CN102721900B - 一种配网运行故障方向检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种配网运行故障方向检测方法，包括：采样开关的电流信息，计算采样得到的电流信息在不同时刻的归一化角度值，计算相邻配电终端相同时刻所采样计算得到的电流信息的归一化角度值的差值△φ，差值△φ和角度比较阈值A的比较判断等步骤。本发明具有原理简单、计算量小、适用面广、易于实现，由于不需要在配电网的每个开关节点配置电压互感器，因此节省了系统建设投资和维护的费用，同时解决了馈线增加电压互感器所带来的电磁谐振等问题。
Description
技术领域
本发明涉及配网故障检测分析技术，具体为一种配网运行故障方向检测方法。
背景技术
由于闭环运行的配电网络中实现馈线自动化需要知道故障时各个开关的功率方向并结合网络拓扑才有可能判断出故障的区段，现在功率方向的测量方法是在配电线上需要检测的位置加装电压互感器/传感器，然后同时测量电压、电流信号计算出功率方向。由于配电需监测的点多，需要安装大量电压互感器，导致成本非常高；加装的电压互感器，增加了接线和校正角度的工作量，同时新增的电压互感器改变了配电一次网络的电气参数，易导致电磁谐振等过电压问题，推广应用难度大。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种原理简单、计算量小、适用面广、易于实现、建设成本低的配网运行故障方向检测方法。
本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种配网运行故障方向检测方法，包括以下步骤：（1）在配电线上分散设置配电终端，用于分别采样开关的电流信息；（2）计算采样得到的电流信息在不同时刻的归一化角度值；（3）故障发生后，计算相邻配电终端相同时刻所采样计算得到的电流信息的归一化角度值的差值△φ；（4）设定一角度比较阈值A，当差值△φ的绝对值不大于角度比较阈值A时，判断该相邻配电终端所采样的开关所经过的故障电流相对方向为同方向，故障不在此两个开关之间的配电线区段上，否则判断此两个开关所经过的故障电流相对方向为反方向，故障在这两个开关之间的配电线区段上。
优选的是，所述角度比较阈值A为30度。
优选的是，配电终端采样开关的电流信息时在电流信息上加上时间戳。
优选的是，电流信息所加上的时间戳为纳秒精度。
优选的是，配电终端采用IEEE1588协议进行时间同步。
优选的是，配电终端每隔1秒对时一次。
优选的是，步骤（2）中计算的是t整毫秒时刻的归一化角度值φt，其中t=0、1、2……。
优选的是，配电终端内设有过流定值Izd，采样得到的开关电流信息大于过流定值Izd时，基于此开关电流信息所判断的故障电流相对方向才有效。
本发明的有益效果是：本发明通过计算分析相邻配电终端所采样计算的电流信息角度值的差值，实现了故障电流是否为同方向的判断，进一步可判断出配电故障点所在区段，其具有原理简单、计算量小、适用面广、易于实现，由于不需要在配电网的每个开关节点配置电压互感器，因此节省了系统建设投资和维护的费用，同时解决了馈线增加电压互感器所带来的电磁谐振等问题。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式进行进一步的说明：
图1为本发明的应用实施例图示。
具体实施方式
本发明的配网运行故障方向检测方法用于检测配网故障时故障所处位置的方向，并可以进一步判断故障所处的具体区段。下面参照图1的应用实施例对本发明的检测步骤和原理进行具体说明。
步骤（1），在配电线上分散设置配电终端，用于分别采样开关的电流信息。在图1中，电源1和电源2之间的配电线的两端设有断路器CB1、CB2，CB1和CB2之间设置有开关FS1、FS2、……、FS5等，断路器和开关上都设有配电终端FTU，此配电终端用于与馈线主站系统通信，提供配电系统运行控制及管理所需的数据，执行主站给出的对配电设备的控制调节指令，以实现馈线自动化的各项功能。在本发明的控制方法中，其用于采样开关的电流信息并对电流信息进行判断比较，判断故障电流方向，并将判断结果送到主站系统中进行处理。配电终端与主站系统的通信可以通过通信网实现。
本发明配电终端采用IEEE1588协议进行时间同步，主站系统内设置有IEEE1588同步服务器，各个配电终端共享与主站通信的网络接口与时间服务器，能够实现误差不大于±50us的时间同步。为了一直保持时间同步，配电终端每隔1秒对时一次，保证终端与主时钟的对时误差在±50us内。
为了便于比较，配电终端采样开关的电流信息时在电流信息上加上纳秒精度的时间戳。
步骤（2），计算采样得到的电流信息在不同时刻的归一化角度值，此角度值的大小为0～360°，一般地，此步骤中计算的是t整毫秒时刻的归一化角度值φt，其中t=0、1、2……。采样时刻（晶振偏差等）与整毫秒之间存在偏差，无法对齐，这种偏差通过软件补偿加以消除。
步骤（3），故障发生后，计算相邻配电终端相同时刻所采样计算得到的电流信息的归一化角度值的差值△φ。当配置有时间戳时，所谓相同时刻即指电流信息的时间戳相同或基本相同。如图1所示，故障未发生时，开关FS1和FS2的电流都可以表示为 Asin（2πf*t+θ），某一时刻t它们两者的电流角度值差值△φ=φt2-φt1=2πf*tk2+θ2-2πf*tk1-θ1=2πf*（tk2- tk1）+（θ2-θ1）。同一条配电线频率是一样的，配电区域内两个相邻开关的距离一般小于15km，因此故障电流传输延迟导致的角度差异可以忽略θ2-θ1≈ 0；由于对时误差在±50us，即|tk2- tk1|＜50us，对于50Hz信号对应的角差＜0.9°；即△φ≈ 0°。当故障发生时，假设开关FS2和FS3的故障电流不同向，某一时刻t它们来的电流角度值差值△φ按照上述的计算方法在忽略其他因素影响的情况下可以算得△φ的值约为180°。即故障电流同向和不同向是电流信息角度值的差值的差异是十分巨大的，基于此差值的大小进行判断可以有效地判断故障电流的方向。
另外，为了方便地判断故障是否发生，配电终端内设有过流定值Izd，采样得到的开关电流信息大于过流定值Izd时，基于此开关电流信息所判断的故障电流相对方向才有效。此过流定值Izd用于故障判断用，其值应该设成较大的值。过流定值Izd的设置还可以避免电流量较小时所产生较大的计算误差，确保判断结果正确。
步骤（4），设定一角度比较阈值A，当差值△φ的绝对值不大于角度比较阈值A时，判断该相邻配电终端所采样的开关所经过的故障电流相对方向为同方向，故障不在此两个开关之间的配电线区段上，否则判断此两个开关所经过的故障电流相对方向为反方向，故障在这两个开关之间的配电线区段上。上述角度比较阈值A应该根据具体的配网系统进行设置，理想状态下两个开关同向流过同一故障电流时它们的角度差值应为0°，两个开关反向流过不同的故障电流时它们的角度差值应为180°，但受到对时误差、传输距离、输入量等影响，计算所得的角度差值一般与理想角度差值有差异，因此此阈值A应根据具体的配网系统进行设置。对于普通的配网系统，阈值A适合设为30度。相邻开关的角度值差值不大于30度时判断为同方向，故障不在这两个开关之间的配电线区段上，大于30度时判断为反方向，故障发生在这两个开关之间的配电线区段上。如图1所示，当FS1和FS2上的故障电流方向判断为同向，FS2和FS3上的故障电流判断为反向时，故障F1可以判断为处于FS2和FS3之间的配电线区段上。
本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，只要其以基本相同的手段达到本发明的技术效果，都应属于本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种配网运行故障方向检测方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）在配电线上分散设置配电终端，配电终端采用IEEE1588协议进行时间同步，用于分别采样开关的电流信息；
（2）计算采样得到的电流信息在不同时刻的归一化角度值；
（3）故障发生后，计算相邻配电终端相同时刻所采样计算得到的电流信息的归一化角度值的差值△φ；
（4）设定一角度比较阈值A，当差值△φ的绝对值不大于角度比较阈值A时，判断该相邻配电终端所采样的开关所经过的故障电流相对方向为同方向，故障不在此两个开关之间的配电线区段上，否则判断此两个开关所经过的故障电流相对方向为反方向，故障在这两个开关之间的配电线区段上。
2.根据权利要求1所述的一种配网运行故障方向检测方法，其特征在于所述角度比较阈值A为30度。
3.根据权利要求1所述的一种配网运行故障方向检测方法，其特征在于配电终端采样开关的电流信息时在电流信息上加上时间戳。
4.根据权利要求3所述的一种配网运行故障方向检测方法，其特征在于电流信息所加上的时间戳为纳秒精度。
5.根据权利要求1所述的一种配网运行故障方向检测方法，其特征在于配电终端每隔1秒对时一次。
6.根据权利要求1所述的一种配网运行故障方向检测方法，其特征在于步骤（2）中计算的是t整毫秒时刻的归一化角度值φt，其中t=0、1、2……。
7.根据权利要求1所述的一种配网运行故障方向检测方法，其特征在于配电终端内设有过流定值Izd，采样得到的开关电流信息大于过流定值Izd时，基于此开关电流信息所判断的故障电流相对方向才有效。
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