CN114865601A - 基于变化量判据的故障判断方法及系统 - Google Patents

基于变化量判据的故障判断方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明提出了基于变化量判据的故障判断方法及系统，包括：获得任意t时刻母线的直流共模电压以及各支路的三次谐波共模有功功率并存储；根据存储的相邻时刻的上述数据，利用变化量判据进行柔性直流电网具体支路发生接地故障的判断，在诊断出接地故障端后，控制系统切除该条直流支路。变化量判据对共模分量有极大抵抗能力，能够获得较高的测量精度。

Description

基于变化量判据的故障判断方法及系统
技术领域
本发明属于故障判断技术领域，尤其涉及基于变化量判据的故障判断方法及系统。
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。
柔性直流电网因为其自身的优势得到了迅速的发展，其中，包括一条母线、一条AC/DC电源支路和若干负荷支路组成的直流侧不接地柔性直流电网。
对于上述柔性直流电网，采用不同的判断其故障选线的灵敏度并不相同，当正常运行情况时若混入较大三次共模电流分量干扰，线路中混入三次共模功率，此时线路计算得到的幅值偏高，此时若采用幅值判据容易误动，也就是说判断的精度并不高，在判断不准确的前提下若去执行线路的切除，将影响整个柔性直流电网的稳定运行。
发明内容
为克服上述现有技术的不足，本发明提供了基于变化量判据的故障判断方法，采用变化量判据进行故障判断，能够避免幅值偏高导致判据容易误动的问题。
为实现上述目的，本发明的一个或多个实施例提供了如下技术方案：
第一方面，公开了基于变化量判据的故障判断方法，包括：
获得任意t时刻母线的直流共模电压以及各支路的三次谐波共模有功功率并存储；
根据存储的相邻时刻的上述数据，利用变化量判据进行柔性直流电网具体支路发生接地故障的判断，在诊断出接地故障端后，控制系统切除该条直流支路。
作为进一步的技术方案，通过连续采样及傅里叶算法得到t1和t1+m*Δt时刻母线的直流共模电压，求取其差的绝对值；
求取t1和t1+m*Δt时刻母线的三次共模电压以及其绝对值；
求取t1和t1+m*Δt时刻i支路三次谐波共模电流向量以及其绝对值；
求取t1、t1+m*Δt时刻母线的三次共模电压与t1、t1+m*Δt时刻i支路三次谐波共模电流向量之间的相角差；
计算得到t1和t1+m*Δt时刻i支路三次谐波共模有功功率。
作为进一步的技术方案，当柔性直流电网与母线相连的所有直流支路均不发生接地故障时，不会出现共模直流偏置电压和三次谐波共模有功功率。
作为进一步的技术方案，当柔性直流电网与母线相连的所有直流支路均不发生接地故障时，继电保护计算得到的母线直流共模电压变化量和直流支路三次谐波共模有功功率变化量，两者均不会大于测量最大误差。
作为进一步的技术方案，当某一条直流支路发生接地故障时，等效于故障点接入一个共模直流电源，各直流支路出现直流共模电压偏置即|Ucom0(t1+m·Δt)-Ucom0(t1)|>k·Udc。
作为进一步的技术方案，当某一条直流支路发生接地故障时，还包括：
AC/DC换流器产生的三次谐波电压构成通路，三次谐波电压传递到直流侧，直路线路出现三次谐波共模有功功率；
继电保护计算得到的三次谐波共模有功功率变化量幅值不会大于测量最大误差，即|Picom3(t1+m·Δt)-Picom3(t1)|<ε，i＝1，2，…，n，此时判定是电源支路发生了接地故障。
作为进一步的技术方案，若故障点发生在除电源支路的其他负荷支路，则该负荷支路与电源支路构成通路，该支路与电源支路都会检测到大于设定值的三次谐波共模有功功率变化量。
作为进一步的技术方案，设电源支路为第一支路，第j条负荷支路接地，2≤j≤n，则|Picom3(t1+m·Δt)-Picom3(t1)|>ε，其他支路不接地所以三次谐波共模有功功率变化量近似为0，检测到j支路在负荷支路中三次谐波共模有功功率变化量最大，即|Pjcom3(t1+m·Δt)-Pjcom3(t1)|≥|Picom3(t1+m·Δt)-Picom3(t1)|，2≤i≤n，据此判断第j条直流支路发生了接地故障。
第二方面，公开了基于变化量判据的故障判断系统，包括：
继电保护装置，获得任意t时刻母线的直流共模电压以及各支路的三次谐波共模有功功率并存储；
根据存储的相邻时刻的上述数据，利用变化量判据进行柔性直流电网具体支路发生接地故障的判断，在诊断出接地故障端后，控制系统切除该条直流支路。
作为进一步的技术方案，还包括检测单元，用于采集得到母线正极电压、负极电压，各直流支路正极电流、负极电流，并将检测的数据传输至继电保护装置。
上述基于变化量判据的故障判断方法及系统适用于直流侧不接地柔性直流配电网。
以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：
本发明采用变化量判据实现对柔性直流电网故障选线的精确判断，不受正常运行情况时若混入较大三次共模电流分量干扰，线路中混入三次共模功率导致的幅值偏高容易误动的影响，变化量判据对共模分量有极大抵抗能力，能够获得较高的测量精度。
本发明变化量对故障时刻的判断比较苛刻，只有在故障发生的一瞬间才会产生较大的变化量，如果这个时刻装置恰巧采集到的故障前的数据丢失或者出错，后面无法再进行判断，或者若故障前后选取的周波间隔数比较小，故障后的功率选取的是上升的半山腰上的功率值也会导致变化量选线判据出错。
本发明变化量判据需要存储之前的数据，因此需要进行存储历史数据，具体使用继电保护装置的数据存储单元进行存储和调用。
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为本发明实施例装置结构示意图；
图2为本发明实施例方法流程图。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是示例性的，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。
在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例一
参见附图1所示，本实施例公开了基于变化量判据的故障判断系统，所述柔性直流电网的若干条支路包括电源支路和负荷支路都连接在母线上。将电压传感器一次侧分别接入正、负极直流母线及接地，电压传感器二次侧接入继电保护装置模拟量采集模块；在直流支路正、负极上装设电流传感器，电流传感器二次侧接至继电保护装置模拟量采集模块。
保护装置可采样得到任意t时刻母线母线正极电压up(t)、负极电压un(t)，各直流支路正极电流iip(t)、负极电流iin(t)，则母线共模电压ucom(t)＝[up(t)+un(t)]/2，各支路共模电流iicom(t)＝iip(t)+iin(t)。
本发明通过连续采样及傅里叶算法可以得到t1和t1+m*Δt时刻母线的直流共模电压Ucom0(t1)和Ucom0(t1+m·Δt)，求取其差的绝对值得到|Ucom0(t1+m·Δt)-Ucom0(t1)|。
具体的在采样时，连续的信号和均匀的采样间隔可以获得有限长度的离散数列，通过离散傅里叶变换公式可以得到此信号频谱的特性。
获得t1和t1+m*Δt时刻母线的三次共模电压
Figure BDA0003620125240000051
和
Figure BDA0003620125240000052
求取其绝对值得到
Figure BDA0003620125240000053
和
Figure BDA0003620125240000054
对电压信号进行傅里叶算法运算可以得到，对应时刻母线共模电压的三次谐波分量幅值。
获得t1和t1+m*Δt时刻i支路三次谐波共模电流向量
Figure BDA0003620125240000055
和
Figure BDA0003620125240000056
求取其绝对值，得到
Figure BDA0003620125240000057
和
Figure BDA0003620125240000058
对电流信号进行傅里叶算法运算可以得到，对应时刻i支路共模电流的三次谐波分量幅值
求取
Figure BDA0003620125240000059
与
Figure BDA00036201252400000510
之间的相角差为α(t1)，求取
Figure BDA00036201252400000511
与
Figure BDA00036201252400000512
之间的相角差为α(t1+m·Δt)，通过计算得到t1和t1+m*Δt时刻i支路三次谐波共模有功功率
Figure BDA00036201252400000513
和
Figure BDA00036201252400000514
求取其差的绝对值得到|Picom3(t1+m·Δt)-Picom3(t1)|。
本实施例子中能够实现的精度：短时间内准确切除故障线路，精度由m*Δt决定，完全可以满足不同判断精度要求。
本实施例子使用场景为：交流侧采用高阻接地的由一条母线、一条AC/DC电源支路和若干负荷支路组成的柔性直流配电网。
实施例二
本实施例的目的是提供了基于变化量判据的故障判断方法，柔性直流电网母线接地故障选线的保护逻辑框图如图2所示。
分别监测母线共模电压以及各支路共模电流；经测量计算，可以得到任意t时刻母线的直流共模电压为Ucom0(t)、各支路的三次谐波共模有功功率Picom3(t)，若存在某两个邻近时刻t1和t1+m*Δt，存在Ucom0(t1)很小而Ucom0(t1+m·Δt)很大，则说明t1与t1+m*Δt时刻之间发生了接地故障，Δt为AC/DC换流器交流侧电源基波周期，m为一个正整数，当该柔性直流电网发生接地故障时，可通过下面判据诊断是何条支路发生接地故障。
判据1：若直流母线出现直流共模电压偏置，即：|Ucom0(t1+m·Δt)-Ucom0(t1)|>k·Udc，且各直流支路三次谐波共模有功功率变化量很小，即：|Picom3(t1+m·Δt)-Picom3(t1)|<ε，i＝1,2,…,n,则判定是电源进线发生故障。
判据2：若直流母线出现直流共模电压偏置，即：|Ucom0(t1+m·Δt)-Ucom0(t1)|>k·Udc，且电源支路三次谐波共模有功功率变化量较大，若记电源支路为第一条支路，即|Picom3(t1+m·Δt)-Picom3(t1)|>ε，在其他负荷支路中，若第j条支路上的三次谐波共模有功功率变化量最大，即：|Pjcom3(t1+m·Δt)-Pjcom3(t1)|≥|Picom3(t1+m·Δt)-Picom3(t1)|，2≤i≤n，则判定是支路j发生故障。
其中：k为过电压可靠系数，0<k<0.5，n为与母线相连的支路总数，ε为三次谐波共模有功功率测量可能出现的最大误差，ε取电源支路额定功率的1％，m为一个正整数，1≤m≤10。
具体的，当柔性直流电网与母线相连的所有直流支路均不发生接地故障时，不会出现共模直流偏置电压和三次谐波共模有功功率，继电保护计算得到的母线直流共模电压变化量|Ucom0(t1+m·Δt)-Ucom0(t1)|和直流支路三次谐波共模有功功率变化量|Picom3(t1+m·Δt)-Picom3(t1)|，两者都不会大于测量最大误差，不会误判。
当某一条直流支路发生接地故障时，等效于故障点接入一个共模直流电源，各直流支路出现直流共模电压偏置，即|Ucom0(t1+m·Δt)-Ucom0(t1)|>k·Udc，并且AC/DC换流器产生的三次谐波电压构成通路，三次谐波电压传递到直流侧，直路线路出现三次谐波共模有功功率，若故障点发生在电源进线支路，则交流侧的三次谐波电压不会传递到直流侧，各条直流支路三次谐波共模有功功率变化量很小，继电保护计算得到的三次谐波共模有功功率变化量幅值不会大于测量最大误差，即|Picom3(t1+m·Δt)-Picom3(t1)|<ε，i＝1,2,…,n，此时可以判定是电源支路发生了接地故障。
若故障点发生在其他负荷支路，则该负荷支路与电源支路构成通路，该支路与电源支路都会检测到较大的三次谐波共模有功功率变化量，不失一般性，设电源支路为第一支路，第j条负荷支路接地，2≤j≤n，则|P1com3(t1+m·Δt)-P1com3(t1)|>ε，其他支路不接地所以三次谐波共模有功功率变化量近似为0，因此检测到j支路在负荷支路中三次谐波共模有功功率变化量最大，即|Pjcom3(t1+m·Δt)-Pjcom3(t1)|≥|Picom3(t1+m·Δt)-Picom3(t1)|，2≤i≤n，据此可以判断第j条直流支路发生了接地故障。
本发明利用直流电压偏置及各支路三次谐波共模有功功率变化量来诊断接地故障支路，在诊断出接地故障端后，发出信号告知控制系统切除该条直流支路，从而避免了逐路断开各支路来查找故障支路造成的其他支路短时停电，使得直流电网可靠性得到提高。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.基于变化量判据的故障判断方法，其特征是，包括：
获得任意t时刻母线的直流共模电压以及各支路的三次谐波共模有功功率并存储；
根据存储的相邻时刻的上述数据，利用变化量判据进行柔性直流电网具体支路发生接地故障的判断，在诊断出接地故障端后，控制系统切除该条直流支路。
2.如权利要求1所述的基于变化量判据的故障判断方法，其特征是，通过连续采样及傅里叶算法得到t1和t1+m*Δt时刻母线的直流共模电压，求取其差的绝对值；
求取t1和t1+m*Δt时刻母线的三次共模电压以及其绝对值；
求取t1和t1+m*Δt时刻i支路三次谐波共模电流向量以及其绝对值；
求取t1、t1+m*Δt时刻母线的三次共模电压与t1、t1+m*Δt时刻i支路三次谐波共模电流向量之间的相角差；
计算得到t1和t1+m*Δt时刻i支路三次谐波共模有功功率。
3.如权利要求1所述的基于变化量判据的故障判断方法，其特征是，当柔性直流电网与母线相连的所有直流支路均不发生接地故障时，不会出现共模直流偏置电压和三次谐波共模有功功率。
4.如权利要求1所述的基于变化量判据的故障判断方法，其特征是，当柔性直流电网与母线相连的所有直流支路均不发生接地故障时，继电保护计算得到的母线直流共模电压变化量和直流支路三次谐波共模有功功率变化量，两者均不会大于测量最大误差。
5.如权利要求2所述的基于变化量判据的故障判断方法，其特征是，当某一条直流支路发生接地故障时，等效于故障点接入一个共模直流电源，各直流支路出现直流共模电压偏置即|Ucom0(t1+m·Δt)-Ucom0(t1)|>k·Udc。
6.如权利要求5所述的基于变化量判据的故障判断方法，其特征是，当某一条直流支路发生接地故障时，还包括：
AC/DC换流器产生的三次谐波电压构成通路，三次谐波电压传递到直流侧，直路线路出现三次谐波共模有功功率；
继电保护计算得到的三次谐波共模有功功率变化量幅值不会大于测量最大误差，即|Picom3(t1+m·Δt)-Picom3(t1)|<ε，i＝1，2，…，n，此时判定是电源支路发生了接地故障。
7.如权利要求1所述的基于变化量判据的故障判断方法，其特征是，若故障点发生在除电源支路的其他负荷支路，则该负荷支路与电源支路构成通路，该支路与电源支路都会检测到大于设定值的三次谐波共模有功功率变化量。
8.如权利要求2所述的基于变化量判据的故障判断方法，其特征是，设电源支路为第一支路，第j条负荷支路接地，2≤j≤n，则|Picom3(t1+m·Δt)-Picom3(t1)|>ε，其他支路不接地所以三次谐波共模有功功率变化量近似为0，检测到j支路在负荷支路中三次谐波共模有功功率变化量最大，即|Pjcom3(t1+m·Δt)-Pjcom3(t1)|≥|Picom3(t1+m·Δt)-Picom3(t1)|，2≤i≤n，据此判断第j条直流支路发生了接地故障。
9.基于变化量判据的故障判断系统，其特征是，包括：
继电保护装置，获得任意t时刻母线的直流共模电压以及各支路的三次谐波共模有功功率并存储；
根据存储的相邻时刻的上述数据，利用变化量判据进行柔性直流电网具体支路发生接地故障的判断，在诊断出接地故障端后，控制系统切除该条直流支路。
10.如权利要求9所述的基于变化量判据的故障判断系统，其特征是，还包括检测单元，用于采集得到母线正极电压、负极电压，各直流支路正极电流、负极电流，并将检测的数据传输至继电保护装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP4293848A1 (en) * 2022-06-17 2023-12-20 Honeywell Limited Fault detection in a power distribution system providing high voltage direct current through multiple channels with a floating ground

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