一种基于进相速率检测判据的调相机失磁保护方法和装置与流程

本发明涉及电气技术电力系统及其自动化继电保护技术领域，并且更具体地，涉及一种基于进相速率检测器的调相机失磁保护方法和装置。

背景技术

近年来，随着直流输电、新能源、大电网、特高压等技术的发展以及电力电子设备大量应用，电网运行特性变化很大，系统所需无功日渐增多，需解决电网的无功与电压问题，加强无功功率补偿及调节能力。同步调相机是专用无功功率源，能够全面提升系统动态无功储备，可解决受端电网动态无功不足、弱送端电网短路容量支撑不足等各种类型的电压稳定问题，加强系统的电压支撑和运行灵活性。同步调相机与svc、statcom等基于电力电子技术的动态无功补偿装置相比，既为系统提供短路容量，又具有更好的无功出力特性，在降低直流送端暂态过电压、抑制直流受端换相失败、利用强励提高系统稳定性等方面具备独特优势。

目前同步调相机失磁保护配置两段式保护，保护i段为进相无功功率与系统低电压构成与逻辑，进相无功功率低于i段定值且系统电压低于电压定值，则保护出口动作，隔离同步调相机；保护ii段为进相无功功率与励磁低电压构成与逻辑，进相无功功率低于ii段定值且励磁电压低于定值，则保护出口动作，隔离同步调相机。但当系统高电压情况下调相机正常调节时，现有失磁保护可能误动，切除同步调相机。为了避免正常调节时误切调相机，必须配置高可靠性的调相机失磁保护。

技术实现要素：

本发明的目的在于解决现有调相机失磁保护在正常调节时误动的问题，提出了一种基于进相速率检测器的调相机失磁保护方法，具体方案是，包括：

步骤一，获取判断定子逆向调节判据、转子逆向调节判据、进相速率检测判据、定子高电压调节判据和转子高电压调节判据的所需值；

步骤二，判断定子逆向调节判据和转子逆向调节判据是否动作；

定子逆向调节判据

其中，e为定子内电势相量有效值的标幺值，ust为系统电压有效值的标幺值，c为反比系数，δm为平移系数，

a2为逆向偏移系数，

λ1为转折电压，λ2为最大电压，h为高门槛系数，l为低门槛系数；

转子逆向调节判据

其中，ur为励磁电压的标幺值；

当0＜ust＜λ1，判断定子逆向调节判据，比较e与h+δm的大小；

若e≤h+δm，则进入判断转子逆向调节判据，比较ur与h+δm的大小，若ur≤h+δm，则经延时时间t保护动作出口；否则，保护返回；

若e＞h+δm保护返回；

当λ2＜ust，判断定子逆向调节判据，比较e与l-δm的大小；

若e≤l-δm，判断转子逆向调节判据，比较ur与l-δm的大小，若ur≤l-δm，则经延时时间t保护动作出口；否则，保护返回；

e＞l-δm，保护返回；

当λ1≤ust≤λ2，判断定子逆向调节判据，比较e与的大小；

若则进入判断转子逆向调节判据，

比较ur与的大小，

若则经延时时间t保护动作出口；否则进入步骤三；

若e大于进入步骤三；

步骤三，判断进相速率检测判据、定子高电压调节判据和转子高电压调节判据是否动作；进相速率检测判据包括：

进相检测判据：e＜1(4)

定子速率判据：

转子速率判据：

闭锁判据：δust≥ulock

k1、k2为分段斜率；k1为δust大于0时的分段斜率，k2为δust小于0时的分段斜率，

xset为速率门槛值；

ulock为闭锁门槛值；

定子高电压调节判据

转子高电压调节判据

式中，a1为高电压偏移系数，

(1)判断进相速率检测器闭锁判据，若δust≥ulock，则保护返回；否则，进入步骤

(2)判断进相速率检测器进相检测判据，比较e与1的大小，若e＜1，则进入步骤；否则保护返回；

(3)若δust≥0，则进入(4)；否则，进入步骤(6)；

(4)判断进相速率检测器转子速率判据，比较与k1×δust+xset的大小，若则判据结果展宽t1，进入步骤(5)；否则保护返回；

(5)判断进相速率检测器定子速率判据，比较与k1×δust+xset的大小，若则判据结果展宽t2，进入步骤(8)；否则保护返回；

(6)判断进相速率检测器转子速率判据，比较与k2×δust+xset的大小，若则判据结果展宽t1，进入步骤(7)；否则保护返回；

(7)判断进相速率检测器定子速率判据，比较与k2×δust+xset的大小，若则判据结果展宽t2，进入步骤(8)；否则保护返回；

(8)判断定子高电压调节判据，比较e与的大小，若则进入步骤(9)；否则，保护返回；

(9)判断转子高电压调节判据，比较ur与的大小，若则经延时t保护动作出口；否则保护返回。

可选的，所需值包括：调相机定子内电势定子内电势相量有效值的标幺值定子内电势变化量励磁电压标幺值ur＝urp/ur0、励磁电压变化量系统电压有效值的标幺值和系统电压变化量

为调相机机端电压相量，为调相机机端电流相量，xd为调相机直轴同步电抗；j为常数，ub为调相机机端额定电压，为δt1时间间隔之前的定子内电势的有效值的标幺值，urp为调相机励磁电压，ur0为调相机空载励磁电压，为δt2时间间隔之前的励磁电压的标幺值，为系统电压相量，usb为系统额定电压，为δt3时间间隔之前的系统电压的有效值的标幺值，δt1，δt2和δt3为一定的时间间隔。

可选的，定子逆向调节判据和转子逆向调节判据采用一个“与”门逻辑；所述的进相速率检测器、定子高电压调节判据和转子高电压调节判据采用一个“与”门逻辑，两个“与”门逻辑结果再经“或”门逻辑后经延时t出口。

可选的，转子速率判据动作后展宽t1时间与定子速率判据、进相检测判据和经“非门”的闭锁判据采用“与门”逻辑，出口后再展宽t2时间。

可选的，λ1<λ2。

可选的，高门槛系数h和低门槛系数l，h、l随着失磁前调相机运行工况不同而变化。

可选的，k1、k2为分段斜率，k1<k2。

可选的，δt1＞δt2。

本发明还提供一种基于进相速率检测判据的调相机失磁保护装置，其特征在于，包括：计算模块、定子和逆子逆向调节判据模块和进相速率检测判据模块；

计算模块；

获取判断定子逆向调节判据、转子逆向调节判据、进相速率检测判据、定子高电压调节判据和转子高电压调节判据的所需值；计算模块将获取的所需值输入到判断定子逆向调节判据和转子逆向调节判据模块；

判断定子逆向调节判据和转子逆向调节判据模块；

判断定子逆向调节判据和转子逆向调节判据是否动作；

定子逆向调节判据

其中，e为定子内电势相量有效值的标幺值，ust系统电压有效值的标幺值，c为反比系数，δm为平移系数，

a2为逆向偏移系数，

λ1为转折电压，λ2为最大电压，h为高门槛系数，l为低门槛系数；

转子逆向调节判据其中，ur为励磁电压的标幺值；

当0＜ust＜λ1，判断定子逆向调节判据，比较e与h+δm的大小；

若e≤h+δm，则进入判断转子逆向调节判据，比较ur与h+δm的大小，若ur≤h+δm，则经延时时间t保护动作出口；否则，保护返回；

若e＞h+δm保护返回；

当λ2＜ust，判断定子逆向调节判据，比较e与l-δm的大小；

若e≤l-δm，判断转子逆向调节判据，比较ur与l-δm的大小，若ur≤l-δm，则经延时时间t保护动作出口；否则，保护返回；

e＞l-δm，保护返回；

当λ1≤ust≤λ2，判断定子逆向调节判据，比较e与的大小；若则进入判断转子逆向调节判据，比较ur与的大小，

若则经延时时间t保护动作出口；否则进入步骤三；

若进入步骤三；

判断进相速率检测判据、定子高电压调节判据和转子高电压调节判据模块；

判断进相速率检测判据、定子高电压调节判据和转子高电压调节判据是否动作；进相速率检测判据包括：

进相检测判据：e＜1

定子速率判据：

转子速率判据：

闭锁判据：δust≥ulock

k1、k2为分段斜率；k1为δust大于0时的分段斜率，k2为δust小于0时的分段斜率，

xset为速率门槛值；

ulock为闭锁门槛值；

定子高电压调节判据

转子高电压调节判据

式中，a1为高电压偏移系数，

(1)判断进相速率检测器闭锁判据，若δust≥ulock，则保护返回；否则，进入步骤(2)

(2)判断进相速率检测器进相检测判据，比较e与1的大小，若e＜1，则进入步骤(3)；否则保护返回；

(3)若δust≥0，则进入(4)；否则，进入步骤(6)；

(4)判断进相速率检测器转子速率判据，比较与k1×δust+xset的大小，若则判据结果展宽t1，进入步骤(5)；否则保护返回；

(5)判断进相速率检测器定子速率判据，比较与k1×δust+xset的大小，若则判据结果展宽t2，进入步骤(8)；否则保护返回；

(6)判断进相速率检测器转子速率判据，比较与k2×δust+xset的大小，若则判据结果展宽t1，进入步骤(7)；否则保护返回；

(7)判断进相速率检测器定子速率判据，比较与k2×δust+xset的大小，若则判据结果展宽t2，进入步骤(8)；否则保护返回；

(8)判断定子高电压调节判据，比较e与的大小，若则进入步骤(9)；否则，保护返回；

(9)判断转子高电压调节判据，比较ur与的大小，若则经延时t保护动作出口；否则保护返回。

可选的，所需值包括，调相机定子内电势定子内电势相量有效值的标幺值定子内电势变化量励磁电压标幺值ur＝urp/ur0、励磁电压变化量系统电压有效值的标幺值和系统电压变化量

为调相机机端电压相量，为调相机机端电流相量，xd为调相机直轴同步电抗；j为常数，ub为调相机机端额定电压，为δt1时间间隔之前的定子内电势的有效值的标幺值，urp为调相机励磁电压，ur0为调相机空载励磁电压，为δt2时间间隔之前的励磁电压的标幺值，为系统电压相量，usb为系统额定电压，为δt3时间间隔之前的系统电压的有效值的标幺值，δt1，δt2和δt3为一定的时间间隔。

可选的、定子逆向调节判据和转子逆向调节判据采用一个“与”门逻辑；所述的进相速率检测器、定子高电压调节判据和转子高电压调节判据采用一个“与”门逻辑，两个“与”门逻辑结果再经“或”门逻辑后经延时t出口。

可选的、转子速率判据动作后展宽t1时间与定子速率判据、进相检测判据和经“非门”的闭锁判据采用“与门”逻辑，出口后再展宽t2时间。

可选的、λ1<λ2。

可选的、高门槛系数h和低门槛系数l，h、l随着失磁前调相机运行工况不同而变化。

可选的、k1、k2为分段斜率，k1<k2。

可选的、δt1＞δt2。

本发明的优点在于，本发明在系统电压静态调节过程中，转子逆向调节判据、定子逆向调节判据、转子高电压调节判据、定子高电压调节判据和进相速率检测判据可靠不动作，从而失磁保护可靠不误动。

本发明在系统电压动态调节过程中，转子逆向调节判据和定子逆向调节判据不动作，闭锁判据动作，从而进相速率检测器可靠不动作，从而失磁保护可靠不误动。

调相机发生全失磁故障时，定子逆向调节判据和转子逆向调节判据动作，失磁保护可靠动作。

综上，在系统电压正常调节过程中，失磁保护可靠不误动，在系统高电压或低电压情况下调相机发生全失磁故障时，失磁保护可靠动作。

附图说明

图1为本发明一种基于进相速率检测判据的调相机失磁保护方法流程图；

图2为本发明一种基于进相速率检测判据的调相机失磁保护方法动作逻辑图；

图3为本发明一种基于进相速率检测判据的调相机失磁保护方法进相速率检测判据动作逻辑图；

图4为本发明一种基于进相速率检测判据的调相机失磁保护装置结构图。

具体实施方式

现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。

除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。

图1为本发明一种基于进相速率检测判据的调相机失磁保护方法流程图；图2为本发明一种基于进相速率检测判据的调相机失磁保护方法动作逻辑图；图3为本发明一种基于进相速率检测判据的调相机失磁保护方法进相速率检测判据动作逻辑图；图4为本发明一种基于进相速率检测判据的调相机失磁保护装置结构图。

本发明提供一种基于进相速率检测判据的调相机失磁保护方法，如图1所示，包括：步骤一，获取判断定子逆向调节判据、转子逆向调节判据、进相速率检测判据、定子高电压调节判据和转子高电压调节判据的所需值；所需值包括：调相机定子内电势定子内电势相量有效值的标幺值定子内电势变化量励磁电压标幺值ur＝urp/ur0、励磁电压变化量系统电压有效值的标幺值和系统电压变化量

为调相机机端电压相量，为调相机机端电流相量，xd为调相机直轴同步电抗；j为常数，ub为调相机机端额定电压，为δt1时间间隔之前的定子内电势的有效值的标幺值，urp为调相机励磁电压，ur0为调相机空载励磁电压，为δt2时间间隔之前的励磁电压的标幺值，为系统电压相量，usb为系统额定电压，为δt3时间间隔之前的系统电压的有效值的标幺值，δt1，δt2和δt3为一定的时间间隔，δt1大于δt2。

步骤二，判断定子逆向调节判据和转子逆向调节判据是否动作；

定子逆向调节判据

其中，e为定子内电势相量有效值的标幺值，ust系统电压有效值的标幺值，c为反比系数，δm为平移系数，

a2为逆向偏移系数，

λ1为转折电压，λ2为最大电压，h为高门槛系数，l为低门槛系数；转折电压λ1小于最大电压λ2，h、l随着失磁前调相机运行工况不同而变化。

转子逆向调节判据

其中，ur为励磁电压的标幺值；

当0＜ust＜λ1，判断定子逆向调节判据，比较e与h+δm的大小；

若e≤h+δm，则进入判断转子逆向调节判据，比较ur与h+δm的大小，若ur≤h+δm，则经延时时间t保护动作出口；否则，保护返回；

若e＞h+δm保护返回；

当λ2＜ust，判断定子逆向调节判据，比较e与l-δm的大小；

若e≤l-δm，判断转子逆向调节判据，比较ur与l-δm的大小，若ur≤l-δm，则经延时时间t保护动作出口；否则，保护返回；

e＞l-δm，保护返回；

当λ1≤ust≤λ2，判断定子逆向调节判据，比较e与的大小；

若则进入判断转子逆向调节判据，比较的大小，

若则经延时时间t保护动作出口；否则进入步骤三；

若进入步骤三；

步骤三，判断进相速率检测判据、定子高电压调节判据和转子高电压调节判据是否动作；如图3所示进相速率检测判据包括进相检测判据、定子速率判据、转子速率判据及闭锁判据；转子速率判据动作后展宽t1时间与定子速率判据、进相检测判据和经“非门”的闭锁判据采用“与门”逻辑，出口后再展宽t2时间。

进相检测判据：e＜1(4)

定子速率判据：

转子速率判据：

闭锁判据：δust≥ulock

k1、k2为分段斜率；可选的，k1、k2为分段斜率，k1<k2，k1为δust大于0时的分段斜率，k2为δust小于0时的分段斜率，

xset为速率门槛值；

ulock为闭锁门槛值；

定子高电压调节判据

转子高电压调节判据

式中，a1为高电压偏移系数，

(1)判断进相速率检测判据闭锁判据，若δust≥ulock，则保护返回；否则，进入步骤(2)

(2)判断进相速率检测器进相检测判据，比较e与1的大小，若e＜1，则进入步骤(3)；否则保护返回；

(3)若δust≥0，则进入(4)；否则，进入步骤(6)；

(4)判断进相速率检测判转子速率判据，比较与k1×δust+xset的大小，若则判据结果展宽t1，进入步骤(5)；否则保护返回；

(5)判断进相速率检测判据定子速率判据，比较与k1×δust+xset的大小，若则判据结果展宽t2，进入步骤(8)；否则保护返回；

(6)判断进相速率检测判据转子速率判据，比较与k2×δust+xset的大小，若则判据结果展宽t1，进入步骤(7)；否则保护返回；

(7)判断进相速率检测判据定子速率判据，比较与k2×δust+xset的大小，若则判据结果展宽t2，进入步骤(8)；否则保护返回；

(8)判断定子高电压调节判据，比较e与的大小，若则进入步骤(9)；否则，保护返回；

(9)判断转子高电压调节判据，比较的大小，若则经延时t保护动作出口；否则保护返回。

如图2所示，定子逆向调节判据和转子逆向调节判据采用一个“与”门逻辑；所述的进相速率检测器、定子高电压调节判据和转子高电压调节判据采用一个“与”门逻辑，两个“与”门逻辑结果再经“或”门逻辑后经延时t出口。

本发明还提供一种基于进相速率检测判据的调相机失磁保护装置，如图4所示，包括：计算模块、定子和逆子逆向调节判据模块和进相速率检测判据模块；

计算模块；获取判断定子逆向调节判据、转子逆向调节判据、进相速率检测判据、定子高电压调节判据和转子高电压调节判据的所需值；所需值包括：调相机定子内电势定子内电势相量有效值的标幺值定子内电势变化量励磁电压标幺值ur＝urp/ur0、励磁电压变化量系统电压有效值的标幺值和系统电压变化量

为调相机机端电压相量，为调相机机端电流相量，xd为调相机直轴同步电抗；j为常数，ub为调相机机端额定电压，为δt1时间间隔之前的定子内电势的有效值的标幺值，urp为调相机励磁电压，ur0为调相机空载励磁电压，为δt2时间间隔之前的励磁电压的标幺值，为系统电压相量，usb为系统额定电压，为δt3时间间隔之前的系统电压的有效值的标幺值，δt1，δt2和δt3为一定的时间间隔，δt1＞δt2。计算模块将获取的所需值输入到判断定子逆向调节判据和转子逆向调节判据模块。

判断定子逆向调节判据和转子逆向调节判据模块；

判断定子逆向调节判据和转子逆向调节判据是否动作；

定子逆向调节判据

其中，e为定子内电势相量有效值的标幺值，ust为系统电压有效值的标幺值，c为反比系数，δm为平移系数，

a2为逆向偏移系数，

λ1为转折电压，λ2为最大电压，h为高门槛系数，l为低门槛系数；λ1<λ2，h、l随着失磁前调相机运行工况不同而变化。

转子逆向调节判据

其中，ur为励磁电压变化量；

当0＜ust＜λ1，判断定子逆向调节判据，比较e与h+δm的大小；

若e≤h+δm，则进入判断转子逆向调节判据，比较ur与h+δm的大小，若ur≤h+δm，则经延时时间t保护动作出口；否则，保护返回；

若e＞h+δm保护返回；

当λ2＜ust，判断定子逆向调节判据，比较e与l-δm的大小；

若e≤l-δm，判断转子逆向调节判据，比较ur与l-δm的大小，若ur≤l-δm，则经延时时间t保护动作出口；否则，保护返回；

e＞l-δm，保护返回；

当λ1≤ust≤λ2，判断定子逆向调节判据，比较e与的大小；

若则进入判断转子逆向调节判据，

比较ur与的大小，

若则经延时时间t保护动作出口；否则进入步骤三；

若进入判断进相速率检测判据、定子高电压调节判据和转子高电压调节判据模块；

判断进相速率检测判据、定子高电压调节判据和转子高电压调节判据模块；

判断进相速率检测判据、定子高电压调节判据和转子高电压调节判据是否动作；如图3所示进相速率检测判据包括进相检测判据、定子速率判据、转子速率判据及闭锁判据；转子速率判据动作后展宽t1时间与定子速率判据、进相检测判据和经非门的闭锁判据采用“与门”逻辑，出口后再展宽t2时间。

进相检测判据：e＜1(4)

定子速率判据：

转子速率判据：

闭锁判据：δust≥ulock

k1、k2为分段斜率；可选的，k1、k2为分段斜率，k1<k2，k1为δust大于0时的分段斜率，k2为δust小于0时的分段斜率，

xset为速率门槛值；

ulock为闭锁门槛值；

定子高电压调节判据

转子高电压调节判据

式中，a1为高电压偏移系数，

(1)判断进相速率检测判据闭锁判据，若δust≥ulock，则保护返回；否则，进入步骤(2)

(2)判断进相速率检测判据进相检测判据，比较e与1的大小，若e＜1，则进入步骤(3)；否则保护返回；

(3)若δust≥0，则进入(4)；否则，进入步骤(6)；

(4)判断进相速率检测判据转子速率判据，比较与k1×δust+xset的大小，若则判据结果展宽t1，进入步骤(5)；否则保护返回；

(5)判断进相速率检测判据定子速率判据，比较与k1×δust+xset的大小，若则判据结果展宽t2，进入步骤(8)；否则保护返回；

(6)判断进相速率检测判据转子速率判据，比较与k2×δust+xset的大小，若则判据结果展宽t1，进入步骤(7)；否则保护返回；

(7)判断进相速率检测判据定子速率判据，比较与k2×δust+xset的大小，若则判据结果展宽t2，进入步骤(8)；否则保护返回；

(8)判断定子高电压调节判据，

比较e与的大小，若则进入步骤(9)；否则，保护返回；

(9)判断转子高电压调节判据，

比较ur与的大小，若则经延时t保护动作出口；否则保护返回。

如图2所示，定子逆向调节判据和转子逆向调节判据采用一个“与”门逻辑；所述的进相速率检测器、定子高电压调节判据和转子高电压调节判据采用一个“与”门逻辑，两个“与”门逻辑结果再经“或”门逻辑后经延时t出口。

本发明在系统电压动态调节过程中，转子逆向调节判据和定子逆向调节判据不动作，闭锁判据动作，从而进相速率检测器可靠不动作，从而失磁保护可靠不误动。

调相机发生全失磁故障时，定子逆向调节判据和转子逆向调节判据动作，失磁保护可靠动作。

在系统电压正常调节过程中，失磁保护可靠不误动，在系统高电压或低电压情况下调相机发生全失磁故障时，失磁保护可靠动作。