本發(fā)明涉及配電網(wǎng)繼電保護(hù)領(lǐng)域，具體為一種含分布式電源配電網(wǎng)故障方向快速識(shí)別方法，適用于在含有分布式電源的配電網(wǎng)中使用。

背景技術(shù)：

由于越來越多隨機(jī)性分布式電源(distributegenerations,dgs)的接入，輻射狀配電網(wǎng)絡(luò)變成多端供電網(wǎng)絡(luò)，這就要求在原有三段式電流保護(hù)的基礎(chǔ)上增加大量的方向元件，例如功率方向繼電器等方向元件，構(gòu)成三段式方向電流保護(hù)。對(duì)于配電網(wǎng)自動(dòng)化建設(shè)，如果大量使用功率方向繼電器等類似方向元件，由此增加的費(fèi)用將成為一個(gè)不可避免的問題。因此，研究經(jīng)濟(jì)的適用于含dgs配電網(wǎng)的新型保護(hù)方法迫在眉睫。有學(xué)者設(shè)計(jì)了一種僅利用母線上3條以上線路的故障分量電流相位就能判斷故障方向的元件，該方向元件不需要電壓信息，但是沒有就測(cè)量過程中的誤差對(duì)保護(hù)判據(jù)進(jìn)行調(diào)整，可能會(huì)出現(xiàn)誤判。還有文獻(xiàn)提出一類基于通信的保護(hù)，通過上傳多點(diǎn)測(cè)量的信息，由主站集中處理來判定故障區(qū)域。這類保護(hù)采用了多種智能或非智能算法來處理大量數(shù)據(jù)，對(duì)主站的要求較高；并且由于需要實(shí)時(shí)上傳大量數(shù)據(jù)，對(duì)通信的要求較高。因此需要一種在含分布式電源配電網(wǎng)中，故障電流快速方向識(shí)別方法，來快速識(shí)別故障電流方向，從而采取措施。

對(duì)于快速識(shí)別故障方向的方法，在現(xiàn)有技術(shù)中雖然已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)，但是其可靠性較差，在一些特定情況下需要進(jìn)行糾正。引用一篇a.jalilian，m.tarafdarhagh，member,ieee,ands.m.hashemi在ieeetransactionsonpowerdelivery,vol.29,no.6,december2014上發(fā)表的文獻(xiàn)《aninnovativedirectionalrelayingschemebasedonpostfaultcurrent》。此文獻(xiàn)中主要介紹了基于故障電流相位的含分布式電源的配電網(wǎng)上的故障快速方向識(shí)別方法，具體方案原理如下：

三相接地故障時(shí)故障方向識(shí)別原理

潮流正向流動(dòng)意味著功率方向與保護(hù)裝置規(guī)定正方向一致。在這種情況下，正向和反向故障分析如下。

1)正向故障：如圖1中f1點(diǎn)發(fā)生故障，故障電流計(jì)算為：

對(duì)求正導(dǎo)數(shù)：

對(duì)求負(fù)導(dǎo)數(shù)：

建立參考向量

2)反向故障：如圖1中f2點(diǎn)發(fā)生故障，故障電流計(jì)算為：

對(duì)求正導(dǎo)數(shù)為：

對(duì)求負(fù)導(dǎo)數(shù)為：

建立參考向量

3)建立一個(gè)判斷故障方向的向量δ：

計(jì)算得出：

文獻(xiàn)對(duì)上述結(jié)果進(jìn)行了修正，文獻(xiàn)中最終故障方向判斷依據(jù)為：

當(dāng)時(shí)，故障方向?yàn)檎颍?/p>

當(dāng)時(shí)，故障方向?yàn)榉聪颉?/p>

上述故障方向識(shí)別算法基于故障后電流相位，由于存在暫態(tài)過程，所以可以人為將采集故障電流時(shí)間延時(shí)0.02s，待暫態(tài)過程基本結(jié)束后，電流相位穩(wěn)定，即可計(jì)算出故障方向。但在上述算法中，雖然已經(jīng)啟用了0.02s延時(shí)，但在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)實(shí)際故障電流相位迫近90°附近時(shí)，本判據(jù)仍然無法可靠判斷出故障方向結(jié)果，因此為了克服這種缺陷，需要一種基于此算法的新的故障方向識(shí)別方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為了解決故障電流相位迫近90°附近時(shí)，基于故障電流相位判斷故障方向的方法容易出現(xiàn)不可靠的問題，本發(fā)明改進(jìn)了上述故障電流識(shí)別方法，提供了一種新的含有分布式電源配電網(wǎng)故障快速方向識(shí)別方法。

本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種含分布式電源配電網(wǎng)故障方向識(shí)別方法，包括以下步驟：

(1)采集線路數(shù)據(jù)ia、ib、ic，判斷ia、ib、ic是否正常，如果正常就繼續(xù)采集數(shù)據(jù)；如果其中采集到的電流幅值突然變大，超過常值，證明線路出現(xiàn)故障，將故障電流用if來表示；

(2)故障出現(xiàn)后，延時(shí)0.02s采集故障電流if的相位，當(dāng)采集的故障電流if相位不在85°～95°范圍內(nèi)時(shí)，計(jì)算判斷故障方向的向量δ；當(dāng)采集的故障電流if相位落入85°～95°范圍內(nèi)時(shí)，再次延時(shí)0.02s，再采集故障電流if的相位，計(jì)算判斷故障方向的向量δ；

(3)當(dāng)時(shí)，為正向故障；當(dāng)時(shí)，為反向故障，故障方向識(shí)別結(jié)束。

與背景文獻(xiàn)中不同的是，文獻(xiàn)得出的最終判斷故障方向的判據(jù)為：當(dāng)時(shí)，故障方向?yàn)檎?；?dāng)時(shí)，故障方向?yàn)榉聪?。但在本發(fā)明的實(shí)踐與計(jì)算中，卻發(fā)現(xiàn)并不存在上述范圍的計(jì)算結(jié)果，只存在與兩種結(jié)果，因此對(duì)背景文獻(xiàn)的判斷依據(jù)做出了改進(jìn)和優(yōu)化，即本發(fā)明的故障方向判斷依據(jù)為：當(dāng)時(shí)，為正向故障；當(dāng)時(shí)，為反向故障，故障方向識(shí)別結(jié)束。

在基于現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上，雖然啟用0.02s延時(shí)為本領(lǐng)域技術(shù)人員容易想到的，但在實(shí)踐中偶然發(fā)現(xiàn)當(dāng)實(shí)際電流相位迫近附近時(shí)，本判據(jù)仍然無法可靠判斷出故障方向結(jié)果。因此在本發(fā)明中，當(dāng)?shù)谝淮?.02s延時(shí)后，如果故障電流if相位落入85°～95°范圍內(nèi)，繼續(xù)延時(shí)0.02s達(dá)到穩(wěn)態(tài)，然后計(jì)算判斷故障的向量δ，得出故障方向。

本發(fā)明對(duì)比于現(xiàn)有技術(shù)所具有的有益效果如下：(1)本故障識(shí)別算法不受潮流流向、接地電阻、故障類型、dgs容量占比與位置和諧波等因素的影響，不僅適用于對(duì)稱電路故障方向檢測(cè)，也適用于不對(duì)稱電路故障方向檢測(cè)，本算法都能夠可靠地識(shí)別線路全長(zhǎng)范圍內(nèi)的故障方向；(2)針對(duì)電流相位接近的情況進(jìn)行了精細(xì)化分析，極大降低了當(dāng)電流相位處于左右情況下誤判的可能性；(3)可以與多種保護(hù)配合使用，例如可以與通信通道配合，構(gòu)成一種新型差動(dòng)保護(hù)方案，也可取代功率方向繼電器，與電流保護(hù)相結(jié)合，構(gòu)成新型方向性電流保護(hù)。

附圖說明

圖1為背景技術(shù)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為仿真實(shí)施例1與2的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明中故障方向識(shí)別算法流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行說明。

一種含分布式電源配電網(wǎng)故障方向識(shí)別方法，如圖3所示，包括以下步驟：

(1)采集線路數(shù)據(jù)ia、ib、ic，判斷ia、ib、ic是否正常，如果正常就繼續(xù)采集數(shù)據(jù)；如果其中采集到的電流幅值突然變大，超過常值，證明線路出現(xiàn)故障，將故障電流用if來表示；

(2)故障出現(xiàn)后，延時(shí)0.02s采集故障電流if的相位，當(dāng)采集的故障電流if相位不在85°～95°范圍內(nèi)時(shí)，計(jì)算判斷故障方向的向量δ；當(dāng)采集的故障電流if相位落入85°～95°范圍內(nèi)時(shí)，再次延時(shí)0.02s，再采集故障電流if的相位，計(jì)算判斷故障方向的向量δ；

(3)當(dāng)時(shí)，為正向故障；當(dāng)時(shí)，為反向故障，故障方向識(shí)別結(jié)束。

下述仿真實(shí)施例1與2均為基于實(shí)時(shí)數(shù)字仿真器rtds(realtimedigitalsimulator，rtds)驗(yàn)證基于故障后電流相位的故障方向識(shí)別算法，并且將所測(cè)得的保護(hù)裝置安裝處的電流信號(hào)輸入rscad(一個(gè)仿真軟件)搭建的控制電路中，運(yùn)行所提出的現(xiàn)有技術(shù)(即背景文獻(xiàn)技術(shù))以及本發(fā)明的故障方向識(shí)別算法。仿真系統(tǒng)中取采樣頻率為1000hz。

仿真實(shí)施例1：

將現(xiàn)有技術(shù)在rscad控制電路里搭建相位精細(xì)檢測(cè)電路，啟動(dòng)第一個(gè)0.02s延時(shí)模塊，待暫態(tài)過程結(jié)束后，將此時(shí)的故障電流相位信號(hào)用于故障方向向量δ計(jì)算。

如圖2所示，仿真案例1是一個(gè)包含3個(gè)節(jié)點(diǎn)的35kv系統(tǒng)，頻率為50hz，線路sb、bl為架空線路，長(zhǎng)度均為10km，其參數(shù)為線路電抗x1＝0.01857ω/km，電阻r1＝0.37661ω/km，發(fā)電機(jī)s表示大電網(wǎng)的等效模型，b表示變電站的等效模型，l表示分布式電源(dgs)的等效模型；f1和f2表示故障發(fā)生處；rsb表示電流監(jiān)測(cè)保護(hù)，relaydirection表示功率繼電器方向。在這個(gè)系統(tǒng)中，運(yùn)用現(xiàn)有技術(shù)的計(jì)算方法，對(duì)所提出的故障方向識(shí)別算法在不同功率方向流動(dòng)下進(jìn)行評(píng)估。

在rtds仿真過程中，還需要考慮潮流方向的影響：由于發(fā)電機(jī)s、l初始相位不同，會(huì)導(dǎo)致不同的功率流向。在上述條件下使f1點(diǎn)發(fā)生正向故障，使f2點(diǎn)發(fā)生反向故障。不同初始相位情況下的故障方向驗(yàn)證結(jié)果見表1與表2，δθ＝∠θs-∠θl；表格為δθ為±30°時(shí)，的故障方向判斷，在表1中abc表示三相，故障類型ag表示單相接地故障，abg表示雙相接地故障，abcg表示三相接地故障，ab表示雙相相間其余故障，abc表示三相相間其余故障。

表1δθ＝30°情況下故障方向判斷

表2δθ＝-30°情況下故障方向判斷

由表1、表2可以看出，在上述仿真過程中，采用現(xiàn)有技術(shù)計(jì)算故障方向的結(jié)果，通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證后得出結(jié)論：(1)當(dāng)只使用第一個(gè)0.02s延時(shí)時(shí)，故障電流相位落在85°～95°范圍內(nèi)時(shí)，計(jì)算出的故障方向有誤判現(xiàn)象，且大多數(shù)落入此范圍內(nèi)的故障電流相位計(jì)算出的故障方向?yàn)殄e(cuò)誤；(2)計(jì)算出的判斷故障方向的向量δ的相角，只有兩種結(jié)果或者因此從上述結(jié)果得知通過現(xiàn)有技術(shù)計(jì)算故障方向的方法不可靠。

仿真實(shí)施例2

該實(shí)施例為本發(fā)明的仿真實(shí)施例，運(yùn)用圖3所示的方法來計(jì)算故障方向。本實(shí)施例與仿真實(shí)施例1仿真條件均相同，但搭建的控制電路不同，將本發(fā)明在rscad控制電路里搭建相位精細(xì)檢測(cè)電路，當(dāng)故障電流信號(hào)通過dft(離散傅里葉變換discretefouriertransform，縮寫為dft)模塊把相位確定在85°～95°之間時(shí)，啟動(dòng)另一延時(shí)模塊(即另一延時(shí)0.02s)，待暫態(tài)過程結(jié)束后，再使用dft模塊對(duì)故障電流相位進(jìn)行新一次檢測(cè)，將此時(shí)的相位信號(hào)用于故障方向向量δ的計(jì)算。

在與仿真實(shí)施例1條件相同的情況下，加入另一延時(shí)模塊以后，不同初始相位情況下的故障方向驗(yàn)證結(jié)果見表3與表4。

表3δθ＝30°情況下故障方向判斷

表4δθ＝-30°情況下故障方向判斷

由表3、表4可以看出，當(dāng)f1與f2處的故障電流相位落入85°～95°(在此區(qū)間內(nèi)的數(shù)值并不容易取到)范圍時(shí)，在增加了另一延時(shí)模塊(即另一延時(shí)0.02s)后，計(jì)算得出正確的故障方向，因此本發(fā)明中的算法可以可靠的識(shí)別出故障方向。而在實(shí)際中，可以將上述rscad搭建的相位精細(xì)檢測(cè)電路部分編入微機(jī)繼電保護(hù)的算法當(dāng)中，在上述特定情況下避開暫態(tài)過程，準(zhǔn)確獲取電流相位信息，可以在實(shí)際中應(yīng)用。