應(yīng)用于低頻電力系統(tǒng)的母線差動(dòng)保護(hù)判據(jù)研究

丁 杰 呂 航 王風(fēng)光 龔 嘯 趙國(guó)勇

應(yīng)用于低頻電力系統(tǒng)的母線差動(dòng)保護(hù)判據(jù)研究

丁 杰1,2呂 航1,2王風(fēng)光1,2龔 嘯1,2趙國(guó)勇1,2

（1. 南京南瑞繼保電氣有限公司，南京 211102；2. 南瑞集團(tuán)公司（國(guó)網(wǎng)電力科學(xué)研究院），南京 211106）

隨著清潔能源的快速發(fā)展，新能源結(jié)合柔性低頻交流輸電成為新的發(fā)展方向，為滿足低頻交流輸變電系統(tǒng)的工程應(yīng)用需求，常規(guī)交流繼電保護(hù)須開展適應(yīng)性研究。本文從母線保護(hù)出發(fā)，探討現(xiàn)有母線保護(hù)原理，分析不同采樣間隔對(duì)采樣值積算法結(jié)果的影響。針對(duì)20Hz低頻系統(tǒng)，基于采樣值積算法提出一種低頻母線差動(dòng)保護(hù)新判據(jù)，利用采樣值積算法快速計(jì)算故障特征量，并結(jié)合瞬時(shí)值判據(jù)保證故障判斷的可靠性。測(cè)試結(jié)果表明，基于新判據(jù)的低頻母線保護(hù)能夠滿足現(xiàn)有技術(shù)規(guī)范對(duì)母線保護(hù)的可靠性及速動(dòng)性要求，母線區(qū)內(nèi)故障時(shí)整組動(dòng)作時(shí)間小于20ms，母線區(qū)外故障時(shí)低頻母線保護(hù)可靠不動(dòng)作。

新能源；低頻電力系統(tǒng)；母線保護(hù)；采樣值積算法；速動(dòng)性

0 引言

交流輸電具有變壓簡(jiǎn)單、電流過零開斷等特點(diǎn)，是目前主要的輸變電方式，基于50Hz或60Hz的三相工頻交流系統(tǒng)技術(shù)成熟，在國(guó)內(nèi)外得到廣泛應(yīng)用。在遠(yuǎn)距離輸電情況下，工頻交流輸電在長(zhǎng)線路上的電壓偏差及功率損耗較大，而直流輸電則不受線路電抗約束，適用于遠(yuǎn)距離、大容量電能傳輸[1-3]，特別是柔性直流輸電系統(tǒng)，因其具備動(dòng)態(tài)電壓支撐、潮流快速靈活控制等優(yōu)勢(shì)而獲得快速發(fā)展，但直流輸電也存在故障電流開斷、直流變壓等難題[4]。在直流與工頻之間選擇合適的輸電頻率，既能降低線路阻抗對(duì)功率傳輸?shù)挠绊?，又能保留交流輸電的電磁感?yīng)變壓、電流過零開斷等優(yōu)點(diǎn)，在長(zhǎng)電纜線路輸電、大規(guī)模新能源匯集等場(chǎng)景中，低頻交流輸電將成為工頻交流和直流輸電的有益補(bǔ)充，是值得深入研究的新型輸電技術(shù)[5]。

低頻輸電技術(shù)是借助電力電子技術(shù)將50Hz工頻交流電降低為15～25Hz低頻交流電的新型輸電技術(shù)，低頻輸電兼具工頻系統(tǒng)組網(wǎng)靈活、電壓等級(jí)易變換及直流系統(tǒng)遠(yuǎn)距離、大容量能量傳輸?shù)膬?yōu)點(diǎn)，還具備功率控制、電壓動(dòng)態(tài)調(diào)整、異步電網(wǎng)互聯(lián)等功能，柔性低頻輸電技術(shù)被認(rèn)為在遠(yuǎn)距離、大容量輸電、海上風(fēng)電送出、海島電網(wǎng)互聯(lián)、城市電網(wǎng)等典型場(chǎng)景下較工頻交流和柔性直流更具備技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)[6-8]。我國(guó)目前已經(jīng)對(duì)海風(fēng)柔性低頻典型方案和關(guān)鍵裝備開展了廣泛的研究，并建設(shè)了杭州柔性低頻輸電工程、臺(tái)州柔性低頻輸電工程等示范工程。隨著我國(guó)對(duì)清潔能源的不斷重視，新能源如風(fēng)力發(fā)電等已成為我國(guó)能源戰(zhàn)略的重要組成部分，新能源結(jié)合柔性低頻交流輸電將成為新的發(fā)展方向。

繼電保護(hù)是電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定的第一道防線，低頻輸變電系統(tǒng)的應(yīng)用必然要求與之匹配的低頻繼電保護(hù)裝置，基于50Hz電力系統(tǒng)研制的繼電保護(hù)裝置顯然無法直接應(yīng)用于低頻電力系統(tǒng)，而現(xiàn)有技術(shù)中，鮮有關(guān)于低頻輸變電繼電保護(hù)的研究。為適應(yīng)低頻交流輸電的工程應(yīng)用，常規(guī)交流繼電保護(hù)亟需開展適應(yīng)性研究。比較簡(jiǎn)單的做法是，將基于50Hz工頻系統(tǒng)的電氣量保護(hù)算法通過降低采樣頻率來適應(yīng)低頻輸變電系統(tǒng)，即保證一個(gè)交流整周波信號(hào)的采樣點(diǎn)數(shù)不變即可。這種方法雖然簡(jiǎn)單，但會(huì)大大降低繼電保護(hù)裝置的速動(dòng)性，以20Hz低頻交流系統(tǒng)為例，電壓、電流等電氣量的全周傅里葉算法時(shí)間窗將由20ms延長(zhǎng)為50ms；半波積分算法時(shí)間窗將由10ms延長(zhǎng)為25ms，時(shí)間窗的延長(zhǎng)將使繼電保護(hù)設(shè)備的動(dòng)作速度難以滿足速動(dòng)性要求，給一次設(shè)備的安全可靠運(yùn)行帶來巨大風(fēng)險(xiǎn)。

母線是電力系統(tǒng)的重要元件，母線故障是最嚴(yán)重的電氣故障之一，母線保護(hù)裝置是保障變電站母線長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的有效繼電保護(hù)裝置?，F(xiàn)有技術(shù)規(guī)范要求系統(tǒng)故障發(fā)生后，母線保護(hù)應(yīng)能快速隔離故障，整體故障切除時(shí)間應(yīng)不大于20ms。在低頻輸電系統(tǒng)中，受換流器的短路電流承受能力限制，低頻輸電系統(tǒng)對(duì)故障的快速識(shí)別及隔離提出了更高的要求，如果不對(duì)母線保護(hù)原理進(jìn)行適應(yīng)性改造，就無法保證低頻系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行。

本文從母線保護(hù)在低頻交流輸電系統(tǒng)中的應(yīng)用出發(fā)，對(duì)現(xiàn)有母線保護(hù)進(jìn)行適應(yīng)性改造，并提出一種低頻母線差動(dòng)保護(hù)新判據(jù)，以提高低頻母線保護(hù)裝置的速動(dòng)性，為低頻輸變電系統(tǒng)可靠運(yùn)行提供可靠的設(shè)備支撐。

1 現(xiàn)有母線差動(dòng)保護(hù)原理

母線保護(hù)是電力系統(tǒng)一次母線的主保護(hù)裝置，母線故障不能及時(shí)切除，將對(duì)一次系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行產(chǎn)生嚴(yán)重影響，因此對(duì)母線保護(hù)的速動(dòng)性有很高要求。

比率制動(dòng)差動(dòng)保護(hù)[9-10]是目前嵌入式微機(jī)母線保護(hù)的主要工作原理，但具體實(shí)現(xiàn)方式又有不同，主要包含兩大類：一類是基于差流瞬時(shí)值的采樣值差動(dòng)保護(hù)；另一類是基于差流幅值或有效值的差動(dòng)保護(hù)，本文統(tǒng)稱為幅值差動(dòng)保護(hù)。

1.1 采樣值差動(dòng)保護(hù)

采樣值差動(dòng)保護(hù)[11-12]計(jì)算每一個(gè)采樣時(shí)刻的差動(dòng)電流、制動(dòng)電流，判斷是否滿足比率制動(dòng)特性。由于采樣值隨時(shí)間周期性變化，導(dǎo)致對(duì)每一個(gè)采樣點(diǎn)而言，其制動(dòng)特性并不一樣。為保證動(dòng)作判據(jù)的正確性，通常采用重復(fù)多次判別的方式，即若連續(xù)次采樣判別中有次以上滿足保護(hù)動(dòng)作判據(jù)，則保護(hù)動(dòng)作。由于采樣值的隨機(jī)性，采樣值差動(dòng)保護(hù)判據(jù)存在很大的模糊區(qū)，連續(xù)采樣點(diǎn)數(shù)、重復(fù)判斷次數(shù)的合理選取是改善采樣值差動(dòng)保護(hù)安全性和靈敏度的關(guān)鍵技術(shù)之一。文獻(xiàn)[11]指出，確保采樣值差動(dòng)保護(hù)的制動(dòng)性能不低于幅值差動(dòng)保護(hù)的連續(xù)時(shí)間窗對(duì)應(yīng)的角度需在90°以上。文獻(xiàn)[12]指出，為保證采樣值差動(dòng)保護(hù)克服CT飽和及其帶來的暫態(tài)響應(yīng)的影響，需加大判別數(shù)據(jù)窗，動(dòng)模試驗(yàn)表明，判別數(shù)據(jù)窗應(yīng)大于180°才可保證區(qū)外CT飽和時(shí)不誤動(dòng)。

由上述采樣值差動(dòng)保護(hù)原理可知，為確保動(dòng)作判據(jù)的可靠性，需要連續(xù)次采樣進(jìn)行比率特性判斷。顯然，低頻輸電系統(tǒng)相較于50Hz輸電系統(tǒng)，相同數(shù)據(jù)窗對(duì)應(yīng)的采樣時(shí)間必然更長(zhǎng)，如何兼顧采樣值差動(dòng)保護(hù)的可靠性和速動(dòng)性是值得研究的課題。

1.2 幅值差動(dòng)保護(hù)

基于幅值（或有效值）的差動(dòng)保護(hù)，其本質(zhì)是利用實(shí)時(shí)采樣值計(jì)算出故障特征量，例如差動(dòng)電流的幅值，然后再做故障判斷。

對(duì)于如何獲取故障特征量，有關(guān)學(xué)者提出了多種算法，如傅里葉算法、積分算法、最小二乘法、卡爾曼濾波算法[13-16]等。

幅值差動(dòng)保護(hù)的優(yōu)勢(shì)在于，用于故障判斷的啟動(dòng)電流、制動(dòng)電流及比率制動(dòng)系數(shù)都有其明確含義，能夠進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算、明確整定。

嵌入式微機(jī)繼電保護(hù)在選擇故障特征量算法時(shí)，需要根據(jù)模擬量信號(hào)的周期，綜合考慮嵌入式系統(tǒng)的計(jì)算能力及繼電保護(hù)裝置速動(dòng)性的要求，因此通常選用計(jì)算量小、時(shí)間窗相對(duì)短的算法。

2 低頻母線差動(dòng)保護(hù)判據(jù)

2.1 采樣值積算法

一個(gè)正弦函數(shù)可由三個(gè)基本特征量表示，即幅值m、初相位和角頻率=2p。為了求解上述三個(gè)未知數(shù)，需要建立三個(gè)獨(dú)立方程。利用三個(gè)不同時(shí)刻的采樣值可以建立式（1）所示的方程組。

式中：為采樣間隔；i為t時(shí)刻的采樣值。求解上述方程組，可確定正弦函數(shù)的三個(gè)基本特征量，說明只需要三個(gè)采樣值就能得到包括幅值m在內(nèi)的正弦函數(shù)的全部特征量。

對(duì)于電力系統(tǒng)而言，由于其頻率波動(dòng)較小，因此可認(rèn)為信號(hào)頻率為已知，這樣待求未知特征量就減少為兩個(gè)，只需要兩個(gè)不同時(shí)刻的采樣值就能求得幅值和相位，這種特征量計(jì)算方法稱為采樣值積算法，依靠?jī)蓚€(gè)不同時(shí)刻采樣值的算法稱為兩采樣值積算法[17]，依靠三個(gè)不同時(shí)刻采樣值的算法稱為三采樣值積算法。下面以兩采樣值積算法為例加以說明。

取式（1）中前兩個(gè)等式，將兩式相加得

式中，s為采樣周期。

將兩式相減得

將式（2）、式（3）分別取平方后再相加可得

式（4）中，采樣間隔和采樣周期s在采樣率固定時(shí)為常數(shù)，相應(yīng)三角函數(shù)可提前算出，不會(huì)帶來過大的計(jì)算量。式（4）表明，利用當(dāng)前時(shí)刻采樣值i和間隔個(gè)采樣點(diǎn)的歷史采樣值i-，即可獲得信號(hào)幅值，顯然值越小，計(jì)算幅值的時(shí)間窗越短。

下面以20Hz正弦信號(hào)為例，分析不同值及信號(hào)初相位下兩采樣值積算法計(jì)算信號(hào)幅值的響應(yīng)。

采用式（5）所示的正弦信號(hào)，其信號(hào)初相位可任意設(shè)置。

式中，為被采樣信號(hào)。采用1 200Hz作為信號(hào)采樣率，信號(hào)初相位a 設(shè)為0°，式（4）中采樣間隔K分別取2、3、4、5，以第60采樣點(diǎn)時(shí)刻作為y信號(hào)觸發(fā)時(shí)刻，可得到圖1所示不同K值下的幅值曲線。圖1中，y為被采樣信號(hào)，僅顯示1/2周波。

信號(hào)初相位設(shè)為90°，式（4）中采樣間隔分別取2、3、4、5，可得到圖2所示不同值下的幅值曲線。

由圖1和圖2可知，兩采樣值積算法能夠準(zhǔn)確計(jì)算出被采樣信號(hào)的有效值，并且采樣間隔值越小，計(jì)算出穩(wěn)態(tài)有效值的速度越快，值表征了采樣值積算法計(jì)算穩(wěn)態(tài)幅值的最短時(shí)間窗。另一方面，在信號(hào)突變時(shí)刻，采樣值積算法在其必要時(shí)間窗之前將計(jì)算出不穩(wěn)定的異常幅值，并且異常幅值大小與值和信號(hào)初相位都有關(guān)，值選取得大，雖然計(jì)算出穩(wěn)態(tài)幅值需要更長(zhǎng)時(shí)間，但不穩(wěn)定區(qū)間內(nèi)異常幅值偏離真實(shí)值相對(duì)更小。其他值或信號(hào)初相位的測(cè)試均能得出以上結(jié)論，本文不再贅述?？紤]到采樣值積算法在波形突變時(shí)刻將計(jì)算出不穩(wěn)定的幅值，實(shí)際應(yīng)用時(shí)可適當(dāng)延時(shí)，以躲過不穩(wěn)定時(shí)間窗、提高算法的可靠性。

圖2 a =90°時(shí)不同K值下的幅值曲線

2.2 與半波積分算法比較

半波積分算法是微機(jī)保護(hù)常用的特征量算法，時(shí)間窗僅需半個(gè)周波，計(jì)算量相對(duì)小，在現(xiàn)有微機(jī)繼電保護(hù)中獲得廣泛應(yīng)用。下面以典型的電力系統(tǒng)故障短路電流作為輸入，對(duì)比兩采樣值積算法與半波積分算法的響應(yīng)情況。

由電力系統(tǒng)故障分析理論可知，無窮大系統(tǒng)發(fā)生接地短路故障后，若忽略負(fù)荷電流的影響，則短路電流的解析表達(dá)式為

式中：為短路電流瞬時(shí)值；為時(shí)間；為角頻率；m為短路電流穩(wěn)態(tài)幅值；為電源合閘角與故障阻抗角的相位差；為非周期分量衰減時(shí)間常數(shù)。

設(shè)短路電路穩(wěn)態(tài)有效值為1A，系統(tǒng)頻率20Hz，衰減時(shí)間常數(shù)取0.1s。采用式（4）的兩采樣值積算法并取采樣間隔為5，另外為提高可靠性，本文對(duì)兩采樣值積算法設(shè)置8個(gè)采樣點(diǎn)的延時(shí)，以躲開故障起始時(shí)刻的不穩(wěn)定時(shí)間窗。同時(shí)，考慮到非周期分量的存在，采用前置差分濾波算法削弱非周期分量對(duì)采樣值積算法及半波積分算法的影響。

以第60采樣點(diǎn)作為故障觸發(fā)時(shí)刻。當(dāng)故障相位差=0°時(shí)，兩采樣值積算法和半波積分算法對(duì)比如圖3所示。從圖3可以看出，此時(shí)短路電流中無非周期分量，短路后直接進(jìn)入穩(wěn)態(tài)。雖然兩采樣值積算法幅值輸出設(shè)置了采樣延時(shí)以躲過不穩(wěn)定時(shí)間窗，但仍比半波積分算法更快得出短路電流有效值，提前了約20ms。

圖3 q =0°時(shí)兩采樣值積算法和半波積分算法對(duì)比

當(dāng)故障相位差=-90°時(shí)，短路電流中非周期分量最大，兩采樣值積算法和半波積分算法對(duì)比如圖4所示。短路電流在短路后半個(gè)周波達(dá)到最大值，而由于非周期分量的存在，使得計(jì)算有效值以真值為中心軸作小幅擺動(dòng)，相較于半波積分算法，采樣值積算法依然表現(xiàn)出了良好的性能。

圖4 q =-90°時(shí)兩采樣值積算法和半波積分算法對(duì)比

由圖3和圖4可見，故障發(fā)生后，兩采樣值積算法相較于半波積分算法，能以更短的時(shí)間窗提取出故障特征量，因此在進(jìn)行故障特征判斷時(shí)，采樣值積算法在速動(dòng)性方面具有明顯優(yōu)勢(shì)。其他故障角度的計(jì)算結(jié)果均支持上述結(jié)論，本文不再贅述。

2.3 基于采樣值積算法的低頻母線保護(hù)判據(jù)

下面以20Hz低頻系統(tǒng)為研究對(duì)象，說明基于采樣值積算法的母線保護(hù)新判據(jù)。

對(duì)于50Hz交流系統(tǒng)，繼電保護(hù)相關(guān)規(guī)范要求采樣率不低于1 000Hz，在滿足采樣定理的前提下，考慮嵌入式系統(tǒng)的計(jì)算能力，本文選擇1 200Hz作為20Hz低頻交流系統(tǒng)的繼電保護(hù)采樣率。

為進(jìn)一步降低計(jì)算量，并盡可能保證繼電保護(hù)的速動(dòng)性，將式（4）中的兩采樣值間隔設(shè)置為5個(gè)采樣中斷，可計(jì)算出電流有效值為

式中：i為t時(shí)刻的采樣瞬時(shí)值；I為t時(shí)刻采樣有效值。

計(jì)算式（7）所需的時(shí)間窗為6個(gè)采樣周期，對(duì)于20Hz的周期信號(hào)耗時(shí)約5ms，可以簡(jiǎn)單、快速地計(jì)算出電氣量有效值。

微機(jī)母線保護(hù)在離散采樣得到母線電壓、各支路電流的瞬時(shí)值后，可利用式（7）計(jì)算出母線電壓、支路電流的有效值；將各支路電流采樣值按其差動(dòng)構(gòu)成疊加可得到差流瞬時(shí)值，然后利用式（7）可計(jì)算出差流有效值。

假設(shè)參與差動(dòng)計(jì)算的支路數(shù)為，時(shí)刻支路瞬時(shí)采樣值為i_k，則差流瞬時(shí)值為

根據(jù)式（7）可得差流有效值為

時(shí)刻支路有效值為

將各支路電流有效值累加得到制動(dòng)電流有效值為

必須指出，采樣值積算法計(jì)算式基于理想正弦波推導(dǎo)得出，而對(duì)于實(shí)際的電力系統(tǒng)，除工頻分量外，其故障電流、電壓中通常含有復(fù)雜的故障分量，如非周期分量和各次諧波分量，有學(xué)者提出多種數(shù)字濾波算法[18-21]。實(shí)際上，目前微機(jī)繼電保護(hù)算法通?；诠ゎl分量推導(dǎo)得出，再輔以適當(dāng)?shù)拇胧┙鉀Q非工頻分量的干擾，從而形成具備工程應(yīng)用價(jià)值的實(shí)用算法。例如，對(duì)于非周期分量，通常采用差分算法近似地將直流分量濾除，但由于衰減時(shí)間常數(shù)不盡相同，時(shí)間常數(shù)越小直流分量衰減得越快，差分濾除效果也就越差；對(duì)于諧波分量，對(duì)動(dòng)作速度有較高要求的保護(hù)元件，例如突變量差動(dòng)保護(hù)，無法完全濾除諧波分量，對(duì)動(dòng)作速度要求不高的保護(hù)元件，通常可使用傅里葉算法等濾除諧波分量，提取出工頻分量。

為進(jìn)一步提高采樣值積算法的可靠性，本文采用瞬時(shí)值判據(jù)作為采樣值積算法的輔助判據(jù)，即當(dāng)差流瞬時(shí)值達(dá)到差動(dòng)啟動(dòng)門檻值之上時(shí)才認(rèn)為發(fā)生了故障。

假設(shè)差流波形為正弦波，P取值為1，以0°作為故障差流起始角，故障差流波形如圖5所示。在故障角度達(dá)到45°時(shí)，差流瞬時(shí)值越過啟動(dòng)門檻值。實(shí)際繼電保護(hù)定值整定計(jì)算中，差動(dòng)啟動(dòng)定值一般考慮最小故障電流時(shí)仍有一定的靈敏度，因此實(shí)際故障時(shí)，瞬時(shí)值判據(jù)的動(dòng)作速度會(huì)更快。

互感器飽和是母線保護(hù)無法回避的問題，本文著重于如何更快地提取出故障特征量，可靠地識(shí)別出故障，對(duì)于電流互感器飽和的識(shí)別與防誤，可繼續(xù)沿用現(xiàn)有成熟的保護(hù)判據(jù)，如時(shí)差法或波形識(shí)別法[22-24]等。

綜上，基于采樣值積算法的低頻母線差動(dòng)保護(hù)判據(jù)為

式中：D為差動(dòng)電流有效值；R為制動(dòng)電流有效值；d為差動(dòng)電流瞬時(shí)值；set為差動(dòng)保護(hù)啟動(dòng)電流定值；為比率制動(dòng)系數(shù)，推薦取值0.3～0.8。

3 動(dòng)模驗(yàn)證

為驗(yàn)證本文保護(hù)算法的有效性，基于實(shí)時(shí)數(shù)字仿真器（real time digital simulator, RTDS）系統(tǒng)，搭建如圖6所示的測(cè)試系統(tǒng)。測(cè)試系統(tǒng)由工頻變壓器、交流變頻器、低頻變壓器及低頻輸電線路組成，低頻輸電系統(tǒng)額定頻率為20Hz。設(shè)置F1為低頻母線區(qū)內(nèi)故障點(diǎn)，設(shè)置F2為低頻輸電線路區(qū)內(nèi)即母線區(qū)外故障點(diǎn)。

圖6 測(cè)試系統(tǒng)

主變參數(shù)見表1。分別模擬母線區(qū)內(nèi)、外各種類型的短路故障，測(cè)試結(jié)果見表2，其中A、B、C分別為故障相別，N表示接地故障，如AN表示A相接地故障，AB表示A相、B相相間短路故障。

表1 主變參數(shù)

表2 測(cè)試結(jié)果

以A相接地短路故障為例，故障持續(xù)時(shí)間約100ms，區(qū)內(nèi)故障錄波如圖7所示，區(qū)外CT飽和故障錄波如圖8所示。

圖7 區(qū)內(nèi)故障錄波

圖8 區(qū)外CT飽和故障錄波

測(cè)試結(jié)果表明，本文所述低頻母線保護(hù)新判據(jù)能夠保證母線區(qū)內(nèi)故障時(shí)可靠動(dòng)作、區(qū)外故障時(shí)可靠不動(dòng)作，并且區(qū)內(nèi)故障的切除時(shí)間小于20ms，滿足母線保護(hù)可靠性及速動(dòng)性的要求。

4 結(jié)論

本文從母線保護(hù)出發(fā)，探討繼電保護(hù)設(shè)備應(yīng)用于低頻電力系統(tǒng)的適應(yīng)性改造，基于采樣值積算法，提出了低頻母線保護(hù)新判據(jù)，判據(jù)利用采樣值積算法結(jié)合差流瞬時(shí)值，能夠快速識(shí)別出區(qū)內(nèi)故障。動(dòng)模驗(yàn)證表明，本文提出的低頻母線保護(hù)新判據(jù)具有良好的保護(hù)性能，能夠應(yīng)用于低頻電力系統(tǒng)母線保護(hù)，依據(jù)該判據(jù)開發(fā)的低頻母線保護(hù)裝置已有工程應(yīng)用。需要指出的是，本文所述保護(hù)算法經(jīng)適當(dāng)改造后亦可應(yīng)用于低頻變壓器、低頻輸電線路等低頻設(shè)備的二次保護(hù)，在低頻輸變電系統(tǒng)中具有廣闊的應(yīng)用前景。

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Research on bus differential protection criterion applied to low frequency power system

DING Jie1,2Lü Hang1,2WANG Fengguang1,2GONG Xiao1,2ZHAO Guoyong1,2

(1. NR Electric Co., Ltd, Nanjing 211102; 2. NARI Group Corporation (State Grid Electric Power Research Institute), Nanjing 211106)

With the rapid development of clean energy, new energy combined with flexible low frequency AC power transmission has become a new development direction. In order to meet the engineering application requirements of low frequency AC power system, adaptability research must be carried out for conventional AC relay protection. Starting from the busbar protection, this paper discusses the existing busbar protection principle, and analyzes the influence of different sampling intervals on the result of sample value product algorithm. For 20Hz low frequency power system, a new criterion for low frequency bus differential protection is proposed based on the sample value product algorithm. The fault characteristic quantity is quickly calculated based on sample value product algorithm, and the reliability of fault judgment is guaranteed by combining with instantaneous value criterion. The simulation results show that the low frequency busbar protection based on the new criterion can meet the requirements of the existing technical specifications for the reliability and speed of busbar protection. The whole fault clear time is less than 20ms for faults within the busbar area, and the low frequency busbar protection does not operate for faults outside the busbar area.

new energy; low-frequency power system; busbar protection; sample value product algorithm; speed

2023-08-10

2023-09-09

丁 杰（1985—），男，江蘇省徐州市人，碩士，高級(jí)工程師，主要研究方向?yàn)槔^電保護(hù)專業(yè)的產(chǎn)品研制與開發(fā)。