CN116613716B - 一种基于故障域的电压暂降防治方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于故障域的电压暂降防治方法及系统，方法包括：根据电源电压计算值和敏感设备的保护参数计算值标定造成敏感设备停机的母线残压比根据所述母线残压比计算变电站母线所有线路出线引起电压暂降的故障最远距离，即得到故障域；在所述故障域内部署快速开关并优化保护定值配置，使变电站所有线路任意位置的任意故障均能够在设定的时间内跳闸。通过故障域及快速开关的配合，可以有效减少暂降引起的设备停机，最大限度避免暂降损失；相对于传统的电压暂降支撑装置或不间断电源装置支撑敏感设备电压，设备投入少，防范面积大，治理经济性良好。
Description
技术领域
本发明属于配电网技术领域，尤其涉及一种基于故障域的电压暂降防治方法及系统。
背景技术
配电网短路故障造成的电压暂降对企业生产的影响越来越突出。电压暂降残压低于敏感设备欠压保护值，引起生产设备停运、工艺停产，特别是纺织、注塑、电路板生产等流水线作业的生产工艺存在联动连锁，单个设备停运有可能造成企业全面停产；暂降引起的停产往往是非计划性的，部分对工艺时间要求高的生产线产品报废，生产流程重启的时间和原料成本高昂，严重时甚至造成设备损坏和安全事故。
电压暂降发生的原因一般为电网线路或设备故障，难以通过运维手段完全防范，除用户侧采用UPS等具备储能的设备供电外，其他措施均只能尽量防范和减少暂降的发生。
因此，避免暂降造成敏感设备停机是现阶段减少暂降损失的最优选项，造成敏感设备暂降停机一般需要满足两个条件，一是暂降残压低于敏感设备欠压保护定值，二是暂降持续时长长于敏感设备欠压保护时间定值。目前，一般敏感设备的保护响应时长在20ms左右，对于暂降停机的防范的主要目标就落在了如何增加暂降残压上面。
发明内容
本发明提供一种基于故障域的电压暂降防治方法及系统，用于解决无法对敏感设备增加暂降残压的技术问题。
第一方面，本发明提供一种基于故障域的电压暂降防治方法，包括：
根据电源电压计算值和敏感设备的保护参数计算值/>标定造成敏感设备停机的母线残压比/>；
根据所述母线残压比计算变电站母线所有线路出线引起电压暂降的故障最远距离，即得到故障域，其中，计算所述故障域包括：
根据某一线路出线的第一段导线的第一参数计算满足母线残压比的第一线路故障距离/>，并判断所述第一线路故障距离/>是否小于第一段导线的第一长度/>，其中，所述第一参数包括单位长度电阻和单位长度电抗；
若所述第一线路故障距离不小于第一段导线的第一长度/>，则将第一段导线的第一参数及第一长度/>作为已知量，在某一线路出线的第n+1段导线中计算满足母线残压比/>的第n+1线路故障距离/>，直至计算出与母线残压比/>相匹配的故障最远距离/>+，即计算得到故障域；
在所述故障域内部署快速开关并优化保护定值配置，使变电站所有线路任意位置的任意故障均能够在设定的时间内跳闸。
第二方面，本发明提供一种基于故障域的电压暂降防治系统，包括：
标定模块，配置为根据电源电压计算值和敏感设备的保护参数计算值/>标定造成敏感设备停机的母线残压比/>；
计算模块，配置为根据所述母线残压比计算变电站母线所有线路出线引起电压暂降的故障最远距离，即得到故障域，其中，计算所述故障域包括：
根据某一线路出线的第一段导线的第一参数计算满足母线残压比的第一线路故障距离/>，并判断所述第一线路故障距离/>是否小于第一段导线的第一长度/>，其中，所述第一参数包括单位长度电阻和单位长度电抗；
若所述第一线路故障距离不小于第一段导线的第一长度/>，则将第一段导线的第一参数及第一长度/>作为已知量，在某一线路出线的第n+1段导线中计算满足母线残压比/>的第n+1线路故障距离/>，直至计算出与母线残压比/>相匹配的故障最远距离/>+，即计算得到故障域；
设置模块，配置为在所述故障域内部署快速开关并优化保护定值配置，使变电站所有线路任意位置的任意故障均能够在设定的时间内跳闸。
第三方面，提供一种电子设备，其包括：至少一个处理器，以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器，其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行本发明任一实施例的基于故障域的电压暂降防治方法的步骤。
第四方面，本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序指令被处理器执行时，使所述处理器执行本发明任一实施例的基于故障域的电压暂降防治方法的步骤。
本申请的基于故障域的电压暂降防治方法及系统，具有以下有益效果：通过计算故障域减少快速开关和快速熔断器的安装数量，实现配电网电压暂降的精准经济防治，减少资金投入，提升配电网电能质量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一实施例提供的一种基于故障域的电压暂降防治方法的流程图；
图2为本发明一实施例提供一个具体实施例的以第一线路参数为条件计算故障域的示意图；
图3为本发明一实施例提供的一具体实施例的第二线路参数为条件计算故障域的示意图；
图4为本发明一实施例提供的一具体实施例的基于故障域的线路开关布置图；
图5为本发明一实施例提供的一种基于故障域的电压暂降防治系统的结构框图；
图6是本发明一实施例提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，其示出了本申请的一种基于故障域的电压暂降防治方法的流程图。
如图1所示，基于故障域的电压暂降防治方法具体包括以下步骤：
步骤S101，根据电源电压计算值和敏感设备的保护参数计算值/>标定造成敏感设备停机的母线残压比/>。
在本步骤中，对于发生故障的线路，电压暂降造成敏感设备停机一般需要满足两个条件，一是暂降残压低于敏感设备欠压保护定值，二是暂降持续时长长于敏感设备欠压保护时间定值。破坏其中任一条件，则电压暂降将不会造成用户敏感设备停机。根据电力系统故障特性，暂降残压受系统阻抗、线路参数、故障类型决定，暂降持续时长受保护延时、开关机械特性等影响。破坏敏感设备欠压保护定值动作的条件主要有以下步骤：
1）确定敏感设备的保护参数计算值。
收集母线接带的重要敏感负荷欠压保护定值，从小至大进行排序，取95%概率大值作为敏感设备的保护参数计算值，其中，95%概率大值是指将采样的点按从大到小的顺序排列，去掉5%最大值，剩下中最大的即为95%概率值。对于未发生故障的线路，因所在线路在故障发生时流过的仍然以正常运行电流为主，相对于故障电流造成的线路压降很小，忽略所在线路母线至用户处的电压降，/>近似等于母线电压。
2）确定电源电压计算值。
考虑到系统阻抗很小，正常运行时阻抗压降很小，/>近似等于正常运行时的母线电压。考虑到故障在任何时刻均有可能发生，统计一年内母线电压，取95%概率小值作为电源电压计算值/>，95%概率小值是指将采样的点按从大到小的顺序排列，去掉5%最小值，剩下中最小的即为95%概率小值。
3）计算敏感设备停机的母线残压比。
当某条线路发生故障时，因故障电流相对于正常运行电流大得多，电源至母线与母线至故障点的短路电流基本相同，则线路阻抗（母线至故障点的阻抗）与故障阻抗（电源点至故障点的阻抗）应满足以下方程：
，
式中，为线路阻抗，/>为故障阻抗。因敏感设备的保护参数计算值/>已知，电源电压计算值/>已知，则/>与/>的比值为已知值。
步骤S102，根据所述母线残压比计算变电站母线所有线路出线引起电压暂降的故障最远距离，即得到故障域。
在本步骤中，当线路不同分段为不同类型的导线时，导线的单位长度电阻电抗值不同，满足母线残压比的故障距离可能需要分段进行计算。分段计算主要包括以下步骤：
步骤S1021、根据某一线路出线的第一段导线的第一参数计算满足母线残压比的第一线路故障距离/>，并判断所述第一线路故障距离/>是否小于第一段导线的第一长度/>，其中，所述第一参数包括单位长度电阻和单位长度电抗，（如图2所示）。
需要说明的是，在判断第一线路故障距离是否小于第一段导线的第一长度/>之后，方法还包括：若第一线路故障距离/>小于第一段导线的第一长度/>，则直接将第一线路故障距离/>作为与母线残压比/>相匹配的故障最远距离，即计算得到故障域。
其中，计算第一线路故障距离的表达式为：
，
式中，为第一线路的单位长度电阻，/>为第一线路的单位长度电抗，/>为系统电阻，/>为系统电抗。
步骤S1022、若所述第一线路故障距离不小于第一段导线的第一长度/>，则将第一段导线的第一参数及第一长度/>作为已知量，在某一线路出线的第n+1段导线中计算满足母线残压比/>的第n+1线路故障距离/>，直至计算出与母线残压比/>相匹配的故障最远距离/>+/>，即计算得到故障域，（如图3所示）。
需要说明的是，计算第n+1线路故障距离的表达式为：
，
式中，为第/>段线路长度，/>为第/>段线路的单位长度电阻，/>为第/>段线路的单位长度电抗，/>为第n+1线路的单位长度电阻，/>为第n+1线路的单位长度电抗，/>为系统电阻，/>为系统电抗。
综上，根据步骤S1021-步骤S1022，计算每条线路与母线残压比相匹配的故障距离形成该母线的暂降故障域，即在该故障域范围外的任意故障造成的暂降残压均大于敏感用户的欠压保护定值。
步骤S103，在所述故障域内部署快速开关并优化保护定值配置，使变电站所有线路任意位置的任意故障均能够在设定的时间内跳闸。
在本步骤中，如图4所示，故障域内站内部署快速磁控开关（开关固有分闸时间小于10ms），支线部署快速磁控开关或快速熔断器。
快速磁控开关设三段式保护，第一段保护考虑故障域边界处发生三相金属性短路的短路电流及一定的可靠性裕度（可靠性裕度＜1，一般为0.8~0.9），保护延时为0s；第二段保护以故障域外的下一级所有开关中最大定值为依据，考虑一定的可靠性裕度（可靠性裕度＜1，一般为0.8~0.9），保护延时比下一级开关的最小延时的基础上增加一个时间阶梯（时间阶梯以保证下一级开关可靠分闸为原则，一般为0.2~0.4s）；第三段保护以保护开关安装处最大负荷电流为原则。
快速熔断器熔丝选型考虑故障域边界处发生三相金属性短路的短路电流为基础及一定的可靠性裕度（可靠性裕度＜1，一般为0.8~0.9）向下选型。
故障域外主干线及支线部署普通弹簧操作开关、永磁开关及普通熔断器。
综上，本申请的方法，通过以上电压暂降故障域计算及保护配置，故障域内的短路引起的暂降残压小于敏感设备欠压保护定值，但可以在快速开关固有动作时间内（小于敏感设备欠压保护响应时间内）跳闸；故障域外的短路引起的暂降残压大于敏感设备欠压保护定值，不会造成敏感设备欠压保护。通过故障域及快速开关的配合，可以有效减少暂降引起的设备停机，最大限度避免暂降损失；相对于传统的电压暂降支撑装置或不间断电源装置支撑敏感设备电压，设备投入少，防范面积大，治理经济性良好。
请参阅图5，其示出了本申请的一种基于故障域的电压暂降防治系统的结构框图。
如图5所示，电压暂降防治系统200，包括标定模块、计算模块以及设置模块。
其中，标定模块210，配置为根据电源电压计算值和敏感设备的保护参数计算值标定造成敏感设备停机的母线残压比/>；计算模块220，配置为根据所述母线残压比计算变电站母线所有线路出线引起电压暂降的故障最远距离，即得到故障域，其中，计算所述故障域包括：根据某一线路出线的第一段导线的第一参数计算满足母线残压比/>的第一线路故障距离/>，并判断所述第一线路故障距离/>是否小于第一段导线的第一长度/>，其中，所述第一参数包括单位长度电阻和单位长度电抗；若所述第一线路故障距离/>不小于第一段导线的第一长度/>，则将第一段导线的第一参数及第一长度/>作为已知量，在某一线路出线的第n+1段导线中计算满足母线残压比/>的第n+1线路故障距离/>，直至计算出与母线残压比/>相匹配的故障最远距离/>+/>，即计算得到故障域；设置模块230，配置为在所述故障域内部署快速开关并优化保护定值配置，使变电站所有线路任意位置的任意故障均能够在设定的时间内跳闸。
应当理解，图5中记载的诸模块与参考图1中描述的方法中的各个步骤相对应。由此，上文针对方法描述的操作和特征以及相应的技术效果同样适用于图5中的诸模块，在此不再赘述。
在另一些实施例中，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序指令被处理器执行时，使所述处理器执行上述任意方法实施例中的基于故障域的电压暂降防治方法；
作为一种实施方式，本发明的计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，计算机可执行指令设置为：
根据电源电压计算值和敏感设备的保护参数计算值/>标定造成敏感设备停机的母线残压比/>；
根据所述母线残压比计算变电站母线所有线路出线引起电压暂降的故障最远距离，即得到故障域，其中，计算所述故障域包括：
根据某一线路出线的第一段导线的第一参数计算满足母线残压比的第一线路故障距离/>，并判断所述第一线路故障距离/>是否小于第一段导线的第一长度/>，其中，所述第一参数包括单位长度电阻和单位长度电抗；
若所述第一线路故障距离不小于第一段导线的第一长度/>，则将第一段导线的第一参数及第一长度/>作为已知量，在某一线路出线的第n+1段导线中计算满足母线残压比/>的第n+1线路故障距离/>，直至计算出与母线残压比/>相匹配的故障最远距离/>+，即计算得到故障域；
在所述故障域内部署快速开关并优化保护定值配置，使变电站所有线路任意位置的任意故障均能够在设定的时间内跳闸。
计算机可读存储介质可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储根据基于故障域的电压暂降防治系统的使用所创建的数据等。此外，计算机可读存储介质可以包括高速随机存取存储器，还可以包括存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。在一些实施例中，计算机可读存储介质可选包括相对于处理器远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至基于故障域的电压暂降防治系统。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
图6是本发明实施例提供的电子设备的结构示意图，如图6所示，该设备包括：一个处理器310以及存储器320。电子设备还可以包括：输入装置330和输出装置340。处理器310、存储器320、输入装置330和输出装置340可以通过总线或者其他方式连接，图6中以通过总线连接为例。存储器320为上述的计算机可读存储介质。处理器310通过运行存储在存储器320中的非易失性软件程序、指令以及模块，从而执行服务器的各种功能应用以及数据处理，即实现上述方法实施例基于故障域的电压暂降防治方法。输入装置330可接收输入的数字或字符信息，以及产生与基于故障域的电压暂降防治系统的用户设置以及功能控制有关的键信号输入。输出装置340可包括显示屏等显示设备。
上述电子设备可执行本发明实施例所提供的方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。未在本实施例中详尽描述的技术细节，可参见本发明实施例所提供的方法。
作为一种实施方式，上述电子设备应用于基于故障域的电压暂降防治系统中，用于客户端，包括：至少一个处理器；以及，与至少一个处理器通信连接的存储器；其中，存储器存储有可被至少一个处理器执行的指令，指令被至少一个处理器执行，以使至少一个处理器能够：
根据电源电压计算值和敏感设备的保护参数计算值/>标定造成敏感设备停机的母线残压比/>；
根据所述母线残压比计算变电站母线所有线路出线引起电压暂降的故障最远距离，即得到故障域，其中，计算所述故障域包括：
根据某一线路出线的第一段导线的第一参数计算满足母线残压比的第一线路故障距离/>，并判断所述第一线路故障距离/>是否小于第一段导线的第一长度/>，其中，所述第一参数包括单位长度电阻和单位长度电抗；
若所述第一线路故障距离不小于第一段导线的第一长度/>，则将第一段导线的第一参数及第一长度/>作为已知量，在某一线路出线的第n+1段导线中计算满足母线残压比/>的第n+1线路故障距离/>，直至计算出与母线残压比/>相匹配的故障最远距离/>+，即计算得到故障域；
在所述故障域内部署快速开关并优化保护定值配置，使变电站所有线路任意位置的任意故障均能够在设定的时间内跳闸。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行各个实施例或者实施例的某些部分的方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (9)
1.一种基于故障域的电压暂降防治方法，其特征在于，包括：
根据电源电压计算值和敏感设备的保护参数计算值/>标定造成敏感设备停机的母线残压比/>；
根据所述母线残压比计算变电站母线所有线路出线引起电压暂降的故障最远距离，即得到故障域，其中，计算所述故障域包括：
根据某一线路出线的第一段导线的第一参数计算满足母线残压比的第一线路故障距离/>，并判断所述第一线路故障距离/>是否小于第一段导线的第一长度/>，其中，所述第一参数包括单位长度电阻和单位长度电抗；
若所述第一线路故障距离不小于第一段导线的第一长度/>，则将第一段导线的第一参数及第一长度/>作为已知量，在某一线路出线的第n+1段导线中计算满足母线残压比/>的第n+1线路故障距离/>，直至计算出与母线残压比/>相匹配的故障最远距离/>+/>，即计算得到故障域；
在所述故障域内部署快速开关并优化保护定值配置，使变电站所有线路任意位置的任意故障均能够在设定的时间内跳闸。
2.根据权利要求1所述的一种基于故障域的电压暂降防治方法，其特征在于，在根据电源电压计算值和敏感设备的保护参数计算值/>标定造成敏感设备停机的母线残压比之前，所述方法还包括：
对于发生故障的线路，收集母线接带的重要敏感负荷欠压保护定值，从小至大进行排序，取95%概率大值作为敏感设备的保护参数计算值，对于未发生故障的线路，直接将母线电压作为敏感设备的保护参数计算值/>，其中，95%概率大值是指将采样的点按从大到小的顺序排列，去掉5%最大值，剩下中最大的即为95%概率值；
统计一年内母线电压，取95%概率小值作为电源电压计算值，其中，95%概率小值是指将采样的点按从大到小的顺序排列，去掉5%最小值，剩下中最小的即为95%概率小值。
3.根据权利要求1所述的一种基于故障域的电压暂降防治方法，其特征在于，在判断所述第一线路故障距离是否小于第一段导线的第一长度/>之后，所述方法还包括：
若所述第一线路故障距离小于第一段导线的第一长度/>，则直接将所述第一线路故障距离/>作为与母线残压比/>相匹配的故障最远距离，即计算得到故障域。
4.根据权利要求1所述的一种基于故障域的电压暂降防治方法，其特征在于，其中，计算所述第一线路故障距离的表达式为：
，
式中，为第一线路的单位长度电阻，/>为第一线路的单位长度电抗，/>为系统电阻，为系统电抗。
5.根据权利要求1所述的一种基于故障域的电压暂降防治方法，其特征在于，其中，计算所述第n+1线路故障距离的表达式为：
，
式中，为第/>段线路长度，/>为第/>段线路的单位长度电阻，/>为第/>段线路的单位长度电抗，/>为第n+1线路的单位长度电阻，/>为第n+1线路的单位长度电抗，/>为系统电阻，/>为系统电抗。
6.根据权利要求1所述的一种基于故障域的电压暂降防治方法，其特征在于，所述在所述故障域内部署快速开关并优化保护定值配置，使变电站所有线路任意位置的任意故障均能够在设定的时间内跳闸包括：
在所述故障域内的站内部署快速磁控开关，并优化所述快速磁控开关的保护定值配置；以及
在所述故障域内的支线部署快速磁控开关或快速熔断器，并优化所述快速磁控开关或所述快速熔断器的保护定值配置，使变电站所有线路任意位置的任意故障均能够在设定的时间内跳闸；
其中，所述快速磁控开关设三段式保护，第一段保护考虑故障域边界处发生三相金属性短路的短路电流及一定的可靠性裕度，保护延时为0s；
第二段保护以故障域外的下一级所有开关中最大定值为依据及考虑一定的可靠性裕度，保护延时比下一级开关的最小延时的基础上增加一个时间阶梯；
第三段保护以保护开关安装处最大负荷电流为原则。
7.一种基于故障域的电压暂降防治系统，其特征在于，包括：
标定模块，配置为根据电源电压计算值和敏感设备的保护参数计算值/>标定造成敏感设备停机的母线残压比/>；
计算模块，配置为根据所述母线残压比计算变电站母线所有线路出线引起电压暂降的故障最远距离，即得到故障域，其中，计算所述故障域包括：
根据某一线路出线的第一段导线的第一参数计算满足母线残压比的第一线路故障距离/>，并判断所述第一线路故障距离/>是否小于第一段导线的第一长度/>，其中，所述第一参数包括单位长度电阻和单位长度电抗；
若所述第一线路故障距离不小于第一段导线的第一长度/>，则将第一段导线的第一参数及第一长度/>作为已知量，在某一线路出线的第n+1段导线中计算满足母线残压比/>的第n+1线路故障距离/>，直至计算出与母线残压比/>相匹配的故障最远距离/>+/>，即计算得到故障域；
设置模块，配置为在所述故障域内部署快速开关并优化保护定值配置，使变电站所有线路任意位置的任意故障均能够在设定的时间内跳闸。
8.一种电子设备，其特征在于，包括：至少一个处理器，以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器，其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行权利要求1至6任一项所述的方法。
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，所述程序被处理器执行时实现权利要求1至6任一项所述的方法。
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