基于αβ参考坐标系的距离继电器功率振荡与对称故障检测

《IEEE Transactions on Power Delivery》：Power Swing and Symmetrical Fault Detection for Distance Relay Based on αβ Reference Frame

　　

摘要：

在电力系统保护领域中，电力摆动条件下距离继电器的可靠性能仍然是最重要的关注问题之一。本研究提出了一种新颖的方法，用于在电力摆动条件下提取调制后的电流和电压信号，以实现对称故障检测。该方法的核心是将电压和电流信号从静止 abc 参考系转换到 αβ 参考系。该方法有助于将调制正弦信号转换为简单正弦信号。基于所提方法的 αβ 参考系具有快速且数学上简单等特点，并且易于实际实现。通过两个示例系统的仿真评估了所开发方法的有效性，即单机无穷大系统（SMIB）和新英格兰39节点系统。针对慢速、中速和快速电力摆动条件下的故障位置、故障起始时间和故障电阻等多种仿真场景进行了研究，以检验所提方法的有效性。

1. 引言

距离继电器是保护输电线路的主要设备，其性能在电力摆动条件下可能受到影响。因此，提出一种能够在电力摆动条件下可靠工作的距离继电器对于电力系统的安全和可靠运行至关重要。

2. 电力摆动的定义

电力摆动是发电机之间的相对运动引起的电压和电功率振荡现象。当系统经历大规模扰动（如短路故障、线路跳闸、发电机投入或切除等）时，可能产生电力摆动。根据振荡周期，电力摆动可分为慢速、中速和快速电力摆动。慢速电力摆动的周期通常超过2秒，中速电力摆动的周期在1至2秒之间，而快速电力摆动的周期小于1秒。

3. 电力摆动对距离继电器的影响

电力摆动可能导致距离继电器误动作，从而引发不必要的线路跳闸。这种误动作是由于电力摆动期间阻抗计算值的瞬时变化引起的，而这些变化可能落在继电器的动作区域内。

4. 解决电力摆动期间距离继电器性能问题的现有方法

已提出了多种方法来解决电力摆动期间距离继电器的性能问题。这些方法包括：（1）基于频率的方法；（2）基于阻抗轨迹的方法；（3）基于信号处理的方法；以及（4）基于人工智能的方法。

5. 提出的方法

本研究提出了一种基于将电压和电流信号从静止abc参考系转换到αβ参考系的方法，以在电力摆动条件下提取调制信号。这种方法能够将调制正弦信号转换为简单正弦信号，从而便于对称故障检测。

6. 仿真结果

在单机无穷大系统和新英格兰39节点系统上进行了多种仿真场景的测试，以评估所提方法在慢速、中速和快速电力摆动条件下的有效性。仿真结果表明，所提方法能够准确检测各种电力摆动条件下的对称故障，并显著降低距离继电器的误动作率。

7. 结论

本研究提出了一种新颖的方法，用于在电力摆动条件下提取调制信号以实现对称故障检测。基于αβ参考系的方法具有快速、数学上简单且易于实际实现的特点。仿真结果表明，该方法能够显著提高电力摆动期间距离继电器的性能。