在没有电压测量信息的情况下确定故障方向的方法及其方向元件技术

本发明专利技术公开了一种用于在没有电压测量信息的情况下确定故障方向的方法及其方向元件，包括：对于任一保护，测量本地线路的电流值；基于所述电流值计算故障分量电流，并且进一步计算所述故障分量电流的相位角；获取与所述本地线路所连接到的同一母线的至少两条其它线路的故障分量电流的相位角；将所述本地线路的故障分量电流的相位角与所述其它线路的故障分量电流的相位角进行比较；并且基于所述比较结果确定故障方向。所提出的无需电压测量信息的方法和方向元件可被用于配电系统中和输电系统中。应注意的是所提出的解决方案还可被用于需要故障方向但没有可用电压信息的任何应用。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及输电网或配电网的
，更具体地，涉及在没有电压测量信息的情况下确定故障方向的方法及其方向元件。
技术介绍
随着越来越多的分布式发电机(DG)被连接到配电网中，故障电流的方向变得非常复杂，且不同于没有DG的传统配电系统中的故障电流的方向。在一些情况下，没有方向判断的传统过电流(OC)保护继电器(也可直接称为“保护”)会发生误跳，这明显地影响了电力系统的可靠性、稳定性和安全性。因此，故障方向或用于确定故障方向的方向元件对于保护和控制(P&C)系统来说是非常重要的。在一些情况下，保护可以直接由方向元件构成，例如方向纵联保护。在其它情况下，方向元件可以在保护中被用作重要的辅助元件，例如用于过电流保护的方向元件。通常，电压向量与电流向量之间的角度差被用于估量与传感器位置相关的故障方向。遗憾的是，电压测量信息并不总是可用于保护的。对于配电网中的线路，在许多情况下没有电压传感器。即使对于输电网中有电压传感器的线路来说，电压测量信息也不总是可用的。例如，当传感器存在故障时，或传感器的输出信号由于一些原因没有被正常传送给智能电子设备(IED)。因此，在没有电压测量信息的情况下获取故障方向，以使保护能够正确动作是非常有用的。现有技术中已经存在一些相关的解决方案，这些解决方案试图提供一种不需要电压测量信息而确定故障方向的方向元件。在文章“在辐射状配电系统中使用序电流中的相位变换进行故障方向的判断(Fault direction estimation in radial distribution system using phase change in sequence current)”(A.KF.Pradhan等，IEEE输电汇刊，2007年，第22卷，第4期，第2065页至第2071页(A.KF.Pradhan,etc.,IEEE Transactions on Power Delivery,Vol.22,No.4,Pages2065-2071,2007))中，提出了一种不需要电压测量信息的用于配电网的方向检测方法。这种解决方案是基于故障电流向量与故障前的电流向量之间的电流角度之差的。然而，文章中的这种方法是基于这种假设的：流经线路的电流方向在故障之前不会改变；同时方向元件对这一方向是已知的。如果把与电网相连接的分布式发电机(DG)的间歇式发电和电流方向的改变考虑在内，这一假设在许多情况下是不合理的，因此该解决方案是不切实际的。为解决此问题，P.Jena等于2009年在IEEE PES输电汇刊(IEEE PES Transactions on Power Delivery)上发表了一篇名为“基于电流相位变化的输电线方向元件的动态特性(Dynamic performance of Phase-Change in Current based Directional Relaying for Transmission Line)”的文章。文章中提出的方法是对A.K.Pradhan提出的方法的扩展应用，即从配电网扩展至输电线。与之前的方法类似，由P.Jena提出的方法也是基于这样的假设：方向元件对故障前的电流方向是已知的。而且，需要使用故障前的电压参数和其电流来计算故障前的电流方向。该解决方案同样很难被用于没有电压测量信息的实际系统中。该方案无法解决存在的问题，即在没有电压测量信息的情况下确定故障方向。在另一已有技术文章“用于含分布式电源的配网保护的无电压方向元件研究(Research on directional element without voltage in distribution network protection with DG)”(贾伟等，电力系统保护与控制，2011年，第39卷，第2期，第94页至97页(Jia Wei,etc.,Power System Protection and Control,Vol.39,No.2,Pages94-97,2011))中，提出了一种没有电压信息的故障方向检测技术。这种方法是基于对与同一母线相连接的所有线路的故障分量电流的幅值进行比较而实现的，并且不需要任何故障前的电压或故障前的电流方向。理论上，该方法是正确的。但是当考虑实际情况时，这一方法是很难被实现。事实上，通过将整个母线的差动保护方案引入该方法中以确定故障方向是不合理的。此外，该方法需要被连接到同一母线的所有线路的所有测量到的电流信息。在此方法中，一旦一条支线被添加到母线或与母线断开，则与同一母线相连接的线路的所有智能电子设备(IED)(在该方法中)的结构和逻辑算法都需要被改变。因此，该方法很难被实现，也很难维护。总之，包括上述方法的现有解决方案本质上不能用于电压测量信息不可用情况下的故障方向检测的实际解决方案中。基于上述原因，本专利技术提出了在没有电压测量信息的情况下确定故障方向的方法及其方向元件。此外，所提出的没有电压测量信息的方向元件可以被用于配电系统和输电系统。一般来说，所提出的解决方案可被用于在电压测量信息不可用的情况下需要故障方向的任何应用中。
技术实现思路
为克服上述问题，本专利技术提供了一种用于在没有电压测量信息的情况下确定故障方向的方法及其方向元件。根据本专利技术的一个方面，提供了一种用于在没有电压测量信息的情况下确定故障方向的方法，包括：对于任一保护，测量本地线路的电流值；基于所述电流值计算故障分量电流，并进一步计算所述故障分量电流的相位角；获取与所述本地线路所连接到同一母线的至少两条其它线路的故障分量电流的相位角；将所述本地线路的故障分量电流的相位角与所述其它线路的故障分量电流的相位角进行比较；基于比较结果确定故障方向。根据本专利技术的另一方面，提供了一种用于在没有电压测量信息的情况下确定故障方向的方法，包括：对于任一保护，测量本地线路的电流值；获取与所述本地线路所连接到同一母线的至少两条其它线路的电流值；基于所述本地线路和所述其它线路的电流值计算故障分量电流，并进一步计算所述故障分量电流的相位角；将所述本地线路的故障分量电流的相位角与所述其它线路的故障分量电流的相位角进行比较；基于比较结果确定故障方向。根据本专利技术的优选实施例，所述方法还包括：如果所述本地线路和其它线路的故障分量电流的相位角彼此相似，则确定故障发生于本地保护的反向；如果本地线路的故障分量电流的相位角与其它线路的故障本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于在没有电压测量信息的情况下确定故障方向的方法，其中所述方法包括：对于任一保护，测量本地线路的电流值；基于所述电流值计算故障分量电流，并且进一步计算所述故障分量电流的相位角；获取与所述本地线路所连接到同一母线的至少两条其它线路的故障分量电流的相位角；将所述本地线路的故障分量电流的相位角与所述其它线路的故障分量电流的相位角进行比较；并且基于所述比较结果确定故障方向。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.用于在没有电压测量信息的情况下确定故障方向的方法，其中所
述方法包括：对于任一保护，
测量本地线路的电流值；
基于所述电流值计算故障分量电流，并且进一步计算所述故障分量
电流的相位角；
获取与所述本地线路所连接到同一母线的至少两条其它线路的故障
分量电流的相位角；
将所述本地线路的故障分量电流的相位角与所述其它线路的故障分
量电流的相位角进行比较；并且
基于所述比较结果确定故障方向。
2.用于在没有电压测量信息的情况下确定故障方向的方法，其中所
述方法包括：对于任一保护，
测量本地线路的电流值；
获取与所述本地线路所连接到同一母线的至少两条其它线路的电流
值；
基于所述本地线路和所述其它线路的电流值计算故障分量电流，并
且进一步计算所述故障分量电流的相位角；
将所述本地线路的故障分量电流的相位角与所述其它线路的故障分
量电流的相位角进行比较；并且
基于所述比较结果确定故障方向。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述方法还包括：
如果所述本地线路和所述其它线路的故障分量电流的相位角彼此相
似，则确定故障发生于所述本地保护的反向；
如果所述本地线路的故障分量电流的相位角与所述其它线路的故障
分量电流的相位角中的一些相似且与另一些几乎相反，则确定故障发生
于所述本地保护的反向；
并且
如果所述本地线路的相位角与所述其它线路的所有相位角都几乎相
反，则确定故障发生于所述本地保护的正向。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述方法还包括：
在获得所述相位角后，计算所述本地线路与所述其它线路之间的相
位角之差；
将所述相位角之差与预设阀值进行比较；
如果所述相位角之差中的至少一个小于所述预设阀值，则确定故障
发生于所述本地保护的反向；并且
如果所有的所述相位角之差均显著大于所述预设阀值，则确定故障
发生于所述本地保护的正向。
5.根据上述任一权利要求所述的方法，其中所述方法还包括：在故
障发生于所述本地保护的正向的情况下，
分别计算所述本地线路和所述其它线路上的每个故障分量电流的幅
值；
将所述本地线路上的故障分量电流的幅值与所述其它线路上的故障
分量电流的幅值进行比较；并且
确定所述本地线路上的故障分量电流的幅值是最大的；否则，发出
警报信号或阻塞信号。
6.根据上述任一权利要求所述的方法，其中所述方法被应用于与所
述同一母线相连接的多个电源、与不同母线相连接的多个电源、具有分
布式发电的配电系统、配电网、电力传送网、传统变电站以及/或者数字
化变电站。
7.根据上述任一权利要求所述的方法，其中所述方法可通过过程层、
间隔层或面向通用对象的变电站事件以数字化变电站中的通信方式来实
现。
8.用于在没有电压测量信息的情况下确定故障方向的方向元件，其
中所述方向元件包括：
测量模块，其被配置为测量所述本地线路的电流值；
计算模块，其被配置为基于所述电流值计算所述故障分量电流，以

\t及进一步计算所述故障分量电流...

【专利技术属性】
技术研发人员：李幼仪，苏斌，
申请(专利权)人：ABB研究有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH