CN109923423A - 用于故障检测的方法、系统和设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于电力传输系统的线路保护中的故障检测的方法、系统和设备。该方法包括以下步骤：获得电气线路上的测量点处的电压的采样值，在该测量点处安装有用于该线路保护的保护装置(110)；获得该测量点处的电流的采样值(120)；通过使用根据用于该电气线路的时域集总参数模型的测量微分方程，从该测量点处的电压的采样值和该测量点处的电流的采样值中计算由保护装置的操作标准指定的瞬时测量点电压值(130)；通过使用根据该电气线路的时域集总参数模型的比较微分方程，从该测量点处的电压的采样值和该测量点处的电流的采样值中计算由保护装置的操作标准指定的瞬时比较电压值(140)；以及基于该瞬时测量点电压值和该瞬时比较电压值的比较结果来执行该故障检测(150)。本发明将距离继电器转换为电压比较的格式，使用微分方程代替矢量来计算电压，并且比较计算得到的电压的幅度。本发明设计了一种时域距离保护，该时域距离保护具有较强的抵抗DC分量和谐波的能力，该谐波包括高频谐波和低频谐波。
Description
技术领域
本申请公开了一种用于电力传输系统的线路保护中的故障检测的方法、系统和设备。
背景技术
距离保护是线路保护技术中的一种，该距离保护可以确定故障点与安装有保护装置的点之间的距离、以及基于确定的距离进行动作的时间。由于技术和业务原因，距离保护是特高压/超高压(EHV/UHV)传输线路系统的最重要的保护之一。对于线路距离保护，快速操作是最重要的特征之一并且也是客户的最重要的需求之一。故障检测是用于线路距离保护的关键技术，因为故障检测是触发距离保护的主要标准。
然而，由于谐波，现有技术的距离保护可能会发生误操作。
例如，关于四边形类型(quadrilateral type)，通常通过以下方程来计算阻抗
关于姆欧类型(Mho type)，相应的方程可以被表示为：
为了实施这两种类型，首先计算矢量和然后计算阻抗Z或者角度并且随后确定阻抗Z或者角度是否满足距离继电器的操作标准。
通常，使用傅里叶算法来计算矢量。
然而，当故障发生在线路中时，存在大量高频分量和衰变DC分量，并且计算得到的矢量的准确度受到影响。特别是当距离继电器用于串联补偿线路时，除了高频分量和DC分量之外，还存在给距离保护带来严重问题的低频分量。由于低频分量，距离保护可能会超出范围(overreach)。
图12示出了当外部故障发生在并联线路中并且这两条线路都是串联补偿线路时的仿真。仿真结果表明现有技术的距离保护可能因为外部故障而超出范围。
发明内容
因此，本发明的一个方面提供了一种用于电力传输系统的线路保护中的故障检测的方法，该方法包括以下步骤：
获得电气线路上的测量点处的电压的采样值，在该测量点处安装有用于线路保护的保护装置；
获得测量点处的电流的采样值；
通过使用根据用于电气线路的时域集总参数模型的测量微分方程，从测量点处的电压的采样值和测量点处的电流的采样值中计算由保护装置的操作标准指定的瞬时测量点电压值；
通过使用根据用于电气线路的时域集总参数模型的比较微分方程，从测量点处的电压的采样值和测量点处的电流的采样值中计算由保护装置的操作标准指定的瞬时比较电压值；以及
基于瞬时测量点电压值和瞬时比较电压值的比较结果来执行故障检测。
优选地：
瞬时测量点电压值通过以下方程来计算：
其中，uq_k表示在时刻k的瞬时测量点电压值，uk表示在时刻k在测量点处的电压的采样值，ik表示在时刻k在测量点处的电流的采样值，R表示集总参数模型中的电阻器的电阻值，L表示集总参数模型中的电感器的电感值，并且表示电流ik的微分值，m1和m2是由保护装置的操作标准指定的系数。
优选地：
瞬时比较电压值通过以下方程来计算：
其中，ures_k表示在时刻k的瞬时比较电压值，uk表示在时刻k在测量点处的电压的采样值，ik表示在时刻k在测量点处的电流的采样值，R表示集总参数模型中的电阻器的电阻值，L表示集总参数模型中的电感器的电感值，并且表示在时刻k的电流ik的采样值的微分值，m3和m4是由保护装置的操作标准指定的系数。
优选地：
瞬时测量点电压值通过以下方程来计算：
其中，p1和p2分别表示三相输电线路的不同相，uq_p1p2_k表示在时刻k的相p1与相p2之间的瞬时测量点电压值，uq_p1_k表示时刻k的相p1的瞬时测量点电压值，up1p2_k、ip1p2_k分别表示在时刻k在测量点处的相p1与相p2之间的采样电压和采样电流，up1_k、ip1_k分别表示在时刻k在测量点处的相p1的采样电压和采样电流，R表示集总参数模型中的电阻器的电阻值，L表示集总参数模型中的电感器的电感值，表示电流ip1p2_k的微分值，表示值ip1_k+kL·3i0_k的微分值，R0表示三相输电线路的零序电阻；R1表示三相输电线路的正序电阻；L0表示三相输电线路的零序电感；L1表示三相输电线路的正序电感；i0_k表示在时刻k的零序电流。
优选地：
瞬时比较电压值通过以下方程来计算：
其中，p1和p2分别表示三相输电线路的不同相，ures_p1p2_k表示在时刻k相p1与相p2之间的瞬时比较电压值，ip1p2_k表示在时刻k在测量点处相p1与相p2之间的采样电流，ip1_k表示在时刻k在测量点处相p1的采样电流，R表示集总参数模型中的电阻器的电阻值，L表示集总参数模型中的电感器的电感值，表示电流ip1p2_k的微分值，表示值ip1_k+kL·3i0_k的微分值，R0表示三相输电线路的零序电阻；R1表示三相输电线路的正序电阻；L0表示三相输电线路的零序电感；L1表示三相输电线路的正序电感；i0_k表示在时刻k的零序电流。
优选地：
集总参数模型包括电阻器-电感器-电容器(RLC)模型或者电阻器–电感器(RL)模型中的任何模型。
本发明的另一方面提供了一种计算机程序，该计算机程序包括计算机程序代码，该计算机程序代码在计算机上运行时适于执行上述方法中的任何一种方法的所有步骤。
本发明的又一方面提供了一种根据上述内容的计算机程序，该计算机程序体现在计算机可读介质上。
本发明的另一方面提供了一种用于电力传输系统的线路保护中的故障保护的系统，该系统包括：
一个或者多个处理器；
存储器，该存储器被耦合至处理器中的至少一个处理器；以及
一组程序指令，该一组程序指令被存储在存储器中，并且可由处理器中的至少一个处理器执行以使系统：
获得电气线路上的测量点处的电压的采样值，在该测量点处安装有用于线路保护的保护装置；
获得测量点处的电流的采样值；
通过使用根据电气线路的时域集总参数模型的测量微分方程，从测量点处的电压的采样值和测量点处的电流的采样值中计算由保护装置的操作标准指定的瞬时测量点电压值；
通过使用根据电气线路的时域集总参数模型的比较微分方程，从测量点处的电压的采样值和测量点处的电流的采样值中计算由保护装置的操作标准指定的瞬时比较电压值；以及
基于瞬时测量点电压值和瞬时比较电压值的比较结果来执行故障检测。
优选地：
瞬时测量点电压值通过以下方程来计算：
其中，uq_k表示在时刻k的瞬时测量点电压值，uk表示在时刻k在测量点处的电压的采样值，ik表示在时刻k在测量点处的电流的采样值，R表示集总参数模型中的电阻器的电阻值，L表示集总参数模型中的电感器的电感值，并且表示电流ik的微分值，m1和m2是由保护装置的操作标准指定的系数。
优选地：
瞬时比较电压值通过以下方程来计算：
其中，ures_k表示在时刻k的瞬时比较电压值，uk表示在时刻k在测量点处的电压的采样值，ik表示在时刻k在测量点处的电流的采样值，R表示集总参数模型中的电阻器的电阻值，L表示集总参数模型中的电感器的电感值，并且表示在时刻k的电流ik的采样值的微分值，m3和m4是由保护装置的操作标准指定的系数。
优选地：
瞬时测量点电压值通过以下方程来计算：
其中，p1和p2分别表示三相输电线路的不同相，uq_p1p2_k表示在时刻k的相p1与相p2之间的瞬时测量点电压值，uq_p1_k表示在时刻k的相p1的瞬时测量点电压值，up1p2_k、ip1p2_k分别表示在时刻k在测量点处的相p1与相p2之间的采样电压和采样电流，up1_k、ip1_k分别表示在时刻k在测量点处的相p1的采样电压和采样电流，R表示集总参数模型中的电阻器的电阻值，L表示集总参数模型中的电感器的电感值，表示电流ip1p2_k的微分值，表示值ip1_k+kL·3i0_k的微分值，R0表示三相输电线路的零序电阻；R1表示三相输电线路的正序电阻；L0表示三相输电线路的零序电感；L1表示三相输电线路的正序电感；i0_k表示在时刻k的零序电流。
优选地：
瞬时比较电压值通过以下方程来计算：
其中，p1和p2分别表示三相输电线路的不同相，ures_p1p2_k表示在时刻k的相p1与相p2之间的瞬时比较电压值，ip1p2_k表示在时刻k在测量点处的相p1与相p2之间的采样电流，ip1_k表示在时刻k在测量点处的相p1的采样电流，R表示集总参数模型中的电阻器的电阻值，L表示集总参数模型中的电感器的电感值，表示电流ip1p2_k的微分值，表示值ip1_k+kL·3i0_k的微分值，R0表示三相输电线路的零序电阻；R1表示三相输电线路的正序电阻；L0表示三相输电线路的零序电感；L1表示三相输电线路的正序电感；i0_k表示在时刻k的零序电流。
优选地：
集总参数模型包括电阻器-电感器-电容器(RLC)模型或者电阻器–电感器(RL)模型中的任何模型。
本发明的另一方面提供了一种用于电力传输系统的线路保护中的故障保护的设备，该设备包括：
采样电压获得模块，该采样电压获得模块被配置为获得电气线路上的测量点处的电压的采样值，在该测量点处安装有用于线路保护的保护装置；
采样电流获得模块，该采样电流获得模块被配置为获得测量点处的电流的采样值；
瞬时测量点电压计算模块，该瞬时测量点电压计算模块被配置为：通过使用根据用于电气线路的时域集总参数模型的测量微分方程，从测量点处的电压的采样值和测量点处的电流的采样值中计算由保护装置的操作标准指定的瞬时测量点电压值；
瞬时比较电压计算模块，该瞬时比较电压计算模块被配置为：通过使用根据用于电气线路的时域集总参数模型的比较微分方程，从测量点处的电压的采样值和测量点处的电流的采样值中计算由保护装置的操作标准指定的瞬时比较电压值；以及
故障检测模块，该故障检测模块被配置为基于瞬时测量点电压值和瞬时比较电压值的比较结果来执行故障检测。
优选地：
瞬时测量点电压值通过以下方程来计算：
其中，uq_k表示在时刻k的瞬时测量点电压值，uk表示在时刻k在测量点处的电压的采样值，ik表示在时刻k在测量点处的电流的采样值，R表示集总参数模型中的电阻器的电阻值，L表示集总参数模型中的电感器的电感值，并且表示电流ik的微分值，m1和m2是由保护装置的操作标准指定的系数。
优选地：
瞬时比较电压值通过以下方程来计算：
其中，ures_k表示在时刻k的瞬时比较电压值，uk表示在时刻k在测量点处的电压的采样值，ik表示在时刻k在测量点处的电流的采样值，R表示集总参数模型中的电阻器的电阻值，L表示集总参数模型中的电感器的电感值，并且表示在时刻k的电流ik的采样值的微分值，m3和m4是由保护装置的操作标准指定的系数。
优选地：
瞬时测量点电压值通过以下方程来计算：
其中，p1和p2分别表示三相输电线路的不同相，uq_p1p2_k表示在时刻k的相p1与相p2之间的瞬时测量点电压值，uq_p1_k表示在时刻k的相p1的瞬时测量点电压值，up1p2_k、ip1p2_k分别表示在时刻k在测量点处的相p1与相p2之间的采样电压和采样电流，up1_k、ip1_k分别表示在时刻k在测量点处的相p1的采样电压和采样电流，R表示集总参数模型中的电阻器的电阻值，L表示集总参数模型中的电感器的电感值，表示电流ip1p2_k的微分值，表示值ip1_k+kL·3i0_k的微分值，R0表示三相输电线路的零序电阻；R1表示三相输电线路的正序电阻；L0表示三相输电线路的零序电感；L1表示三相输电线路的正序电感；i0_k表示在时刻k的零序电流。
优选地：
瞬时比较电压值通过以下方程来计算：
其中，p1和p2分别表示三相输电线路的不同相，ures_p1p2_k表示在时刻k的相p1与相p2之间的瞬时比较电压值，ip1p2_k表示在时刻k在测量点处的相p1与相p2之间的采样电流，ip1_k表示在时刻k在测量点处的相p1的采样电流，R表示集总参数模型中的电阻器的电阻值，L表示集总参数模型中的电感器的电感值，表示电流ip1p2_k的微分值，表示值ip1_k+kL·3i0_k的微分值，R0表示三相输电线路的零序电阻；R1表示三相输电线路的正序电阻；L0表示三相输电线路的零序电感；L1表示三相输电线路的正序电感；i0_k表示在时刻k的零序电流。
优选地：
集总参数模型包括电阻器-电感器-电容器(RLC)模型或者电阻器–电感器(RL)模型中的任何模型。
本发明将距离继电器转换为电压比较的格式，使用微分方程代替矢量来计算电压，并且比较计算得到的电压的幅度。本发明设计了一种时域距离保护，该时域距离保护具有较强的抵抗DC分量和谐波的能力，该谐波包括高频谐波和低频谐波。
附图说明
图1示出了图示了用于电力传输系统的线路保护中的故障检测的方法的流程图；
图2示出了线路模型；
图3示出了3相系统；
图4示出了本发明的仿真模型；
图5示出了在K2发生的内部故障，本发明的方法在11ms操作；
图6示出了在K3发生的内部故障，本发明的方法在13ms操作；
图7示出了在K4发生的内部故障，本发明的方法在14ms操作；
图8示出了在K5发生的内部故障，本发明的方法在20ms操作；
图9示出了在K6的外部故障，本发明的方法不操作；
图10示出了用于电力传输系统的线路保护中的故障检测的系统的结构模块图；
图11示出了用于电力传输系统的线路保护中的故障检测的设备的结构模块图；
图12示出了在外部故障发生于并联线路中并且这两条线路都是串联补偿线路时的现有技术的仿真。
具体实施方式
在下文中，本发明进一步通过结合附图的特定实施例来描述。
图1示出了图示用于电力传输系统的线路保护中的故障检测的方法的流程图，该方法包括以下步骤：
步骤110，获得电气线路上的测量点处的电压的采样值，在该测量点处安装有用于线路保护的保护装置；
步骤120，获得测量点处的电流的采样值；
步骤130，通过使用根据电气线路的时域集总参数模型的测量微分方程，从测量点处的电压的采样值和测量点处的电流的采样值中计算由保护装置的操作标准指定的瞬时测量点电压值；
步骤140，通过使用根据电气线路的时域集总参数模型的比较微分方程，从测量点处的电压的采样值和测量点处的电流的采样值中计算由保护装置的操作标准指定的瞬时比较电压值；以及
步骤150，基于瞬时测量点电压值和瞬时比较电压值的比较结果来执行故障检测。
MHO距离保护被用来描述本发明的实施步骤。为了简化说明，典型的MHO继电器如下使用：
其中，是测量点处的电压矢量，是测量点处的电流矢量，的值是由MHO距离保护的操作标准指定的比较电压值，并且Zset是保护区的阻抗。
方程(3)被转换为电压比较的格式。然后，执行步骤110和步骤120，以获得测量点处的电压和电流的采样值。然后，执行步骤130和步骤140，以通过使用微分方程代替矢量来计算瞬时测量点电压值和瞬时比较电压值。然后，执行步骤150，以对在步骤130和140中计算得到的电压的幅度进行比较。如果比较结果满足MHO距离保护的时域操作标准，则执行故障操作。
在本发明中，距离继电器被转变为电压比较的格式，电压通过使用微分方程代替矢量来计算，并且计算得到的电压的幅度被比较。设计了一种时域距离保护，该时域距离保护具有较强的抵抗DC分量和谐波的能力，该谐波包括高频谐波和低频谐波。
在一个实施例中：
瞬时测量点电压值通过以下方程来计算：
其中，uq_k表示在时刻k的瞬时测量点电压值，uk表示在时刻k在测量点处的电压的采样值，ik表示在时刻k在测量点处的电流的采样值，R表示集总参数模型中的电阻器的电阻值，L表示集总参数模型中的电感器的电感值，并且表示电流ik的微分值，m1和m2是由保护装置的操作标准指定的系数。
所有操作标准都可以被转换为与的比较，其中，m1、m2、m3和m4是由保护装置的操作标准指定的系数，Z1和Z2是由保护装置的操作标准指定的阻抗，是测量点处的电压矢量，并且是测量点处的电流矢量。
系数和阻抗对于不同的操作标准而言是不同的。
对于方程(3)，其可以转换为：
其中，当m1＝1、m2＝-1、m3＝0、m4＝1、Z1＝Zset/2、Z2＝Zset/2时，可以从转换，并且可以从转换。
对于MHO距离继电器的更一般的表达式，对应的标准是：
其中，当m1＝1、m2＝-1、m3＝0、m4＝1、时，可以从转换，并且可以从转换。
其它操作标准也可以从和转换。
MHO距离保护被用来描述实施步骤，其中，m1＝1且m2＝-1。
为了避免矢量计算，首先，将方程(3)转换成方程(4)。
上面的方程可以被表示为：
其中，
方程(5)可以被表示为下面的一般方程：
其中，
图2示出了线路模型。应当指出，该模型仅仅用于描述如何获得方程(5)的微分结果。
从图2中能够知道：
如图2所示，是在点q处的电压，而是阻抗Z上的电压，该阻抗Z包括电阻器和电感器。
保护区的阻抗是：Zset＝R+jL。因此，通过使用以下微分方程代替矢量来计算：
其中，uk、ik是故障位置处的电压和电流的采样值，uq_k是计算得到的瞬时值。
是用于典型MHO继电器的测量微分方程。显然，我们还可以实施其它类型的距离继电器的测量微分方程，因为所有测量微分方程都可以从以下统一的方程转换：
在一个实施例中：
瞬时比较电压值通过以下方程来计算：
其中，ures_k表示在时刻k的瞬时比较电压值，uk表示在时刻k在测量点处的电压的采样值，ik表示在时刻k在测量点处的电流的采样值，R表示集总参数模型中的电阻器的电阻值，L表示集总参数模型中的电感器的电感值，并且表示在时刻k的电流ik的采样值的微分值，m3和m4是由保护装置的操作标准指定的系数。
MHO距离保护被用来描述实施步骤，其中，m3＝0且m4＝1。
如图2所示，是在点q处的电压，而是阻抗Z上的电压，该阻抗Z包括电阻器和电感器。
通过使用以下微分方程代替矢量来计算：
其中，uk、ik是故障位置处的电压和电流的采样值，uq_k是计算得到的瞬时值。
是用于典型MHO继电器的测量微分方程。显然，我们还可以实施其它类型的距离继电器的比较微分方程，因为所有比较微分方程都可以从以下统一的方程转换：
在一个实施例中：
瞬时测量点电压值通过以下方程来计算：
其中，p1和p2分别表示三相输电线路的不同相，uq_p1p2_k表示在时刻k的相p1与相p2之间的瞬时测量点电压值，uq_p1_k表示在时刻k的相p1的瞬时测量点电压值，up1p2_k、ip1p2_k分别表示在时刻k在测量点处的相p1与相p2之间的采样电压和采样电流，up1_k、ip1_k分别表示在时刻k在测量点处的相p1的采样电压和采样电流，R表示集总参数模型中的电阻器的电阻值，L表示集总参数模型中的电感器的电感值，表示电流ip1p2_k的微分值，表示值ip1_k+kL·3i0_k的微分值，R0表示三相输电线路的零序电阻；R1表示三相输电线路的正序电阻；L0表示三相输电线路的零序电感；L1表示三相输电线路的正序电感；i0_k表示在时刻k的零序电流。
图3示出了3相系统。应当指出，该模型仅仅用于描述如何获得3相系统中的方程(5)的微分结果。
因为p1和p2可以是相A、B和C中的一个相。所以存在需要计算的六回路电压，包括：uq_AB_k、uq_BC_k、uq_CA_k、uq_A_k、uq_B_k和uq_C_k。
其中，uq_AB_k、uq_BC_k、uq_CA_k分别表示在时刻k的相A与相B之间、相B与相C之间以及相C与相A之间的瞬时测量点电压值。uq_A_k、uq_B_k和uq_C_k分别表示在时刻k的相A、相B和相C的瞬时测量点电压值。
利用三线路图，电压uq_A_k、uq_B_k和uq_C_k可以通过进一步考虑相之间的互感、基于方程(8)来确定。
例如，电压uq_A_k、uq_B_k和uq_C_k可以是基于微分方程来确定，微分方程诸如为：
其中，uA_k、uB_k和uC_k分别表示在时刻k在测量点处的相A、相B和相C的线电压；iA_k、iB_k和iC_k分别表示在时刻k在测量点处的相A、相B和相C的电流；Ls表示相A、相B和相C的相电感；并且Lm表示对于相A、相B和相C的相之间的电感。
因为相间电压是一个相与另一个相之间的电压差，所以相间电压uq_AB_k、uq_BC_k和uq_CA_k可以进一步根据方程(9)、基于相电压uq_A_k、uq_B_k和uq_C_k来确定。例如，电压uq_AB_k(即，相A与相B之间的电压)可以通过以下方程来确定：
其中，uAB_k和iAB_k分别表示在测量点处的相A与相B之间的电压和电流；R和L指的是针对相线路的正序电阻和电感，L等于Ls和Lm的差，即，L＝Ls-Lm。
根据微分方程(10)，相间电压uq_AB_k、uq_AB_k和uq_CA_k可以通过微分方程来确定，微分方程诸如为：
其中，uAB_k、iAB_k分别表示在测量点处的相A与相B之间的电压和电流；uBC_k、iBC_k分别表示在测量点处的相B与相C之间的电压和电流；uCA_k、iCA_k分别表示在测量点处的相C与相A之间的电压和电流；R和L指的是针对相线路的正序电阻和电感，L等于Ls和Lm的差，即，L＝Ls-Lm。
因此，相电压uA_k、uB_k和uC_k可以基于以下方程来确定。
其中，R0表示三相输电线路的零序电阻；R1表示三相输电线路的正序电阻；L0表示三相输电线路的零序电感；L1表示三相输电线路的正序电感；i0_k表示在时刻k的零序电流；KR表示基于如在方程(12)中指示的R0、R1而被确定的因数；KL表示基于如在方程(12)中指示的L0、L1而被确定的因数。
在一个实施例中：
瞬时比较电压值通过以下方程来计算：
其中，p1和p2分别表示三相输电线路的不同相，ures_p1p2_k表示在时刻k的相p1与相p2之间的瞬时比较电压值，ip1p2_k表示在时刻k在测量点处的相p1与相p2之间的采样电流，ip1_k表示在时刻k在测量点处的相p1的采样电流，R表示集总参数模型中的电阻器的电阻值，L表示集总参数模型中的电感器的电感值，表示电流ip1p2_k的微分值，表示值ip1_k+kL·3i0_k的微分值，R0表示三相输电线路的零序电阻；R1表示三相输电线路的正序电阻；L0表示三相输电线路的零序电感；L1表示三相输电线路的正序电感；i0_k表示在时刻k的零序电流。
因为p1和p2可以是相A、相B和相C中的一个相，所以存在需要计算的六回路电压，包括：ures_AB_k、ures_BC_k、ures_CA_k、ures_A_k、ures_B_k和ures_C_k。利用与推导出3相系统中的瞬时测量点电压值的推导过程相同的推导过程，3相系统中的瞬时测量点电压值是：
其中，iAB_k表示在测量点处的相A与相B之间的电流；iBC_k表示在测量点处的相B与相C之间的电流；iCA_k表示在测量点处的相C与相A之间的电流；R和L指的是针对相线路的正序电阻和电感，L等于Ls和Lm的差，即，L＝Ls-Lm；Ls表示针对相A、相B和相C的相电感；并且Lm表示在针对相A、相B和相C的相之间的电感。
其中，iA_k、iB_k和iC_k分别表示在时刻k在测量点处的相A、相B和相C的电流；R0表示三相输电线路的零序电阻；R1表示三相输电线路的正序电阻；L0表示三相输电线路的零序电感；L1表示三相输电线路的正序电感；i0_k表示在时刻k的零序电流；KR表示基于如在方程(14)中指示的R0、R1而被确定的因数；KL表示基于如在方程(14)中指示的L0、L1而被确定的因数。
在一个实施例中：
集总参数模型包括电阻器-电感器-电容器(RLC)模型或者电阻器–电感器(RL)模型中的任何模型。
图4示出了仿真模型。仿真模型的电压水平是245kV，线路的长度是100km。电源的系统阻抗是：Zs1_L＝16.9ej89°、Zs0_L＝47.2ej80°(SIR＝0.5)。采样率是1kHz。
在仿真中，保护范围被设置为线路长度的80％：
Lset＝0.80·长度 (15)
k2处于25％区1设置(zone 1 setting)的位置，k3处于50％区1设置的位置、k4处于70％区1设置的电，k5处于95％区1设置、k6超过保护范围以仿真外部故障(1.05*设置)。
图5示出了在K2发生的内部故障，本发明的方法在11ms操作。
图6示出了在K3发生的内部故障，本发明的方法在13ms操作。
图7示出了在K4发生的内部故障，本发明的方法在14ms操作。
图8示出了在K5发生的内部故障，本发明的方法在20ms操作。
图9示出了在K6的外部故障，本发明的方法不操作。
图10示出了用于电力传输系统的线路保护中的故障检测的系统的结构模块图，该系统包括：
一个或者多个处理器1001；
存储器1002，该存储器1002被耦合至处理器中的至少一个处理器；以及
一组程序指令，该一组程序指令被存储在存储器中，并且可由处理器1001中的至少一个处理器执行以使系统：
获得电气线路上的测量点处的电压的采样值，在该测量点处安装有用于线路保护的保护装置；
获得测量点处的电流的采样值；
通过使用根据电气线路的时域集总参数模型的测量微分方程，从测量点处的电压的采样值和测量点处的电流的采样值中计算由保护装置的操作标准指定的瞬时测量点电压值；
通过使用根据电气线路的时域集总参数模型的比较微分方程，从测量点处的电压的采样值和测量点处的电流的采样值中计算由保护装置的操作标准指定的瞬时比较电压值；以及
基于瞬时测量点电压值和瞬时比较电压值的比较结果来执行故障检测。
在一个实施例中：
瞬时测量点电压值通过以下方程来计算：
其中，uq_k表示在时刻k的瞬时测量点电压值，uk表示在时刻k在测量点处的电压的采样值，ik表示在时刻k在测量点处的电流的采样值，R表示集总参数模型中的电阻器的电阻值，L表示集总参数模型中的电感器的电感值，并且表示电流ik的微分值，m1和m2是由保护装置的操作标准指定的系数。
在一个实施例中：
瞬时比较电压值通过以下方程来计算：
其中，ures_k表示在时刻k的瞬时比较电压值，uk表示在时刻k在测量点处的电压的采样值，ik表示在时刻k在测量点处的电流的采样值，R表示集总参数模型中的电阻器的电阻值，L表示集总参数模型中的电感器的电感值，并且表示在时刻k的电流ik的采样值的微分值，m3和m4是由保护装置的操作标准指定的系数。
在一个实施例中：
瞬时测量点电压值通过以下方程来计算：
其中，p1和p2分别表示三相输电线路的不同相，uq_p1p2_k表示在时刻k的相p1与相p2之间的瞬时测量点电压值，uq_p1_k表示在时刻k的相p1的瞬时测量点电压值，up1p2_k、ip1p2_k分别表示在时刻k在测量点处的相p1与相p2之间的采样电压和采样电流，up1_k、ip1_k分别表示在时刻k在测量点处的相p1的采样电压和采样电流，R表示集总参数模型中的电阻器的电阻值，L表示集总参数模型中的电感器的电感值，表示电流ip1p2_k的微分值，表示值ip1_k+kL·3i0_k的微分值，R0表示三相输电线路的零序电阻；R1表示三相输电线路的正序电阻；L0表示三相输电线路的零序电感；L1表示三相输电线路的正序电感；i0_k表示在时刻k的零序电流。
在一个实施例中：
瞬时比较电压值通过以下方程来计算：
其中，p1和p2分别表示三相输电线路的不同相，ures_p1p2_k表示在时刻k的相p1与相p2之间的瞬时比较电压值，ip1p2_k表示在时刻k在测量点处的相p1与相p2之间的采样电流，ip1_k表示在时刻k在测量点处的相p1的采样电流，R表示集总参数模型中的电阻器的电阻值，L表示集总参数模型中的电感器的电感值，表示电流ip1p2_k的微分值，表示值ip1_k+kL·3i0_k的微分值，R0表示三相输电线路的零序电阻；R1表示三相输电线路的正序电阻；L0表示三相输电线路的零序电感；L1表示三相输电线路的正序电感；i0_k表示在时刻k的零序电流。
在一个实施例中：
集总参数模型包括电阻器-电感器-电容器(RLC)模型或者电阻器–电感器(RL)模型中的任何模型。
图11示出了用于电力传输系统的线路保护中的故障检测的设备的结构模块图，该设备包括：
采样电压获得模块1101，该采样电压获得模块1101被配置为获得电气线路上的测量点处的电压的采样值，在该测量点处安装有用于线路保护的保护装置；
采样电流获得模块1102，该采样电流获得模块1102被配置为获得测量点处的电流的采样值；
瞬时测量点电压计算模块1103，该瞬时测量点电压计算模块1103被配置为：通过使用根据电气线路的时域集总参数模型的测量微分方程，从测量点处的电压的采样值和测量点处的电流的采样值中计算由保护装置的操作标准指定的瞬时测量点电压值；
瞬时比较电压计算模块1104，该瞬时比较电压计算模块1104被配置为：通过使用根据电气线路的时域集总参数模型的比较微分方程，从测量点处的电压的采样值和测量点处的电流的采样值中计算由保护装置的操作标准指定的瞬时比较电压值；以及
故障检测模块1105，该故障检测模块1105被配置为基于瞬时测量点电压值和瞬时比较电压值的比较结果来执行故障检测。
在一个实施例中：
测量微分方程从转换，并且比较微分方程从转换，其中，m1、m2、m3和m4是由保护装置的操作标准指定的系数，Z1和Z2是由保护装置的操作标准指定的阻抗，是测量点处的电压矢量，并且是测量点处的电流矢量。
在一个实施例中：
瞬时测量点电压值通过以下方程来计算：
其中，uq_k表示在时刻k的瞬时测量点电压值，uk表示在时刻k在测量点处的电压的采样值，ik表示在时刻k在测量点处的电流的采样值，R表示集总参数模型中的电阻器的电阻值，L表示集总参数模型中的电感器的电感值，并且表示电流ik的微分值，m1和m2是由保护装置的操作标准指定的系数。
在一个实施例中：
瞬时比较电压值通过以下方程来计算：
其中，ures_k表示在时刻k的瞬时比较电压值，uk表示在时刻k在测量点处的电压的采样值，ik表示在时刻k在测量点处的电流的采样值，R表示集总参数模型中的电阻器的电阻值，L表示集总参数模型中的电感器的电感值，并且表示在时刻k的电流ik的采样值的微分值，m3和m4是由保护装置的操作标准指定的系数。
在一个实施例中：
瞬时测量点电压值通过以下方程来计算：
其中，p1和p2分别表示三相输电线路的不同相，uq_p1p2_k表示在时刻k的相p1与相p2之间的瞬时测量点电压值，uq_p1_k表示在时刻k的相p1的瞬时测量点电压值，up1p2_k、ip1p2_k分别表示在时刻k在测量点处的相p1与相p2之间的采样电压和采样电流，up1_k、ip1_k分别表示在时刻k在测量点处的相p1的采样电压和采样电流，R表示集总参数模型中的电阻器的电阻值，L表示集总参数模型中的电感器的电感值，表示电流ip1p2_k的微分值，表示值ip1_k+kL·3i0_k的微分值，R0表示三相输电线路的零序电阻；R1表示三相输电线路的正序电阻；L0表示三相输电线路的零序电感；L1表示三相输电线路的正序电感；i0_k表示在时刻k的零序电流。
在一个实施例中：
瞬时比较电压值通过以下方程来计算：
其中，p1和p2分别表示三相输电线路的不同相，ures_p1p2_k表示在时刻k的相p1与相p2之间的瞬时比较电压值，ip1p2_k表示在时刻k在测量点处的相p1与相p2之间的采样电流，ip1_k表示在时刻k在测量点处的相p1的采样电流，R表示集总参数模型中的电阻器的电阻值，L表示集总参数模型中的电感器的电感值，表示电流ip1p2_k的微分值，表示值ip1_k+kL·3i0_k的微分值，R0表示三相输电线路的零序电阻；R1表示三相输电线路的正序电阻；L0表示三相输电线路的零序电感；L1表示三相输电线路的正序电感；i0_k表示在时刻k的零序电流。
在一个实施例中：
集总参数模型包括电阻器-电感器-电容器(RLC)模型或者电阻器–电感器(RL)模型中的任何模型。
上面所识别的实施例仅仅用于表示本发明的被详细说明的若干示例，但是不应当被理解为限制了本发明的保护范围。应当注意，在不超越本发明的技术概念的情况下，本领域技术人员可以进行多次修改和/或改进，所有这些修改和/或改进都落在本发明的保护范围内。因此，本发明的保护范围依赖于所附权利要求。
Claims (20)
1.一种用于电力传输系统的线路保护中的故障检测的方法，包括以下步骤：
步骤(110)，获得电气线路上的测量点处的电压的采样值，在所述测量点处安装有用于所述线路保护的保护装置；
步骤(120)，获得所述测量点处的电流的采样值；
步骤(130)，通过使用根据用于所述电气线路的时域集总参数模型的测量微分方程，从所述测量点处的所述电压的采样值和所述测量点处的所述电流的采样值中计算由保护装置的操作标准指定的瞬时测量点电压值；
步骤(140)，通过使用根据用于所述电气线路的时域集总参数模型的比较微分方程，从所述测量点处的所述电压的采样值和所述测量点处的所述电流的采样值中计算由保护装置的操作标准指定的瞬时比较电压值；以及
步骤(150)，基于所述瞬时测量点电压值和所述瞬时比较电压值的比较结果来执行所述故障检测。
2.根据权利要求1所述的方法，其中：
所述瞬时测量点电压值通过以下方程来计算：
其中，uq_k表示在时刻k的所述瞬时测量点电压值，uk表示在时刻k在测量点处的所述电压的采样值，ik表示在时刻k在所述测量点处的所述电流的采样值，R表示所述集总参数模型中的电阻器的电阻值，L表示所述集总参数模型中的电感器的电感值，并且表示所述电流ik的微分值，m1和m2是由保护装置的操作标准指定的系数。
3.根据权利要求1所述的方法，其中：
所述瞬时比较电压值通过以下方程来计算：
其中，ures_k表示在时刻k的所述瞬时比较电压值，uk表示在时刻k在测量点处的所述电压的采样值，ik表示在时刻k在所述测量点处的所述电流的采样值，R表示所述集总参数模型中的电阻器的电阻值，L表示所述集总参数模型中的电感器的电感值，并且表示在时刻k的所述电流ik的采样值的微分值，m3和m4是由保护装置的操作标准指定的系数。
4.根据权利要求1所述的方法，其中：
所述瞬时测量点电压值通过以下方程来计算的：
其中，p1和p2分别表示三相输电线路的不同相，uq_p1p2_k表示在时刻k的相p1与相p2之间的所述瞬时测量点电压值，uq_p1_k表示在时刻k的相p1的所述瞬时测量点电压值，up1p2_k、ip1p2_k分别表示在时刻k在所述测量点处的相p1与相p2之间的所述采样电压和所述采样电流，up1_k、ip1_k分别表示在时刻k在所述测量点处的相p1的所述采样电压和所述采样电流，R表示所述集总参数模型中的电阻器的电阻值，L表示所述集总参数模型中的电感器的电感值，表示所述电流ip1p2_k的微分值，表示值ip1_k+kL·3i0_k的微分值，R0表示所述三相输电线路的零序电阻；R1表示所述三相输电线路的正序电阻；L0表示所述三相输电线路的零序电感；L1表示所述三相输电线路的正序电感；i0_k表示在时刻k的零序电流。
5.根据权利要求1所述的方法，其中：
所述瞬时比较电压值通过以下方程来计算：
其中，p1和p2分别表示三相输电线路的不同相，ures_p1p2_k表示在时刻k的相p1与相p2之间的所述瞬时比较电压值，ip1p2_k表示在时刻k在所述测量点处的相p1与相p2之间的所述采样电流，ip1_k表示在时刻k在所述测量点处的相p1的所述采样电流，R表示所述集总参数模型中的电阻器的电阻值，L表示所述集总参数模型中的电感器的电感值，表示所述电流ip1p2_k的微分值，表示值ip1_k+kL·3i0_k的微分值，R0表示所述三相输电线路的零序电阻；R1表示所述三相输电线路的正序电阻；L0表示所述三相输电线路的零序电感；L1表示所述三相输电线路的正序电感；i0_k表示在时刻k的零序电流。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述集总参数模型包括电阻器-电感器-电容器(RLC)模型或者电阻器–电感器(RL)模型中的任何模型。
7.一种计算机程序，包括计算机程序代码，所述计算机程序代码在计算机上运行时适于执行根据前述权利要求中任一项所述的方法的所有步骤。
8.根据权利要求7所述的计算机程序，所述计算机程序体现在计算机可读介质上。
9.一种用于电力传输系统的线路保护中的故障检测的系统，包括：
一个或多个处理器(1001)；
存储器(1002)，所述存储器(1002)被耦合至所述处理器中的至少一个处理器；以及
一组程序指令，所述一组程序指令被存储在所述存储器中，并且能够由所述处理器(1001)中的至少一个处理器执行以使所述系统：
获得电气线路上的测量点处的电压的采样值，在所述测量点处安装有用于所述线路保护的保护装置；
获得测量点处的电流的采样值；
通过使用根据用于所述电气线路的时域集总参数模型的微分方程，从所述测量点处的所述电压的采样值和所述测量点处的所述电流的采样值中计算瞬时测量点电压值；
通过使用根据用于所述电气线路的时域集总参数模型的微分方程，从所述测量点处的所述电压的采样值和所述测量点处的所述电流的采样值中计算由保护装置的操作标准指定的瞬时比较电压值；以及
基于所述瞬时测量点电压值和所述瞬时比较电压值的比较结果来执行所述故障检测。
10.根据权利要求9所述的系统，其中：
所述瞬时测量点电压值通过以下方程来计算：
其中，uq_k表示在时刻k的所述瞬时测量点电压值，uk表示在时刻k在测量点处的所述电压的采样值，ik表示在时刻k在所述测量点处的所述电流的采样值，R表示所述集总参数模型中的电阻器的电阻值，L表示所述集总参数模型中的电感器的电感值，并且表示所述电流ik的微分值，m1和m2是由保护装置的操作标准指定的系数。
11.根据权利要求9所述的系统，其中：
所述瞬时比较电压值通过以下方程来计算：
其中，ures_k表示在时刻k的所述瞬时比较电压值，uk表示在时刻k在测量点处的所述电压的采样值，ik表示在时刻k在所述测量点处的所述电流的采样值，R表示所述集总参数模型中的电阻器的电阻值，L表示所述集总参数模型中的电感器的电感值，并且表示在时刻k的所述电流ik的采样值的微分值，m3和m4是由保护装置的操作标准指定的系数。
12.根据权利要求9所述的系统，其中：
所述瞬时测量点电压值通过以下方程来计算：
其中，p1和p2分别表示三相输电线路的不同相，uq_p1p2_k表示在时刻k的相p1与相p2之间的所述瞬时测量点电压值，uq_p1_k表示在时刻k的相p1的所述瞬时测量点电压值，up1p2_k、ip1p2_k分别表示在时刻k在所述测量点处的相p1与相p2之间的所述采样电压和所述采样电流，up1_k、ip1_k分别表示在时刻k在所述测量点处的相p1的所述采样电压和所述采样电流，R表示集总参数模型中的电阻器的电阻值，L表示集总参数模型中的电感器的电感值，表示所述电流ip1p2_k的微分值，表示值ip1_k+kL·3i0_k的微分值，R0表示所述三相输电线路的零序电阻；R1表示所述三相输电线路的正序电阻；L0表示所述三相输电线路的零序电感；L1表示所述三相输电线路的正序电感；i0_k表示在时刻k的零序电流。
13.根据权利要求9所述的系统，其中：
所述瞬时比较电压值通过以下方程来计算：
其中，p1和p2分别表示三相输电线路的不同相，ures_p1p2_k表示在时刻k的相p1与相p2之间的所述瞬时比较电压值，ip1p2_k表示在时刻k在测量点处的相p1与相p2之间的所述采样电流，ip1_k表示在时刻k在所述测量点处的相p1的所述采样电流，R表示所述集总参数模型中的电阻器的电阻值，L表示所述集总参数模型中的电感器的电感值，表示所述电流ip1p2_k的微分值，表示值ip1_k+kL·3i0_k的微分值，R0表示所述三相输电线路的零序电阻；R1表示所述三相输电线路的正序电阻；L0表示所述三相输电线路的零序电感；L1表示所述三相输电线路的正序电感；i0_k表示在时刻k的零序电流。
14.根据权利要求9所述的系统，其中所述集总参数模型包括电阻器-电感器-电容器(RLC)模型或者电阻器-电感器(RL)模型中的任何模型。
15.一种用于电力传输系统的线路保护中的故障检测的设备，包括：
采样电压获得模块(1101)，所述采样电压获得模块(1101)被配置为获得电气线路上的测量点处的电压的采样值，在所述测量点处安装有用于所述线路保护的保护装置；
采样电流获得模块(1102)，所述采样电流获得模块(1102)被配置为获得测量点处的电流的采样值；
瞬时测量点电压计算模块，所述瞬时测量点电压计算模块被配置为：通过使用根据用于所述电气线路的时域集总参数模型的测量微分方程，从所述测量点处的所述电压的采样值和所述测量点处的所述电流的采样值中计算由保护装置的操作标准指定的瞬时测量点电压值；
瞬时比较电压计算模块，所述瞬时比较电压计算模块被配置为：通过使用根据用于所述电气线路的时域集总参数模型的比较微分方程，从所述测量点处的所述电压的采样值和所述测量点处的所述电流的采样值中计算由保护装置的操作标准指定的瞬时比较电压值；以及
故障检测模块(1105)，所述故障检测模块(1105)被配置为基于所述瞬时测量点电压值和所述瞬时比较电压值的比较结果来执行所述故障检测。
16.根据权利要求15所述的设备，其中：
所述瞬时测量点电压值通过以下方程来计算：
其中，uq_k表示在时刻k的所述瞬时测量点电压值，uk表示在时刻k在测量点处的所述电压的采样值，ik表示在时刻k在所述测量点处的所述电流的采样值，R表示所述集总参数模型中的电阻器的电阻值，L表示所述集总参数模型中的电感器的电感值，并且表示所述电流ik的微分值，m1和m2是由保护装置的操作标准指定的系数。
17.根据权利要求16所述的设备，其中：
所述瞬时比较电压值通过以下方程来计算：
其中，ures_k表示在时刻k的所述瞬时比较电压值，uk表示在时刻k在测量点处的所述电压的采样值，ik表示在时刻k在所述测量点处的所述电流的采样值，R表示所述集总参数模型中的电阻器的电阻值，L表示所述集总参数模型中的电感器的电感值，并且表示在时刻k的所述电流ik的采样值的微分值，m3和m4是由保护装置的操作标准指定的系数。
18.根据权利要求15所述的设备，其中：
所述瞬时测量点电压值通过以下方程来计算：
其中，p1和p2分别表示三相输电线路的不同相，uq_p1p2_k表示在时刻k的相p1与相p2之间的所述瞬时测量点电压值，uq_p1_k表示在时刻k的相p1的所述瞬时测量点电压值，up1p2_k、ip1p2_k分别表示在时刻k在所述测量点处的相p1与相p2之间的所述采样电压和所述采样电流，up1_k、ip1_k分别表示在时刻k在所述测量点处的相p1的所述采样电压和所述采样电流，R表示集总参数模型中的电阻器的电阻值，L表示集总参数模型中的电感器的电感值，表示所述电流ip1p2_k的微分值，表示值ip1_k+kL·3i0_k的微分值，R0表示所述三相输电线路的零序电阻；R1表示所述三相输电线路的正序电阻；L0表示所述三相输电线路的零序电感；L1表示所述三相输电线路的正序电感；i0_k表示在时刻k的零序电流。
19.根据权利要求15所述的设备，其中：
所述瞬时比较电压值通过以下方程来计算：
其中，p1和p2分别表示三相输电线路的不同相，ures_p1p2_k表示在时刻k的相p1与相p2之间的所述瞬时比较电压值，ip1p2_k表示在时刻k在所述测量点处的相p1与相p2之间的所述采样电流，ip1_k表示在时刻k在所述测量点处的相p1的所述采样电流，R表示所述集总参数模型中的电阻器的电阻值，L表示所述集总参数模型中的电感器的电感值，表示所述电流ip1p2_k的微分值，表示值ip1_k+kL·3i0_k的微分值，R0表示所述三相输电线路的零序电阻；R1表示所述三相输电线路的正序电阻；L0表示所述三相输电线路的零序电感；L1表示所述三相输电线路的正序电感；i0_k表示在时刻k的零序电流。
20.根据权利要求15所述的设备，其中所述集总参数模型包括电阻器-电感器-电容器(RLC)模型或者电阻器-电感器(RL)模型中的任何模型。
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