CN111983509B - 一种分布式线路故障检测方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种分布式线路故障检测方法及装置，上述方法包括如下步骤：判断分布式线路中性点是否接地；如分布式线路中性点未接地，则检测零序电压同步相量和零序电流同步相量的角度差；判断角度差是否为第一预设角度值；如角度差在第一预设时间内为第一预设角度值，则判断分布式线路为故障线路；如角度差在第一预设时间内不为第一预设角度值，则判断分布式线路为健全线路。通过设置于线路侧的同步相量测量装置，利用获取的本间隔的电压信息和电流信息，分别计算零序电压、零序电流和有功功率的同步相量，并利用同步相量的特征，判断本线路是否为故障线路。

Description

一种分布式线路故障检测方法及装置
技术领域
本发明输电网络检测技术领域，特别涉及一种分布式线路故障检测方法及装置。
背景技术
目前小电流接地系统发生线路单相接地故障时，目前的选线方案多为集中式选线方法，即在主站侧汇集各条线路的电压、电流信息，综合故障时各条线路电流特征差异，利用故障线路零序电流与非故障线路零序电流幅值或相位差较大的特点，进行选线。
主站实现的集中式的选线技术通常利用各条线路上送的稳态信息，由于各条线路模拟量信息通过网络上送机制不同，且考虑网络延时，主站为非实时操作系统，因此集中式的接地故障选线策略速度慢，不利于快速消除故障。
而分布式线路故障诊断装置多采用以暂态法为主的判断方法，即利用接地故障瞬间的电压、电压采样点为输入，通过基于采样点的选线策略进行选线，其对采样率要求较高，在现有的线路保护装置升级实现小电流接地选线较为困难。在配电网同步相量测量装置，利用其固定时间间隔的计算的同步相量动态数据，实现分布式的小电流接地故障选线功能，是利用现有PMU装置实现线路故障诊断功能的可行方法。
同步相量测量装置(PMU：phasor measurement unit)是利用全球定位系统(GPS)秒脉冲作为同步时钟构成的相量测量单元。基于GPS时钟的PMU能够测量电力系统枢纽点的电压相位、电流相位等相量数据，同步采样触发脉冲的发生部分主要功能是提供秒脉冲和当前标准时间(精确到秒)。相量测量运算部分输入模拟交流信号。a/d由外部产生的同步采样脉冲触发。转换完成后发送“中断”给信号处理模块(DSP)。DSP每读取一点的数据就和前面的采样数据进行数字傅里叶变换运算，求出该交流信号基波的幅值和相位。
随着大量新能源(如光伏设施和储能装置等)接入配电网中，配电网的潮流方向从原来的单向变成双向。且这些新能源装置使配电网呈现强烈的不确定性和动态性。为了能实现配电网的实时监测，配电网PMU越来越多应用到配电网中。
发明内容
本发明实施例的目的是提供一种分布式线路故障检测方法及装置，通过设置于线路侧的同步相量测量装置，利用获取的本间隔的电压信息和电流信息，分别计算零序电压、零序电流和有功功率的同步相量，并利用同步相量的特征，判断本线路是否为故障线路。
为解决上述技术问题，本发明实施例的第一方面提供了一种分布式线路故障检测方法，包括如下步骤：
判断分布式线路中性点是否接地；
如所述分布式线路中性点未接地，则获取零序电压同步相量和零序电流同步相量的角度差；
判断所述角度差是否为第一预设角度值；
如所述角度差在第一预设时间内为第一预设角度值，则判断所述分布式线路为故障线路；
如所述角度差在所述第一预设时间内不为所述第一预设角度值，则判断所述分布式线路为健全线路。
进一步地，所述获取零序电压同步相量和零序电流同步相量的角度差，包括：
获取所述零序电压和所述零序电流；
依据所述零序电压和所述零序电流，得到所述零序电压同步相量和零序电流同步相量；
依据所述零序电压同步相量和零序电流同步相量，得到所述零序电压同步相量和所述零序电流同步相量的角度差。
进一步地，所述判断分布式线路中性点是否接地之前，还包括：
检测所述分布式线路的所述零序电压；
判断所述零序电压增值是否大于第一预设数值；
如所述零序电压增值大于第一预设数值，则判断所述分布式线路中性点是否接地；
如所述零序电压增值小于或等于所述第一预设数值，则继续检测所述零序电压。
进一步地，所述判断线路中性点是否接地之后，还包括：
如所述分布式线路中性点经消弧线圈接地，则判断是否为高阻接地；
如为高阻接地，则通过有功功率同步相量幅值判断所述分布式线路状态；
如不为高阻接地，则通过无功功率同步相量幅值判断所述分布式线路状态。
进一步地，所述判断是否为高阻接地，包括：
获取若干个周次的所述零序电压；
依据所述若干个周次的所述零序电压，判断是否为高阻接地。
进一步地，所述依据所述若干个周次的所述零序电压判断是否为高阻接地，包括：
如U03/Un小于或等于第一预设比例值，且小于或等于第二预设比例值，则判断为高阻接地；
如大于所述第一预设比例值和/或/>大于所述第二预设比例值，则判断不为高阻接地；
其中，U02为第二周次的工频傅里叶基波，U03为第二周次的工频傅里叶基波，Un为额定相电压。
进一步地，所述通过有功功率同步相量幅值判断所述线路状态，包括：
如所述有功功率同步相量幅值小于0，则判断所述分布式线路为故障线路；
如所述有功功率同步相量幅值大于或等于0，则判断所述分布式线路为健全线路。
进一步地，所述通过无功功率同步相量幅值判断所述线路状态，包括：
如所述无功功率同步相量幅值小于0，则判断所述分布式线路为故障线路；
如所述无功功率同步相量幅值大于或等于0，则判断所述分布式线路为健全线路。
进一步地，所述第一预设时间为若干个同步相量计量周期。
相应地，本发明实施例的第二方面提供了一种分布式线路故障检测装置，包括：
第一判断模块，用于判断分布式线路中性点是否接地；
第一检测模块，用于当所述分布式线路中性点未接地时获取零序电压同步相量和零序电流同步相量的角度差；
第二判断模块，用于判断所述角度差是否为第一预设角度值；
第一控制模块，用于当所述角度差在第一预设时间内为第一预设角度值时判断所述分布式线路为故障线路，还用于当所述角度差在所述第一预设时间内不为所述第一预设角度值时判断所述分布式线路为健全线路。
进一步地，所述第一检测模块包括：
第一检测单元，用于获取所述零序电压和所述零序电流；
第二检测单元，用于依据所述零序电压和所述零序电流得到所述零序电压同步相量和零序电流同步相量；
第三检测单元，用于依据所述零序电压同步相量和零序电流同步相量，得到所述零序电压同步相量和所述零序电流同步相量的角度差。
进一步地，分布式线路故障检测装置还包括：
第二检测模块，用于检测所述分布式线路的所述零序电压；
第三判断模块，用于判断所述零序电压增值是否大于第一预设数值；
第二控制模块，用于当所述零序电压增值大于第一预设数值时判断所述分布式线路中性点是否接地，还用于当所述零序电压增值小于或等于所述第一预设数值时继续检测所述零序电压。
进一步地，分布式线路故障检测装置还包括：
第四判断模块，用于当所述分布式线路中性点经消弧线圈接地时判断是否为高阻接地；
第三控制模块，用于当为高阻接地时通过有功功率同步相量幅值判断所述分布式线路状态，还用于当不为高阻接地时通过无功功率同步相量幅值判断所述分布式线路状态。
进一步地，所述第四判断模块包括：
第四检测单元，用于获取若干个周次的所述零序电压；
第一控制单元，用于依据所述若干个周次的所述零序电压，判断是否为高阻接地。
进一步地，所述第一控制单元用于当U02/U03小于或等于第一预设比例值且U03/Un小于或等于第二预设比例值时判断为高阻接地，还用于如U02/U03大于所述第一预设比例值和/或U03/Un大于所述第二预设比例值时判断不为高阻接地；
其中，U02为第二周次的工频傅里叶基波，U03为第二周次的工频傅里叶基波，Un为额定相电压。
进一步地，所述第三控制模块包括：
第二控制单元，用于当所述有功功率同步相量幅值小于0时判断所述分布式线路为故障线路，还用于当所述有功功率同步相量幅值大于或等于0时判断所述分布式线路为健全线路。
进一步地，所述第三控制模块还包括：
第三控制单元，用于当所述无功功率同步相量幅值小于0时判断所述分布式线路为故障线路，还用于当所述无功功率同步相量幅值大于或等于0时判断所述分布式线路为健全线路。
进一步地，所述第一预设时间为若干个同步相量计量周期。
本发明实施例的上述技术方案具有如下有益的技术效果：
通过设置于线路侧的同步相量测量装置，利用获取的本间隔的电压信息和电流信息，分别计算零序电压、零序电流和有功功率的同步相量，并利用同步相量的特征，判断本线路是否为故障线路。
附图说明
图1是本发明实施例提供的分布式线路故障检测方法流程图；
图2是本发明实施例提供的分布式线路故障检测逻辑流程图；
图3是本发明实施例提供的高阻接地故障时的零序电压和零序电流的波形图；
图4是本发明实施例提供的分布式线路故障检测装置模块图。
附图标记：
1、第一判断模块，2、第一检测模块，3、第二判断模块，4、第一控制模块，5、第二检测模块，6、第三判断模块，7、第二控制模块，8、第四判断模块，9、第三控制模块。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
图1是本发明实施例提供的分布式线路故障检测方法流程图。
图2是本发明实施例提供的分布式线路故障检测逻辑流程图。
请参照图1和图2，本发明实施例第一方面提供了一种分布式线路故障检测方法，包括如下步骤：
S200，判断分布式线路中性点是否接地。
S300，如分布式线路中性点未接地，则检测零序电压同步相量和零序电流同步相量的角度差。
S400，判断角度差是否为第一预设角度值。
S500，如角度差在第一预设时间内为第一预设角度值，则判断分布式线路为故障线路。
S600，如角度差在第一预设时间内不为第一预设角度值，则判断分布式线路为健全线路。
具体的，步骤S300中，内侧零序电压同步相量和零序电流同步相量的角度差包括：
S311，获取零序电压和零序电流。
S312，依据零序电压和零序电流，得到零序电压同步相量和零序电流同步相量。
S313，依据零序电压同步相量和零序电流同步相量，得到零序电压同步相量和零序电流同步相量的角度差。
零序电压同步相量的相角为φu，零序电流同步相量的相角为φi，如φu-φi＝-90°，则该线路为故障线路；如φu-φi＝90°，则该线路为健全线路。
可选的，判断分布式线路中性点是否接地之前，还包括如下步骤：
S110，检测分布式线路的零序电压。
S120，判断零序电压增值是否大于第一预设数值。
S130，如零序电压增值大于第一预设数值，则判断分布式线路中性点是否接地。
S140，如零序电压增值小于或等于第一预设数值，则继续检测零序电压。
在本发明实施例的一个实施方式中，在步骤S300中在判断线路中性点是否接地之后，还包括：
S710，如分布式线路中性点经消弧线圈接地，则判断是否为高阻接地。
S720，如为高阻接地，则通过有功功率同步相量幅值判断分布式线路状态。
S730，如不为高阻接地，则通过无功功率同步相量幅值判断分布式线路状态。
可选的，步骤S710中，判断是否为高阻接地包括：
S711，获取若干个周次的零序电压。
S712，依据若干个周次的零序电压，判断是否为高阻接地。
图3是本发明实施例提供的高阻接地故障时的零序电压和零序电流的波形图。
请参照图3，具备缓慢升高至稳态值的特点，并借助于零序电压同步相量和零序电流同步相量，可得到高阻接地时的判断依据。即，步骤S712中，依据若干个周次的零序电压判断是否为高阻接地包括：
S712a，如U03/Un小于或等于第一预设比例值，且小于或等于第二预设比例值，则判断为高阻接地。
S712b，如大于第一预设比例值和/或/>大于第二预设比例值，则判断不为高阻接地。
其中，U02为第二周次的工频傅里叶基波，U03为第二周次的工频傅里叶基波，Un为额定相电压。
可选的，第一预设比例值为80％；和/或，第二预设比例值为60％。
具体的，步骤S720中，通过有功功率同步相量幅值判断线路状态，包括：
S721，如有功功率同步相量幅值小于0，则判断分布式线路为故障线路。
S722，如有功功率同步相量幅值大于或等于0，则判断分布式线路为健全线路。
有功功率同步相量计算公式为：
其中，为零序电压同步相量，/>为零序电流同步相量。
进一步地，的计算公式为：
具体的，U0为当前时刻的零序电压幅值，I0为当前时刻的零序电流幅值。即，U0i为线路i的零序电压同步相量幅值，I0i为线路i的零序电流同步相量幅值。
具体的，步骤S730中，通过无功功率同步相量幅值判断线路状态，包括：
S731，如无功功率同步相量幅值小于0，则判断分布式线路为故障线路。
S732，如无功功率同步相量幅值大于或等于0，则判断分布式线路为健全线路。
具体的，无功功率同步相量计算公式为：
其中，为零序电流缓冲区数据移相90°后计算的同步相量，/>同步相量的幅值小于0则认为本线路故障。
可选的，第一预设时间为若干个同步相量计量周期。优选的，第一预设时间为3个同步相量计量周期。
图4是本发明实施例提供的分布式线路故障检测装置模块图。
相应地，请参照图4，本发明实施例的第二方面提供了一种分布式线路故障检测装置，装置，其特征在于，包括：第一判断模块1、第一检测模块2、第二判断模块3和第一控制模块4。其中，第一判断模块1用于判断分布式线路中性点是否接地；第一检测模块2用于当分布式线路中性点未接地时获取零序电压同步相量和零序电流同步相量的角度差；第二判断模块3用于判断角度差是否为第一预设角度值；第一控制模块4用于当角度差在第一预设时间内为第一预设角度值时判断分布式线路为故障线路，第一控制模块还用于当角度差在第一预设时间内不为第一预设角度值时判断分布式线路为健全线路。
具体的，第一检测模块包括：第一检测单元、第二检测单元和第三检测单元。其中，第一检测单元用于获取零序电压和零序电流；第二检测单元用于依据零序电压和零序电流得到零序电压同步相量和零序电流同步相量；第三检测单元用于依据零序电压同步相量和零序电流同步相量，得到零序电压同步相量和零序电流同步相量的角度差。
可选的，分布式线路故障检测装置还包括：第二检测模块5、第三判断模块6和第二控制模块7。其中，第二检测模块5用于检测分布式线路的零序电压；第三判断模块6用于判断零序电压增值是否大于第一预设数值；第二控制模块7用于当零序电压增值大于第一预设数值时判断分布式线路中性点是否接地，还用于当零序电压增值小于或等于第一预设数值时继续检测零序电压。
可选的，分布式线路故障检测装置还包括：第四判断模块8和第三控制模块9。其中，第四判断模块8用于当分布式线路中性点经消弧线圈接地时判断是否为高阻接地；第三控制模块9用于当为高阻接地时通过有功功率同步相量幅值判断分布式线路状态，还用于当不为高阻接地时通过无功功率同步相量幅值判断分布式线路状态。
具体的，第四判断模块8包括：第四检测单元和第一控制单元。其中，第四检测单元用于获取若干个周次的零序电压；第一控制单元用于依据若干个周次的零序电压，判断是否为高阻接地。
可选的，第一控制单元用于当U02/U03小于或等于第一预设比例值且U03/Un小于或等于第二预设比例值时判断为高阻接地，还用于如U02/U03大于第一预设比例值和/或U03/Un大于第二预设比例值时判断不为高阻接地。
其中，U02为第二周次的工频傅里叶基波，U03为第二周次的工频傅里叶基波，Un为额定相电压。
可选的，第一预设比例值为80％；和/或，第二预设比例值为60％。
可选的，第三控制模块9包括：第二控制单元。第二控制单元用于当有功功率同步相量幅值小于0时判断分布式线路为故障线路，还用于当有功功率同步相量幅值大于或等于0时判断分布式线路为健全线路。
进一步地，第三控制模块9还包括：第三控制单元。第三控制单元用于当无功功率同步相量幅值小于0时判断分布式线路为故障线路，还用于当无功功率同步相量幅值大于或等于0时判断分布式线路为健全线路。
可选的，第一预设时间为若干个同步相量计量周期。
本发明实施例旨在保护一种分布式线路故障检测方法，包括如下步骤：判断分布式线路中性点是否接地；如分布式线路中性点未接地，则检测零序电压同步相量和零序电流同步相量的角度差；判断角度差是否为第一预设角度值；如角度差在第一预设时间内为第一预设角度值，则判断分布式线路为故障线路；如角度差在第一预设时间内不为第一预设角度值，则判断分布式线路为健全线路。还保护了一种分布式线路故障检测装置。
上述技术方案具备如下效果：
通过设置于线路侧的同步相量测量装置，只利用获取的本间隔的电压信息和电流信息，分别计算零序电压同步相量和零序电流同步相量，并判断二者是否满足特定关系，判断本线路是否为故障线路，在不增加额外硬件的前提下，利用现有装置对分布式线路故障进行检测，提高了选线动作的速动性。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (12)

1.一种分布式线路故障检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
判断分布式线路中性点是否接地；
如所述分布式线路中性点未接地，则获取零序电压同步相量和零序电流同步相量的角度差；
判断所述角度差是否为第一预设角度值；
如所述角度差在第一预设时间内为第一预设角度值，则判断所述分布式线路为故障线路；
如所述角度差在所述第一预设时间内不为所述第一预设角度值，则判断所述分布式线路为健全线路；
所述判断分布式线路中性点是否接地之后，还包括：
如所述分布式线路中性点经消弧线圈接地，则判断是否为高阻接地；
如为高阻接地，则通过有功功率同步相量幅值判断所述分布式线路状态；
如不为高阻接地，则通过无功功率同步相量幅值判断所述分布式线路状态；
所述判断是否为高阻接地，包括：
获取若干个周次的所述零序电压；
依据所述若干个周次的所述零序电压，判断是否为高阻接地；
所述依据所述若干个周次的所述零序电压判断是否为高阻接地，包括：
如U02/U03小于或等于第一预设比例值，且U03/Un小于或等于第二预设比例值，则判断为高阻接地；
如U02/U03大于所述第一预设比例值和/或U03/Un大于所述第二预设比例值，则判断不为高阻接地；
其中，U02为第二周次的工频傅里叶基波，U03为第三周次的工频傅里叶基波，Un为额定相电压。
2.根据权利要求1所述的分布式线路故障检测方法，其特征在于，所述获取零序电压同步相量和零序电流同步相量的角度差，包括：
获取所述零序电压和所述零序电流；
依据所述零序电压和所述零序电流，得到所述零序电压同步相量和零序电流同步相量；
依据所述零序电压同步相量和零序电流同步相量，得到所述零序电压同步相量和所述零序电流同步相量的角度差。
3.根据权利要求1所述的分布式线路故障检测方法，其特征在于，所述判断分布式线路中性点是否接地之前，还包括：
检测所述分布式线路的所述零序电压；
判断所述零序电压增值是否大于第一预设数值；
如所述零序电压增值大于第一预设数值，则判断所述分布式线路中性点是否接地；
如所述零序电压增值小于或等于所述第一预设数值，则继续检测所述零序电压。
4.根据权利要求1所述的分布式线路故障检测方法，其特征在于，所述通过有功功率同步相量幅值判断所述分布式线路状态，包括：
如所述有功功率同步相量幅值小于0，则判断所述分布式线路为故障线路；
如所述有功功率同步相量幅值大于或等于0，则判断所述分布式线路为健全线路。
5.根据权利要求1所述的分布式线路故障检测方法，其特征在于，所述通过无功功率同步相量幅值判断所述分布式线路状态，包括：
如所述无功功率同步相量幅值小于0，则判断所述分布式线路为故障线路；
如所述无功功率同步相量幅值大于或等于0，则判断所述分布式线路为健全线路。
6.根据权利要求1-5任一项所述的分布式线路故障检测方法，其特征在于，
所述第一预设时间为若干个同步相量计量周期。
7.一种分布式线路故障检测装置，其特征在于，包括：
第一判断模块，用于判断分布式线路中性点是否接地；
第一检测模块，用于当所述分布式线路中性点未接地时获取零序电压同步相量和零序电流同步相量的角度差；
第二判断模块，用于判断所述角度差是否为第一预设角度值；
第一控制模块，用于当所述角度差在第一预设时间内为第一预设角度值时判断所述分布式线路为故障线路，还用于当所述角度差在所述第一预设时间内不为所述第一预设角度值时判断所述分布式线路为健全线路；
还包括：
第四判断模块，用于当所述分布式线路中性点经消弧线圈接地时判断是否为高阻接地；
第三控制模块，用于当为高阻接地时通过有功功率同步相量幅值判断所述分布式线路状态，还用于当不为高阻接地时通过无功功率同步相量幅值判断所述分布式线路状态；
所述第四判断模块包括：
第四检测单元，用于获取若干个周次的所述零序电压；
第一控制单元，用于依据所述若干个周次的所述零序电压，判断是否为高阻接地；
所述第一控制单元用于当U02/U03小于或等于第一预设比例值且U03/Un小于或等于第二预设比例值时判断为高阻接地，还用于如U02/U03大于所述第一预设比例值和/或U03/Un大于所述第二预设比例值时判断不为高阻接地；
其中，U02为第二周次的工频傅里叶基波，U03为第三周次的工频傅里叶基波，Un为额定相电压。
8.根据权利要求7所述的分布式线路故障检测装置，其特征在于，所述第一检测模块包括：
第一检测单元，用于获取所述零序电压和所述零序电流；
第二检测单元，用于依据所述零序电压和所述零序电流得到所述零序电压同步相量和零序电流同步相量；
第三检测单元，用于依据所述零序电压同步相量和零序电流同步相量，得到所述零序电压同步相量和所述零序电流同步相量的角度差。
9.根据权利要求7所述的分布式线路故障检测装置，其特征在于，还包括：
第二检测模块，用于检测所述分布式线路的所述零序电压；
第三判断模块，用于判断所述零序电压增值是否大于第一预设数值；
第二控制模块，用于当所述零序电压增值大于第一预设数值时判断所述分布式线路中性点是否接地，还用于当所述零序电压增值小于或等于所述第一预设数值时继续检测所述零序电压。
10.根据权利要求7所述的分布式线路故障检测装置，其特征在于，所述第三控制模块包括：
第二控制单元，用于当所述有功功率同步相量幅值小于0时判断所述分布式线路为故障线路，还用于当所述有功功率同步相量幅值大于或等于0时判断所述分布式线路为健全线路。
11.根据权利要求7所述的分布式线路故障检测装置，其特征在于，所述第三控制模块还包括：
第三控制单元，用于当所述无功功率同步相量幅值小于0时判断所述分布式线路为故障线路，还用于当所述无功功率同步相量幅值大于或等于0时判断所述分布式线路为健全线路。
12.根据权利要求7-11任一项所述的分布式线路故障检测装置，其特征在于，
所述第一预设时间为若干个同步相量计量周期。
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