性。

(4)本发明的方法补偿效果好，可达到理想的电流差动保护性能，灵敏度和可靠性都得到明显的提高。

附图说明

图1为同杆双回线M侧I回线C相的∏型等效电路图；

具体实施方式

下面结合将结合附图以及发明人完成的实施，对本发明作进一步详细说明。

本发明提供的一种同杆双回线时域电容电流补偿方法，包括下面的步骤：

(一)建立等效电路模型：该模型采用∏型电路等效双回线相间和线间的静电与电磁耦合效应；

(二)根据等效电路模型确定两侧回路的补偿电流：

M侧I回线C相补偿后的电流为：

$i_{\mathrm{mC}}^{\′}=i_{\mathrm{mC}}-\frac{C_s}{2}\frac{{\mathrm{du}}_{\mathrm{mC}}}{\mathrm{dt}}-(\frac{C_m^{\′}}{2}+\frac{C_m}{2})\frac{d(u_{\mathrm{mC}}-u_{\mathrm{mA}})}{\mathrm{dt}}-(\frac{C_m^{\′}}{2}+\frac{C_m}{2})\frac{d(u_{\mathrm{mC}}-u_{\mathrm{mB}})}{\mathrm{dt}}$

$=i_{\mathrm{mC}}-\frac{C_s+3(C_m^{\′}+C_m)}{2}\frac{{\mathrm{du}}_{\mathrm{mC}}}{\mathrm{dt}}+\frac{C_m^{\′}+C_m}{2}\frac{3{\mathrm{du}}_0}{\mathrm{dt}}$

$=i_{\mathrm{mC}}-\frac{C_L}{2}\frac{{\mathrm{du}}_{\mathrm{mC}}}{\mathrm{dt}}+\frac{C_m^{\′}{C}_m}{2}\frac{{3\mathrm{du}}_{m0}}{\mathrm{dt}}---\left(1\right)$

N侧I回线C相补偿后的电流为：

$i_{\mathrm{nC}}^{\′}=i_{\mathrm{nC}}-\frac{C_L}{2}\frac{{\mathrm{du}}_{\mathrm{nC}}}{\mathrm{dt}}+\frac{C_m^{\′}+C_m}{2}\frac{3d{u}_{n0}}{\mathrm{dt}}---\left(2\right)$

在公式(1)和(2)中，C′_m、C_m和C_s分别表示线间、相间和对地的等效电容，Z_s为本相的等效自阻抗，

表示相间和线间电磁耦合的等效电动势；C_L＝C_s+3(C′_m+C_m)为双回线线模电容，3u_m0＝u_nA+u_nB+u_mC，3u_n0＝u_nA+u_nB+u_nC，u_mA、u_mB、u_mC和u_nA、u_nB、u_nC分别为线路两端的三相电压。

下面将提供具体的应用实例：

一、首先利用线路本侧的电流互感器(TA)和电压互感器(TV)，采集电压电流信号，并通过微机保护的前向通道得到本端(以m端为例)电压采样值u_ma(i)，u_mb(i)，u_mc(i)，...u_ma(i+N)，u_mb(i+N)，u_mc(i+N)...，以及本端电流采样值i_ma(i)，i_mb(i)，i_mc(i)，...i_ma(i+N)，i_mb(i+N)，i_mc(i+N)...(注：i＝0对应于故障起始时刻，再通过专用或复用的通信通道，将本端的电流信息，传递到对端保护装置并完成同步。对于线路两端带并联电抗器的情形，上述电流采样值应补偿本端并联电抗器的分流，并以补偿后的电流i″_ma(i)，i″_mb(i)，i″_mc(i)，...i″_ma(i+N)，i″_mb(i+N)，i″_mc(i+N)...代替原电流采样值i_ma(i)，i_mb(i)，i_mc(i)，...i_ma(i+N)，i_mb(i+N)，i_mc(i+N)...，传递到对端并进行后续的电容电流补偿计算和电流差动保护判据的计算。以m端a相为例，具体补偿并联电抗器分流的方法如下： $i_{\mathrm{ma}}^{\′\′}\left(i\right)=i_{\mathrm{ma}}\left(i\right)-\underset{k=1}{\overset{i}{\mathrm{\Σ}}}\frac{u_{\mathrm{ma}}\left(k\right)}{\stackrel{\‾}{L}}\·h.$ 其中，h为采样时间间隔，L为本端a相线路并联电抗器对应的电感值。

广泛使用的分相电流相量差动保护判据具有如下形式：

$I_{\mathrm{cd}}=|{\stackrel{\·}{I}}_m+{\stackrel{\·}{I}}_n|>I_0---\left(3\right)$

$K_{\mathrm{cd}}=\left|\frac{{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{cd}}}{{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{zd}}}\right|=\left|\frac{{\stackrel{\·}{I}}_m+{\stackrel{\·}{I}}_n}{{\stackrel{\·}{I}}_m-{\stackrel{\·}{I}}_n}\right|>K---\left(4\right)$

其中，

为差动电流，

为制动电流，K为制动系数整定值。

利用微机保护的存贮和计算功能，在保护装置得到本端电压值和两端的同步电流值后可进行下一步骤。

二、然后利用本发明公开的方法作同杆双回线电容电流补偿

依据本发明提供的公式(1)、(2)，将线路两端各相电流采样值

i_ma(i)，i_mb(i)，i_mc(i)，...i_ma(i+N)，i_mb(i+N)，i_mc(i+N)...及

i_na(i)，i_nb(i)，i_nc(i)，...i_na(i+N)，i_nb(i+N)，i_nc(i+N)...分别进行微分计算，得到各相补偿后

的电流i′_ma(i)，i′_mb(i)，i′_mc(i)，...i′_ma(i+N)，i′_mb(i+N)，i′_mc(i+N)...及

i′_na(i)，i′_nb(i)，i′_nc(i)，...i′_na(i+N)，i′_nb(i+N)，i′_nc(i+N)...；

下面以I回线c相为例，参见图1，具体实现如下：

$i_{\mathrm{mc}}^{\′}\left(i\right)=i_{\mathrm{mc}}\left(i\right)-\frac{C_L}{2}\frac{{\mathrm{du}}_{\mathrm{mc}}}{\mathrm{dt}}\left(i\right)+\frac{C_m^{\′}+C_m}{2}\frac{3d{u}_{m0}}{\mathrm{dt}}\left(i\right)$ 以及 $i_{\mathrm{nc}}^{\′}\left(i\right)=i_{\mathrm{nc}}\left(i\right)-\frac{C_L}{2}\frac{d{u}_{\mathrm{nc}}}{\mathrm{dt}}\left(i\right)+\frac{C_m^{\′}+C_m}{2}\frac{{3\mathrm{du}}_{n0}}{\mathrm{dt}}\left(i\right)$

式中微分计算采用二点中心差分代替，即 $\frac{{\mathrm{du}}_{m0}}{\mathrm{dt}}\left(i\right)=\frac{u_{m0}(i+1)-u_{m0}(i-1)}{2h},$ $\frac{{\mathrm{du}}_{n0}}{\mathrm{dt}}\left(i\right)=\frac{u_{n0}(i+1)-u_{n0}(i-1)}{2h},$ $\frac{{\mathrm{du}}_{\mathrm{mc}}}{\mathrm{dt}}\left(i\right)=\frac{u_{\mathrm{mc}}(i+1)-u_{\mathrm{mc}}(i-1)}{2h},$ $\frac{{\mathrm{du}}_{\mathrm{nc}}}{\mathrm{dt}}\left(i\right)=\frac{u_{\mathrm{nc}}(i+1)-u_{\mathrm{nc}}(i-1)}{2h}.$ C′_m、C_m分别表示双回线线间、相间等效电容，C_L为双回线线模等效电容。

三、最后完成分相电流差动保护：

a.选用一定的数值滤波算法，对各相补偿后的电流

i′_ma(i)，i′_mb(i)，i′_mc(i)，...i′_ma(i+N)，i′_mb(i+N)，i′_mc(i+N)...及

i′_na(i)，i′_nb(i)，i′_nc(i)，...i′_na(i+N)，i′_nb(i+N)，i′_nc(i+N)...分别计算提取相量

b.利用公式(3)、(4)，分相计算差动保护判据，判断 $K_{\mathrm{cd}}=\left|\frac{{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{cd}}}{{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{zd}}}\right|=\left|\frac{{\stackrel{\·}{I}}_m^{\′}+{\stackrel{\·}{I}}_n^{\′}}{{\stackrel{\·}{I}}_m^{\′}-{\stackrel{\·}{I}}_n^{\′}}\right|>K$ 及 $I_{\mathrm{cd}}=|{\stackrel{\·}{I}}_m^{\′}+{\stackrel{\·}{I}}_n^{\′}|>I_0$ 后，分相动作。

针对兰州东经平凉到乾县的750kV同杆双回线进行仿真试验，应用上述实例，可以发现：采用传统的补偿方法，区外故障时的线路差动电流约为250A；而采用本发明方法，区外故障时的线路差动电流约为50A，保护性能显著提高。

由于本发明公开的方法是基于同杆双回线的静电耦合模型进行电容电流的补偿，而实际可能出现单回线故障断开并等待重合闸，双回线进入非全相运行状态，此时本发明的补偿方法就有一定误差。考虑到双回线在系统中的重要地位，必须保证线路差动保护的可靠性，此时宜暂时退出本方法，而依旧采用单回线的相量或时域补偿方法。

Claims (1)

1.一种同杆双回线时域电容电流补偿方法，该方法包括下面的步骤：

(一)建立等效电路模型：该模型采用∏型电路等效双回线相间和线间的静电与电磁耦合效应；

(二)根据等效电路模型确定两侧回路的补偿电流：

M侧I回线C相补偿后的电流为：

$i_{\mathrm{mC}}^{\′}=i_{\mathrm{mC}}-\frac{C_s}{2}\frac{{\mathrm{du}}_{\mathrm{mC}}}{\mathrm{dt}}-(\frac{C_m^{\′}}{2}+\frac{C_m}{2})\frac{d(u_{\mathrm{mC}}-u_{\mathrm{mA}})}{\mathrm{dt}}-(\frac{C_m^{\′}}{2}+\frac{C_m}{2})\frac{d(u_{\mathrm{mC}}-u_{\mathrm{mB}})}{\mathrm{dt}}$

$=i_{\mathrm{mC}}-\frac{C_s+3(C_m^{\′}+C_m)}{2}\frac{{\mathrm{du}}_{\mathrm{mC}}}{\mathrm{dt}}+\frac{C_m^{\′}+C_m}{2}-\frac{3{\mathrm{du}}_{m0}}{\mathrm{dt}}$

$=i_{\mathrm{mC}}-\frac{C_L}{2}\frac{{\mathrm{du}}_{\mathrm{mC}}}{\mathrm{dt}}+\frac{C_m^{\′}+C_m}{2}\frac{3{\mathrm{du}}_{m0}}{\mathrm{dt}}---\left(1\right)$

N侧I回线C相补偿后的电流为：

$i_{\mathrm{nC}}^{\′}=i_{\mathrm{nC}}-\frac{C_L}{2}\frac{{\mathrm{du}}_{\mathrm{nC}}}{\mathrm{dt}}+\frac{C_m^{\′}+C_m}{2}\frac{3{\mathrm{du}}_{n0}}{\mathrm{dt}}---\left(2\right)$

在公式(1)和(2)中，C′_m、C_m和C_s分别表示线间、相间和对地的等效电容；C_L＝C_s+3(C′_m+C_m)为双回线线模电容，3u_m0＝u_mA+u_mB+u_mC，3u_n0＝u_nA+u_nB+u_nC，u_mA、u_mB、u_mC和u_nA、u_nB、u_nC分别为线路两端的三相电压。