CN108445352A - 面向被保护元件模型的智能配电网故障检测方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种面向被保护元件模型的智能配电网故障检测方法及系统,包括:分别获取智能配电网故障发生后方向元件安装处的测量电压、测量电流;对整定阻抗的幅值及相位进行重新整定并计算工作电压;对工作电压与测量电压进行比相;对各处保护判断结果进行纵联比较确定故障位置。本发明有益效果:本发明所提故障检测和判断方法基本不受DG故障特性的影响,对“被保护对象模型是否完好”这一逻辑结果进行区域纵联比较即可准确判断出故障发生区段;且在无功补偿设备投退或DG的特殊控制策略导致线路等效阻抗性质改变等特殊运行状态下均能保证良好的可靠性与灵敏性。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统继电保护领域,尤其涉及一种面向被保护元件模型的、基于工作电压相位比较的智能配电网故障检测方法及系统。
背景技术
智能配电网中包含类型多样、容量各异的DG或微网。DG接入既改变了传统配电网辐射状结构的基本特征,也给配电网的运行和控制带来诸多影响,其中对传统继电保护装置的影响尤为明显。当智能配电网现有过流保护原理和配置无法满足运行要求时,大多采用电流差动保护原理和装置。但电流差动保护存在多端同步采样、区内故障时受DG特性影响可能导致保护灵敏度不足、对网络拓扑结构和系统运行方式变化适应性不够等问题。
采用纵联比较的保护原理可以达到快速、可靠检测并隔离智能配电网故障的目的。与电流差动保护原理相比,纵联比较保护原理不需要对电气量进行同步采样,对网络拓扑和运行方式变化的适应性更好,只需交互逻辑信息故通信量较小,因此近年来得到了广泛的重视和研究。
纵联比较保护原理所比较的信息一般为故障方向,而故障方向的判定一般由方向元件完成。常用的方向元件包括90°接线功率方向元件、零序(负序)功率方向元件、工频变化量方向元件及行波方向元件等,但智能配电网中电源类型多样,线路结构复杂,传统方向元件难以达到在各种情况下都能正确判断故障方向的目的。
现有技术公开了一种正负序故障分量方向判别方法,该方法通过故障分量得到一类计算阻抗,根据计算阻抗在阻抗平面中的位置与电抗线(在线路阻抗40%处做线路阻抗的垂线而得到)的位置关系,判断故障方向,根据故障类型启动相应的保护。该发明提高了反向元件的动作可靠性,但是仅能应用在运行方式稳定,输电距离较长的输电系统中,在故障特性复杂、负荷投退频繁的智能配电网中判断故障方向存在较大的局限性。
现有技术公开了一种输电线路故障方向计算方法。该方法通过比较故障电流分量与负荷电流分量之间的相位差,判断故障方向。但该方向元件仅能应用在功率单向流动的输电线路,对于含有分布式电源的配电线路,由于分布式电源的接入位置与出力并不固定,因此潮流分布会经常发生变化,导致该方向元件无法正确判断故障方向。
发明内容
本发明为了解决上述问题,提出了一种面向被保护元件模型的智能配电网故障检测方法及系统,不再从分析DG的故障特性入手,而以被保护元件的物理模型为切入点,基于模型的数学约束关系定义适当的物理量,通过分析所定义物理量在模型内部故障与模型外部故障两种情况下的变化规律,判断模型的完好性是否被破坏,并以此作为纵联比较保护的基本信息量构成相应的故障判断方法。
为实现上述目的,本发明的具体方案如下:
本发明公开了一种面向被保护元件模型的智能配电网故障检测方法,包括:
(1)智能配电网故障发生后,线路两端的测量元件分别获取方向元件安装处的测量电压以及流过保护安装处的测量电流;
(2)根据获取的测量电压和测量电流计算工作电压;
(3)对计算的工作电压与测量电压进行相位比较,根据两者的相位关系,判定被保护线路的模型是否被破坏,即模型内部是否发生故障;
(4)对线路两端测量元件的判定结果进行纵联比较,若线路两端的测量元件均判定为模型内部故障,则判定故障位于该段线路内部;若只有一端测量元件判定为模型内部故障,或者线路两端测量元件均判定为模型外部故障,则判定故障位于该段线路外部。
进一步地,根据获取的测量电压和测量电流计算工作电压,具体为:
方向元件安装处的测量电压与工作电压的差值等于流过保护安装处的测量电流与整定阻抗的乘积。
进一步地,所述整定阻抗的幅值等于测量元件所在线路的阻抗与裕量系数的乘积。
进一步地,所述整定阻抗的相角等于测量电压与测量电流的相角差。
进一步地,所述整定阻抗的相角取值范围为如果超出此范围,则对实际计算结果加减π后归算到此范围内。
进一步地,根据两者的相位关系,判定被保护线路的模型是否被破坏,具体为:
当工作电压与测量电压相位相反时,判定被保护线路的模型被破坏;
当工作电压与测量电压相位相同时,判定被保护线路的模型未被破坏。
进一步地,当工作电压与测量电压的相位差的绝对值等于180°±α1时,判定两者相位相反;当工作电压与测量电压的相位差的绝对值等于0°±α2时,判定两者相位相同;其中,α1、α2为设定值。
本发明公开了一种面向被保护元件模型的智能配电网故障检测系统,包括:
用于在智能配电网故障发生后,分别获取线路两端方向元件安装处测量电压以及流过保护安装处测量电流的测量元件;
用于根据获取的测量电压和测量电流计算工作电压的装置;
用于对计算的工作电压与测量电压进行相位比较的装置;
用于根据两者的相位关系,判定被保护线路的模型是否被破坏,即模型内部是否发生故障的装置;
用于对线路两端测量元件的判定结果进行纵联比较的装置;
用于根据纵联比较结果判断故障位置的装置。
进一步地,所述用于根据两者的相位关系,判定被保护线路的模型是否被破坏,即模型内部是否发生故障的装置具体为:
当工作电压与测量电压相位相反时,判定被保护线路的模型被破坏;
当工作电压与测量电压相位相同时,判定被保护线路的模型未被破坏。
进一步地,所述用于根据纵联比较结果判断故障位置的装置具体为:
若线路两端的测量元件均判定为模型内部故障,则判定故障位于该段线路内部;若只有一端测量元件判定为模型内部故障,或者线路两端测量元件均判定为模型外部故障,则判定故障位于该段线路外部。
本发明的有益效果为:
(1)本发明提出一种面向被保护元件模型的分析方法。以被保护元件的模型为切入点,基于模型定义适当的物理量,通过分析所定义变量在模型内部及外部故障时的变化规律,提出相应的故障判断方法。此法不受DG故障特性影响,具有较好的可靠性与自适应性;
(2)以工作电压法为例,从所提出的“被保护元件模型”的角度对其进行分析,得出此法即为满足要求的一种方法。同时对传统工作电压法中整定阻抗幅值及相角的取值进行了改进,使其与智能配电网的特点相适应,在无功补偿设备投退或DG的特殊控制策略导致线路等效阻抗性质改变等特殊运行状态下均能保证良好的可靠性与灵敏性。
附图说明
图1是线路等效阻抗性质对工作电压法的影响示意图;
图2是分布式电源DG接入后的典型配电线路示意图。
具体实施方式:
下面结合附图对本发明作进一步说明。
需要注意的是,这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式,而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的,除非上下文另外明确指出,否则单数形式也意图包括复数形式,此外,还应当理解的是,当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时,其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
正如背景技术所介绍的,为了解决背景技术中存在的技术问题,本申请提出了一种面向被保护元件模型的智能配电网故障检测方法,包括以下步骤:
(1)分别获取智能配电网故障发生后方向元件安装处的测量电压Um以及流过保护安装处的测量电流Im。
(2)计算工作电压Uop,令Uop=Um-Im·Zset。其中,Zset为整定阻抗,Um为故障发生后方向元件安装处的测量电压,Im为流过保护安装处的测量电流。
为能可靠反应被保护线路的末端故障,整定阻抗Zset的幅值|Zset|按下式进行整定:
|Zset|=K|Zlocal|
其中,|Zlocal|为测量元件所在线路的阻抗,K为裕量系数,考虑到需要满足远后备时灵敏度校验的要求以及具备一定的耐过渡电阻能力,取K为1.2。
整定阻抗Zset的相角等于测量电压与测量电流的相角差,即:
argZset=argUm-argIm
需要指出的是,由于线路阻抗角的取值范围为因此在某些情况下若argZset的计算结果超出此范围,则需要对实际计算结果加减π后归算到此范围内。
(3)对计算所得的Uop与测量电压Um进行比相。当满足关系式|argUop-argUm|=180°±α1(即二者反相)时,判定被保护线路的模型被破坏,即模型内部发生故障;当满足关系式|argUop-argUm|=0°±α2(即二者同相)时,判定被保护线路的模型未被破坏,即模型外部发生故障。
考虑到互感器误差等因素,比相结果不会严格反相(180°)或同相(0°),而是在180°或0°的一个范围内。因此引入α1及α2,分别为比相结果偏离180°及0°的角度,取为20°。
(4)对线路各端测量元件的判断结果进行纵联比较,若两端测量元件同时判为“模型内部故障”,则可确定故障位于该段线路内部;若只有一端或测量元件均判为“模型外部故障”,则故障位于该段线路外部。
1.线路等效阻抗性质对工作电压法的影响
如图1(a)所示,当发生模型内部故障(假设为金属性故障)时,若线路阻抗呈感性,电压相位超前电流,不妨设其相角差为∠1。若取Zset的相角为∠1,则相量ImZset与Um同相,因此计算所得的工作电压Uop与Um反相,且相角差在180°左右,相位关系明晰;
若线路阻抗呈容性,如图1(b)所示,电流相位超前电压。此时Zset的相角若仍按传统整定方法取为线路阻抗角∠1,则计算所得的Uop与Um相位关系可能同相,发生误判。
按照本发明所述整定方法对Zset相角进行整定后,在线路阻抗变为容性时Zset的相角将取为负值,可以保证相量ImZset与Um仍为同相,因此在模型内部故障时仍能保证Uop与Um反相且相角差在180°左右,如图1(c)所示。
2.故障位于单一保护元件保护范围内时各保护的动作性能分析
图2中虚线框为保护1和3的保护范围,实线框为保护4的保护范围。当K1位置发生故障时,此时对保护1和2而言均为模型内部故障,两处保护计算所得的Uop与Um均反相,输出逻辑信号“1”,表示模型被破坏,纵联比较保护系统通过比较保护1、2的输出信息能够可靠判断出故障位于保护1和2之间的线路上;而对于保护3和4而言,故障点位于模型外部,两处保护计算所得的Uop与Um均同相,输出逻辑信号“0”,表示模型没有被破坏,纵联比较保护系统可以判断故障不在保护3和4之间的线路上。
3.故障位于多个保护元件保护范围内时各保护的动作性能分析
若故障位于K2处,此时保护3和4将输出信号“1”,纵联比较保护系统可以判断故障位于保护3和4之间的线路上;此时保护1虽可能判断出保护对象模型被破坏而输出信号“1”,但对保护2而言,故障并不在其保护范围内,因此保护2不会做出被保护对象模型被破坏的判断,输出信号“0”,纵联比较保护系统可以判断故障不在保护1和2之间的线路上。
综上,无论故障位于哪个区域,保护对线路两端判断结果进行纵联比较后均可准确判断出故障位置。
本发明公开了一种面向被保护元件模型的智能配电网故障检测系统,包括:
用于在智能配电网故障发生后,分别获取线路两端方向元件安装处测量电压以及流过保护安装处测量电流的测量元件;
用于根据获取的测量电压和测量电流计算工作电压的装置;
用于对计算的工作电压与测量电压进行相位比较的装置;
用于根据两者的相位关系,判定被保护线路的模型是否被破坏,即模型内部是否发生故障的装置;
用于对线路两端测量元件的判定结果进行纵联比较的装置;
用于根据纵联比较结果判断故障位置的装置。
进一步地,所述用于根据两者的相位关系,判定被保护线路的模型是否被破坏,即模型内部是否发生故障的装置具体为:
当工作电压与测量电压相位相反时,判定被保护线路的模型被破坏;
当工作电压与测量电压相位相同时,判定被保护线路的模型未被破坏。
进一步地,所述用于根据纵联比较结果判断故障位置的装置具体为:
若线路两端的测量元件均判定为模型内部故障,则判定故障位于该段线路内部;若只有一端测量元件判定为模型内部故障,或者线路两端测量元件均判定为模型外部故障,则判定故障位于该段线路外部。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述,但并非对本发明保护范围的限制,所属领域技术人员应该明白,在本发明的技术方案的基础上,本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (10)
1.面向被保护元件模型的智能配电网故障检测方法,其特征在于,包括:
(1)智能配电网故障发生后,线路两端的测量元件分别获取方向元件安装处的测量电压以及流过保护安装处的测量电流;
(2)根据获取的测量电压和测量电流计算工作电压;
(3)对计算的工作电压与测量电压进行相位比较,根据两者的相位关系,判定被保护线路的模型是否被破坏,即模型内部是否发生故障;
(4)对线路两端测量元件的判定结果进行纵联比较,若线路两端的测量元件均判定为模型内部故障,则判定故障位于该段线路内部;若只有一端测量元件判定为模型内部故障,或者线路两端测量元件均判定为模型外部故障,则判定故障位于该段线路外部。
2.如权利要求1所述的一种面向被保护元件模型的智能配电网故障检测方法,其特征在于,根据获取的测量电压和测量电流计算工作电压,具体为:
方向元件安装处的测量电压与工作电压的差值等于流过保护安装处的测量电流与整定阻抗的乘积。
3.如权利要求2所述的一种面向被保护元件模型的智能配电网故障检测方法,其特征在于,所述整定阻抗的幅值等于测量元件所在线路的阻抗与裕量系数的乘积。
4.如权利要求2所述的一种面向被保护元件模型的智能配电网故障检测方法,其特征在于,所述整定阻抗的相角等于测量电压与测量电流的相角差。
5.如权利要求2所述的一种面向被保护元件模型的智能配电网故障检测方法,其特征在于,所述整定阻抗的相角取值范围为如果超出此范围,则对实际计算结果加减π后归算到此范围内。
6.如权利要求1所述的一种面向被保护元件模型的智能配电网故障检测方法,其特征在于,根据两者的相位关系,判定被保护线路的模型是否被破坏,具体为:
当工作电压与测量电压相位相反时,判定被保护线路的模型被破坏;
当工作电压与测量电压相位相同时,判定被保护线路的模型未被破坏。
7.如权利要求6所述的一种面向被保护元件模型的智能配电网故障检测方法,其特征在于,当工作电压与测量电压的相位差的绝对值等于180°±α1时,判定两者相位相反;当工作电压与测量电压的相位差的绝对值等于0°±α2时,判定两者相位相同;其中,α1、α2为设定值。
8.一种面向被保护元件模型的智能配电网故障检测系统,其特征在于,包括:
用于在智能配电网故障发生后,分别获取线路两端方向元件安装处测量电压以及流过保护安装处测量电流的测量元件;
用于根据获取的测量电压和测量电流计算工作电压的装置;
用于对计算的工作电压与测量电压进行相位比较的装置;
用于根据两者的相位关系,判定被保护线路的模型是否被破坏,即模型内部是否发生故障的装置;
用于对线路两端测量元件的判定结果进行纵联比较的装置;
用于根据纵联比较结果判断故障位置的装置。
9.如权利要求8所述的一种面向被保护元件模型的智能配电网故障检测系统,其特征在于,所述用于根据两者的相位关系,判定被保护线路的模型是否被破坏,即模型内部是否发生故障的装置具体为:
当工作电压与测量电压相位相反时,判定被保护线路的模型被破坏;
当工作电压与测量电压相位相同时,判定被保护线路的模型未被破坏。
10.如权利要求8所述的一种面向被保护元件模型的智能配电网故障检测系统,其特征在于,所述用于根据纵联比较结果判断故障位置的装置具体为:
若线路两端的测量元件均判定为模型内部故障,则判定故障位于该段线路内部;若只有一端测量元件判定为模型内部故障,或者线路两端测量元件均判定为模型外部故障,则判定故障位于该段线路外部。
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Legal Events
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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