电网数字化保护——3.5阻抗算法.ppt

第三章：微机保护的算法 阻抗算法,张沛超 2011,1,计算阻抗的意义,在线路距离保护中，通过保护安装处到故障点的正序阻抗来反映故障距离，引出需要计算线路阻抗（测量阻抗）。 测量阻抗不但用于距离元件，也用于方向元件（正、反向方向判别）、选相元件（故障相、健全相判别）等。 因此，在线路保护中，测量阻抗的计算具有重要作用。,2,如何计算测量阻抗？,相量法：利用电压、电流相量计算测量阻抗； R-L模型法：利用线路的R-L模型计算测量阻抗； 补偿电压法：利用补偿电压（工作电压）与极化电压比相； 故障分量法：突变量（故障分量）阻抗继电器。,上述1、3、4，属于波形分析法；2属于模型法。 上述1、2可直接计算出测量阻抗，可称作测距式；3、4则不计算测量阻抗。,3,一、相量法计算阻抗,4,相量法计算测量阻抗,对于各种线路故障，可以利用对称分量法求解保护安装处电压与电流的关系：,其中， U1、I1为保护安装处电压、电流相量； Z1为从保护安装处到故障点的测量阻抗； Uf为故障点电压。,5,相量法计算测量阻抗,相加得：,其中，Kz为零序阻抗补偿系数（复数）,6,相量法计算测量阻抗,对于相间故障，认为相间故障电阻很小，则有：,7,相量法计算测量阻抗,对于金属性接到故障，则有：,显然，当接地电阻较大时，由上式得到的测量阻抗误差较大。,8,小结：相量法计算测量阻抗,若已经算得电压、电流相量，则可方便求出测量阻抗。 具有傅氏算法的所有缺点（衰减非周期分量、分数次谐波、频率偏移等）。,9,二、R-L模型法计算阻抗,10,基本原理,以输电线路的物理模型为基础，通过求解线路模型的微分方程，直接计算线路阻抗。 目前最简单、最常用的模型是忽略线路分布电容的影响，假设输电线路仅由R、L串联而成，即R-L模型。,11,基本原理,对于各种线路故障，可以利用对称分量法求解保护安装处电压与电流的关系：,12,基本原理,相加得：,13,基本原理,变换到时域：,其中，Kr为零序电阻补偿系数； Kx为零序电抗补偿系数。,14,相间故障时测量阻抗的计算,对于相间故障，有：,简写为：,15,在不同两个时刻测量和计算电压、电流及导数， 则 联立求解： （362） （363）,相间故障时测量阻抗的计算,思考：设u1、u2相隔m个采样点，则本算法的数据窗长度？,16,差分代替微分,使用差分公式近似得到微分值Di，如下图所示：,17,差分代替微分,而电流、电压取相邻采样的平均值：,从而最终求出：,，,18,接地故障时测量阻抗的计算,对于金属性接到故障，有：,可仿照相间故障进行计算:,19,小结：R-L模型法,优点： 不受非周期分量和分数次谐波影响（模型本身反映非周期分量和各种谐波分量）； 适应于超高压、交直流混联系统 总时窗较短； 不受电网频率变化的影响（在相当宽的系统频率范围内都可准确计算R、L）； 因此，在高压保护中应用较好。,20,小结：R-L模型法,应用中需要注意的问题： 基于简化线路模型，忽略了分布电容。特别对于高频分量，分布电容的容抗较小，简化模型导致的误差更大。因此，必需配合低通滤波器使用。 讨论：为什么不用更为精确的R-L-C模型？ 用线路的集中参数模型代替分布参数模型，一般仅用于250km以下线路。 当仅使用低通滤波器时，受信号中噪声（输入信号噪声、A/D零漂、整量化噪声等）的影响比较大。如能配合窄带通滤波器，则R-L模型可得到很高的精度。,21,R-L模型法的改进：增加低通滤波器,两 边 同 积 分,积分滤波器， FIR低通滤波器,22,R-L模型法的改进：增加带通滤波器,两边 同乘 正、 余弦 并 积分,余弦带通滤波器 正弦带通滤波器,23,是不是和采样值算法很相像啊？,R-L模型法的改进：增加带通滤波器,傅里叶变换,24,演示,25,三、故障分量阻抗继电器,26,稳态量阻抗算法的缺点,无论是相量法还是R-L模型法，其依据的u/i皆包含负荷电流，统称为稳态量算法。 受负荷电流影响较大。后备保护在重载时存在误动可能。例子：2003美加大停电； 在保护范围末端故障时，受过渡电阻影响较大，易拒动或误动（超越）； 在正向出口故障有死区。,27,故障分量阻抗继电器,故障分量阻抗继电器是指由电流、电压的故障分量构成，反应继电器工作电压（补偿电压）的阻抗继电器，国内通常称为突变量阻抗继电器。,28,保护算法的第三种分类方法,故障分量的共同特点： 仅在故障时出现，正常时为零系统正常运行时不会启动，灵敏度高，动作速度快，但作为启动元件要躲开不平衡电流。 故障分量仅由施加于故障点的一个电动势产生如果保护原理是比较两个故障分量的相位或幅值，则其动作行为不受过渡电阻影响。,29,保护算法的第三种分类方法,故障分量的不同特点： 负序、零序分量保护只能反应不对称故障，而突变量能反应各种故障。 只要有不对称故障存在，负序、零序就存在。故负序、零序分量保护既能实现快速主保护，也能实现带延时的后备保护；而突变量只能短时存在，只用于瞬时动作的主保护。 系统非全相运行时也有负序、零序存在，故一般非全相运行时要退出负序、零序原理；而突变量原理可继续使用。 不反应负荷却能保护三相短路是稳态量保护无法解决的问题，而突变量保护则能满足此要求。 现代微机保护中稳态量原理和突变量原理总是同时存在。,30,故障分量阻抗继电器（Z）,电力系统发生短路故障时，其短路电流、电压各分解为二部分进行计算，一部分为故障前负荷状态的电流电压，另一部分为故障产生的故障分量.,31,工作电压（补偿电压）,补偿到保护范围末端处的工作电压。,32,区内故障,33,区外故障,34,反方向故障,35,结论,36,问题,37,有三种近似得到 的方法,用短路前保护范围末端电压 代替 用短路前保护安装处的电压 代替 用额定电压 代替,38,突变量阻抗继电器的实用方程,用短路前