面向数字化变电站的线路电流纵差保护研究

论文摘要

基于基尔霍夫电流定律的差动保护具有原理简单、可靠性高的特点,被广泛用作输电线路的主保护。在传统变电站中,电流纵差保护通过电磁型电流互感器（CT）获取线路两端电流,外部故障引起CT饱和时会产生较大不平衡电流。由于输电线路存在分布电容且随电压等级的不断提高而增大,正常运行情况下纵差保护也会产生较大不平衡电流。因此,在设计传统电流纵差保护的动作判据时必需考虑CT饱和影响以及电容电流补偿等技术难题。然而限于传统变电站的技术瓶颈,这些问题存在已久又难以从根本上解决。数字化变电站的出现及快速发展有望彻底解决这些问题。本文首先通过对差动保护原理及数字化变电站中与之相关的环节进行深入分析,论证了面向数字化变电站的线路电流纵差保护比面向传统变电站的存在两个较大的优势。其一是数字化变电站中采用的电子式电流互感器能够完全消除互感器饱和的问题；其二是数字化变电站中的数据采集、网络通信系统能够满足性能优越的电容电流补偿方法对采样数据类型及采样速率的要求。在此基础上,对传统差动保护动作判据及整定原则进行了相应改进,以更适合于数字化变电站。再者,通过PSCAD和MATLAB等软件搭建了一套仿真系统。仿真并验证了改进后的电流纵差保护动作判据较改进前在可靠性、灵敏性方面有了较大提高,在速动性方面有了一定提高。最后,论文简单介绍了传统电流纵差保护采用的几种同步方法,分析了数字化变电站中的线路电流纵差保护不能使用现有同步方法的原因,讨论了两种能够分别适用于IEC61850-9-1、IEC61850-9-2标准的同步方法,并对插值法进行了误差分析。证明了这两种插值方法采用一次拉格朗日进行插值运算时,完全能够满足现有的基于基频分量的差动保护判据对误差的要求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 本课题的研究背景和现状
• 1.2 本文的主要工作
• 第二章 数字化变电站的技术特点
• 2.1 引言
• 2.2 数字化变电站的特点及架构
• 2.2.1 数字化变电站主要特点
• 2.2.2 数字化变电站的架构
• 2.3 影响线路电流纵差保护的环节
• 2.3.1 电子式电流互感器
• 2.3.2 合并单元
• 2.3.3 两种采样值传输标准
• 2.4 小结
• 第三章 数字化变电站线路电流纵差保护动作判据的改进
• 3.1 引言
• 3.2 传统原理的差动保护判据
• 3.2.1 全电流差动保护
• 3.2.2 故障分量差动保护
• 3.2.3 采样值差动保护
• 3.2.4 基于故障分量的采样值差动保护
• 3.3 基于ECT的线路电流纵差保护判据的改进
• 3.3.1 差动保护判据形式的改进
• 3.3.2 差动保护整定的改进
• 3.4 小结
• 第四章 基于PSCAD和MATLAB的仿真与验证
• 4.1 引言
• 4.2 PSCAD和MATLAB简介
• 4.3 仿真系统的实现
• 4.3.1 仿真系统的整体构建
• 4.3.2 线路仿真模型的设置
• 4.3.3 电容电流补偿方案的选择
• 4.3.4 ECT模型的建立
• 4.4 判据仿真及分析
• 4.4.1 改进前、后判据各参数的设定
• 4.4.2 ECT不饱和特性对保护影响的仿真
• 4.4.3 判据改进效果的仿真
• 4.5 小结
• 第五章 数字化变电站中线路电流纵差保护的同步
• 5.1 引言
• 5.2 传统的同步方法
• 5.2.1 基于数据通道的同步法
• 5.2.2 参考矢量同步法
• 5.2.3 基于GPS的同步法
• 5.3 数字化变电站差动保护的同步方法
• 5.3.1 GPS同步法
• 5.3.2 插值同步法
• 5.3.3 改进的插值同步法
• 5.3.4 插值法的误差分析
• 5.4 小结
• 第六章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 攻读学位期间参加的科研工作
• 学位论文评阅及答辩情况表