[发明专利]基于定子双层绕组模型的发电机差动保护方法

权利要求书

1.基于定子双层绕组模型的发电机差动保护方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：

步骤1、物理建模

将发电机每两相间的互阻抗作为公共阻抗和两相间互补偿阻抗共同模拟，给出假设发电机发生区外故障与区内故障的等效电路图，为后续有效判别所涉的区内、外故障提供理论基础；

步骤2、数学建模

改进六序分量法，针对三相双层绕组两回线的参数不对称的特点，提出新的方法，进行解耦；通过合理解耦，为发电机内部绕组保护的相关研究提供可靠的模型基础；

步骤3、在经步骤1与步骤2搭建好的发电机模型中，利用纵向阻抗电气三角平衡关系，完成有效判别所涉的区内、外故障；

步骤1中，采用20°相带的分布绕组发电机为对象进行物理建模；

步骤2中，采用20°相带的分布绕组发电机为对象进行数学建模；

步骤2具体按照以下步骤实施：

步骤2.1、对于三相双层绕组而言，定子绕组线路的电压电流关系为：

式(1)中，Z_l1为绕组1回线的自感，Z_m1为绕组1回线相间互感；Z_l2为绕组2回线的自感，Z_m2为绕组2回线的相间互感，Z_s为两回线之间的互感；ΔU_1A、ΔU_2A、ΔU_1B、ΔU_2B、ΔU_1C、ΔU_2C分别为绕组线路上的电压降；

步骤2.2、先对阻抗矩阵进行相间解耦，将其分解成正序、负序、零序，具体如下：

式(2)中，ΔU₁₀为绕组1回线线路上的零序电压降，ΔU₁₁为绕组1回线线路上的正序电压降、ΔU₁₂为绕组1回线线路上的负序电压降；I₁₀为绕组1回线的零序电流，I₁₁为绕组1回线的正序电流，I₁₂为绕组1回线的负序电流；Z₁₀为绕组1回线的零序阻抗，Z₁₁为绕组1回线的正序阻抗，Z₁₂为绕组1回线的负序阻抗；ΔU₂₀为绕组2回线线路上的零序电压降，ΔU₂₁为绕组2回线线路上的正序电压降，ΔU₂₂为绕组2回线线路上的负序电压降；I₂₀为绕组2回线的零序电流，I₂₁为绕组2回线的正序电流，I₂₂为绕组2回线的负序电流；Z₂₀为绕组2回线的零序阻抗，Z₂₁为绕组2回线的正序阻抗、Z₂₂为绕组2回线的负序阻抗；

步骤2.3、将式(1)中有绕组线间耦合零序电流分解为零序同向量I_0T和零序反向量I_0F，得到M为六序变换阵，具体如下：

式(3)中：X为相间解耦矩阵，Q为绕组线间解耦矩阵，γ₁与γ₂为修正系数，a为工频移相角，

步骤2.4、由上述六序变换阵得解耦后零序电压、零序电流与阻抗之间的对应关系如下：

式(4)中：ΔU_0T为解耦后零序电压的同向量分量，I_0T为解耦后零序电流的同向量分量；ΔU_0F为解耦后零序电压的反向量分量，I_0F为解耦后零序电流的反向量分量；Z_0T为零序同向量分量对应的阻抗，且Z_0F为零序反向量分量对应的阻抗，且

步骤3.1、假设发电机在电流互感器的尾端发生区外故障；为电流互感器的一次侧得到的电压故障分量、为电流互感器的二次侧得到的电压故障分量；为电流互感器的一次侧得到的电流故障分量、为电流互感器的二次侧得到的电流故障分量；Z_1s为电流互感器的一次侧等效系统阻抗、Z_2s为电流互感器的二次侧等效系统阻抗；Z₁为电流互感器的一次侧发电机内部的等效漏阻抗、Z₂为电流互感器的二次侧发电机内部的等效漏阻抗；为电流互感器的一二次侧得到的电压差，为电流互感器的一二次侧得到的电流和，为纵向阻抗值；Z_21s、Z_22s为区外故障后分离出来的2个等效阻抗，其中有：Z_2s＝Z_21s+Z_22s；参考方向为母线指向发电机，其电压、电流与阻抗之间有以下关系：

基于式(5)电压、电流与阻抗表达式之间的关系，得纵向阻抗表述为：

将式(6)转化得到类似电流差动保护形式的改进算法：

此时差动保护的改进算法通过和构成的三角平衡关系来描述；

理想状态下，与在幅值上相同，有即

步骤3.2、假设发电机在电流互感器的尾端发生区内故障；

为电流互感器的一次侧得到的电压故障分量、为电流互感器的二次侧得到的电压故障分量；为电流互感器的一次侧得到的电流故障分量、为电流互感器的二次侧得到的电流故障分量；Z_1s为电流互感器的一次侧等效系统阻抗、Z_2s为电流互感器的二次侧等效系统阻抗；Z₁为电流互感器的一次侧发电机内部的等效漏阻抗、Z₂为电流互感器的二次侧发电机内部的等效漏阻抗；为电流互感器的一二次侧得到的电压差，为电流互感器的一二次侧得到的电流和，为纵向阻抗值；Z₂₁、Z₂₂为区外故障后分离出来的2个等效漏阻抗，其中有：Z₂≈Z₂₁+Z₂₂；参考方向为母线指向发电机，其电压、电流与阻抗之间有以下关系：

上式(8)中：方向与参考电流的方向相同，且由得到以下推论：