电力系统不对称故障动态分析方法、识别方法及分析系统技术方案

本发明专利技术公开了一种电力系统不对称故障动态分析方法、分析系统及故障特征识别方法，该分析方法包括：根据电源与故障点之间的三相电气量的电路矩阵关系、三相电气量与旋转矢量的转换关系，构建电源与故障点之间的旋转矢量矩阵关系，得到各个旋转矢量的等值网络；遍历故障点的故障类型，针对每一类故障，根据矢量边界条件将各个旋转矢量的等值网络连接为复合网络，根据复合网络计算得到故障点在对应故障类型下的旋转矢量，继而得到系统中任意节点在不同故障类型下的旋转矢量，并分析系统中任意节点在不同故障类型下的故障特征。该方法可以分析任意三相电源信号作用在不对称故障网络上的故障暂态过程，为后续继电保护提供理论依据。据。据。

【技术实现步骤摘要】
电力系统不对称故障动态分析方法、识别方法及分析系统


[0001]本专利技术属于电力系统故障分析
，更具体地，涉及一种电力系统不对称故障动态分析方法、故障特征识别方法及分析系统。

技术介绍

[0002]随着电力系统中风电和光伏等电力电子化电源占比逐渐增加，国内外发生了多起电网不对称故障引发的大规模电力电子化电源脱网事故，破坏了电力系统安全稳定运行。继电保护是电力系统稳定运行的第一道防线，而系统故障分析是继电保护的基础，因此电力系统需要基于不对称故障分析方法实现不对称故障分析来为继电保护配置提供理论依据。
[0003]当前典型的不对称故障分析方法为对称分量法，该方法的数学基础是系统中电气量的幅值和频率均为恒定，基于此建立电气量的相量模型以及网络的阻抗模型，进一步将不对称的三相相量转换为对称的三序相量，建立了正、负、零序阻抗网络，将三相网络不对称故障问题转化为三序网络仅在故障点耦合的问题进行代数求解。但在电力电子化电源主导的电力系统发生不对称故障期间，受电力电子化电源暂态特性的影响，电力电子化电源内电势的幅值和频率不再恒定，系统中电气量的幅值和频率也不再恒定，因此无法建立电气量的相量模型以及网络的阻抗模型，对称分量法不再适用于电力电子化电源主导的电力系统发生不对称故障问题。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种电力系统不对称故障动态分析方法、识别方法及分析系统，其目的在于可以不受系统中电气量的幅值和频率的时变影响而实现对电力系统的不对称故障问题进行分析。
[0005]为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种电力系统不对称故障动态分析方法，包括：
[0006]根据电源与故障点之间的三相电气量的电路矩阵关系，以及三相电气量与旋转矢量的转换关系，构建电源与故障点之间的旋转矢量矩阵关系；
[0007]根据所述旋转矢量矩阵关系，得到各个旋转矢量的等值网络；
[0008]遍历故障点的故障类型，针对每一类故障，根据所述三相电气量的边界条件构建所述旋转矢量的矢量边界条件，根据矢量边界条件将各个旋转矢量的等值网络连接为复合网络，根据所述复合网络计算得到故障点在对应故障类型下的旋转矢量；
[0009]根据故障点的旋转矢量，得到系统任意节点在不同故障类型下的旋转矢量，并分析系统任意节点在不同故障类型下的故障特征。
[0010]在其中一个实施例中，所述电源与故障点之间的三相电气量的电路矩阵关系，包括电源三相电压、故障点三相电压以及线路上三相电流之间的电路矩阵关系。
[0011]在其中一个实施例中，电源与故障点之间为单端单支路拓扑，电源与故障点之间
的三相电气量的电路矩阵关系为：
[0012][0013]其中，u
fa
、u
fb
、u
fc
为故障点处的三相电压，u
ta
、u
tb
、u
tc
为电源三相电压，i
ta
、i
tb
、i
tc
为线路上三相电流，L
s
为电源至故障点之间线路的自感参数，L
m
为电源至故障点之间线路的互感参数，p为微分算子，表示
[0014]在其中一个实施例中，所述旋转矢量包括正向旋转矢量、反向旋转矢量和脉振矢量。
[0015]在其中一个实施例中，通过变换矩阵C将三相电气量转换为旋转矢量，其中，变换矩阵C为：
[0016][0017]三相电气量转换为旋转矢量的变换关系为：
[0018][0019][0020]其中，U
αβ
为正向旋转电压矢量，为反向旋转电压矢量，U
α
′
β
′
为脉振电压矢量，I
αβ
为正向旋转电流矢量，为反向旋转电流矢量，I
α
′
β
′
为脉振电流矢量，u
a
、u
b
、u
c
为三相电压，i
a
、i
b
、i
c
为三相电流。
[0021]在其中一个实施例中，故障点的故障类型包括A相接地故障、BC两相短路故障、BC两相金属性短路后接地故障；
[0022]定义u
fa
、u
fb
、u
fc
为故障点处的三相电压，i
fa
、i
fb
、i
fc
为故障支路的三相电流，其中，
[0023]A相接地故障的三相电气量的边界条件为：其中，R
f1
为对应故障的接地电阻；
[0024]BC两相短路故障的三相电气量的边界条件为：其中，R
f2
是
对应故障的短路电阻；
[0025]BC两相金属性短路后接地故障的三相电气量的边界条件为其中，R
f3
是对应故障的接地电阻。
[0026]在其中一个实施例中，根据故障点的旋转矢量，得到系统各节点在不同故障类型下的旋转矢量，包括：
[0027]确定系统中的任一节点m点，计算m点至故障点处的距离占电源至故障点距离的占比，根据占比和故障点在对应故障类型下的旋转矢量计算m点在对应故障类型下的旋转矢量。
[0028]按照本专利技术的另一个方面，提供了一种电力系统不对称故障识别方法，包括：
[0029]根据电力系统网络拓扑，获取当前节点在不同故障类型下的故障特征，所述故障特征为根据上述的电力系统不对称故障动态分析方法所得；
[0030]采样当前节点的电气量，将采样结果与当前节点在每一故障类型下的故障特征进行匹配，以匹配成功的故障类型确定为当前支路出现的故障。
[0031]按照本专利技术的又一个方面，提供了一种电力系统不对称故障动态分析系统，包括：
[0032]旋转矢量矩阵关系构建单元，用于根据电源与故障点之间的三相电气量的电路矩阵关系，以及三相电气量与旋转矢量的转换关系，构建电源与故障点之间的旋转矢量矩阵关系；
[0033]等值网络构建单元，用于根据所述旋转矢量矩阵关系，得到各个旋转矢量的等值网络；
[0034]故障点旋转矢量计算单元，用于针对故障点的每一类故障，根据所述三相电气量的边界条件构建所述旋转矢量的矢量边界条件，根据矢量边界条件将各个旋转矢量的等值网络连接为复合网络，根据所述复合网络计算得到故障点在对应故障类型下的旋转矢量；
[0035]故障特征分析单元，用于根据故障点的旋转矢量，得到系统任意节点在不同故障类型下的旋转矢量，并分析系统任意节点在不同故障类型下的故障特征。
[0036]在其中一个实施例中，所述故障特征分析单元包括节点旋转矢量计算子单元和分析子单元，其中，
[0037]节点旋转矢量计算子单元用于选取系统中的任一节点m点，计算m点至故障点处的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电力系统不对称故障动态分析方法，其特征在于，包括：根据电源与故障点之间的三相电气量的电路矩阵关系，以及三相电气量与旋转矢量的转换关系，构建电源与故障点之间的旋转矢量矩阵关系；根据所述旋转矢量矩阵关系，得到各个旋转矢量的等值网络；遍历故障点的故障类型，针对每一类故障，根据所述三相电气量的边界条件构建所述旋转矢量的矢量边界条件，根据矢量边界条件将各个旋转矢量的等值网络连接为复合网络，根据所述复合网络计算得到故障点在对应故障类型下的旋转矢量；根据故障点的旋转矢量，得到系统任意节点在不同故障类型下的旋转矢量，并分析系统任意节点在不同故障类型下的故障特征。2.如权利要求1所述的电力系统不对称故障动态分析方法，其特征在于，所述电源与故障点之间的三相电气量的电路矩阵关系，包括电源三相电压、故障点三相电压以及线路上三相电流之间的电路矩阵关系。3.如权利要求2所述的电力系统不对称故障动态分析方法，其特征在于，电源与故障点之间为单端单支路拓扑，电源与故障点之间的三相电气量的电路矩阵关系为：其中，u
fa
、u
fb
、u
fc
为故障点处的三相电压，u
ta
、u
tb
、u
tc
为电源三相电压，i
ta
、i
tb
、i
tc
为线路上三相电流，L
s
为电源至故障点之间线路的自感参数，L
m
为电源至故障点之间线路的互感参数，p为微分算子，表示4.如权利要求1所述的电力系统不对称故障动态分析方法，其特征在于，所述旋转矢量包括正向旋转矢量、反向旋转矢量和脉振矢量。5.如权利要求4所述的电力系统不对称故障动态分析方法，其特征在于，通过变换矩阵C将三相电气量转换为旋转矢量，其中，变换矩阵C为：三相电气量转换为旋转矢量的变换关系为：三相电气量转换为旋转矢量的变换关系为：
其中，U
αβ
为正向旋转电压矢量，为反向旋转电压矢量，U
α
′
β
′
为脉振电压矢量，I
αβ
为正向旋转电流矢量，为反向旋转电流矢量，I
α
′
β
′
为脉振电流矢量，u
a
、u
b
、u
c
为三相电压，i
a
、i
b
、i
c
为三相电流。6.如权利要求1所述的电力系统不对称故障动...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡家兵，刘星，李英彪，朱建行，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：