一種基于電壓電流變化量的故障方向判別方法及系統與流程

本發明涉及電力系統繼電保護，尤其涉及一種基于電壓電流變化量的故障方向判別方法及系統。

背景技術：

1、電力系統中新能源電源比重日益增加，使電力系統電力電子化程度逐漸提高。然而，新能源電源所具有的弱饋性、高諧波和頻偏特性和系統阻抗不穩定性等故障特征，以及復雜的電磁、控制響應過程，使得新能源電源交流并網系統的故障特性顯著不同于傳統電力系統。在新能源電源場站交流送出線出口近區發生故障時，新能源電源的故障特性將導致傳統的正序電壓極化方向元件難以準確判別故障方向，嚴重威脅電力系統的安全穩定運行。

技術實現思路

1、鑒于上述現有技術中存在的問題，提出了本發明。

2、因此，本發明提供了一種基于電壓電流變化量的故障方向判別方法，能夠解決傳統的正序電壓極化方向元件誤動或拒動的問題。

3、為解決上述技術問題，本發明提供如下技術方案，一種基于電壓電流變化量的故障方向判別方法，包括：當新能源電源場站送出線某側出口發生故障時，獲取當前側保護安裝處故障前一段時間內的三相測量電壓、電流以及故障后保護安裝處的三相測量電壓、電流；根據保護安裝處故障前和故障后的各相測量電壓、電流，計算各相電壓變化量、各相間電壓變化量和各相電流變化量；根據線路參數、系統阻抗參數、各相電流變化量，構造保護安裝處到系統側電勢之間的各相阻抗壓降變化量和各相間阻抗壓降變化量；將故障后保護安裝處的各相測量電壓和相間電壓帶入選相判據，確定故障類型和相別；選擇合適的數據窗，計算故障相電壓變化量和故障相阻抗壓降變化量的波形相關系數，作為出口故障方向判據的輸入；將波形相關系數帶入預設的判據中，判別出口故障的方向。

4、作為本發明所述的一種基于電壓電流變化量的故障方向判別方法的一種優選方案，其中：所述各相間電壓變化量包括對于新能源場站側保護，使用公式計算表示為，

5、

6、其中，表示為保護安裝處各相電壓的變化量，表示為故障后t時刻保護安裝處的各相測量電壓，表示為故障前t-tw1時刻保護安裝處的各相測量電壓；

7、對于系統側保護，表示為，

8、

9、其中，表示為系統側保護安裝處各相電壓的變化量，為故障后t時刻保護安裝處的各相測量電壓，表示為故障前t-tw1時刻保護安裝處的各相測量電壓，

10、根據公式計算新能源側保護安裝處相間電壓變化量

11、

12、根據公式計算系統側保護安裝處相間電壓變化量

13、

14、其中，

15、作為本發明所述的一種基于電壓電流變化量的故障方向判別方法的一種優選方案，其中：所述各相電流變化量表示為，

16、

17、其中，表示為新能源場站側保護安裝處各相電流的變化量，表示為故障后t時刻保護安裝處的測量電流，表示為故障前t-tw1時刻保護安裝處的測量電流；

18、對于系統側保護，表示為，

19、

20、其中，表示為系統側保護安裝處各相電流的變化量，表示為故障后t時刻保護安裝處的測量電流，為故障前t-tw1時刻的保護安裝處的測量電流；

21、tw1是預先設定的固定時間窗，應取一周波時長20ms的整數倍，時刻t滿足0≤t-tf≤tw1，應在故障時刻tf后的tw1內。

22、作為本發明所述的一種基于電壓電流變化量的故障方向判別方法的一種優選方案，其中：所述各相阻抗壓降變化量包括對于新能源場站側保護，利用公式進行構造，

23、

24、其中，為從新能源場站側保護安裝處到系統側電勢的總阻抗上的壓降變化量，ll、ln、rl、rn分別為送出線路總電感、系統等值電感、送出線路總電阻、系統等值電阻；

25、對于系統側保護，利用公式進行構造，

26、

27、其中，為從系統側保護安裝處到系統側電勢的總阻抗上的壓降變化量；

28、計算新能源側保護安裝處各相間抗壓降變化量，

29、

30、計算系統側保護安裝處各相間阻抗壓降變化量，

31、

32、作為本發明所述的一種基于電壓電流變化量的故障方向判別方法的一種優選方案，其中：所述選相判據包括采用以下瞬時值積分算法計算故障后線路兩側保護安裝處的各相電壓和相間電壓幅值，

33、

34、其中，分別為保護安裝處相電壓和相間電壓瞬時值，分別為保護安裝處相電壓幅值和相間電壓幅值，tf為故障時刻，n為一個工頻周期內保護采樣點數，δt為采樣間隔；

35、設udset為低電壓門檻，若滿足min(uab,ubc,uca)<udest，則判定為相間故障，并確定最小相間電壓幅值所對應的兩相為故障相；否則，判定為單相故障，并確定最小相電壓幅值所對應的相為故障相。

36、作為本發明所述的一種基于電壓電流變化量的故障方向判別方法的一種優選方案，其中：所述計算故障相電壓變化量和故障相阻抗壓降變化量的波形相關系數包括，若為單相故障，對于新能源側保護，故障相電壓變化量δum(t)應取故障相阻抗壓降變化量δum′(t)應取對于系統側保護，故障相電壓變化量δun(t)應取故障相阻抗壓降變化量δu'n(t)應取若為兩相故障，對于新能源側保護，故障相電壓變化量δum(t)應取故障相阻抗壓降變化量δu′m(t)應取對于系統側保護，故障相電壓變化量δun(t)應取故障相阻抗壓降變化量δu'n(t)應取

37、分別計算兩側保護的故障相電壓變化量波形和故障相阻抗壓降變化量波形的相關系數。對于新能源側保護，將時間窗t-tw2到t時刻內的新能源側保護故障相電壓變化量的波形序列um＝{δum(t-tw2+1),…,δum(t-1),δum(t)}和阻抗壓降變化量的波形序列um'＝{δum'(t-tw2+1),…,δum'(t-1),δum'(t)}中的各元素按升序排列，分別得到新序列x＝{x1,x2,…,xn}和y＝{y1,y2,…,yn}。將序列um內每個元素δum(t-tw2+i)在x中的對應位置計為ai，得到序列a＝{a1,a2,…,an}；將序列um'內每個元素δum'(t-tw2+i)在y中的對應位置計為bi，得到序列b＝{b1,b2,…,bn}。將序列a和序列b中的每個元素對應相減，得到序列d＝{d1,d2,…,dn}＝{a1-b1,a2-b2,…,an-bn}。將序列d中的每個值帶入斯皮爾曼等級相關系數公式：進行計算，即可得到時間窗t-tw2到t時刻內新能源側保護故障相電壓變化量和阻抗壓降變化量的波形相關系數rm(t)，其中n為時間窗tw2所對應的采樣點個數。

38、對于系統側保護，將時間窗t-tw2到t時刻內的系統側保護故障相電壓變化量的波形序列un＝{δun(t-tw2+1),…,δun(t-1),δun(t)}和阻抗壓降變化量的值un'＝{δun'(t-tw2+1),…,δun'(t-1),δun'(t)}按照上述步驟進行處理，即可得到時間窗t-tw2到t時刻內系統側保護故障相電壓變化量和阻抗壓降變化量的波形相關系數rn(t)。

39、作為本發明所述的一種基于電壓電流變化量的故障方向判別方法的一種優選方案，其中：所述判別出口故障的方向包括選擇合適的時間窗tw3，對于新能源場站側保護，時間窗[t-tw3,t]內rm(t)持續滿足rm(t)>rmset，則認為發生反向出口故障；若不滿足則認為發生了正向出口故障，其中rmset為新能源場站側保護波形相關系數的整定值，對于系統側保護，時間窗[t-tw3,t]內rn(t)持續滿足rn(t)>rnset，則認為發生正向出口故障；若不滿足則認為發生了反向出口故障，其中rnset為系統側保護波形相關系數的整定值。

40、本發明的另外一個目的是提供一種基于電壓電流變化量的故障方向判別系統，通過：數據獲取模塊能夠準確獲取故障前后的三相電壓、電流數據，確保后續分析基礎數據的完整性和準確性，有助于故障分析和判定；變化量計算模塊通過精確計算電壓、電流的變化量，提供詳細的故障特征信息，為后續的阻抗構造提供可靠的數據支撐；阻抗構造模塊根據具體線路、系統參數和電流變化量構造阻抗壓降變化量，確保故障判別時能夠準確反映故障點的電氣特征，提高判別的準確性；故障選相模塊根據故障后的電壓數據和選相判據，準確確定故障類型和故障相別，確保用于計算波形相關系數的數據的準確性；數據選擇模塊通過選擇合適的數據窗并計算波形相關系數，確保判據輸入數據的有效性和準確性，提高故障方向判別的可靠性；方向判定模塊基于波形相關系數和預設判據，精確判別出口故障方向，有助于及時采取正確的保護和控制措施，保障系統的安全運行。

41、作為本發明所述的一種基于電壓電流變化量的故障方向判別系統的一種優選方案，其中：包括，數據獲取模塊、變化量計算模塊、阻抗構造模塊、故障選相模塊、數據選擇模塊、方向判定模塊；

42、所述數據獲取模塊，當新能源電源場站送出線某側出口發生故障時，獲取當前側保護安裝處故障前一段時間內的三相測量電壓、電流以及故障后保護安裝處的三相測量電壓、電流；

43、所述變化量計算模塊，根據保護安裝處故障前和故障后的各相測量電壓、電流，計算各相電壓變化量、各相間電壓變化量和各相電流變化量；

44、所述阻抗構造模塊，根據線路參數、系統阻抗參數、各相電流變化量，構造保護安裝處到系統側電勢之間的各相阻抗壓降變化量和各相間阻抗壓降變化量；

45、所述故障判別模塊，將故障后保護安裝處的各相測量電壓和相間電壓帶入選相判據，確定故障類型和相別；

46、所述數據選擇模塊，選擇合適的數據窗，計算故障相電壓變化量和故障相阻抗壓降變化量的波形相關系數，作為出口故障方向判據的輸入；

47、所述方向判定模塊，將波形相關系數帶入預設的判據中，判別出口故障的方向。

48、一種計算機設備，包括存儲器和處理器，所述存儲器存儲有計算機程序，其特征在于，所述處理器執行所述計算機程序時實現一種基于電壓電流變化量的故障方向判別方法中任一項所述的方法的步驟。

49、一種計算機可讀存儲介質，其上存儲有計算機程序，其特征在于，所述計算機程序被處理器執行時實現一種基于電壓電流變化量的故障方向判別方法中任一項所述的方法的步驟。

50、本發明的有益效果：本發明方法提出的判據適應于雙饋型新能源電源和逆變型新能源電源的送出線場景，能夠有效解決正序電壓極化方向元件在新能源電源機組交流并網場景下發生出口故障時無法正確判斷區內外故障的問題，有利于新能源電源機組交流并網系統在出口故障情形下的可靠動作。