基于信息扩展原理的变电站新型保护自动装置方案研究

摘要

电力系统遭受故障冲击后的三道安全防线是继电保护、调节控制和低频减载。继电保护中的主保护原理较为完善，且采用了双重化措施，能满足电力系统的要求。但电流互感器、电压互感器的暂态误差问题一直来未能很好解决，影响到超高速保护和测距装置的正确工作。后备保护原理上长期没有变化，存在着灵敏度低，动作时间长，有时不能满足选择性要求等问题；对低频减载装置(UFLS)的仔细分析也发现还有需要改进的地方。 论文在分析总结电力系统继电保护的研究和发展现状后指出，继电保护和安全自动装置的实质是利用电力系统信息来反应电力系统客观规律并作用于电力系统的工具。因此通过扩展信息容量、扩展信息利用方法是改进保护和自动装置性能的重要手段。利用这一思路，就解决传统后备保护存在的问题、校正影响快速保护的传感器误差及优化低频减载装置性能进行了深入研究，提出了新的解决方案，主要内容如下： 1）提出了变电站信息集成共享的快速后备保护（FOBPS）新方案。在该方案中，建立了广义节点概念及根据广义节点故障方向来识别故障元件的判据。在分析各类故障方向元件的基础上，采用了负序分量和正序故障分量的复合故障方向识别方法，灵敏度高，方向判别准确。 文中所提快速后备保护方案，可识别变压器、母线、线路等不同元件的故障，方案简单，大大缩短了后备保护的动作时间，有利于提高电力系统安全运行水平。 2）文中分析了快速后备保护在不同故障情况下的动作行为，提出了作为近后备、远后备的处理方法； 3）为了提取快速后备保护所需的基波序分量，文中分析了滤序算法的频率特性，提出了利用滤序算法频率特性设计数字滤波器的方法，可缩短数据窗，简化滤序滤波算法，具有广泛的适用性； 4）研究了低频减载装置(UFLS)现状，提出了优化低频减载性能的方法。该方法通过实时测量功率和频率来检测识别负荷频率特性，并在低频减载过程中优先切除负荷调节系数较小的负荷，保留负荷调节系数较大的负荷，利用负荷自身的频率调节效应达到减少从系统吸收有功功率的目的，从而有利于系统快速恢复功率平衡，尽量少地切除负荷。 5）新型后备保护和低频减载装置建立在信息集成利用的基础上，因此数据通信是其关键。论文分析了目前广泛使用的工业总线网络和以太网技术，根据论文所提方案对数据传输的要求，选择了100Mbit/s以上网速以太网做为论文方案的数据传输网络。 6）论文将传感器的结构模型做为一种已知信息，以电容式电压互感器为例，提出了利用该传感器模型信息的电容式电压互感器暂态误差校正的新方法。该方法利用了传感器模型参数已知、其输入输出关系确定的条件，从传感器输出数据推求其输入从而可大幅降低暂态情况下传感器的误差。 7）文中分别给出了上述各方法的数字仿真结果，证明了所提方法的可行性，证明了信息扩展方法是解决传统保护自动装置技术问题的有效途径之一。