基于malabsimulink的線路縱聯差動保護仿真研究

0光學電流進行繼電保護的可行性對既有電源線路的電壓差動態保護具有原理簡單、操作穩定、運行快速、準確、不需要相互支持等優點。這是線路保護發展的主流方向之一。而電流互感器(TA)的飽和問題一直是阻礙保護可靠性提高的重要原因。尤其對于電流差動保護而言,其實現原理決定了它對電流互感器的要求將更為嚴格。為了克服TA飽和的影響,人們曾提出過很多方法,如諧波比法、小波法、差分法等。但是這些方法都著眼于如何在最短的時間內準確判斷TA的飽和狀態,沒能從根本上解決這一問題。隨著光電子、光纖通信和數字信號處理技術的發展,光學電流互感器OCT(OpticalCurrentTransducer)的應用成為可能。光學互感器作為一種新型的電流變換元件,具有許多傳統的電磁式電流互感器所不可比擬的優越性,例如測量范圍大、頻率響應寬、無飽和和磁滯現象、無易燃易爆危險、絕緣性能好以及二次無開路高壓等。目前,光學互感器的實際應用還相當有限。雖然文獻就光學互感器對繼電保護的影響作了系統的、定性的分析,但保護性能究竟能改善到何種程度尚缺乏定量的研究。在此建立了光學電流互感器的仿真模型,并引入了一套保護系統定量評測指標,然后以線路縱聯差動保護為例,對光學互感器對保護系統的影響作了詳細的仿真分析。1模擬模型1.1emtp模型采用IEEEPES保護專委會PSRC(PowerSystemRelayingCommittee)推薦的EMTP參考電網模型,如圖1所示。該模型是一個三機系統,包含4條500kV輸電線路,其中有一對雙回線,以及T型支接線路。4條線路皆采用分布參數模型。1.2電流傳感器模型1.2.1光學傳感模型利用理想變壓器T、終端電阻Rsh以及無源低通濾波器建立光學電流互感器的仿真模型,如圖2所示。其中理想變壓器T用以模擬光學互感器的線性傳變特性;終端電阻Rsh用以將二次電流Isr轉變為電壓信號;低通濾波器用以模擬光學互感器系統的實際帶寬。為提高濾波效果,此處采用了六階濾波器,根據文獻,其截止頻率設計為6kHz。1.2.2同ta的性能電磁型電流互感器模型如圖3所示。由于傳統的電磁型電流互感器存在鐵芯,因此不同TA的性能主要取決于勵磁回路的特性和二次側負載的大小。在此選取3個典型的TA,其磁滯曲線和二次負載都各不相同,其負載分別取2.3+j0.175Ω(TA1)、4.3+j0.175Ω(TA2)、8.3+j0.175Ω(TA3)。1.3動作電流采樣值的計算基于Simulink建立了輸電線路分相電流差動保護的仿真模型,如圖4所示。由圖可見,線路兩側的電流采樣值先經過濾波、采樣、FFT等處理,然后利用通道傳到對側,并計算出差動電流和制動電流,最后利用下述動作判據方程確定保護動作情況:其中,Im、In為線路兩側電流,以從母線流向線路為正方向;Idz為動作電流;K為制動系數。上述動作判據利用Simulink的S-函數編寫。2保護系統的評估指標為了定量分析電流互感器對差動保護的影響,分別從測量單元和決策單元2個方面建立了一套較為全面的保護系統評測指標。2.1頻域響應指標根據文獻,從時域和頻域2個方面建立了測量單元的5個評測指標。時域響應指標:穩定時間t2%、過沖量Δy%和穩態誤差Δe%。其含義如圖5所示。其中,根據定義,上述指標越小,則測量單元的性能就越好,互感器對測量單元的影響也越小。頻域響應指標:直流分量增益FRDC和綜合指標F。其中,上式中,Yactual(0)、Yactual(50)分別對應頻率0Hz和50Hz的頻域響應;FR為(f1,f2)范圍內的頻率響應。根據定義,FRDC越小,則互感器抑制直流分量的能力越好;F越小,則互感器的頻域響應越好。2.2決策單元性能參考文獻,在決策單元引入了3個指標:誤動率P0、拒動率P1以及平均跳閘時間t(表1同)。顯然,上述指標越小,則決策單元的性能越高。由上可見,上述8個指標并非用于直接評價電流互感器在時域和頻域的響應精度,而是將其置于保護系統中,通過計算保護測量單元和決策單元的性能指標,從而定量地分析電流互感器對保護系統的影響。3線路差異動態保護性能的模擬試驗在采用相同的電網模型、故障條件及差動保護模型的前提下,在系統中分別采用3種電磁型電流互感器及光學電流互感器,并得出了上述評價指標。3.1次側電流波形以三相接地短路為例,故障發生在線路L1近母線I側5%的位置,過渡電阻為0,注入角為75°。圖6給出了在同等條件下各TA的二次側電流波形。由圖可直觀看出,TA3最容易飽和,TA2次之,TA1最接近于光學電流互感器,也即其飽和程度最低。圖7給出了以上故障情況下各TA所對應的測量單元評測指標。3.2故障位置隨機首先計算線路L1區內故障時的拒動率和平均跳閘時間。以AG故障為例,故障位置在距線路始端1%~15%之間隨機選取,接地電阻為0,注入角為75°,共產生500組故障;其次計算區外故障時的誤動率,故障位置在線路L4的1%~99%之間隨機選取,同樣產生了500組故障。得到的結果見表1。區內故障時的平均跳閘時間見圖8。3.3不同電流+電流保水性a.電流互感器特性對穩定時間t2%和頻域綜合性能F的影響幾乎可以忽略;b.電流互感器飽和程度越深,相應的過沖量Δy%就越小,其中OCT的過沖量最大,TA3最小;c.電流互感器飽和程度越深,穩態誤差Δe%越大,其中OCT的穩態誤差明顯小于電磁型電流互感器,TA3誤差最大;d.電流互感器飽和程度越深,抑制直流分量能力越好(即FRDC越小),其中OCT的直流增益最大,而TA3的最小;e.電流互感器飽和對保護動作的正確性和快速性都有一定程度的影響,在所測試的算例中,采用OCT的系統全部正確動作,且區內故障時保護動作速度最快。4光學電流整體監測網絡測量單元的穩定性分析基于Matlab和ATP,建立了光學電流互感器的模型以及保護系統的評測指標,以線路差動保護為例,對電磁式電流互感器和光學電流互感器進行了對比仿真。定量分析表明,光學電流互感器有效