功率变电站中安全的故障检测制造技术

用于电力系统中故障检测和保护的系统和方法，该系统和方法评估由故障引起的电磁暂态。故障可以通过使用来自电力系统中第一监测点的采样数据而被检测。故障暂态和相关特性(包括暂态方向)的检测还可以通过对来自电力系统中其他监测点的采样数据进行评估而被提取。监测设备可以响应于故障检测并且基于在电力系统的另一监测点处故障暂态的检测指示评估是否来将开关设备跳闸。对是否将开关设备跳闸或激活的确认还可以是基于其他因素，包括接收到故障暂态的检测指示的定时和/或所检测的暂态特性的评估。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】功率变电站中安全的故障检测相关申请的交叉引用本申请要求于2015年3月19日提交的美国临时专利申请序列号62/135,469的权益，其通过引用整体并入本文。关于联邦资助研究的声明本专利技术是在美国政府的支持下，由美国能源部(DOE)授予的合作协议No.DE-OE0000674开展的。在本专利技术中美国政府有一定的权利。
本申请的实施例一般涉及故障检测。更具体地但非排他地，本申请的实施例涉及电力系统中的故障检测和保护设备的激活。
技术介绍
智能电子设备(IED)是基于微处理器的设备，在电力行业中被用于控制电力系统开关设备，例如断路器、自动继电器等。随着通过国际电工委员会(IEC)对IEC61850过程总线的标准化，许多现代IED支持以数字格式的电压和电流输入，作为在过程总线上以以太网数据包被传送的采样值(SV)流。在根据IEC61850-9-2规范的实现中，合并单元(MU)是对主高压功率电路的模拟测量(例如，电压和电流)进行采样，将该测量值编码成以太网数据包，并将以太网数据包注入到过程总线上的设备。IED可以接收来自过程总线的这些SV数据包，并处理和使用SV作为到IED各种故障检测和保护功能的输入。至少某些IED的主要功能可以用来检测主电路上发生的故障，并发出跳闸命令来激活可以将电路的故障或短路部分断开连接的开关设备。在这样的过程中，到MU的模拟输入和相关的数字化的SV数据包对于IED的正确的操作决定是至关重要的。此外，IED的正确操作可以至少部分地是基于SV数据包中包含的信息的准确性以及真实性。此外，传统上，现代IED中的大多数故障检测算法依赖于监测基波正弦电压和正弦电流，其也被称为用于故障检测的相量(phasor)和值。因此，在对故障检测的测量值进行评估之前，涉及响应于故障或短路而在主电路上传播的快速电磁暂态的至少某些信息通常被数字或模拟滤波器抑制。因此，传统的故障检测和保护系统通常只是忽略故障暂态。此外，至少与较早的依赖硬连线模拟输入的保护系统相比，数字化的SV流和以太网技术可以对网络攻击具有一定的敏感性，网络攻击例如包括可以针对至少数字化采样值数据的非法攻击。例如，在至少某些系统中，攻击者一旦获得对过程总线和/或合并单元的访问权限，就可以修改由相应的IED接收到的SV数据包，并且因此可以操纵保护系统，这可能引起对相关电网的相对严重的后果。例如，在正常非故障电路上的错误跳闸可能以这样的方式引起对系统的弱化，使得可能导致局部电网崩溃或区域电网崩溃。因此，需要技术和设备以用于保障IED系统免受针对用于故障检测的采样值数据的网络攻击。
技术实现思路
本申请的一个方面是一种方法，其包括检测在电力系统中的故障以及检测一个或多个故障暂态。该方法还可以包括响应于检测到的故障和检测到的一个或多个故障暂态，确定将电力系统的开关设备跳闸。本申请的另一个方面是一种用于电力系统的监测设备，该监测设备包括第一接口电路，其可以被配置成接收电力系统中第一监测点的第一采样数据。监测设备还可以包括信号处理电路，其被配置成使用接收到的第一监测数据来检测电力系统中的故障。此外，监测设备还包括第二接口电路，其可以被配置成从至少一个其他监测设备接收至少一个故障暂态报告，该故障暂态报告表示在故障暂态的至少另一个监测点处的检测。此外，信号处理电路可以被配置成，响应于故障检测以及该至少一个故障暂态报告的接收，确定是否发出命令以将电力系统的电力系统开关设备跳闸。此外，本申请的一个方面是一种方法，该方法包括：通过监测设备来接收用于电力系统中检测点的采样数据，以及通过该监测设备和使用采样的数据来检测由电力系统中的故障引起的电磁暂态。该方法还可以包括将检测到的电磁暂态报告给至少一个其他监测设备。本申请的又一个方面是一种监测设备，该监测设备包括第一接口电路，其被配置成接收电力系统中第一监测点的第一采样数据。监测设备还可以包括信号处理电路，其被配置成使用由第一接口电路接收到的第一采样数据以检测由电力系统中的故障引起的电磁暂态。此外，该信号处理电路还可以被配置成将检测到的电磁暂态报告给电力系统中至少另外一个监测设备。在下面的详细描述中，将描述上述概述的方法的进一步的变型，以及被配置成执行这些方法中的任何一个或多个的装置的进一步的变型。附图说明本文参考附图进行了说明，其中在所有的视图中，相同的附图标记表示相同的部分。图1A示出经由一个或多个输电线路被连接到多个其他相邻系统的示例性数字变电站。图1B至图1D示出图1A所示的示例性数字变电站的三个支路上的电流。图2示出示例性FTSnV模块的实施例。图3示出图1A所示的示例性数字变电站场景中由四个点中的每一个点处的故障引起的电磁暂态的四个频域表示。图4A示出根据本申请的某些实施例的适用于暂态检测过程的示例性组件。图4B示出故障暂态检测的示例性方法的过程流程图。图5示出用于图1A至图1D所示的相同故障场景的2级故障暂态分析的某些特性的图形表示。图6示出确定故障暂态方向的示例性方法的过程流程图。图7示出用于监测设备配置的示例性逻辑设置。图8示出示例性系统配置的示意图。图9示出另一个示例性系统的示意图，其中相邻IED的SV流被加载在相同的过程总线上。图10示出根据本申请的某些实施例用于确定是否将电力系统的开关设备跳闸的示例性概括过程。图11示出根据本申请的某些实施例用于结合确定是否将电力系统的开关设备跳闸来验证故障存在的示例性过程。图12示出利用电流和/或电压幅值以及故障方向来用于检测电磁暂态的示例性过程。图13示出根据本申请的某些实施例示出用于示出电力系统中故障暂态的概括方法的示例性过程流程图。图14示出根据本申请的某些实施例示出用于示出电力系统的故障和开关设备跳闸的概括方法的示例性过程流程图。图15示出根据本申请的某些实施例示例性监测设备的某些组件的框图。当结合附图阅读时，将更好地理解前面的概述以及下面对本专利技术的某些实施例的详细描述。为了说明本专利技术的目的，在附图中示出了某些实施例。然而，应该理解的是，本专利技术不限于附图中所示的装置和手段。此外，各图中的相同数字表示相同或相当的部分。具体实施方式在前面的描述中为了方便而使用了某些术语，并且这些术语不是旨在限制。诸如“上”、“下”、“顶部”、“底部”、“第一”和“第二”等词语在附图中指定方向。这个术语包括上面具体提到的词语、派生词和类似的词语。此外，除非特别指出，否则单词“一”和“一个”被定义为包括一个或多个所引用的项目。后面跟有两个或更多个项目(诸如“A、B或C”)的列表的短语“至少一个”，是指A、B或C中的任何一个以及它们的任何组合。此外，如本文所使用的，术语“具有”、“含有”、“包含”、“包括”等是开放式术语，其指示所陈述的要素或特征的存在，但是不排除附加的要素或特征。电力系统中的故障(例如短路)通常涉及在电路中一个或多个点处的电气量相对突然的改变，例如电压和电流改变。对于至少某些类型的电路，这种电气量的改变可以在主电路上传播，并产生可以在主电路中的多个节点或支路上观察到的电磁暂态。这些快速的电磁暂态，在这里被称为“快速故障暂态”或简称为“故障暂态”，可以对应于在故障之后并且在继电器响应于故障之前立即通过主电路而传播的电磁暂态。例如，由于存储在线路电容中的电能的故障触本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种方法，包括：在电力系统中检测故障；检测一个或多个故障暂态；以及响应于检测到的所述故障以及检测到的所述一个或多个故障暂态，确定将所述电力系统的开关设备跳闸。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.03.19 US 62/135,4691.一种方法，包括：在电力系统中检测故障；检测一个或多个故障暂态；以及响应于检测到的所述故障以及检测到的所述一个或多个故障暂态，确定将所述电力系统的开关设备跳闸。2.根据权利要求1所述的方法，其中检测所述故障的步骤包括从所述电力系统中第一监测点的第一采样数据检测所述故障，所述第一采样数据包括第一采样电流数据和第一采样电压数据中的至少一个，并且其中检测所述一个或多个故障暂态的步骤包括使用所述电力系统中第二监测点的第二采样数据检测所述一个或多个故障暂态，所述第二采样数据包括第二采样电流数据和第二采样电压数据中的至少一个。3.根据权利要求2所述的方法，其中检测所述故障的步骤包括使用相量运算来检测所述故障的存在。4.根据权利要求3所述的方法，其中检测所述一个或多个故障暂态的步骤包括：将所述第二采样数据进行高通滤波；以及确定经滤波的所述第二采样数据是否超过预定的幅值。5.根据权利要求1所述的方法，其中检测所述故障的步骤由第一监测设备执行，并且其中检测所述一个或多个故障暂态的步骤由一个或多个其他监测设备执行。6.根据权利要求5所述的方法，还包括如下步骤，由所述第一监测设备接收所述一个或多个其他监测设备对所述一个或多个故障暂态检测的指示。7.根据权利要求6所述的方法，其中确定将所述开关设备跳闸的步骤包括，确定所述第一监测设备在预定的时间段内是否接收到所述一个或多个故障暂态的检测的指示。8.根据权利要求7所述的方法，还包括如下步骤：通过所述第一监测设备并使用所述电力系统的第一监测点的第一采样数据，来确定第一故障暂态的第一故障方向；以及通过所述一个或多个其他监测设备并使用所述电力系统的至少第二监测点的采样数据，来确定所述一个或多个故障暂态中的至少一个故障暂态的第二故障方向，其中确定将所述开关设备跳闸的步骤包括确定所述第一故障方向是否与所述第二故障方向相一致。9.根据权利要求8所述的方法，其中确定所述第一故障方向包括：通过获得若干跟踪的故障分量电压和电流中的每个的解耦模式电压和解耦模式电流，计算所述第一故障暂态的瞬时能量方向；对每个所述解耦模式电压和解耦模式电流来计算瞬时有功功率和瞬时无功功率；累加所述瞬时有功功率和瞬时无功功率，以形成瞬时有功能量和瞬时无功能量；以及评估所述瞬时有功能量和瞬时无功能量的符号，以确定所述电磁暂态的故障方向。10.根据权利要求1所述的方法，其中检测所述故障的步骤包括通过第一监测设备接收所述电力系统中第一监测点的第一采样数据，并且使用所述第一采样数据来检测所述故障，并且其中检测所述一个或多个故障暂态的步骤包括接收第二监测点的第二采样数据，并且确定所述第二采样数据指示所述第二监测点处的故障暂态。11.根据权利要求10所述的方法，还包括如下步骤：在所述第一监测点处确定第一故障暂态的第一方向；以及在所述第二监测点处确定所述故障暂态的第二方向，其中确定将所述开关设备跳闸的步骤包括确定所述第一故障方向是否与所述第二故障方向相一致。12.一种用于电力系统的监测设备，所述监测设备包括：第一接口电路，被配置成接收所述电力系统中第一监测点的第一采样数据；信号处理电路...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔韬，R·努奎，D·伊施彻恩科，王振远，
申请(专利权)人：ABB公司，
类型：发明
国别省市：美国,US