故障方向检测方法、装置、继电器和计算机可读存储介质制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种故障方向检测方法、装置、继电器和计算机可读存储介质，其中，故障方向检测方法包括：在开启继电保护时，同步采集故障线路的故障电压数据与故障电流数据；根据故障电压数据确定线模电压故障分量，以及根据故障电流数据确定线模电流故障分量；对线模电压故障分量与线模电流故障分量执行相关性计算，以得到特性相关系数；根据特性相关系数，确定线路故障的故障方向。通过本发明专利技术技术方案，在电压的过零点附近出现故障时也能够灵敏地判断出故障方向，动作速度在几个毫秒以内，并且能够不受高压输电线路中普遍采用的电容式电压互感器的有限频带影响，从而提高了故障方向检测的可靠性。

Fault direction detection method, device, relay and computer readable storage medium

The present invention provides a method and a fault detection device, relay and computer readable storage medium, which includes the method of fault detection: in the opening direction of relay protection, fault voltage and fault current data synchronous data acquisition of the fault line; according to the fault data to determine the line voltage mode voltage fault component, and determine the current line mode based on the fault component of fault current data; on line voltage component and fault line mode current fault component performs correlation, in order to get the coefficient of correlation; according to the characteristics of correlation coefficient, determine the direction of fault line faults. Through the technical scheme of the invention can determine the fault direction sensitive to faults in a near zero voltage, speed of action in a few milliseconds, and can not be limited frequency band of high voltage transmission line is widely used in the capacitor voltage transformer, and to improve the reliability of fault direction detection.

【技术实现步骤摘要】
故障方向检测方法、装置、继电器和计算机可读存储介质
本专利技术涉及电力系统领域，具体而言，涉及一种高压输电线路的行波故障方向检测方法、一种高压输电线路的行波故障方向检测装置、一种行波方向继电器和一种计算机可读存储介质。
技术介绍
随着我国电力需求的持续增长，逐渐形成由超特高压线路与高压电网连接的互联电网格局，其中，超特高压线路作为电网传输能量的主动脉，需要快速、可靠、灵敏以及有选择的继电保护保证整个电网系统的安全稳定运行。在相关技术中，由于超特高压输电线路具有输电距离长，分布电容大，接地电阻大，故障暂态长，故障电流大，电流互感器饱和严重等问题，并且还需要大量使用补偿装置，给传统工频量保护造成巨大挑战，而由于行波方向比较式纵联保护具有动作迅速、灵敏，具有全线速动、通信量小、不需要同步对时等优点，是针对高压输电线路解决上述问题的重要选项之一，而由于行波方向继电器是行波方向比较式纵联保护的核心，其性能很大程度上决定了整个保护的性能。目前，行波方向继电器可以分为极性比较式、幅值比较式、波阻抗式，其基本原理都是高速采集故障电压和电流信号，捕捉故障行波波头，利用故障电压行波波头和故障电流行波波头构成方向判据，判断出故障方向，随着高速数据采集技术、大容量存储技术和高速数据处理技术的飞速发展，以及小波变换、希尔伯特黄变换、S变换和数学形态学等提取故障行波的数学方法的提出，行波方向继电器在硬件技术和软件算法上可靠性足够，但在实际应用中仍然具有可靠性不足的缺陷，主要包括：(1)在故障发生在电压过零点时，不会产生明显的故障行波，导致无法捕捉故障行波的波头。(2)高压输电线线路普遍使用的电容式电压互感器带宽有限，无法有效地传变高频暂态行波，导致无法捕捉故障电压行波。
技术实现思路
本专利技术正是基于上述技术问题至少之一，提出了一种新的高压输电线路的行波故障方向检测方案，通过在开启继电保护时，同步采集故障线路的故障电压数据与故障电流数据，根据故障电压数据确定线模电压故障分量，以及根据故障电流数据确定线模电流故障分量，通过对线模电压故障分量与线模电流故障分量执行相关性计算，可以得到特性相关系数，根据特性相关系数，确定线路故障的故障方向，与现有技术中的行波方向继电器采集初始行波波头判断故障方向的方案相比，保证动作速度在几个毫秒以内的基础上，在电压的过零点附近出现故障时也能够灵敏地判断出故障方向，并且能够不受高压输电线路中普遍采用的电容式电压互感器的有限频带影响，从而提高了故障方向检测的可靠性。有鉴于此，本专利技术提出了一种高压输电线路的行波故障方向检测方法，包括：在开启继电保护时，同步采集故障线路的故障电压数据与故障电流数据；根据故障电压数据确定线模电压故障分量，以及根据故障电流数据确定线模电流故障分量；对线模电压故障分量与线模电流故障分量执行相关性计算，以得到特性相关系数；根据特性相关系数，确定线路故障的故障方向。在该技术方案中，通过在开启继电保护时，同步采集故障线路的故障电压数据与故障电流数据，根据故障电压数据确定线模电压故障分量，以及根据故障电流数据确定线模电流故障分量，通过对线模电压故障分量与线模电流故障分量执行相关性计算，可以得到特性相关系数，根据特性相关系数，确定线路故障的故障方向，与现有技术中的行波方向继电器采集初始行波波头判断故障方向的方案相比，保证动作速度在几个毫秒以内的基础上，在电压的过零点附近出现故障时也能够灵敏地判断出故障方向，并且能够不受高压输电线路中普遍采用的电容式电压互感器的有限频带影响，从而提高了故障方向检测的可靠性。具体地，方向继电器指当电网某处发生故障或异常情况时，能判别其相对于某一给定点方向的一种继电器，通过检测线模电压故障分量与线模电流故障分量之间的特性相关系数，根据特性相关系数满足的预设条件确定对应的故障方向，在保证速度与灵敏性的基础上，提升了检测的可靠性，从而能够推动行波方向继电器在高压电网保护中的应用。在上述技术方案中，优选地，根据故障电压数据确定线模电压故障分量，以及根据故障电流数据确定线模电流故障分量，具体包括：将故障电压数据与预存电压数据执行差值计算，以及将故障电流数据与预存电流数据执行差值计算，以分别得到电压故障分量与电流故障分量；对电压故障分量与电流故障分量分别执行相模变换操作，以得到转换后的线模电压故障分量与线模电流故障分量。在该技术方案中，通过将故障电压数据与预存电压数据执行差值计算，以及将故障电流数据与预存电流数据执行差值计算，可以分别得到电压故障分量与电流故障分量，通过对电压故障分量与电流故障分量分别执行相模变换操作，以得到转换后的线模电压故障分量与线模电流故障分量，进而根据线模电压故障分量与线模电流故障分量的相关性，以确定故障方向。其中，可以执行差值计算后进行相模转换，也可以在进行相模转换后进行差值计算。在上述任一项技术方案中，优选地，在开启继电保护后，分别采集故障线路的故障电压数据与故障电流数据，具体包括：根据第一组方程，分别确定采样数据窗与采样点数；在开启继电保护时，根据预设采样频率、采样数据窗与采样点数，分别采集三相电压ua、ub和uc与三相电流ia、ib和ic，以作为故障电压数据与故障电流数据，其中，第一组方程包括N＝int{T×F}，T为采样数据窗，N为采样点数，L为高压输电线路的长度，v为线模波速度，F为预设采样频率。在该技术方案中，通过线路长度和线模波速度计算采样数据窗，进而确定采样点数，以根据采样频率、采样数据窗和采样点数执行采样操作，从而得到三相电压和三相电流，其中，采样数据窗为从检测到故障发生开始采样三相电压和三相电流的时间长度。在上述任一项技术方案中，优选地，在开启继电保护时，分别采集故障线路的故障电压数据与故障电流数据前，还包括：在触发采集故障电压数据与故障电流数据的指定工频周期前，采集实时电压数据与实时电流数据，以确定为预存电压数据与预存电流数据。在该技术方案中，通过将指定工频周期之前采集到的三相电压和三相电流作为预存电压数据和预存电流数据，以通过差值计算得到三相电压故障分量和三相电流故障分量，能够充分利用输电线路故障后一段时间内的故障行波过程构成方向判据，从而为故障方向的检测提供了数据基础。在上述任一项技术方案中，优选地，分别将故障电压数据与预存电压数据，以及将故障电流数据与预存电流数据执行差值计算，以得到电压故障分量与电流故障分量，具体包括：根据第二组方程执行差值计算，其中，第二组方程包括n为采样序列，Np为指定工频周期的采样点数，Δu为电压故障分量，Δi为电流故障分量。具体地，指定工频周期为1个工频周期(20ms)，Np为20ms内的采样点数。在上述任一项技术方案中，优选地，对电压故障分量与电流故障分量分别执行相模变换操作，以得到转换后的线模电压故障分量与线模电流故障分量，具体包括：根据第三组方程，执行相模变换操作，以分别获得三个线模电压Δuj(j＝α,β,γ)作为线模电压故障分量，以及三个线模电流Δij(j＝α,β,γ)作为线模电流故障分量，其中，第三组方程包括在该技术方案中，通过采用第三组方程，对三相电压故障分量和三相电流故障分量进行相模变换，以将相域中相互间互有电磁耦合联系的各个相电压和相电流，变换为模域中相互独立的各个模电压和模本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高压输电线路的行波故障方向检测方法，其特征在于，包括：在开启继电保护时，同步采集故障线路的故障电压数据与故障电流数据；根据所述故障电压数据确定线模电压故障分量，以及根据所述故障电流数据确定线模电流故障分量；对所述线模电压故障分量与所述线模电流故障分量执行相关性计算，以得到特性相关系数；根据所述特性相关系数，确定所述线路故障的故障方向。

【技术特征摘要】
1.一种高压输电线路的行波故障方向检测方法，其特征在于，包括：在开启继电保护时，同步采集故障线路的故障电压数据与故障电流数据；根据所述故障电压数据确定线模电压故障分量，以及根据所述故障电流数据确定线模电流故障分量；对所述线模电压故障分量与所述线模电流故障分量执行相关性计算，以得到特性相关系数；根据所述特性相关系数，确定所述线路故障的故障方向。2.根据权利要求1所述的高压输电线路的行波故障方向检测方法，其特征在于，所述根据所述故障电压数据确定线模电压故障分量，以及根据所述故障电流数据确定线模电流故障分量，具体包括：将所述故障电压数据与预存电压数据执行差值计算，以及将所述故障电流数据与预存电流数据执行所述差值计算，以分别得到电压故障分量与电流故障分量；对所述电压故障分量与所述电流故障分量分别执行相模变换操作，以得到转换后的线模电压故障分量与线模电流故障分量。3.根据权利要求1所述的高压输电线路的行波故障方向检测方法，其特征在于，所述在开启继电保护后，分别采集故障线路的故障电压数据与故障电流数据，具体包括：根据第一组方程，分别确定采样数据窗与采样点数；在开启继电保护时，根据预设采样频率、所述采样数据窗与所述采样点数，分别采集三相电压ua、ub和uc与三相电流ia、ib和ic，以作为所述故障电压数据与所述故障电流数据，其中，所述第一组方程包括N＝int{T×F}，所述T为所述采样数据窗，所述N为所述采样点数，所述L为所述高压输电线路的长度，所述v为线模波速度，所述F为所述预设采样频率。4.根据权利要求2所述的高压输电线路的行波故障方向检测方法，其特征在于，所述在开启继电保护时，分别采集故障线路的故障电压数据与故障电流数据前，还包括：在触发采集所述故障电压数据与所述故障电流数据的指定工频周期前，采集实时电压数据与实时电流数据，以确定为所述预存电压数据与所述预存电流数据。5.根据权利要求4所述的高压输电线路的行波故障方向检测方法，其特征在于，所述分别将所述故障电压数据与预存电压数据，以及将所述故障电流数据与预存电流数据执行差值计算，以得到电压故障分量与电流故障分量，具体包括：根据第二组方程执行所述差值计算，其中，所述第二组方程包括所述n为采样序列，所述Np为所述指定工频周期内的采样点数，所述Δu为所述电压故障分量，所述Δi为所述电流故障分量。6.根据权利要求5所述的高压输电线路的行波故障方向检测方法，其特征在于，所述对所述电压故障分量与所述电流故障分量分别执行相模变换操作，以得到转换后的线模电压故障分量与线模电流故障分量，具体包括：根据第三组方程，执行所述相模变换操作，以分别获得三个线模电压Δuj(j＝α,β,γ)作为所述线模电压故障分量，以及三个线模电流Δij(j＝α,β,γ)作为所述线模电流故障分量，其中，所述第三组方程包括7.根据权利要求6所述的高压输电线路的行波故障方向检测方法，其特征在于，所述对所述电压故障分量与所述电流故障分量分别执行相模变换操作，以得到转换后的线模电压故障分量与线模电流故障分量，还包括：根据第四组方程，对所述三个线模电压与所述三个线模电流执行傅里叶滤波操作，以得到滤波后的线模电压故障分量与滤波后的线模电流故障分量，其中，所述第四组方程包括所述k为指定变量。8.根据权利要求7所述的高压输电线路的行波故障方向检测方法，其特征在于，所述对所述线模电压故障分量与所述线模电流故障分量执行相关性计算，以得到特性相关系数，具体包括：根据第五组计算方程，确定所述滤波后的线模电压故障分量与所述滤波后的线模电流故障分量的所述特性相关系数，其中，所述Cj为所述特性相关系数。9.根据权利要求8所述的高压输电线路的行波故障方向检测方法，其特征在于，所述根据所述特性相关系数，确定所述线路故障的故障方向，具体包括：在检测到所述特性相关系数满足第六组方程时，确定所述行波故障方向为反向故障，其中，所述第六组方程包括或或所述εr为正向动作整定值，0.2≤εr≤0.8。10.根据权利要求8所述的高压输电线路的行波故障方向检测方法，其特征在于，所述根据所述特性相关系数，确定所述线路故障的故障方向，具体还包括：在检测到所述特性相关系数满足第七组方程...

【专利技术属性】
技术研发人员：董新洲，雷傲宇，施慎行，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11