專利名稱：一種基于電壓變化量幅值比較的故障方向判定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電力系統(tǒng)繼電保護(hù)領(lǐng)域的故障方向判斷方法，尤其涉及一種基于電壓變化量幅值比較的故障方向判定方法。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，分布式電源的大量接入將配電網(wǎng)從傳統(tǒng)的單電源輻射狀網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)變成包含多個(gè)弱饋電源的有源網(wǎng)絡(luò)，原有的過(guò)流保護(hù)整定和配合方案就不再合適，需要通過(guò)加裝故障方向元件來(lái)保證保護(hù)的選擇性。目前，主要采用故障方向元件來(lái)解決雙端電源供電網(wǎng)絡(luò)的故障方向判定問(wèn)題。故障方向元件是否能準(zhǔn)確、快速的判斷出故障來(lái)源對(duì)隔離故障、維護(hù)電力系統(tǒng)正常運(yùn)行有著重要意義。工頻變化量具有不受負(fù)荷電流影響、動(dòng)作速度快、靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用到各種類型的保護(hù)原理中，受到人們的普遍重視?；诠ゎl變化量的故障方向元件被廣泛應(yīng)用在輸電系統(tǒng)判斷故障方向，構(gòu)成方向比較式縱聯(lián)保護(hù)。工頻變化量方向元件通過(guò)比較系統(tǒng)阻抗與模擬阻抗之間的相位關(guān)系，達(dá)到區(qū)分正、反向故障的目的。對(duì)于輸電網(wǎng)來(lái)說(shuō)，運(yùn)行方式比較固定，系統(tǒng)阻抗和線路阻抗變化不大，方向元件的模擬阻抗整定相對(duì)比較容易。但是對(duì)于配電網(wǎng)，特別是含有分布式電源的智能配電網(wǎng)，系統(tǒng)運(yùn)行方式變化大，分布式電源差異大，負(fù)荷類型復(fù)雜，利用·現(xiàn)有的工頻變化量方向元件難以達(dá)到在各種情況下都能正確判斷故障方向的目的。專利200910013794.4公開(kāi)了一種交流輸電線路故障方向判斷方法，該方法根據(jù)正、反方向故障時(shí)電壓變化量與電流變化量比值的虛部的極性不同判斷故障方向。在正方向故障時(shí)，極性為負(fù)，很容易得出小于整定值；反方向故障時(shí)上述比值為輸電線路阻抗與對(duì)側(cè)系統(tǒng)阻抗之和，因此比值的虛部必然大于整定值。該判據(jù)動(dòng)作速度快，靈敏度好，可靠性高。但是對(duì)于較短線路、或是直接應(yīng)用在包含分布式電源系統(tǒng)中進(jìn)行故障判斷，很難整定一個(gè)合適的定值保證在所有故障情況下都能可靠動(dòng)作。專利201210310873.3公開(kāi)了一種輸電線路維護(hù)技術(shù)領(lǐng)域中的一種輸電線路故障方向計(jì)算方法。該方法通過(guò)比較故障電流分量與負(fù)荷電流分量之間的相位差，判斷故障方向。該方向元件僅能應(yīng)用在功率單向流動(dòng)的輸電線路，對(duì)于含有分布式電源的配電線路，由于分布式電源出力不固定，潮流分布會(huì)經(jīng)常發(fā)生變化，導(dǎo)致該方向元件無(wú)法正確判斷故障方向。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于電壓變化量幅值比較的故障方向判定方法，該方法通過(guò)比較定義工作電壓變化量的幅值與母線電壓變化量的幅值的大小判斷故障方向，整定阻抗的幅值等于電壓電流變化量幅值的比值，可以適應(yīng)阻抗變化范圍較大的情況，具有方向性明確、不受負(fù)荷電流、過(guò)渡電阻的影響、判據(jù)靈敏度高、可靠性好等優(yōu)點(diǎn)，尤其適用于系統(tǒng)運(yùn)行方式變化大、包含各種分布式電源、負(fù)荷類型復(fù)雜的智能配電網(wǎng)。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案:一種基于電壓變化量幅值比較的故障方向判定方法，該方法實(shí)現(xiàn)步驟如下:I)得到電壓變化量與電流變化量故 障發(fā)生后，在方向元件安裝處用故障發(fā)生后的電壓、電流值減去故障發(fā)生前一個(gè)周期的電壓、電流值，獲得方向元件安裝處的電壓變化量AUm、電流變化量AI1J^幅值和相位；2)設(shè)定工作電壓令工作電壓AUqp=AUm-A Im.Zset，其中整定阻抗的幅值|Zset| = AUffl/A Ij,整定阻抗的相角的范圍為:9 e (30° 60° )；3)判定故障方向當(dāng)滿足關(guān)系式IauJ > IauiJ時(shí)，發(fā)生正方向故障；當(dāng)滿足關(guān)系式I Au。」< AUm時(shí),發(fā)生反方向故障。所述的步驟I)中的AUm為方向元件安裝處的母線電壓變化量，A Im為線路的電
流變化量。所述的步驟2)中的工作電壓變化量為自定義量，構(gòu)成表達(dá)式為AUtjp =AUm-A Im.Zset，其中 Zset= AUffl/A Ij Mj0,也就是 IzsetI = I AUniMIiJ，整定阻抗角為0 G (30。60。)。所述的步驟3)中發(fā)生正方向故障的判據(jù)為I AU?！?gt; I AU」，其中I AU?！篂楣ぷ麟妷鹤兓康姆担琁auiJ為方向元件安裝處的母線電壓變化量的幅值。若滿足正方向故障判據(jù)，則判定為正方向故障，否則判為反方向故障。本發(fā)明通過(guò)比較電壓變化量幅值來(lái)判斷故障方向，與現(xiàn)有同類技術(shù)相比，有益效果為:(I)采用電壓變化量構(gòu)成判據(jù)，具有判斷速度快、不受負(fù)荷電流影響、靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)；( 2 )通過(guò)比較電壓變化量幅值大小確定故障方向，無(wú)需對(duì)定值進(jìn)行人工整定，便于實(shí)現(xiàn)；(3)整定阻抗采用自適應(yīng)的計(jì)算方式，適用于阻抗變化范圍較大的系統(tǒng)，能夠克服系統(tǒng)運(yùn)行方式頻繁改變對(duì)故障方向判斷的影響。


圖1是雙端電源供電網(wǎng)絡(luò)示意圖；圖2是發(fā)生正方向故障時(shí)電壓變化量的分布圖；圖3是發(fā)生正向故障時(shí)故障分量的等效網(wǎng)絡(luò)電路圖；圖4是發(fā)生正方向故障時(shí)對(duì)于不同的系統(tǒng)阻抗角情況下I AU」與I AU?！沟拇笮￡P(guān)系不意圖；圖5是發(fā)生反方向故障時(shí)電壓變化量的分布圖；圖6是發(fā)生反向故障時(shí)故障分量的等效網(wǎng)絡(luò)電路圖；圖7是發(fā)生反方向故障時(shí)對(duì)于不同的線路阻抗角情況下I AU」與I AU?！沟拇笮￡P(guān)系不意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。在實(shí)施例中，取0 =45。。1.發(fā)生正方向故障時(shí)方向元件性能分析當(dāng)圖1中Fl位置發(fā)生故障時(shí)，電壓變化量的分布情況如圖2所示，發(fā)生正方向故障時(shí)故障分量的等效網(wǎng)絡(luò)如圖3所示。由圖3可以得出:AUffl = -AIffl-Zs (I)
權(quán)利要求
1.一種基于電壓變化量幅值比較的故障方向判定方法，其特征是，該方法實(shí)現(xiàn)步驟如下: 1)得到電壓變化量與電流變化量 故障發(fā)生后，在方向元件安裝處用故障發(fā)生后的電壓、電流值減去故障發(fā)生前一個(gè)周期的電壓、電流值，獲得方向元件安裝處的電壓變化量AUm、電流變化量AIm的幅值和相位； 2)設(shè)定工作電壓 令工作電壓AUtjp= AUm-AIm.Zsrt，其中整定阻抗的幅值|Zsrt| = I AUnZAInJ,整定阻抗的相角的范圍為:9 e (30° 60° )； 3)判定故障方向 當(dāng)滿足關(guān)系式I AU?！?lt; I AUj時(shí)，發(fā)生正方向故障；當(dāng)滿足關(guān)系式I AU?！?lt; I AUj時(shí)，發(fā)生反方向故障。
2.如權(quán)利要求1所述的一種基于電壓變化量幅值比較的故障方向判定方法，其特征是，所述步驟I)中的AUm為方向元件安裝處的母線電壓變化量，AImS線路的電流變化量。
3.如權(quán)利要求1所述的一種基于電壓變化量幅值比較的故障方向判定方法，其特征是，所述的步驟2)中的工作電壓變化量為自定義量，構(gòu)成表達(dá)式為AUtjp =AUm-A Im.Zset，其中 Zset= AUffl/A Ij Mj0,也就是 |Zset| = I AUniMIiJ，整定阻抗角為0 G (30。60。)。
4.如權(quán)利要求1所述·的一種基于電壓變化量幅值比較的故障方向判定方法，其特征是，所述的步驟3)中發(fā)生正方向故障的判據(jù)為I AU?！?lt; I AU」，其中I AU。」為工作電壓變化量的幅值，IAU1J為方向元件安裝處的母線電壓變化量的幅值。若滿足正方向故障判據(jù)，則判定為正方向故障，否則判為反方向故障。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于電壓變化量幅值比較的故障方向判定方法，通過(guò)比較工作電壓變化量與母線電壓變化量幅值判定故障方向，其特征在于方向判據(jù)采用浮動(dòng)門(mén)檻以及具有自適應(yīng)特性的整定阻抗。有別于傳統(tǒng)的工頻變化量方向元件，動(dòng)作門(mén)檻選擇母線電壓變化量ΔUm，整定阻抗幅值采用|Zset|＝|ΔUm/ΔIm|，使得在發(fā)生正方向故障時(shí)等于系統(tǒng)阻抗幅值，反方向故障時(shí)等于下游線路阻抗與負(fù)荷阻抗之和的幅值，整定阻抗相角整定為一個(gè)特定的θ角，以確保在正向故障與反向故障時(shí)都能正確判斷。本發(fā)明具有動(dòng)作速度快，靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)，能較好適應(yīng)智能配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、運(yùn)行方式多變、分布式電源容量和并網(wǎng)位置多樣、負(fù)荷類型復(fù)雜的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01R31/08GK103245891SQ20131019608
公開(kāi)日2013年8月14日 申請(qǐng)日期2013年5月23日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月23日
發(fā)明者叢偉, 田崇穩(wěn), 王慧, 孫允, 房凡秀, 鮑樂(lè) 申請(qǐng)人:山東大學(xué)