用于故障方向检测的方法和控制系统技术方案

提供了一种用于检测AC电力系统的传输线路(10)的故障方向的方法和使用该方法的控制系统。该方法包括：针对一系列时间点，对传输线路(10)的一个端部处的三相的电流值和电压值进行采样；针对一系列时间点中的每个时间点，基于一系列时间点中的相应时间点的电压值样本来计算三相的瞬时对称电压分量；针对一系列时间点中的每个时间点，基于一系列时间点中的相应时间点的电流值样本来计算三相的瞬时对称电流分量；针对一系列时间点中的至少两个时间点，各自基于计算出的瞬时对称电压分量中的相应瞬时对称电压分量和计算出的瞬时对称电流分量中的相应瞬时对称电流分量来计算能量方向要素；在考虑到计算出的能量方向要素的情况下标识故障方向；以及生成指示所标识的故障方向的故障方向信号。仿真结果表明，基于瞬时对称电压分量和瞬时对称电流分量而计算的能量方向要素的曲线图针对前向或反向故障呈现出不同特性。考虑到这种差异，通过在每个采样时间点计算能量方向要素，可以准确地标识故障方向信息。

Method and Control System for Fault Direction Detection

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于故障方向检测的方法和控制系统
本专利技术涉及检测AC电力系统中的故障，并且更具体地涉及AC电力系统中的故障方向检测。
技术介绍
AC电力系统已经广泛用于供应、传输和使用电力。它可能在诸如短路、发电损耗、负载损耗、开路或其任何组合的干扰期间遇到稳定性问题。这些问题的解决方案之一是采用在故障方向信号的帮助下触发的以高速进行操作的保护继电器。传统上，可以基于AC电力系统的传输线路的端部处的故障分量的本地测量结果来检测故障方向。这种故障方向检测机构的一个示例被公开在“PrincipleandPropertyResearchoftheEnergyDirectionalProtection”，HeBenteng、JinHuafeng和LiJu，ProceedingsoftheCSEE,Vol.17No.3，1997年5月。然而，在电源近似于AC电压源的强系统的条件下，即使AC电力系统发生故障，在耦合到电源的传输线路的端部处也保持AC电压。结果表明，根据传输线路的端部处的电压测量结果而确定的电压故障分量对于故障方向标识可能是不显著的。因此，传统的解决方案至少对于强AC电力系统中的故障方向的检测具有灵敏度很差的缺点。这最终可能导致故障AC电力系统中的断路器无法跳闸。
技术实现思路
根据本专利技术的一个方面，提供了一种用于检测AC电力系统的传输线路的故障方向的方法，该方法包括：针对一系列时间点，对传输线路的一个端部处的三相的电流值和电压值进行采样；针对一系列时间点中的每个时间点，基于一系列时间点中的相应时间点的电压值样本来计算三相的瞬时对称电压分量；针对一系列时间点中的每个时间点，基于一系列时间点中的相应时间点的电流值样本来计算三相的瞬时对称电流分量；针对一系列时间点中的至少两个时间点，基于计算出的瞬时对称电压分量中的相应瞬时对称电压分量和计算出的瞬时对称电流分量中的相应瞬时对称电流分量来计算能量方向要素；在考虑到计算出的能量方向要素的情况下标识故障方向；以及生成指示所标识的故障方向的故障方向信号。根据本专利技术的另一方面，提供一种用于检测AC电力系统的传输线路的故障方向的控制系统，该控制系统包括：采样电路，被配置为针对一系列时间点对传输线路的一个端部处的三相的电流值和电压值进行采样；控制器，被配置为：针对该一系列时间点中的每个时间点，基于一系列时间点中的相应时间点的电压值样本来计算三相的瞬时对称电压分量；针对一系列时间点中的每个时间点，基于一系列时间点中的相应时间点的电流值样本来计算三相的瞬时对称电流分量。该控制系统还包括：存储电路，被配置为记录计算出的瞬时对称电压分量和计算出的瞬时对称电流分量；其中：控制器还被配置为：针对一系列时间点中的至少两个时间点，各自基于计算出的瞬时对称电压分量中的相应瞬时对称电压分量和计算出的瞬时对称电流分量中的相应瞬时对称电流分量来计算能量方向要素；在考虑到计算出的能量方向要素的情况下标识故障方向；以及生成指示所标识的故障方向的故障方向信号。仿真结果表明，基于瞬时对称电压分量和瞬时对称电流分量而计算的能量方向要素的曲线图针对前向或反向故障呈现出不同特性。考虑到这种差异，通过在每个采样时间点计算能量方向要素，可以准确地标识故障方向信息。附图说明将参考附图中示出的优选示例性实施例在下文中更详细地解释本专利技术的主题，在附图中：图1示出了根据本专利技术的实施例的AC电力系统；图2示出了传输线路系统的示例RLC模型；图3示意性地示出了根据本专利技术的实施例的用于A相的电容性电流路径的图；图4示意性地示出了根据本专利技术的实施例的传输线路的单线路图；图5示出了三相传输线路图；以及图6示出了根据本专利技术的实施例的在前向故障状况和反向故障状况下的能量方向要素的模拟结果。附图中使用的附图标记及其含义在附图标记列表中以摘要形式列出。原则上，相同的部件在附图中具有相同的附图标记。具体实施方式尽管本专利技术易于进行各种修改和替换形式，但是其具体实施例在附图中以示例的方式示出并且将在本文中详细描述。然而，应当理解，附图及其详细描述并非旨在将本专利技术限于所公开的特定形式，相反，其目的是涵盖落入由所附权利要求限定的本专利技术的精神和范围内的所有修改、等同物和替代物。注意，标题仅用于组织目的，并不意味着用于限制或解释说明书或权利要求。此外，注意，“可以”一词在本申请中以允许的意义使用(即，具有潜力，能够)，而不是与强制性意义(即，必须)使用。术语“包括”及其派生词表示“包括但不限于”。术语“连接”表示“直接或间接连接”，并且术语“耦合”表示“直接或间接连接”。图1示出了根据本专利技术的实施例的AC电力系统。如图1所示，AC电力系统1包括在其两个端部A和B处限定的传输线路10。关于传输线路10的第一端部A和第二端部B中的一个，取第一端部A作为示例，反向故障被定义为针对传输线路10的相对侧的AC电力系统1的一部分发生的故障；并且，前向故障被定义为与传输线路10在同一侧的AC电力系统1的一部分发生的故障。在故障的情况下，保护继电器11可以断开AC电力系统的受影响部分，例如通过电力断路器12，其中前向故障被标识。提供第一AC电源190以连接到电力断路器12，电力断路器12还与传输线路10的第一端部A连接。为此目的，在第一端部A和第二端部B中的一个端部处在测量点13处(例如在第一端部A一侧)提供保护继电器11。在测量点13处出现的电信号(诸如三相的电流和电压信号)由电流互感器14和电压互感器15进行变换，并且被馈送到保护继电器11并且由其采样电路16进行采样。保护继电器11通过其采样电路16在一系列时间点的A/D转换来对电流和电压信号进行采样，并且通过其控制器17对由此生成的电流和电压采样值进行故障方向标识以便能够检测故障方向，而无论是前向还是反向。在发生前向故障时，可能是相与地之间的单相短路故障、任何两相之间的相间短路故障、两相中的任一相与地之间的两相到地短路故障、以及三相之间的三相短路故障。如果保护继电器11例如通过其控制器17标识故障方向，则由控制器17生成指示所标识的故障方向的前向故障信号Sfault，该信号用于启动到电力断路器12的跳闸信号，以便允许所述电力断路器断开其开关触点并且将受短路影响的部分与能量供应网络的其余部分断开。下文中说明的解决方案用于基于来自采样电路16的电流和电压采样值使用传输线路10上的补偿点q(如图1所示)处的电压故障分量和电流故障分量进行故障方向标识，它们是由传输线路的时域集总参数微分方程原理来建立的，因此在下文中首先对这一点进行简要说明。补偿点可以是传输线路的中点或其他预设点。时域集总参数模型可以是例如RLC模型或RL模型。在下文中，RLC模型被用于说明本专利技术的示例。此外，本领域技术人员应当理解，作为替代方案，这些解决方案可以直接使用由采样电路16提供的电压值样本和电流值样本。RLC模型是集总参数模型之一，并且是用于本专利技术中的电气线路的示例等效模型。RLC模型包括电阻器、电感器和电容器。换言之，整个传输线路可以由包含电阻器、电感器和电容器的等效电路表示。出于说明性目的，参考图2来描述用于传输线路系统的示例RLC模型。如图2所示，RLC模型是标准PI型线路模型。起点处的电压用VS表示，并且终点处的电压用VR表示；测量点处本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于检测AC电力系统的传输线路的故障方向的方法，包括：针对一系列时间点，对所述传输线路的一个端部处的三相的电流值和电压值进行采样；针对所述一系列时间点中的每个时间点，基于所述一系列时间点中的相应时间点的电压值样本来计算所述三相的瞬时对称电压分量；针对所述一系列时间点中的每个时间点，基于所述一系列时间点中的相应时间点的电流值样本来计算所述三相的瞬时对称电流分量；针对所述一系列时间点中的至少两个时间点，各自基于计算出的所述瞬时对称电压分量中的相应瞬时对称电压分量和计算出的所述瞬时对称电流分量中的相应瞬时对称电流分量，来计算能量方向要素；在考虑到计算出的所述能量方向要素的情况下标识所述故障方向；以及生成指示所标识的所述故障方向的故障方向信号。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于检测AC电力系统的传输线路的故障方向的方法，包括：针对一系列时间点，对所述传输线路的一个端部处的三相的电流值和电压值进行采样；针对所述一系列时间点中的每个时间点，基于所述一系列时间点中的相应时间点的电压值样本来计算所述三相的瞬时对称电压分量；针对所述一系列时间点中的每个时间点，基于所述一系列时间点中的相应时间点的电流值样本来计算所述三相的瞬时对称电流分量；针对所述一系列时间点中的至少两个时间点，各自基于计算出的所述瞬时对称电压分量中的相应瞬时对称电压分量和计算出的所述瞬时对称电流分量中的相应瞬时对称电流分量，来计算能量方向要素；在考虑到计算出的所述能量方向要素的情况下标识所述故障方向；以及生成指示所标识的所述故障方向的故障方向信号。2.根据权利要求1所述的方法，还包括：针对所述一系列时间点，基于用于所述传输线路的时域集总参数微分方程、根据所述电流值样本和所述电压值样本来计算所述传输线路上的补偿点处的所述三相的瞬时电压值；以及所述瞬时对称电压分量的所述计算基于针对所述一系列时间点中的相应时间点的计算出的所述瞬时电压值。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中：在计算出的所述能量方向要素小于第一预定值的情况下，所述故障方向被标识为前向；以及在计算出的能量方向要素大于第二预定值的情况下，所述故障方向被标识为反向。4.根据权利要求3所述的方法，其中：所述第一预定值和所述第二预定值中的任何一个预定值等于零。5.根据权利要求3所述的方法，其中：所述第一预定值被设置为负；以及所述第二预定值被设置为正。6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中：所述对称电压分量是指所述AC电力系统的所述三相的零序电压分量；以及所述对称电流分量是指所述AC电力系统的所述三相的零序电流分量。7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中：所述对称电压分量是指所述AC电力系统的所述三相的负序电压分量；以及所述对称电流分量是指所述AC电力系统的所述三相的负序电流分量。8.一种用于检测AC电力系统的传输线路的故障方向的控制系统，包括：采样电路，被配置为针对一系列时间点对所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘凯，
申请(专利权)人：ABB瑞士股份有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞士,CH