CN113659548A - 基于正序故障分量能量方向的配电网纵联保护方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明属于有源配电网继电保护技术领域，提供了一种基于正序故障分量能量方向的配电网纵联保护方法及系统。其中，该方法包括实时获取保护安装处节点的三相电压及各馈线的三相电流，计算保护安装处节点电压和馈线电流的瞬时正序故障分量；将瞬时正序故障分量电流与滞后90°的瞬时正序故障电压相乘并求积分，得到正序故障分量能量值；比较正序故障分量能量值与预设能量门槛值，利用能量极性判断故障方向，并为故障方向标识赋值；通过被保护区段两侧保护安装处节点的故障方向标识来判断是否发生区内故障及是否发送跳闸命令。

Description

基于正序故障分量能量方向的配电网纵联保护方法及系统
技术领域
本发明属于有源配电网继电保护技术领域，尤其涉及一种基于正序故障分量能量方向的配电网纵联保护方法及系统。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
随着越来越多的分布式电源(DG)直接接入配电网，传统的辐射状单端供电的配电网变为多电源多端供电的有源配电网。分布式电源接入对配电网馈线保护提出了新的挑战。当有源配电网发生故障时，DG可向故障点提供短路电流，导致馈线中故障电流的幅值和相位均发生变化，传统的三段式电流保护不再适用。另外，基于太阳能、风能等新能源发电的分布式电源往往采用逆变器并网，即逆变型分布式电源(IBDG)。IBDG的故障响应受低电压穿越、消除负序和过流限制等控制策略影响，与传统同步电源存在较大差异，进一步加剧了有源配电网保护整定的难度。
为满足有源配电网的保护需求，近年来专家学者在该领域开展了大量研究，提出了许多新的保护方法，主要可以分为三类：一是基于单端电气量的自适应过流/距离保护；二是基于双端信息的纵联差动保护；三是基于全网信息的主站集中式保护。
现有技术提出了一种自适应距离保护，在传统距离保护的基础上，根据保护安装处测量电压、电流的故障稳态分量推测保护背侧的等值阻抗，然后根据故障类型和配电网运行方式自适应的确定保护整定值。该保护方法仅需要本地测量信息，具有较高的经济性和速动性，易于实现，且能够在一定程度上适应分布式电源的接入。然而，该方法未考虑IBDG控制策略对馈线故障特征的影响，无法适用于IBDG渗透率较高的有源配电网。
现有技术提出了一种基于改进粒子群算法的集中式保护，首先由分布在配电网各个节点的智能终端单元收集本地的节点电压、馈线电流和DG状态等信息，然后将上述信息发送给配电主站，主站利用改进粒子群算法对全网信息进行处理，以确定各个保护安装处的最优整定值。该方法能够适用于含高渗透率DG的配电网，但它对配电主站依赖较大，若主站发生故障将导致全系统的继电保护失灵。
相较于单端量保护的不全面和集中式保护的不灵活，基于双端信息通信的纵联差动保护是公认的兼具可靠性与可行性的有源配电网保护方案，近年来已成为国内外学者在该领域的研究中重点。
现有技术提出了一种基于正序故障分量的有源配电网电流差动保护方法。相比传统的全电流分相差动保护，正序分量可降低保护所需通信带宽；故障分量可消除负荷电流的影响，提升保护的灵敏度。电流差动保护具有极高的可靠性和绝对的选择性，从原理上能够较好的适用于运行状况复杂的有源配电网。然而，应用该方法必须保证两侧测量数据同步。在输电线路差动保护中，通常利用专用数据通道或GPS授时保证数据同步，但配电网通常不具备上述条件，因此电流差动保护的应用受到限制。
现有技术提出了一种基于正序故障分量电压电流相位差的方向纵联保护方法。该方法首先计算节点电压和馈线电流的正序故障分量；然后由二者的相位关系判断故障方向；最后两侧保护装置互相发送故障方向标识，当被保护区段两侧均判定为正向故障时，则认为该区段为故障区段。该方法仅需两侧互传故障方向标识，通信量较低且无需严格的时间同步，易于实现。然而当馈线内部的不可测负荷投切时，该方法可能会误判为区内故障。
综上所述，发明人发现，现有的有源配电网保护方法可能会受到DG渗透率、网络运行状态及不可测负荷投切等因素而影响有源配电网保护效果，或对通信和数据同步要求较高。
发明内容
为了解决上述背景技术中存在的技术问题，本发明提供一种基于正序故障分量能量方向的配电网纵联保护方法及系统，其使用正序故障分量能量来判断故障方向，通过比较能量与门槛值的大小，可避免区内不可测负荷投切时保护误动。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明的第一个方面提供一种基于正序故障分量能量方向的配电网纵联保护方法。
一种基于正序故障分量能量方向的配电网纵联保护方法，其包括：
实时获取保护安装处节点的三相电压及各馈线的三相电流，计算保护安装处节点电压和馈线电流的瞬时正序故障分量；
将瞬时正序故障分量电流与滞后90°的瞬时正序故障电压相乘并求积分，得到正序故障分量能量值；
比较正序故障分量能量值与预设能量门槛值，利用能量极性判断故障方向，并为故障方向标识赋值；
通过被保护区段两侧保护安装处节点的故障方向标识来判断是否发生区内故障及是否发送跳闸命令。
本发明的第二个方面提供一种基于正序故障分量能量方向的配电网纵联保护系统。
一种基于正序故障分量能量方向的配电网纵联保护系统，其包括：
瞬时正序故障分量计算模块，其用于实时获取保护安装处节点的三相电压及各馈线的三相电流，计算保护安装处节点电压和馈线电流的瞬时正序故障分量；
正序故障分量能量值计算模块，其用于将瞬时正序故障分量电流与滞后90°的瞬时正序故障电压相乘并求积分，得到正序故障分量能量值；
故障方向标识赋值模块，其用于比较正序故障分量能量值与预设能量门槛值，利用能量极性判断故障方向，并为故障方向标识赋值；
区内故障判断模块，其用于通过被保护区段两侧保护安装处节点的故障方向标识来判断是否发生区内故障及是否发送跳闸命令。
本发明的第三个方面提供一种计算机可读存储介质。
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上述所述的基于正序故障分量能量方向的配电网纵联保护方法中的步骤。
本发明的第四个方面提供一种计算机设备。
一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述所述的基于正序故障分量能量方向的配电网纵联保护方法中的步骤。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明通过比较正序故障分量能量值与预设能量门槛值，利用能量极性判断故障方向，并为故障方向标识赋值，再通过被保护区段两侧保护安装处节点的故障方向标识来判断是否发生区内故障及是否发送跳闸命令，利用正序故障分量构造保护判据，具有较高的灵敏度与耐受过渡电阻能力；在确定故障方向标识时，利用能量的幅值判断是否发生故障，利用能量的极性判断故障方向，可有效排除不可测负荷投切引起的保护误动；
(2)本发明将瞬时正序故障分量电流与滞后90°的瞬时正序故障电压相乘并求积分，得到正序故障分量能量值，计算能量值时采用滞后90°的瞬时正序故障分量电压，能更好地适用于含高渗透率IBDG的有源配电网；
(3)本发明在实现纵联保护时，被保护区段的两侧保护装置间仅需互相传送故障方向标识，对通信带宽要求极低且无需严格的时间同步，具有较好的经济性。
本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明实施例的本发明实施例的简单有源配电网示意图；
图2为本发明实施例的区内故障时正序故障附加序网示意图；
图3为本发明实施例的区内故障时M侧电压电流相量图；
图4为本发明实施例的区内故障时N侧电压电流相量图；
图5为本发明实施例的区外故障时正序故障附加序网示意图；
图6为本发明实施例的区外故障时M侧和N侧的电压电流相量图；
图7为本发明实施例的不含IBDG的配电网中发生正、反向故障时cos(αj)的取值范围图；
图8为本发明实施例的含有IBDG的配电网中发生正、反向故障时cos(αj)的取值范围图；
图9为本发明实施例的含有IBDG的配电网中发生正、反向故障时cos(αj-90°)的取值范围图；
图10为本发明实施例的被保护馈线内部不可测负荷投入示意图；
图11为本发明实施例的有源配电网仿真模型示意图；
图12(a)为本发明实施例的发生金属性三相故障时R1的正序故障分量电压波形图；
图12(b)为本发明实施例的发生金属性三相故障时R2的正序故障分量电压波形图；
图12(c)为本发明实施例的发生金属性三相故障时R1的正序故障分量电流波形图；
图12(d)为本发明实施例的发生金属性三相故障时R2的正序故障分量电流波形图；
图12(e)为本发明实施例的发生金属性三相故障时R3的正序故障分量电压波形图；
图12(f)为本发明实施例的发生金属性三相故障时R4的正序故障分量电压波形图；
图12(g)为本发明实施例的发生金属性三相故障时R3的正序故障分量电流波形图；
图12(h)为本发明实施例的发生金属性三相故障时R4的正序故障分量电流波形图；
图12(i)为本发明实施例的发生金属性三相故障时R1和R2的正序故障分量能量波形图；
图12(j)为本发明实施例的发生金属性三相故障时R3和R4的正序故障分量能量波形图；
图13(a)为本发明实施例的不可测负荷投入时R1的正序故障分量电压波形图；
图13(b)为本发明实施例的不可测负荷投入时R2的正序故障分量电压波形图；
图13(c)为本发明实施例的不可测负荷投入时R1的正序故障分量电流波形图；
图13(d)为本发明实施例的不可测负荷投入时R2的正序故障分量电流波形图；
图13(e)为本发明实施例的不可测负荷投入时R1和R2的正序故障分量能量波形图；
图14为本发明实施例的保护方法的整体流程图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
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发明的示例性实施方式。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。
实施例一
参照图14，本实施例提供了一种基于正序故障分量能量方向的配电网纵联保护方法，其具体包括如下步骤：
步骤1：实时获取保护安装处节点的三相电压及各馈线的三相电流，计算保护安装处节点电压和馈线电流的瞬时正序故障分量；
具体地，采用相电压突变量作为检测故障是否发生的启动判据，具体为：
||u(t)-u(t-N)|-|u(t-N)-u(t-2N)||>Uset
式中，u(t)表示第t个采样点的相电压采样值，N为一个工频周期内的采样点数，Uset为启动门槛值。
在具体实施中，利用瞬时对称分量法计算保护安装处节点电压和馈线电流的瞬时正序故障分量。其公式为：
Figure BDA0003225213810000081
式中，△i1和△u1分别表示瞬时正序故障分量电流和电压，ej为旋转因子，△ia、△ib和△ic分别为三相电流故障分量的瞬时值，△ua、△ub和△uc分别为三相电压故障分量的瞬时值。
步骤2：将瞬时正序故障分量电流与滞后90°的瞬时正序故障电压相乘并求积分，得到正序故障分量能量值；
正序故障分量能量值的具体地公式表达式为：
Figure BDA0003225213810000091
式中，Ej为保护装置j处的正序故障分量能量值，T为积分周期，△Uj和△Ij分别为瞬时正序故障分量电压和电流的最大值，ω为工频角频率，αj为正序故障分量电压和电流的相位差。
在图1所示的简单有源配电网中，以馈线段MN作为被保护区段，RM和RN分别为被保护区段两侧的保护装置，F1和F2分别为区外故障和区内故障，DG为逆变型分布式电源(IBDG)。由于IBDG需要采用低电压穿越的控制策略，在故障后根据并网点电压的跌落程度优先输出无功电流，因此在故障分析时通常将其等效为压控电流源。
当发生区内故障(F2点)时，两侧保护装置RM和RN均应视为发生正向故障，此时正序故障附加序网如图2所示。图中，ZML和ZNR分别为节点M左侧和节点N右侧的等值阻抗，ZMF和ZFN分别为节点M和节点N到故障点F2的等值阻抗，ZF为故障附加阻抗，
Figure BDA0003225213810000092
为故障附加电源，
Figure BDA0003225213810000093
和
Figure BDA0003225213810000094
分别为节点M和节点N的正序故障分量电压，
Figure BDA0003225213810000095
和
Figure BDA0003225213810000096
分别为保护装置RM和RN测量的正序故障分量电流，
Figure BDA0003225213810000097
和
Figure BDA0003225213810000098
分别为经过ZML和ZNR的正序故障分量电流，
Figure BDA0003225213810000099
为IBDG输出的正序故障分量电流。
图2中，节点M处的电压电流相量存在以下关系：
Figure BDA0003225213810000101
由于系统电源和线路的等值阻抗均为电感性，节点M处的电压电流相量图如图3所示，图中αM为
Figure BDA0003225213810000102
和
Figure BDA0003225213810000103
的夹角。由图3可以看出，αM的角度大于90°，由于
Figure BDA0003225213810000104
滞后于
Figure BDA0003225213810000105
因此二者的相位关系如下：
Figure BDA0003225213810000106
图2中，节点N处的电压电流相量存在以下关系：
Figure BDA0003225213810000107
由于采用低电压穿越控制策略的IBDG需在故障后优先输出无功电流，因此
Figure BDA0003225213810000108
滞后于故障前节点N处的电压
Figure BDA0003225213810000109
一定角度。F2点故障后，节点N处的电压电流相量图如图4所示，图中αN为
Figure BDA00032252138100001010
和
Figure BDA00032252138100001011
的夹角。由图4可以看出，由于
Figure BDA00032252138100001012
的存在，αN的角度存在较大不确定性，当
Figure BDA00032252138100001013
的幅值较大或
Figure BDA00032252138100001014
滞后于
Figure BDA00032252138100001015
的角度较大时，αN将会小于90°，因此
Figure BDA00032252138100001016
和
Figure BDA00032252138100001017
夹角的取值范围较大，二者的相位关系如下：
Figure BDA00032252138100001018
当发生区外故障(F1点)时，RM应视为发生了反向故障，RN均应视为正向故障，此时正序故障附加序网如图5所示。
图5中，节点M和节点N处的电压电流相量存在以下关系：
Figure BDA00032252138100001019
由上述关系可得到区外故障时两侧电压电流相量如图6所示。由图6可以看出，在节点M处的正序故障分量中电压超前于电流，在节点N处的正序故障分量中电压滞后于电流。由于IBDG的短路电流受故障位置、故障类型和过渡电阻等多种因素的影响，具有较大的不确定性，因此αM和αN也的取值范围较大，两侧的正序故障分量电压电流相位关系如下：
Figure BDA0003225213810000111
Figure BDA0003225213810000112
由上述分析可知，在含有IBDG的有源配电网中，对于j处的保护装置Rj，在发生正反向故障时其正序故障分量电压
Figure BDA0003225213810000113
和正序故障分量电流
Figure BDA0003225213810000114
的相位关系如下：
Figure BDA0003225213810000115
对于不含IBDG的配电网，由于正向故障时
Figure BDA0003225213810000116
和
Figure BDA0003225213810000117
的比值等于负的后背侧的阻抗，反向故障时
Figure BDA0003225213810000118
和
Figure BDA0003225213810000119
的比值等于正对侧的阻抗，因此
Figure BDA00032252138100001110
和
Figure BDA00032252138100001111
的相位关系如下：
Figure BDA00032252138100001112
由此可知，IBDG的接入使故障后保护安装处正序故障分量电压、电流相位差的取值范围扩大，可能导致常规的能量方向判据误判。
在常规的能量方向判据中，保护装置Rj处的正序故障分量能量Ej可被表示为：
Figure BDA00032252138100001113
式中，T为积分周期；△uj和△ij分别为保护装置Rj处正序故障分量电压和电流的瞬时值，二者的余弦形式的表达式如下：
Figure BDA0003225213810000121
式中，△Uj和△Ij分别为瞬时正序故障分量电压和电流的最大值，ω为工频角频率，αj为正序故障分量电压和电流的相位差。
带入电压、电流的余弦表达式，并将T设为半个工频周期的整数倍，正序故障分量能量Ej可被表示为：
Figure BDA0003225213810000122
在上式中，由于△Uj、△Ij和T均大于0，因此能量Ej的极性取决于cos(αj)的值。由之前的分析可知，IBDG的接入会使故障后αj的取值范围扩大。在不含IBDG和含有IBDG的配电网中正反向故障时cos(αj)的取值范围分别如图7和图8所示。由图7可以看出，在正向故障时cos(αj)的取值范围均小于0，反向故障时cos(αj)的取值范围均大于0，因此在不含IBDG的配电网中通过能量Ej的极性可正确识别故障方向。由图8可以看出，在正向故障和反向故障时cos(αj)的取值范围均包含零轴的两侧，因此在含有IBDG的配电网中无法通过常规的能量极性判据识别故障方向。
本实施例采用瞬时正序故障分量电流与滞后90°的瞬时正序故障电压计算正序故障分量能量，此时能量Ej的极性取决于cos(αj-90°)的值。在含有IBDG的配电网中，正反向故障时cos(αj-90°)的取值范围如图9所示。由图9可以看出，在正向故障时cos(αj-90°)的取值范围均小于0，反向故障时cos(αj-90°)的取值范围均大于0，因此本实施例提出的能量方向判据能够在含有IBDG的配电网中正确识别故障方向。
步骤3：比较正序故障分量能量值与预设能量门槛值，利用能量极性判断故障方向，并为故障方向标识赋值。
步骤3的原理为：
由于配电网中的分支负荷较多，为节约投资成本，一些容量较小且不重要的负荷分支可能不会安装专门电压电流互感器，它们被称为不可测负荷。当有源配电网中被保护馈线内部的不可测负荷突然投入运行时，为满足该负荷的需求两侧保护装置中测得的电流将会增大，如图10所示。内部不可测负荷突然投入相当于在馈线内部增加了一条新的支路，两侧保护装置中正序故障分量电压电流的相位与区内故障时类似。由于此时正序故障分量电压电流的幅值远小于区内故障，因此可通过正序故障分量能量的幅值来排除内部不可测负荷的影响。设置能量门槛值Eset如下：
Eset＝Krel·EUL.max
式中，Krel为可靠系数，EUL.max为内部不可测负荷投切时可产生的最大能量值。
当Rj处的正序故障分量能量Ej的幅值小于Eset时，认为保护装置启动是由不可测负荷投切等扰动造成的，令故障方向标识Sj为0；当Ej的幅值大于Eset且Ej的极性为正时，认为发生了反向故障，令故障方向标识Sj为1；当Ej的幅值大于Eset且Ej的极性为负时，认为发生了正向故障，令故障方向标识Sj为-1。
综上，故障方向标识Sj赋值的原则可归纳为：
若保护安装处节点的正序故障分量能量值大于能量门槛值，则该保护安装处节点的故障方向标识赋值为1；
若保护安装处节点的正序故障分量能量值小于能量门槛值的负值，则该保护安装处节点的故障方向标识赋值为-1；
若保护安装处节点的正序故障分量能量值介于能量门槛值的负值和能量门槛值之间，则该保护安装处节点的故障方向标识赋值为0。具体为：
Figure BDA0003225213810000141
式中，Sj为保护装置j处的故障方向标识，Eset为能量门槛值。
步骤4：通过被保护区段两侧保护安装处节点的故障方向标识来判断是否发生区内故障及是否发送跳闸命令。
若两侧的故障方向标识均为-1，则判断发生了区内故障。
若两侧的故障方向标识不均为-1，则判断未发生区内故障。
若两侧故障方向标识均为-1则认为发生了区内故障的原理为：
以图1所示的简单有源配电网为例进行分析，当发生区内故障(F2)时，保护RM和RN均判断发生了正向故障，二者的故障方向标识均为-1；当发生区外故障(F1)时，保护RN均判断发生了正向故障并令其故障方向标识为-1，保护RM均判断发生了反向故障并令其故障方向标识为1。因此，只有在两侧故障方向标识均为-1时，可认为被保护区段发了区内故障。
通过电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC搭建有源配电网模型，对本实施例提出的一种基于正序故障分量能量方向的配电网纵联保护方法进行仿真验证：
1)建立模型
有源配电网的仿真模型如图11所示。该模型为中性点不接地系统，系统电源基准电压为10.5kV，变压器容量为50MVA。图11中，N表示节点；L表示负荷，L1和L2的容量为(2+j0.6)MVA，L3的容量为(1.8+j0.5)MVA，L4和L5的容量为(3+j0.9)MVA；UL表示不可测负荷，容量为0.8MW；DG为逆变型分布式电源，DG1和DG2的容量为2MW，DG3的容量为4MW；R表示保护装置，可测量所处位置的节点电压和馈线电流；馈线段N1N2和N1N4的长度为4km，其余馈线段的长度为2km，馈线正序阻抗为(0.38+j0.45)Ω/km。故障点f位于馈线段N1N4内部，两侧的保护R1和R2应视为发生区内故障；作为对照组，馈线段N4N5两侧的保护R3和R4应视为发生区外故障。
在采用全周相减法提取故障分量时，为获得较长的故障分量数据窗，故障分量电压、电流为当前采样数据减去五个周波前的采样数据。在利用瞬时正序故障分量电流和滞后90°的瞬时正序故障分量电压相乘求积分计算正序故障分量能量时，积分周期T为0.1秒。保护R1和R2处的能量门槛值Eset设为0.07kVAs；由于内部无不可测负荷，保护R3和R4处的Eset设为0.01kVAs。
2)仿真分析
a)不同故障条件下的仿真结果
为验证本实施例提出的一种基于正序故障分量能量方向的有源配电网纵联保护方法的有效性，在f点设置不同条件的故障并记录保护R1-R4处的数据于表1-3中。表1为f点位于所在馈线中点时发生不同类型金属性故障的仿真结果，表2为f点位于所在馈线中点时发生含不同过渡电阻的BC两相接地故障的仿真结果，表3为f点位于所在馈线不同位置时发生三相短路的仿真结果。
表1 f点位于所在馈线中点时发生不同类型金属性故障的仿真结果
Figure BDA0003225213810000151
Figure BDA0003225213810000161
表2 f点位于所在馈线中点时发生含不同过渡电阻的BC两相接地故障的仿真结果
Figure BDA0003225213810000162
表3 f点位于所在馈线不同位置时发生三相短路的仿真结果
Figure BDA0003225213810000163
由表1可看出，无论故障类型及故障相别，本实施例提出的一种基于正序故障分量能量方向的有源配电网保护方法均能正确识别故障区段，其中三相短路时R1-R4处的正序故障分量电流、电压(滞后90°)和能量如图12(a)-图12(j)所示。由图12(a)-图12(j)可以看出，保护R1、R2和R4处电压和电流波形的变化趋势几乎完全相反，因此能量极性为负，故障方向标识S1、S2和S4为-1；保护R3处电压和电流波形的变化趋势几乎完全相同，因此能量极性为正，故障方向标识S3为1。线路两侧的保护装置互传故障方向标识后，可判断故障发生于馈线段N1N4。
由表2可看出，随着故障点过渡电阻的增大，各保护处正序故障分量能量的幅值会降低，但仍然远大于能量门槛值。f点故障后保护R1、R2和R4均判断发生了正向故障，故障方向标识S1、S2和S4为-1；保护R3判断发生了反向故障，故障方向标识S3为1，线路两侧的保护装置互传故障方向标识后，可判断故障发生于馈线段N1N4。
表3中的故障位置d表示故障点距线路首端的距离与线路全长的比值。由表3可以看出，无论故障发生于被保护线路的首端还是末端，本实施例提出的一种基于正序故障分量能量方向的有源配电网保护方法均能正确识别故障区段。
b)不可测负荷投入时的仿真结果
为检验本实施例提出的一种基于正序故障分量能量方向的有源配电网纵联保护方法在内部不可测负荷投入时的可靠性，设置容量为0.6MW和0.8MW的不可测负荷投入，并记录保护R1-R2处的数据于表4中。0.8MW不可测负荷投入时R1-R2处的正序故障分量电流、电压(滞后90°)和能量如图13(a)-图13(e)所示。
表4不可测负荷投入时的仿真结果
Figure BDA0003225213810000171
由图13(a)-图13(e)和表4可看出，内部不可测负荷投入时，两侧保护处的电压电流波形变化趋势与内部故障时类似，因此正序故障分量能量的极性均为负，但正序故障分量能量的幅值小于能量门槛值，因此故障方向标识S1和S2均为0，本实施例提出的一种基于正序故障分量能量方向的有源配电网保护方法不会误判为发生区内故障。
实施例一
本实施例基于含IBDG配电网中正序故障分量电压、电流的波形特征，提出了一种基于正序故障分量能量方向的有源配电网纵联保护方法。该方法首先采集保护安装处的节点电压和馈线电流，并用全周相减法和瞬时对称分量法计算瞬时正序故障分量电压电流；然后利用瞬时正序故障分量电流和滞后90°的瞬时正序故障分量电压相乘并求积分得到正序故障分量能量，通过能量的极性与幅值判断是否发生正反向故障，确定故障方向标识；最后被保护线路两侧的保护装置互传故障方向标识，判断是否发生区内故障。PSCAD仿真结果表明，当有源配电网发生各种条件的故障时，本实施例提出的保护方法均能可靠识别故障区段，相比基于常规故障方向判据的纵联方向保护，能更好地适用于含IBDG的有源配电网。另外，通过设置能量门槛值，本实施例提出的方法能够避免被保护馈线内部不可测负荷投切造成的保护误动。
实施例二
本实施例提供了一种基于正序故障分量能量方向的配电网纵联保护系统，其具体包括如下模块：
瞬时正序故障分量计算模块，其用于实时获取保护安装处节点的三相电压及各馈线的三相电流，计算保护安装处节点电压和馈线电流的瞬时正序故障分量；
正序故障分量能量值计算模块，其用于将瞬时正序故障分量电流与滞后90°的瞬时正序故障电压相乘并求积分，得到正序故障分量能量值；
故障方向标识赋值模块，其用于比较正序故障分量能量值与预设能量门槛值，利用能量极性判断故障方向，并为故障方向标识赋值；
区内故障判断模块，其用于通过被保护区段两侧保护安装处节点的故障方向标识来判断是否发生区内故障及是否发送跳闸命令。
此处需要说明的是，本实施例中的各个模块与实施例一中的各个步骤一一对应，其具体实施过程相同，此处不再累述。
实施例三
本实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上述所述的基于正序故障分量能量方向的配电网纵联保护方法中的步骤。
实施例四
本实施例提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述所述的基于正序故障分量能量方向的配电网纵联保护方法中的步骤。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用硬件实施例、软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(RandomAccessMemory，RAM)等。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于正序故障分量能量方向的配电网纵联保护方法，其特征在于，包括：
实时获取保护安装处节点的三相电压及各馈线的三相电流，计算保护安装处节点电压和馈线电流的瞬时正序故障分量；
将瞬时正序故障分量电流与滞后90°的瞬时正序故障电压相乘并求积分，得到正序故障分量能量值；
比较正序故障分量能量值与预设能量门槛值，利用能量极性判断故障方向，并为故障方向标识赋值；
通过被保护区段两侧保护安装处节点的故障方向标识来判断是否发生区内故障及是否发送跳闸命令。
2.如权利要求1所述的基于正序故障分量能量方向的配电网纵联保护方法，其特征在于，若两侧的故障方向标识均为-1，则判断发生了区内故障。
3.如权利要求1所述的基于正序故障分量能量方向的配电网纵联保护方法，其特征在于，若两侧的故障方向标识不均为-1，则判断未发生区内故障。
4.如权利要求1所述的基于正序故障分量能量方向的配电网纵联保护方法，其特征在于，为故障方向标识赋值的过程为：
若保护安装处节点的正序故障分量能量值大于能量门槛值，则该保护安装处节点的故障方向标识赋值为1；
若保护安装处节点的正序故障分量能量值小于能量门槛值的负值，则该保护安装处节点的故障方向标识赋值为-1；
若保护安装处节点的正序故障分量能量值介于能量门槛值的负值和能量门槛值之间，则该保护安装处节点的故障方向标识赋值为0。
5.如权利要求1所述的基于正序故障分量能量方向的配电网纵联保护方法，其特征在于，采用相电压突变量作为检测故障是否发生的启动判据。
6.如权利要求1所述的基于正序故障分量能量方向的配电网纵联保护方法，其特征在于，利用瞬时对称分量法计算保护安装处节点电压和馈线电流的瞬时正序故障分量。
7.一种基于正序故障分量能量方向的配电网纵联保护系统，其特征在于，包括：
瞬时正序故障分量计算模块，其用于实时获取保护安装处节点的三相电压及各馈线的三相电流，计算保护安装处节点电压和馈线电流的瞬时正序故障分量；
正序故障分量能量值计算模块，其用于将瞬时正序故障分量电流与滞后90°的瞬时正序故障电压相乘并求积分，得到正序故障分量能量值；
故障方向标识赋值模块，其用于比较正序故障分量能量值与预设能量门槛值，利用能量极性判断故障方向，并为故障方向标识赋值；
区内故障判断模块，其用于通过被保护区段两侧保护安装处节点的故障方向标识来判断是否发生区内故障及是否发送跳闸命令。
8.如权利要求7所述的基于正序故障分量能量方向的配电网纵联保护系统，其特征在于，若两侧的故障方向标识均为-1，则判断发生了区内故障；若两侧的故障方向标识不均为-1，则判断未发生区内故障。
9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1-6中任一项所述的基于正序故障分量能量方向的配电网纵联保护方法中的步骤。
10.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1-6中任一项所述的基于正序故障分量能量方向的配电网纵联保护方法中的步骤。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116632795A (zh) * 2023-05-23 2023-08-22 山东大学 一种基于序分量的有源配电网纵联保护方法及系统

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB794134A (en) * 1954-11-19 1958-04-30 Gen Electric Improvements in and relating to protective systems for electric transmission lines
US20110178741A1 (en) * 2008-07-18 2011-07-21 Murari Saha Method and device for fault location of series-compensated transmission line
CN102412569A (zh) * 2011-11-28 2012-04-11 北京四方继保自动化股份有限公司 一种纵联差动保护利用故障分量实现启动的方法
CN103201923A (zh) * 2010-11-09 2013-07-10 Abb研究有限公司 电流差动保护同步方法
WO2017125145A1 (en) * 2016-01-20 2017-07-27 Abb Schweiz Ag Fault detection of a transmission line
CN108872799A (zh) * 2018-09-03 2018-11-23 国网山东省电力公司潍坊供电公司 基于正序电流故障分量的有源配电网故障区段定位方法及系统
CN109066614A (zh) * 2018-09-05 2018-12-21 昆明理工大学 一种基于暂态能量的半波长输电线路保护方法
CN109975661A (zh) * 2019-04-22 2019-07-05 西南交通大学 一种基于斯皮尔曼相关系数的输电线路故障检测方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB794134A (en) * 1954-11-19 1958-04-30 Gen Electric Improvements in and relating to protective systems for electric transmission lines
US20110178741A1 (en) * 2008-07-18 2011-07-21 Murari Saha Method and device for fault location of series-compensated transmission line
CN103201923A (zh) * 2010-11-09 2013-07-10 Abb研究有限公司 电流差动保护同步方法
CN102412569A (zh) * 2011-11-28 2012-04-11 北京四方继保自动化股份有限公司 一种纵联差动保护利用故障分量实现启动的方法
WO2017125145A1 (en) * 2016-01-20 2017-07-27 Abb Schweiz Ag Fault detection of a transmission line
CN108872799A (zh) * 2018-09-03 2018-11-23 国网山东省电力公司潍坊供电公司 基于正序电流故障分量的有源配电网故障区段定位方法及系统
CN109066614A (zh) * 2018-09-05 2018-12-21 昆明理工大学 一种基于暂态能量的半波长输电线路保护方法
CN109975661A (zh) * 2019-04-22 2019-07-05 西南交通大学 一种基于斯皮尔曼相关系数的输电线路故障检测方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
徐萌等: "基于故障超前相的有源配电网能量方向纵联保护方法", 《电力自动化设备》 *
葛耀中: "《新型继电保护与故障测距原理与技术》", 30 June 1996, 西安交通大学出版社 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116632795A (zh) * 2023-05-23 2023-08-22 山东大学 一种基于序分量的有源配电网纵联保护方法及系统
CN116632795B (zh) * 2023-05-23 2023-11-28 山东大学 一种基于序分量的有源配电网纵联保护方法及系统

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