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基于模型参数识别的母线保护新原理 0 ct饱和检测元件和ct复合式调 水库和供电的生命线是电气系统中最重要的电源之一，通常用于收集和传输能源。因此，母装置的可靠性直接影响水库和供电的可靠性。与输电线路相比,母线故障的机会较少,但若不能快速切除,对整个电力系统可能造成十分严重的后果,甚至造成整个电力系统瓦解。因此,随着电力系统规模的日益扩大,电压等级的不断提高,对母线保护的可靠性以及快速性也提出了更高的要求。 数字式母线保护按通用的原理可分为电流差动式原理和电流相位比较式原理2种。目前影响母线保护动作正确性的关键就是区外故障电流互感器(current transformer,CT)饱和问题,2种原理的保护都可能发生误动,因此,需要为保护设置专门的CT饱和检测元件。根据区外故障CT饱和时,差流与制动电流的出现不同步,文献[9-11]提出了时差法来鉴别CT饱和,但是当CT饱和严重时,时差的精确测量存在一定的困难。文献提出的计算差流谐波含量的抗CT饱和方法,易受系统故障电流谐波的干扰而误判CT饱和,使得母线内部故障时差动保护可能被闭锁,导致保护拒动。文献[13-14]从CT饱和的物理本质出发,提出了磁制动的母线保护方案,虽然能较准确地识别饱和,但是需对母线上所联元件的每个CT都要进行计算,运算量太大,且对于运算时所需要的二次负载电阻R、二次负载电感L以及CT的励磁曲线饱和点(拐点)磁链值难以整定。 除此之外,电流差动式原理整定时受母线运行方式的影响较大,使得保护难以满足选择性和灵敏度要求。在高压和超高压系统中广泛采用的3/2断路器接线甚至接有平行短线路的双母线方式中,母线发生区内故障伴有汲出电流的情况多有发生,此时对于电流比相式保护,将会发生拒动,而电流差动式保护的灵敏度会下降,严重时也可能拒动。为了克服母线保护存在的问题,文献[15-19]提出基于暂态行波的母线保护原理,通过比较母线内、外部故障时行波的极性关系和幅值大小来判别母线区内外故障。文献还提出了基于神经网络模型的母线保护。然而这些基于暂态量或神经网络模型的母线保护在可靠性上尚存在不足。综上所述,进一步研究新的母线保护方案和原理势在必行。 本文提出了一种基于模型参数识别的母线保护新原理,将母线内部故障状态等效为一个LR模型,通过对模型参数的识别及参数离散度的计算,可准确地判断出母线的内、外部故障及外部故障CT饱和状态,从而可构成具有自适应制动特性的母线保护判据。与传统的母线保护原理相比,基于新原理的母线保护无需滤波,原理本身对于各次谐波及非周期分量都适用,动作速度更快。在3/2断路器接线的母线区内故障有汲出电流的情况下,保护的灵敏度也不受影响,数字仿真和动模数据都验证了新原理的可靠性和有效性。 1 线路故障诊断模型 考虑母线发生外部故障时,由于故障点的不确定性,建立等效模型存在困难,因此本文以图1所示的单相单母线模型为例,建立母线内部故障时的等效电路模型。 对于母线M,假设其上有n条支路,电流以母线流向线路的方向为正。正常运行时如图1所示。 若母线上F点发生故障,则其故障附加状态如图2所示。?u为母线上电压的变化量,?ii(i=1,2,???,n)分别为流经各支路的故障分量电流,if为母线F点流过的故障电流,其大小等于母线的差电流。 由图2可知,对于各条支路此时都有 在高压系统中,由于电源系统阻抗和线路阻抗的阻抗角都接近90°,假设图2中各支路阻抗的阻抗角近似相等,且?icd在各条支路上的分支系数ki(i=1,2,???,n)为实数,则母线内部故障时的故障附加状态可等效为图3所示的电路。 由图3可知,此时母线的内部故障状态可等效为一个电感电路模型: 式中:。 这是一个时域的微分方程,将微分用数值微分公式代替,即令 得到 式中:?u(k)、?icd(k)分别为故障发生后第k个采样点的母线故障分量电压和故障分量差电流;T为采样间隔。 2 根据模型参数识别的母保护新原理 2.1 乘意义下的参数估计值 显然,模型中的故障分量电压电流量?u(k)、?icd(k)均为已知量,实际的未知量只有等效参数Leq和Req,可以表示为形如f(Leq,Req)=0的方程。为得到更为精确稳定的解,采用最小二乘意义下的参数估计值。 则由式(2),得 根据最小二乘原理,找到合适的al使E2最小, 式中m为参数估计所使用的采样点个数。 显然,式(4)成立的必要条件为 则得 式中: 取连续采样点求解以上方程组,即可得到最小二乘意义下的参数估计值。 待估参数有2个,采取数据冗余的方式,使参数估计所使用的数据m达到一定的数量(可以取10,20或更多点),也就是用一段时间的采样值对参数做出一个估计值,然后推移数据窗,用另外一段数据又可以估计出一个参数值,如此重复即可求解出待估参数的一个序列。使用最小二乘参数估计可