近年来我国特高压建设快速发展,网络通信技术和非常规互感器技术产生突破并广泛应用于电网与电站自动化系统中,在解决了传统保护面临的一些问题的同时,也给大型发电机差动保护带来了新的挑战。由于大型发电机在电网中地位重要,其对继电保护的要求也更高。保护需要应对新的应用环境下出现的各种新问题,以满足保护的可靠性。论文提出多数字源环境的概念,多数字源环境下保护智能装置(IED)接收网络传输来的过程层采样数据,从保护的角度来看,采样和采样数据不再可控,也不再被某个保护算法自己单独使用,而是全站间隔层IED共享,数据的误差来源比传统情况下更多。

多数字源环境下如何提高保护动作的可靠性以及保护算法如何与采样数据无缝连接,是本文关注的重点,这涉及到多个方面的内容,本文针对发电机差动保护关注的数据采集和传输环节中的采样同步问题、采样传输时延、互感器传变差异问题、保护算法制动性能问题以及保护算法与采样数据接口问题等方面展开了深入研究。多数字源环境下电站采用基于IEEE1588的同步方案是一种同步精度高的优选方案。但IEEE1588同步方案假设同步报文在主从时钟之间传输是对称的,在实际中由于传输的不对称性同样有同步误差的存在,由于多数字源环境下各种误差因素的增多,尽zui大可能的减小同步误差是有实际意义的。

本文提出了基于多次握手方案的改进IEEE1588同步方法,通过主从时钟多次握手,采用*的报文时刻进行同步计算,减小同步时采用的报文其传输不对称的可能性,从而实现了同步的高精度。多数字源环境下采样值报文传输比传统电缆传输信号增加了传输时延,且传输时延有不确定性因素,论文采用了网络演算方法计算采样值传输的zui大时延,并通过设定不同的参数分析了影响报文传输zui大时延的报文优先级差异、网络背景流量差异、低优先级报文zui大长度、网络其它报文占比和网络带宽等因素,为保护确定相关的缓冲区及规划设计相关的通信方案提供了依据。差动保护两侧数据的不平衡误差,是影响差动保护可靠性的重要因素。

论文分析了多数字源环境下的差动保护两侧信号的差异性,建立了不同数字源及信号处理的等效滤波器模型,针对同步误差、互感器传变误差、数据采集处理差异和采样值传输等情况下对差动保护动作性能及相量算法计算的幅值相位影响做了定量分析,采用基于相位-幅值平面的保护算法耐幅值相位误差的分析方法,针对发电机差动保护zui常使用的比率制动差动保护和标积制动差动保护的耐误差性能进行了分析。从差动保护算法角度提高差动保护在误差情况下的可靠性,论文提出了基于暂态拟合制动特性的差动保护算法,算法拟合了互感器饱和时的误差特性,根据CT饱和时差动保护的不平衡电流随时间变化的特征和保护工作点随时间变化的特征,使得制动曲线斜率随时间的变化规律拟合了互感器饱和的暂态过程,实现了保护算法的抗CT饱和误差。

另外,论文从差动保护两侧电流的相似度入手,采用了改进的zui长公共子串算法计算差动保护两侧电流的相似度,根据相似度特征的变化,判断两侧电流之间的关系,改进了差动保护的制动特性,在抗CT饱和引起的幅值相位误差的同时,对于单独的相位偏移式饱和以及同步误差引起的相位差,也有可靠的制动效果。从差动保护算法与采样数据接口的角度,论文提出了基于插值和时标变换的重采样算法,通过该算法在实现采样统一的同时,能够兼顾采样值传输超时和频率偏移情况下的非整周期采样问题,通过算法实现了采样数据与保护算法的无缝连接。针对互感器传变环节及数据处理造成的差动保护两侧信号的差异,论文提出了等效滤波器的概念,将差动保护两侧数据所经历的传变和处理环节分别等效成滤波器,根据等效滤波器的频谱特性采用zui小二乘算法设计相应的后续补偿滤波器进行补偿,通过两侧信号经过统一的处理,减小了幅值相位误差。