CN111937264B - 用于在多终端电力传输系统中进行保护的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于在多终端电力传输系统中进行保护的方法和装置。装置获得电力传输系统的每个终端的故障前电流和故障期间电流的测量结果，并且根据电流测量结果计算故障前正序电流相量值和故障期间正序电流相量值。针对每个区段计算故障区段指标的至少两个值。每个故障区段指标值是基于以下各项来计算的：故障位置的假定值、两个终端的故障前正序电流相量值与故障期间正序电流相量值之差、区段的长度、两个终端的源阻抗以及对应区段的线路参数。基于对针对每个区段计算的故障区段指标值的比较来识别出故障区段，并且根据故障区段的标识来控制开关装置。

Description

用于在多终端电力传输系统中进行保护的方法和装置
技术领域
本公开内容总体上涉及电力传输系统中的故障定位。更具体地，本发明涉及仅使用电流测量结果在多终端传输系统中的故障定位。
背景技术
多终端电力传输线路用于为大批工业负载集成可再生能源或为大批工业负载供电。多终端或分接混合线路提供了一种以最低的成本提供电力的可行解决方案。多终端混合或分接线路是由架空线路(OHL)和通常位于地下的电缆(UGC)构成的传输线路，这些线路在一个或多个分接头或结点处连接。使用多终端/分接混合线路节省与建设变电站和在分接头/结点处安装测量互感器相关联的成本。由于增加的可再生能源与电网的集成，多终端/分接线路的数量已经有了巨大的增长。
自动重合闸对于电力系统的可靠性至关重要。在主架空线路(OHL)和所连接的地下电缆(UGC)中引入分接头会使自动重合闸的原理复杂化。为了限定多终端混合线路的自动重合闸，需要故障区段的标识信息。通常，当故障位于OHL中时，由于OHL中的大多数故障是瞬态故障，因此允许自动重合闸两次或三次。另一方面，对于电缆中的故障，不允许自动重合闸，因为大多数电缆故障或多或少具有永久性。这种情况在自动重合闸仅对于架空线路中的故障被启用而对于电缆中的故障被阻止的多终端混合线路的情况下变得更具挑战性。
为了准确识别故障是位于架空线路中还是位于电缆中，通常需要电压测量结果和电流测量结果。在多终端线路的情况下，这会增加开销，因为存在三个或更多个终端，并且要为每个终端和分接头/结点提供测量设备。这些电力系统在每个终端处可能有或可能没有电压测量结果和电流测量结果两者。特别是，在每个分接头/结点处可能没有测量设备。
因此，需要利用多终端电力传输系统的各个位置处的有限的测量结果来确定故障区段，以便在这种系统中准确地实现自动重合闸。
在这样的传输线路中的准确故障定位对于维护人员到达故障点并迅速进行维修同样重要。快速识别出故障位置提高了可靠性、可用性并节省了公共事业单位的收入损失。
在多终端线路的情况下，采用多种方法来识别故障位置。用于确定故障位置的已知技术通常依赖于电压测量结果和电流测量结果、负序量以及故障类型或故障回路信息的知识。在多终端混合线路中，这些测量结果或者故障类型或故障回路的知识可能不可获得。而且，基于特定故障类型或故障回路信息、或特定测量结果的方法可能不适用于所有故障情况或电力系统配置。
因此，除了利用有限的测量结果来确定故障区段之外，还期望利用有限的测量结果和故障信息得到准确的故障位置。
发明内容
本发明的各个方面涉及多终端电力传输系统(电力传输系统)中的响应于故障而进行保护或者故障保护。根据各种实施例，电力传输系统包括一个或多个架空线路和一个或多个电缆，其中，两个或更多个传输线路在一个或多个分接头或结点处连接。换言之，电力传输系统是具有架空线路和电缆的组合的混合或混合型(hybrid)传输系统。进一步地，传输系统可以具有连接不同电力系统的单回或双回线路。
电力传输系统连接三个或更多个终端，其中，至少具有第一终端、第二终端和第三终端。在此，该三个或更多个终端通过至少具有第一传输线路和第二传输线路的两个或更多个传输线路进行连接。该两个或更多个传输线路在一个或多个分接头或结点处连接。例如，第一传输线路和第二传输线路在结点处连接。因此，在终端与分接头/结点之间形成各个线路区段(区段)。在三终端系统的三个终端通过两条传输线路在结点处连接的情况下，存在三个区段：第一终端与结点之间的第一区段、第二终端与结点之间的第二区段以及第三终端与结点之间的第三区段。另外，这两条传输线路中的至少一条传输线路是架空线路，并且另一条是电缆。因此，一个或多个区段是架空线路区段或电缆。
本发明公开了一种用于响应于多终端电力传输系统中的故障(或扰动)而进行保护的方法。故障(或扰动)可能在电力传输系统的一个或多个区段中的区段中。这种故障可能由于暂时扰动(例如，由于恶劣的天气条件)、绝缘失效等而发生。该方法仅使用电流测量结果来确定电力传输系统的哪个区段有故障，以正确执行自动重合闸操作。该方法还可以确定故障在区段上的位置(即，距终端的距离)。
该方法利用与电力传输系统相关联的智能电子装置(IED)来执行。例如，该方法可以利用与系统的终端相关联的IED来实施，终端诸如第一终端、第二终端和第三终端之一。
该方法包括获得电力传输系统的每个终端的故障前电流测量结果和故障期间电流测量结果。可以使用如电流互感器、基于传感器的测量设备(例如，罗戈夫斯基线圈、非常规仪用互感器等)等测量设备来获得电流测量结果，其提供与如从线路中感测到的电流相对应的信号。IED从测量设备接收信号并对该信号进行处理，以获得故障前电流测量结果和故障期间电流测量结果。可替代地，另一个电力系统装置如扰动记录器可以处理电流信号，并将该电流信号提供给IED。
该方法进一步包括针对每个终端根据故障前电流测量结果和故障期间电流测量结果来计算故障前正序电流相量值和故障期间正序电流相量值。IED可以根据电流测量结果(例如，使用合适的相量计算，如傅立叶计算等)来计算电流相量。可以通过使用诸如对称分量分析的方法来得到正序量。
另外，该方法包括针对每个区段计算故障区段指标的至少两个值。例如，可以针对一个区段计算两个故障区段指标值。为了计算区段的值，利用以下各项：
·故障位置的假定值；
·两个终端的故障前正序电流相量值与故障期间正序电流相量值之差；
·区段的长度；
·两个终端的源阻抗；以及
·对应区段的线路参数。
如果假定故障位置在区段的起点上，则故障位置的假定值可以为值“0”，如果假定故障位置在区段的终点上，则故障位置的假定值为“1”。因此，可以针对“0”计算出一个值，并且可以针对“1”计算出另一个值，其中，1对应于该区段的长度。
在一些实施例中，假定了故障位置的若干个值。这些值可以从“0”开始，并且以较小的量(例如，0.1)递增。在此，识别具有故障的区段包括：通过基于故障位置的多个假定值计算故障区段指标的多个值来计算故障的位置。
针对两个终端的相量，计算故障前正序电流相量与故障期间正序电流相量之差。终端包括该区段的终端和另一个终端。考虑具有终端A、B和C以及区段AJ、BJ和CJ的系统，其中，AJ是终端A与结点J之间的区段，BJ是终端B与J之间的区段，并且CJ是终端C与J之间的区段。在此，对于区段AJ，使用终端A的相量，以及终端B或C的相量。
假定值、电流相量之差与两个终端的源阻抗和对应区段的线路参数一起使用。例如，对于区段AJ，可以如下计算故障区段指标(KA0，KA1)：
这里，KA0是故障位置的假定值为“0”的情况，并且是针对故障位置的假定值为“1”的情况。终端B的故障前正序电流相量与故障期间正序电流相量之差为并且终端A的故障前正序电流相量与故障期间正序电流相量之差为/>进一步地，使用源阻抗和线路参数来如下计算P1、Q1、S1和T1：
ABCD参数和源阻抗可以用于计算P1、Q1、S1和T1：
在以上等式中，
·是在仅仅移除与故障区段AJ相对应的元素之后的修改后的总线阻抗矩阵的对应元素
·是原始总线阻抗矩阵的对应元素
·ZcBJ是线路BJ的浪涌阻抗，γBJ和LBJ分别是线路BJ的传播常数和长度
·ZcAJ是线路AJ的浪涌阻抗，γAJ和LAJ分别是线路AJ的传播常数和长度
针对每个区段的故障区段指标计算的值用于识别具有故障的区段。基于对针对每个区段估计的故障区段指标的值的比较，识别出具有故障的区段。例如，针对区段AJ，对KA0和KA1的值进行比较，类似地，对针对区段BJ计算出的值进行比较，以此类推。可以使用判据来识别具有故障的区段。例如，当这两个值(如果计算出两个值)具有不同的符号(相反的极性)时，对应的区段被确定为具有故障。
在计算出故障区段指标的若干个值的实施例中，将故障区段指标的多个值与阈值进行比较。考虑最接近阈值(例如小于或等于阈值)的值以确定故障位置。在故障区段指标的值小于阈值的情况下，故障位置对应于故障位置的假定值。因此，将故障位置的该假定值选择为故障位置。
使用故障区段的标识(即，其是架空线路区段或电缆)来根据该标识控制开关装置。在此，基于该区段是架空线路区段而启用自动重合闸。
因此，终端处的IED可以接收各种电流测量结果，并且执行该方法的各种步骤以确定故障区段(具有故障的区段)。IED具有用于(例如，通过有线/无线通信)接收来自测量设备的信号以及来自其他IED的测量结果的接口。IED具有被配置成执行在确定故障区段时所涉及的各种步骤的处理器。该处理器还可以执行与确定故障在区段上的位置有关的步骤。该处理器基于在接口上接收到的信息以及存储在IED的存储器中的信息来执行这些步骤。例如，源阻抗和线路参数可以被存储在存储器中，并与故障前信息和故障期间信息一起使用，以得出故障区段或故障位置。
在实施例中，该方法还包括计算每个终端的源阻抗。在此，基于连接在终端处的一个或多个断路器的状态计算每个终端的源阻抗。根据通信信号(例如GOOSE通信)确定断路器的状态。基于断路器的状态考虑通过每个断路器连接的回路元件的导纳值。例如，当连接断路器时，考虑回路元件的导纳值。否则，不考虑该导纳值。根据实施例，处理器还计算每个终端的源阻抗的值。这些基于在接口处接收到的状态信号。
附图说明
图1示出了根据本发明的实施例的三终端分接电力传输系统；
图2是根据本发明的各种实施例的智能电子装置的简化框图；
图3示出了图1的三终端系统以及连接在三条总线上的传输网络的其余部分；
图4是三终端系统的区段BJ的等效pi模型；
图5是在与总线A相距dL千米的F处具有故障的三终端系统的区段AJ的等效pi模型；
图6是各种故障位置的故障区段指标(KA)的曲线图；以及
图7是根据本发明的各种实施例的用于响应于故障而进行保护的方法的流程图。
具体实施方式
本发明的各种方面涉及多终端电力传输系统(电力传输系统)中的响应于故障而进行保护或故障保护。这是混合/分接电力传输系统。
图1中示出了这种混合/分接电力传输的示例。图1所示的传输系统是三终端/分接电力传输系统。总线A、总线B和总线C是三个终端，并且J是结点。区段AJ是长度为LOHL1 km(或LAJ)的架空线路区段，区段BJ是长度为LOHL2 km(或LBJ)的架空线路区段，并且区段CJ是长度为LUGC km(或LCJ)的电缆(地下)。将根据图1所示的电力传输系统来解释本发明的方法和装置。然而，本发明不限于图1所示的三终端系统，并且可以通过对用于其他系统的方法/装置进行适当的调整而扩展到这种系统，如具有四个或更多个终端和单/双回路线路的电力系统。
本发明公开了一种用于在这种电力传输系统的情况下响应于故障(或扰动)而进行保护的方法。故障(或扰动)可能在电力传输系统的一个或多个区段中的某个区段中。例如，故障可能在AJ、BJ或CJ上。这种故障可能由于暂时扰动(例如，由于恶劣的天气条件)、绝缘失效等而发生。
方法仅使用电流测量结果来确定电力传输系统的哪个区段(AJ、BJ或CJ)有故障，以正确执行自动重合闸操作。方法还可以确定故障在区段上的位置(即，距终端的距离)。为了确定故障区段和故障位置，需要在故障之前(故障前)和故障期间(随着并且当检测到故障时)的所有终端的同步电流测量结果。
方法利用与电力传输系统相关联的智能电子装置(IED)来执行。例如，可以利用与终端A相关联的IED1或与终端B相关联的IED2来实施方法。如图1所示的每个IED都具有针对所有终端的测量结果。例如，IED1从图1所示的电流互感器(CT1)接收电流信号，并从这些信号中获得总线A的电流测量结果。进一步地，IED1通过如图1中所示的光纤信道等通信信道与其他IED(IED2和IED3)通信。因此，IED1还可以经由来自IED2和IED3的通信得到其他终端的测量结果。电力传输系统的三个(或更多个)IED彼此同步。这可以通过使这些IED的时钟同步来实现。因此，在所有终端处的电流测量结果彼此同步。
如图2中的IED的简化表示所示，诸如IED1的IED具有接口(202)、存储器(204)和处理器(206)以及其他部件。
接口(202)从测量设备接收信号，例如在IED1的情况下从CT1接收信号。可能存在用于从其他IED接收电流信号和通信信号的单独的I/O。根据本发明的每个IED具有一个或多个接口，以接收/发射信号。存储器(204)存储执行本发明的方法所需的各种信息。这些信息可以包括测量结果、源阻抗、线路参数包括线路长度、线路阻抗等。这些信息还可以包括可由处理器(206)执行以执行本文所公开的方法的步骤的指令。在运行时期间，可以将存储器中的信息上载到IED，或者对信息进行计算和存储。处理器(206)使用存在于存储器中的信息基于经由接口接收到的信息来执行方法的各种步骤。
以下描述了本发明的方法，使用上文所描述的IED(如，IED1、IED2等)来实施方法的各种步骤。将考虑图1所示的示例电力传输系统来描述方法。而且，ABCDAJ应表示区段AJ的正序线路阻抗参数(ABCD矩阵)。ABCDBJ表示区段BJ的正序线路阻抗参数。ABCDCJ表示区段CJ的正序线路阻抗参数。让我们考虑区段AJ处的故障。为了执行方法，需要终端的源阻抗。可以使用实际的源阻抗。可替代地，可以根据断路器状态和线路阻抗数据来计算源阻抗。
考虑到图3所示的三终端系统的表示，等效网络的总线导纳矩阵可以写为如下：
对角线元素yaa、yjj、ybb和ycc被计算为连接到相应总线的所有导纳之和。例如，yaa是连接到总线A的所有导纳之和。这应取决于在总线处的断路器的状态，该状态可以使用如GOOSE/GSSE或有线通信即SA1、SA2、…到SAn的通信来接收。如果断路器闭合，则对应的阻抗被连接到总线A，并且因此必须被包括在对元素yaa的计算中。在对yaa的计算中还包括通过闭合的断路器SA也被连接到总线A的区段AJ的串联线路阻抗和并联导纳。
在计算中，任何总线后面的源阻抗都被认为等于连接到总线的阻抗。其可以是连接到总线的线路的阻抗或者互感器的阻抗。在互感器的情况下，互感器阻抗就足够了；并且不需要等效的LV电压。
例如，如果总线A上的所有断路器均闭合，则元素yaa可以被计算为：
如果任何一个断路器例如断路器SA3断开，则应从等式(2)中移除项同样，如果将任何附加的补偿装置添加到系统中，则应获取详细信息，并且可以将对应的阻抗项添加到等式(2)中的导纳计算中。例如，如果在SA1后面添加了可以是50％补偿的串联补偿装置，则对应地可以将装置的0.5倍的有效阻抗纳入到等式(2)中。
类似地，可以用等式(3)、(4)和(5)如下计算yjj、ybb和ycc：
因此，方法利用了源阻抗——要么是预先上载到IED的源阻抗，要么是通过如以上所述的那样计算出源阻抗。
方法涉及通过合适的相量估计方法来计算所有终端处的故障前正序电流相量和故障期间正序电流相量。可以从所有三个终端处的IED、扰动记录器或其他这样的装置获得电流测量结果。使用任何合适的相量估计方法根据这些电流测量结果来计算故障前正序电流相量和故障后正序电流相量。
对于三终端系统，终端A处的故障前正序电流和故障后正序电流分别由IA 1，pre和IA 1表示，终端B处的故障前正序电流和故障后正序电流分别由IB 1，pre和IB 1表示，并且终端C处的故障前正序电流和故障后正序电流分别由IC 1，pre和IC 1表示。
为了确定故障区段和故障位置，使用源阻抗、线路参数和电流相量来计算故障区段指标K的值。以下描述了得出故障区段指标的方式。
首先，计算与任一健康区段相对应的任何总线处的正序电流的故障分量。假设故障在区段AJ上，则该步骤涉及根据阻抗和未知故障区段标识(d)来计算或
考虑到正序纯故障网络，在系统的总线B处的故障后电压可以被表示为
其中，
和/>分别是终端B处的故障后电压和故障前电压，
IF是通过故障电阻的故障电流，并且
是包括故障总线F的新总线阻抗矩阵的BF元素，并且被计算如下：
在等式(7)中，
和/>是原始总线阻抗矩阵的对应元素(要么是可在IED中获得的，要么是如以上所述的那样计算出的)，
γAJ和LAJ分别是故障区段的传播常数和长度，并且
IF是故障电流。
等式(6)与(7)一起表示作为故障位置d的函数的故障后总线电压
考虑到健康区段BJ的分布参数模型(如图4所示)，可以通过基尔霍夫电压定律(KVL)和基尔霍夫电流定律(KCL)如下获得总线B处的故障后电流的正序分量：
其中，
ZcBJ是线路BJ的浪涌阻抗，γBJ和LBJ分别是线路区段BJ的传播常数和长度，并且
和/>是总线B和J的故障后正序电压。
参考等式(6)并将其代入等式(8)，并且进行重写，我们得到
其中，是线路BJ的总线B处的故障前正序电流，并且ABJ和BBJ可以被计算如下：
因此，可以将与两个健康区段之一相对应的总线B处的纯故障电流即故障后电流相量与故障前电流相量之差如在(12)中表示为未知故障距离d、阻抗和故障电流IF的函数
类似地，也可以在(13)中将总线C处的纯故障电流即故障后电流相量与故障前电流相量之差写为
此后，计算与故障区段相对应的总线处的正序电流的故障分量。
图5示出了总线A与结点J之间的区段AJ，在点F处具有故障。故障距总线A的距离为d，其中，d被表示为故障线路的总长度LAJ千米的分数。在此，通过等效pi模型来描述线路的分布参数模型。
假设故障在区段AJ上，则该步骤涉及根据阻抗和未知故障位置(d)来计算
由于线路阻抗可能不再被认为是常数，故障线路的对应的AAJ和BAJ不能通过(10)和(11)得出。为了获得AAJ和BAJ，我们从系统中移除线路AJ，并用两个电流源代替该线路。考虑到该修改后的系统的正序叠加网络，可以形成以下等式：
其中，
和/>是不包括故障区段AJ的简化网络的总线阻抗矩阵的对应元素。这可以简单地通过在YBUS公式中、或从具有IED的源阻抗矩阵中删除与该区段相对应的项而形成，
是总线A处的故障后电压和故障前电压，
是J处的故障后电压和故障前电压，
和/>是总线A处的故障后电流和故障前电流，并且
和/>是在J处流入区段AJ中的故障后电流和故障前电流。
对于故障区段AJ，
使等式(14)与(16)相等并且使(15)与(17)相等：
现在从(18)和(19)求解和/>我们得到：
将(20)和(21)与(13)进行比较，我们得到：
根据等式(20)和(21)，可以针对故障区段AJ写出与等式(12)/(13)类似的以下等式(24)：
以上估计的量与测得的量相等，以求解故障区段标识。在假设故障在区段AJ上的情况下，为方便起见，以下对在前面的章节中得到的等式(12)、(13)和(24)进行重写：
在此，应根据总线A、B和C处的电流测量结果来计算以上三个等式的LHS。
取等式(25)与(27)之比，我们得到：
其中，
和/>可以根据等式(7)来计算，
ABJ和BBJ可以根据等式(10)和(11)来计算，并且
AAJ和BAJ可以根据等式(22)和(23)来计算。
将这些项代入等式(28)，我们得到：
其中，
这可以用于限定每个区段的故障区段指标(对于AJ为KA，对于BJ为KB，对于CJ为KC。对于故障在区段AJ上的情况，参考等式(29)，我们知道：
其中，
在以上等式中，
是在简单地移除与故障区段AJ相对应的元素之后的修改后的总线阻抗矩阵的对应元素，
是原始总线阻抗矩阵的对应元素，
ZcBJ是线路BJ的浪涌阻抗，γBJ和LBJ分别是线路BJ的传播常数和长度，并且
ZcAJ是线路AJ的浪涌阻抗，γAJ和LAJ分别是线路AJ的传播常数和长度。
可以以如下在等式(30)中的一种方式来限定故障区段指标K
可以观察到，当变量d等于被表示为区段AJ的长度的分数的未知故障位置时，如使用等式(30)计算出的KA等于零。对于d的值小于实际故障位置的情况，KA的值将为正。对于d的值大于实际故障位置的情况，KA将为负，如从图6看到的。
因此，通过检查在d＝0和d＝1处KA的值并比较它们的符号，我们可以识别出区段AJ上是否存在故障。让我们在AJ区段的50％处创建故障。如从图6看到的，如果故障在区段AJ上，则KA0的值将为正，而KA1的值将为负。
KA0被定义为在d＝0处的KA，并且KA1被定义为在d＝1处的KA。根据等式(30)，
以及
类似地，对于故障在区段BJ上的情况，我们得到等式(31)
其中，
和/>是原始总线阻抗矩阵的对应元素
在以上等式中，
和/>是不包括故障区段BJ的简化网络的总线阻抗矩阵的对应元素。这可以简单地通过在YBUS公式中删除与该区段相对应的项而形成。
ZcBJ是线路BJ的浪涌阻抗，γBJ和LBJ分别是线路BJ的传播常数和长度，并且
ZcAJ是线路AJ的浪涌阻抗，γAJ和LAJ分别是线路AJ的传播常数和长度。
通过检查在d＝0和d＝1处KB的值并比较它们的符号，我们可以识别出区段BJ上是否存在故障。如果故障在区段BJ上，则KB0的值将为正，而KB1的值将为负。
KB0被定义为在d＝0处的KB，并且KB1被定义为在d＝1处的KB。
根据等式(31)，以及/>
类似地，对于故障在区段CJ上的情况，我们有等式(32)，
其中，
和/>是原始总线阻抗矩阵的对应元素
和/>是不包括故障区段CJ的简化网络的总线阻抗矩阵的对应元素。这可以简单地通过在YBUS公式中删除与该区段相对应的项而形成。/>
ZcCJ是线路CJ的浪涌阻抗，γCJ和LCJ分别是线路CJ的传播常数和长度，并且
ZcAJ是线路AJ的浪涌阻抗，γAJ和LAJ分别是线路AJ的传播常数和长度。
KC0被定义为在d＝0处的KC，并且KC1被定义为在d＝1处的KC。
根据等式(32)，以及/>
通过检查在d＝0和d＝1处KC的值并比较它们的符号，我们可以识别出区段CJ上是否存在故障。如果故障在区段CJ上，则KC0的值将为正，而KC1的值将为负。
因此，可以根据以下步骤识别出故障区段：
·计算如在前述步骤中给出的常数P1、Q1、S1和T1
·计算和/>
·计算如在前述步骤中给出的常数P2、Q2、S2和T2
·计算和/>
·计算如在前述步骤中给出的常数P3、Q3、S3和T3
·计算和/>
比较每个区段的K值，并且如下识别出故障区段：
·如果KA0和KA1具有相反符号，则故障在区段AJ上
·如果KB0和KB1具有相反符号，则故障在区段BJ上
·如果KC0和KC1具有相反符号，则故障在区段CJ上
因此，通过如所示出的那样计算故障区段指标K，可以识别出故障区段。通过进行不同的假设和为d取不同的假定值，可以不同地计算出故障区段指标。
可以通过为K计算出不同的值来识别出故障位置。例如，通过更改d的值，可以针对区段计算出不同的K值。K接近阈值(在上述情况下为“0”)时的“d”值被确定为故障位置。
所识别出的包括故障的区段也可以被视为输入，用于计算故障在所识别出的区段中的位置。
等式(28)也可以写为如下：
可以根据以下等式来未知的求解(d)值：
其中，
K1＝R1*S1-R1*T1cosh(γAJ*LAJ)-P1+Q1cosh(γAJ*LAJ)
K2＝Q1*sinh(γAJ*LAJ)-R1*T1sinh(γAJ*LAJ)
也可以通过考虑多终端传输线路系统中的任何健康区段和故障区段来获得(d)的值。因此，仅使用电流测量结果、线路参数和源阻抗就可以识别出故障在故障区段中的位置。
在图7的流程图中示出了用于基于故障区段识别进行保护的方法。
如图所示，在702处，该方法包括获得电力传输系统的每个终端的故障前电流测量结果和故障期间电流测量结果。
在704处，该方法进一步包括针对每个终端根据故障前电流测量结果和故障期间电流测量结果来计算故障前正序电流相量值和故障期间正序电流相量值。IED可以根据电流测量结果(例如，使用诸如傅立叶计算的合适的相量计算)来计算电流相量。可以通过使用诸如对称分量分析的方法来得到正序量。
在706处，该方法包括针对每个区段计算故障区段指标的至少两个值。例如，可以针对一个区段计算两个故障区段指标值。例如，对于区段AJ，可以如上所解释的那样来计算故障区段指标(KA0，KA1)，对于BJ和CJ也是类似的情况。
针对每个区段的故障区段指标计算的值用于识别具有故障的区段。在708处，基于对针对每个区段估计的故障区段指标的值的比较，识别出具有故障的区段。例如，针对区段AJ，对KA0和KA1的值进行比较，类似地，对针对区段BJ计算出的值进行比较，以此类推。可以使用判据来识别具有故障的区段。例如，当这两个值(如果计算出两个值)具有不同的符号(相反的极性)时，对应的区段被确定为具有故障。
可以计算故障区段指标的若干个值，以用于确定故障位置。将故障区段指标的多个值与阈值进行比较。考虑最接近阈值(例如小于或等于阈值)的值以确定故障位置。在故障区段指标的值小于阈值的情况下，故障位置对应于故障位置的假定值。因此，选择故障位置的假定值作为故障位置。这可能发生在自动重合闸之后。
在710处，使用故障区段的标识(即，其是架空线路区段或电缆)来根据该标识控制开关装置。在此，基于该区段是架空线路区段而启用自动重合闸。因此，如果确定故障在架空线路中，则与架空线路区段相关联的断路器可以再次闭合。相应地，IED(处理器)可以生成用于利用断路器进行自动重合闸的信号。
因此，终端处的IED可以接收各种电流测量结果，并且执行该方法的各种步骤以确定故障区段(具有故障的区段)。IED进一步控制如断路器等开关装置，以仅针对架空线路区段故障启用自动重合闸。另外，仅使用电流测量结果来计算故障位置。
因此，本发明提供了一种用于仅使用电流测量结果来估计多终端传输线路系统中的故障区段和位置的方法和装置。此外，还需要线路参数和源阻抗，其中，源阻抗如果不可获得则可以进行计算。
所提出的方法是非迭代的，并且方法的准确性不受故障电阻、故障回路信息、负载条件、相互耦合和线路配置的影响。

Claims (6)

1.一种响应于多终端电力传输系统中的故障而进行保护的方法，其中，所述多终端电力传输系统至少连接第一终端、第二终端和第三终端，其中，至少第一传输线路连接所述第一终端和所述第二终端，并且第二传输线路在所述第一传输线路和所述第二传输线路的结点处连接所述第三终端和所述第一传输线路，从而在所述第一传输线路和所述第二传输线路上在每个终端与所述结点之间形成区段，其中，每个区段是架空线路区段和电缆之一，并且所述故障位于所述区段中的一个区段中，其中，利用与所述多终端电力传输系统的所述第一终端、所述第二终端和所述第三终端之一相关联的智能电子装置来执行所述方法，所述方法包括：
获得所述多终端电力传输系统的每个终端的故障前电流测量结果和故障期间电流测量结果；
针对每个终端根据所述故障前电流测量结果和所述故障期间电流测量结果来计算故障前正序电流相量值和故障期间正序电流相量值；
针对每个区段计算故障区段指标的至少两个值，其中，区段的所述故障区段指标的每个值是基于以下各项来计算的：
故障位置的假定值；
所述电力传输系统的两个终端的所述故障前正序电流相量值与所述故障期间正序电流相量值之差，其中，所述两个终端包括所述区段所连接的终端以及所述多终端电力传输系统的其他终端之一；
所述区段的长度；
所述两个终端的源阻抗；以及
对应区段的线路参数；
其中，区段的所述故障区段指标的每个值并不基于电压测量值或电压相量值来计算；
基于对针对每个区段估计的所述故障区段指标的值的比较，识别出具有所述故障的区段；以及
根据具有所述故障的所述区段的标识来控制开关装置，其中，基于所述区段是架空线路区段，启用自动重合闸。
2.如权利要求1所述的方法，其中，识别具有所述故障的所述区段包括通过以下操作计算所述故障的位置：
基于所述故障位置的多个假定值来计算所述故障区段指标的多个值；
将所述故障区段指标的所述多个值与阈值进行比较；以及
在所述故障区段指标的所述值小于所述阈值的情况下，选择所述故障位置的所述假定值作为所述故障的位置。
3.如权利要求1所述的方法，其中，基于在所述终端处连接的一个或多个断路器的状态来计算每个终端的源阻抗，其中，根据通信信号确定所述断路器的所述状态，并且基于所述断路器的所述状态考虑通过每个断路器连接的回路元件的导纳值。
4.一种智能电子装置，所述智能电子装置被配置成响应于多终端电力传输系统中的故障而进行保护，其中，所述多终端电力传输系统至少连接第一终端、第二终端和第三终端，其中，至少第一传输线路连接所述第一终端和所述第二终端，并且第二传输线路在所述第一传输线路和所述第二传输线路的结点处连接所述第三终端和所述第一传输线路，从而在所述第一传输线路和所述第二传输线路上在每个终端与所述结点之间形成区段，其中，每个区段是架空线路区段和电缆之一，并且所述故障位于所述区段中的一个区段中，所述智能电子装置包括：
接口，所述接口用于获得所述多终端电力传输系统的每个终端的故障前电流测量结果和故障期间电流测量结果；
存储器；以及
处理器，所述处理器被配置成：
针对每个终端根据所述故障前电流测量结果和所述故障期间电流测量结果来计算故障前正序电流相量值和故障期间正序电流相量值；
针对每个区段计算故障区段指标的至少两个值，其中，区段的所述故障区段指标的每个值是基于以下各项来计算的：
故障位置的假定值；
所述电力传输系统的两个终端的所述故障前正序电流相量值与所述故障期间正序电流相量值之差，其中，所述两个终端包括所述区段所连接的终端以及所述多终端电力传输系统的其他终端之一；
所述区段的长度；
所述两个终端的源阻抗；以及
对应区段的线路参数；
其中，区段的所述故障区段指标的每个值并不基于电压测量值或电压相量值来计算；
基于对针对每个区段估计的所述故障区段指标的值的比较，识别出具有所述故障的区段；并且
生成用于根据具有所述故障的所述区段的标识来控制开关装置的信号，其中，基于所述区段是架空线路区段，启用自动重合闸。
5.如权利要求4所述的智能电子装置，其中，所述处理器被配置成通过计算所述故障的位置来识别出具有所述故障的所述区段，其中，所述处理器被配置成通过以下操作来计算所述故障的位置：
基于所述故障位置的多个假定值来计算所述故障区段指标的多个值；
将所述故障区段指标的所述多个值与阈值进行比较；以及
在所述故障区段指标的值小于所述阈值的情况下，选择所述故障位置的所述假定值作为所述故障的位置。
6.如权利要求4所述的智能电子装置，其中，所述处理器被配置成基于在所述终端处连接的一个或多个断路器的状态来计算每个终端的源阻抗，其中，根据通信信号确定所述断路器的所述状态，并且基于所述断路器的所述状态考虑通过每个断路器连接的回路元件的导纳值。
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