[发明专利]一种基于UPFC边界的交流输电线路单端量保护方法

说明书

本发明公开了一种基于UPFC边界的交流输电线路单端量保护方法，首先，基于电压、电流采样值，依据R‑L线路模型建立微分方程组，用最小二乘法进行求得方程的解及其与实际值之间的拟合误差；进而，利用求解得到的拟合误差与故障距离作为判据判断线路故障发生在以UPFC为线路边界的保护区内或者区外。与现有技术相比，本发明克服了UPFC接入线路后线路阻抗均匀性被破坏使得传统距离保护无法正常动作的弊端，能够达到使电网安全稳定持久运行的目的，具有广泛的应用前景，适合在实际工程中推广使用；适用于单相接地故障、相间故障以及三相故障等多种故障类型。

技术领域

本发明属于电气技术电力系统及其自动化继电保护领域，具体涉及一种UPFC接入线路的单端量保护方法。

背景技术

随着我国经济社会的迅速发展，对电力的需求也在迅猛增长，但我国经济发展、能源分布因历史原因，地理特点等存在较大的不均衡，同时因为现代电力系统逐渐由交直流电网互相连接形成，且区域内发电和负荷分布往往存在较大不均，使得电力系统面临很多新的挑战，不断提升电网运行的安全水平和电能质量成为电力科研工作者需要迫切解决的问题。柔性交流输电系统(Flexible AC Transmission System，FACTS)是指通过将新型电力电子装置引入到传统电力系统中，实现对交流电网电压、相角、功率等参数的调节和控制，从而起到强化电网稳定性、可控性的作用。UPFC作为最早出现的一种串并联型补偿装置，兼具串联型和并联型补偿装置的功能，串联侧通过向线路注入一个幅值相角可控的电压源控制接入线路的潮流，并联侧通过向并联接入点注入无功功率维持节点电压稳定，在实际工程中取得了良好的效果。

但在实际工程中，UPFC内部的换流器因含有大量电力电子器件，线路上发生短时或者永久故障时因电压电流等电气量急剧变化，容易导致换流器出现故障甚至损坏，因此需要为UPFC配置本体保护。常见的做法是在串联侧变压器和串联侧换流器之间配置晶闸管旁路开关(Thyristor Bypass Switch，TBS)，同时在串联侧变压器及并联侧变压器上装设旁路开关，如图1所示。当故障发生时，晶闸管旁路开关首先导通旁路换流器，时间通常在5ms以内，随后变压器旁路开关接收到动作信号后在40ms以内将UPFC从线路中切除。目前已经投运的UPFC工程表明，若上述TBS旁路开关及变压器旁路开关正确动作，则UPFC不会对距离保护的正确动作产生较大影响，若TBS未能及时导通，UPFC的接入会极大的破坏线路的阻抗均匀性，使得由传统方法取得的测量阻抗不再准确，阻抗增量受UPFC参数影响较大。因此需要一种适应UPFC接入的距离保护方案。

发明内容

为了克服UPFC接入线路后破坏线路阻抗均匀性和传统距离保护方法无法判断区内外故障的问题，本发明旨在提出一种基于UPFC边界的交流输电线路单端量保护方法，通过在发生区内故障时有效判断线路的故障位置，从而实现了UPFC接入线路对端保护。

本发明的技术方案如下：

一种基于UPFC边界的交流输电线路单端量保护方法，该方法包括以下步骤：

步骤1：对保护安装处的线路端的保护装置进行故障相电压、电流数据采集；

步骤2：对获得的电压电流数据采用巴特沃斯低通滤波器进行低通滤波，如式(1)所示：

其中，ω_c为截止角频率，n为滤波器的阶数，H(ω)为振幅的平方，ω为实际频率；

步骤3：若已经采集一个数据窗长的数据则进入步骤4，否则回到步骤1继续采样；

步骤4：利用数据窗内获得的采样值建立微分方程组：当线路发生单相接地故障时，N端保护安装处的故障相电压、电流数据关系满足式(2)：