CN108493909B - 基于电压跌落的配网故障的检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于电压跌落的配网故障的检测方法，主要过程包括：利用自适应正弦数字滤波采集故障后电压信号；采用最小二乘法，计算得到各相电压瞬时幅值；并根据计算的结果判断故障类型。本发明以电压变化速率作为配网故障检测判据，有效的减小分布式电源对电流保护的影响，准确判断配网故障，对增加保护动作正确性具有突出的实用价值。

Description

基于电压跌落的配网故障的检测方法

技术领域

本发明涉及一种配电线路的保护判据，特别是一种配电线路中故障检测判据方法。

背景技术

传统的配电网一般都是单一电源的辐射型网络，我国配电网的继电保护也是按照辐射型网络进行设计和整定的。目前，配电网常用的继电保护主要有两种配置方案：一种为传统三段式电流保护方案，即瞬时电流速断保护、定时限电流速断保护和过电流保护；一种为反时限过电流保护方案。它们都是以故障处电流的大小为判据而进行保护动作。分布式发电作为一种新兴高效、清洁的发电方式，在电力系统中逐步得到了广泛的发展和应用，然而大量分布式电源的并网运行，势必将影响配电网结构以及配电网短路电流的大小及流向。这样电流保护将会产生非故障线路保护误动、故障线路保护拒动、保护动作时限延长等问题，对配电网的继电保护带来了严重的影响。

发明内容

为了解决以上问题，本发明针对分布式电源的接入对短路电流及电流保护的影响，采用检测点电压变化速率作为判别故障类型的依据，以实现保护的正确动作。

本发明的目的是提供一种基于电压跌落的配网故障的检测方法，针对分布式电源对短路电流和电流保护的影响，采用检测点电压变化作为判据来判别故障类型，以实现保护的正确动作。

本发明通过采集电压信息，采用自适应正弦数字滤波算法，计算出故障后一小段时间内电压瞬时幅值，分析电压瞬时幅值的变化趋势来确定故障类型，具体采用的步骤如下：

步骤1：当电网发生故障时，采集电压信号瞬时值：

以采样频率3200Hz采样并锁存故障后0.005s内三相电压数据，得到N个采样时刻的3组采样序列值，分别为：

U_A(1),U_A(2),…,U_A(N)

U_B(1),U_B(2),…,U_B(N)

U_C(1),U_C(2),…,U_C(N)；

步骤2：采用下式分别对三相电压采样值进行拟合：

U(t)＝A(t)sinωt+B(t)cosωt

其中，A(t)和B(t)是随时间变化的高阶多项式：

A(t)＝a₀+a₁t+a₂t²+…+a_Kt^K

B(t)＝b₀+b₁t+b₂t²+…+b_Kt^K；

步骤3：计算电压瞬时幅值：

电压瞬时幅值

是随时间变化的量；

则三相电压瞬时幅值分别为：

M_UA(t),M_UB(t),M_UC(t)；

步骤4：根据电压瞬时幅值变化趋势判断故障类别：

令各相电压突变平均速率分别为：

电压突变速率阈值为：

dU_set(dU_set＞0)；

假设时刻t₁出现故障，对于：

t₁＜t₂＜…＜t_N

①若下式成立，则判断为AB相间短路：

其中ε为大于0的一个极小值，表示C相电压瞬时幅值基本无变化；

②若下式成立，则判断为三相短路：

③若下式成立，则判断为A相接地：

④若下式成立，则判断为AC相间短路：

其中ε为大于0的一个极小值，表示B相电压瞬时幅值基本无变化。

⑤若下式成立，则判断为BC相间短路：

其中ε为大于0的一个极小值，表示A相电压瞬时幅值基本无变化。

优选地，步骤1中：N＝16。

优选地，步骤2中，取K＝5～8。

本发明以电压变化速率作为配网故障检测判据，有效的减小分布式电源对电流保护的影响，准确判断配网故障，对增加保护动作正确性具有突出的实用价值。

本发明采用数据拟合，根据三相电压采样值计算各相电压瞬时幅值，从而准确反应出常见故障反应出的电压变化特征，可有效克服分布式电源接入配网后带来的电流整定值不适用、潮流方向改变等局限性。特别地，本方法有2个突出优点：

(1)利用电压数据即可进行线路故障类型判定，克服了分布式电源对故障电流大小及潮流产生影响的局限性；

(2)该方法依据故障后5ms的采样数据计算电气量，故障暂态特征显著，具有广泛的适用性。

附图说明

图1为本发明实施例方法实现总流程图；

图2为本发明实施例中自适应正弦数字滤波流程图。

具体实施方式

以下结合实施例，详细说明本发明的实现过程：

如图1所示：

(1)实时采集母线三相电压U_A,U_B,U_C，经图2所示自适应正弦数字滤波(101)后得到三相电压基波分量u′，两者误差|du(t₁)|＝|u(t₁)-u′(t₁)|用来作为故障类型识别判据启动的依据，判断是否有故障发生。

当判断出由故障发生，立即锁存t₁时刻起1/4周波(5ms)内的三相电压。

(2)采用最小二乘法，计算得到三相电压瞬时幅值(102)：

M_UA(t),M_UB(t),M_UC(t)。

(3)判断故障类型(103)对于某相电压，若其瞬时幅值随时间增加而递减，且递减幅度超过预设电压突变阈值dU_set(dU_set＞0)，认为该相可能发生故障；若某相电压瞬时幅值变化较小，认为该相无故障，具体判据条件如下：

①AB相间短路

②AC相间短路

③BC相间短路

④三相短路

⑤A相接地

⑥B相接地

⑦C相接地

由此得出故障类型识别判据。

并对故障进行报警/对应处理操作/录波/告警上传。

本专利不局限于上述最佳实施方式，任何人在本专利的启示下都可以得出其它各种形式的基于电压跌落的配网故障的检测方法，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本专利的涵盖范围。

Claims (5)

1.一种基于电压跌落的配网故障的检测方法，包括以下步骤：

步骤1：当电网发生故障时，采集电压信号瞬时值：

以采样频率3200Hz采样并锁存故障后0.005s内三相电压数据，得到N个采样时刻的3组采样序列值，分别为：

U_A(1),U_A(2),…,U_A(N)

U_B(1),U_B(2),…,U_B(N)

U_C(1),U_C(2),…,U_C(N)；

其特征在于，还包括以下步骤：

步骤2：采用下式分别对三相电压采样值进行拟合：

U(t)＝A(t)sinωt+B(t)cosωt；

其中，A(t)和B(t)是随时间变化的高阶多项式：

A(t)＝a₀+a₁t+a₂t²+…+a_Kt^K

B(t)＝b₀+b₁t+b₂t²+…+b_Kt^K；

步骤3：计算电压瞬时幅值：

电压瞬时幅值

是随时间变化的量；

则三相电压瞬时幅值分别为：

M_UA(t),M_UB(t),M_UC(t)；

步骤4：根据电压瞬时幅值变化趋势判断故障类别：

令各相电压突变平均速率分别为：

电压突变速率阈值为：

dU_set(dU_set＞0)；

假设时刻t₁出现故障，对于：

t₁＜t₂＜…＜t_N

①若下式成立，则判断为AB相间短路：

其中ε为大于0的一个极小值，表示C相电压瞬时幅值基本无变化；

②若下式成立，则判断为三相短路：

③若下式成立，则判断为A相接地：

2.根据权利要求1所述的基于电压跌落的配网故障的检测方法，其特征在于：在步骤4中：

若下式成立，则判断为AC相间短路：

其中ε为大于0的一个极小值，表示B相电压瞬时幅值基本无变化。

3.根据权利要求1所述的基于电压跌落的配网故障的检测方法，其特征在于：在步骤4中：

若下式成立，则判断为BC相间短路：

其中ε为大于0的一个极小值，表示A相电压瞬时幅值基本无变化。

4.根据权利要求1所述的基于电压跌落的配网故障的检测方法，其特征在于：步骤1中：N＝16。

5.根据权利要求1所述的基于电压跌落的配网故障的检测方法，其特征在于：步骤2中，取K＝5～8。