本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)繼電保護(hù)，尤其涉及一種基于電壓電流變化量的故障方向判別方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、電力系統(tǒng)中新能源電源比重日益增加，使電力系統(tǒng)電力電子化程度逐漸提高。然而，新能源電源所具有的弱饋性、高諧波和頻偏特性和系統(tǒng)阻抗不穩(wěn)定性等故障特征，以及復(fù)雜的電磁、控制響應(yīng)過程，使得新能源電源交流并網(wǎng)系統(tǒng)的故障特性顯著不同于傳統(tǒng)電力系統(tǒng)。在新能源電源場站交流送出線出口近區(qū)發(fā)生故障時(shí)，新能源電源的故障特性將導(dǎo)致傳統(tǒng)的正序電壓極化方向元件難以準(zhǔn)確判別故障方向，嚴(yán)重威脅電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，提出了本發(fā)明。

2、因此，本發(fā)明提供了一種基于電壓電流變化量的故障方向判別方法，能夠解決傳統(tǒng)的正序電壓極化方向元件誤動或拒動的問題。

3、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案，一種基于電壓電流變化量的故障方向判別方法，包括：當(dāng)新能源電源場站送出線某側(cè)出口發(fā)生故障時(shí)，獲取當(dāng)前側(cè)保護(hù)安裝處故障前一段時(shí)間內(nèi)的三相測量電壓、電流以及故障后保護(hù)安裝處的三相測量電壓、電流；根據(jù)保護(hù)安裝處故障前和故障后的各相測量電壓、電流，計(jì)算各相電壓變化量、各相間電壓變化量和各相電流變化量；根據(jù)線路參數(shù)、系統(tǒng)阻抗參數(shù)、各相電流變化量，構(gòu)造保護(hù)安裝處到系統(tǒng)側(cè)電勢之間的各相阻抗壓降變化量和各相間阻抗壓降變化量；將故障后保護(hù)安裝處的各相測量電壓和相間電壓帶入選相判據(jù)，確定故障類型和相別；選擇合適的數(shù)據(jù)窗，計(jì)算故障相電壓變化量和故障相阻抗壓降變化量的波形相關(guān)系數(shù)，作為出口故障方向判據(jù)的輸入；將波形相關(guān)系數(shù)帶入預(yù)設(shè)的判據(jù)中，判別出口故障的方向。

4、作為本發(fā)明所述的一種基于電壓電流變化量的故障方向判別方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述各相間電壓變化量包括對于新能源場站側(cè)保護(hù)，使用公式計(jì)算表示為，

5、

6、其中，表示為保護(hù)安裝處各相電壓的變化量，表示為故障后t時(shí)刻保護(hù)安裝處的各相測量電壓，表示為故障前t-tw1時(shí)刻保護(hù)安裝處的各相測量電壓；

7、對于系統(tǒng)側(cè)保護(hù)，表示為，

8、

9、其中，表示為系統(tǒng)側(cè)保護(hù)安裝處各相電壓的變化量，為故障后t時(shí)刻保護(hù)安裝處的各相測量電壓，表示為故障前t-tw1時(shí)刻保護(hù)安裝處的各相測量電壓，

10、根據(jù)公式計(jì)算新能源側(cè)保護(hù)安裝處相間電壓變化量

11、

12、根據(jù)公式計(jì)算系統(tǒng)側(cè)保護(hù)安裝處相間電壓變化量

13、

14、其中，

15、作為本發(fā)明所述的一種基于電壓電流變化量的故障方向判別方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述各相電流變化量表示為，

16、

17、其中，表示為新能源場站側(cè)保護(hù)安裝處各相電流的變化量，表示為故障后t時(shí)刻保護(hù)安裝處的測量電流，表示為故障前t-tw1時(shí)刻保護(hù)安裝處的測量電流；

18、對于系統(tǒng)側(cè)保護(hù)，表示為，

19、

20、其中，表示為系統(tǒng)側(cè)保護(hù)安裝處各相電流的變化量，表示為故障后t時(shí)刻保護(hù)安裝處的測量電流，為故障前t-tw1時(shí)刻的保護(hù)安裝處的測量電流；

21、tw1是預(yù)先設(shè)定的固定時(shí)間窗，應(yīng)取一周波時(shí)長20ms的整數(shù)倍，時(shí)刻t滿足0≤t-tf≤tw1，應(yīng)在故障時(shí)刻tf后的tw1內(nèi)。

22、作為本發(fā)明所述的一種基于電壓電流變化量的故障方向判別方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述各相阻抗壓降變化量包括對于新能源場站側(cè)保護(hù)，利用公式進(jìn)行構(gòu)造，

23、

24、其中，為從新能源場站側(cè)保護(hù)安裝處到系統(tǒng)側(cè)電勢的總阻抗上的壓降變化量，ll、ln、rl、rn分別為送出線路總電感、系統(tǒng)等值電感、送出線路總電阻、系統(tǒng)等值電阻；

25、對于系統(tǒng)側(cè)保護(hù)，利用公式進(jìn)行構(gòu)造，

26、

27、其中，為從系統(tǒng)側(cè)保護(hù)安裝處到系統(tǒng)側(cè)電勢的總阻抗上的壓降變化量；

28、計(jì)算新能源側(cè)保護(hù)安裝處各相間抗壓降變化量，

29、

30、計(jì)算系統(tǒng)側(cè)保護(hù)安裝處各相間阻抗壓降變化量，

31、

32、作為本發(fā)明所述的一種基于電壓電流變化量的故障方向判別方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述選相判據(jù)包括采用以下瞬時(shí)值積分算法計(jì)算故障后線路兩側(cè)保護(hù)安裝處的各相電壓和相間電壓幅值，

33、

34、其中，分別為保護(hù)安裝處相電壓和相間電壓瞬時(shí)值，分別為保護(hù)安裝處相電壓幅值和相間電壓幅值，tf為故障時(shí)刻，n為一個(gè)工頻周期內(nèi)保護(hù)采樣點(diǎn)數(shù)，δt為采樣間隔；

35、設(shè)udset為低電壓門檻，若滿足min(uab,ubc,uca)<udest，則判定為相間故障，并確定最小相間電壓幅值所對應(yīng)的兩相為故障相；否則，判定為單相故障，并確定最小相電壓幅值所對應(yīng)的相為故障相。

36、作為本發(fā)明所述的一種基于電壓電流變化量的故障方向判別方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述計(jì)算故障相電壓變化量和故障相阻抗壓降變化量的波形相關(guān)系數(shù)包括，若為單相故障，對于新能源側(cè)保護(hù)，故障相電壓變化量δum(t)應(yīng)取故障相阻抗壓降變化量δum′(t)應(yīng)取對于系統(tǒng)側(cè)保護(hù)，故障相電壓變化量δun(t)應(yīng)取故障相阻抗壓降變化量δu'n(t)應(yīng)取若為兩相故障，對于新能源側(cè)保護(hù)，故障相電壓變化量δum(t)應(yīng)取故障相阻抗壓降變化量δu′m(t)應(yīng)取對于系統(tǒng)側(cè)保護(hù)，故障相電壓變化量δun(t)應(yīng)取故障相阻抗壓降變化量δu'n(t)應(yīng)取

37、分別計(jì)算兩側(cè)保護(hù)的故障相電壓變化量波形和故障相阻抗壓降變化量波形的相關(guān)系數(shù)。對于新能源側(cè)保護(hù)，將時(shí)間窗t-tw2到t時(shí)刻內(nèi)的新能源側(cè)保護(hù)故障相電壓變化量的波形序列um＝{δum(t-tw2+1),…,δum(t-1),δum(t)}和阻抗壓降變化量的波形序列um'＝{δum'(t-tw2+1),…,δum'(t-1),δum'(t)}中的各元素按升序排列，分別得到新序列x＝{x1,x2,…,xn}和y＝{y1,y2,…,yn}。將序列um內(nèi)每個(gè)元素δum(t-tw2+i)在x中的對應(yīng)位置計(jì)為ai，得到序列a＝{a1,a2,…,an}；將序列um'內(nèi)每個(gè)元素δum'(t-tw2+i)在y中的對應(yīng)位置計(jì)為bi，得到序列b＝{b1,b2,…,bn}。將序列a和序列b中的每個(gè)元素對應(yīng)相減，得到序列d＝{d1,d2,…,dn}＝{a1-b1,a2-b2,…,an-bn}。將序列d中的每個(gè)值帶入斯皮爾曼等級相關(guān)系數(shù)公式：進(jìn)行計(jì)算，即可得到時(shí)間窗t-tw2到t時(shí)刻內(nèi)新能源側(cè)保護(hù)故障相電壓變化量和阻抗壓降變化量的波形相關(guān)系數(shù)rm(t)，其中n為時(shí)間窗tw2所對應(yīng)的采樣點(diǎn)個(gè)數(shù)。

38、對于系統(tǒng)側(cè)保護(hù)，將時(shí)間窗t-tw2到t時(shí)刻內(nèi)的系統(tǒng)側(cè)保護(hù)故障相電壓變化量的波形序列un＝{δun(t-tw2+1),…,δun(t-1),δun(t)}和阻抗壓降變化量的值un'＝{δun'(t-tw2+1),…,δun'(t-1),δun'(t)}按照上述步驟進(jìn)行處理，即可得到時(shí)間窗t-tw2到t時(shí)刻內(nèi)系統(tǒng)側(cè)保護(hù)故障相電壓變化量和阻抗壓降變化量的波形相關(guān)系數(shù)rn(t)。

39、作為本發(fā)明所述的一種基于電壓電流變化量的故障方向判別方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述判別出口故障的方向包括選擇合適的時(shí)間窗tw3，對于新能源場站側(cè)保護(hù)，時(shí)間窗[t-tw3,t]內(nèi)rm(t)持續(xù)滿足rm(t)>rmset，則認(rèn)為發(fā)生反向出口故障；若不滿足則認(rèn)為發(fā)生了正向出口故障，其中rmset為新能源場站側(cè)保護(hù)波形相關(guān)系數(shù)的整定值，對于系統(tǒng)側(cè)保護(hù)，時(shí)間窗[t-tw3,t]內(nèi)rn(t)持續(xù)滿足rn(t)>rnset，則認(rèn)為發(fā)生正向出口故障；若不滿足則認(rèn)為發(fā)生了反向出口故障，其中rnset為系統(tǒng)側(cè)保護(hù)波形相關(guān)系數(shù)的整定值。

40、本發(fā)明的另外一個(gè)目的是提供一種基于電壓電流變化量的故障方向判別系統(tǒng)，通過：數(shù)據(jù)獲取模塊能夠準(zhǔn)確獲取故障前后的三相電壓、電流數(shù)據(jù)，確保后續(xù)分析基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的完整性和準(zhǔn)確性，有助于故障分析和判定；變化量計(jì)算模塊通過精確計(jì)算電壓、電流的變化量，提供詳細(xì)的故障特征信息，為后續(xù)的阻抗構(gòu)造提供可靠的數(shù)據(jù)支撐；阻抗構(gòu)造模塊根據(jù)具體線路、系統(tǒng)參數(shù)和電流變化量構(gòu)造阻抗壓降變化量，確保故障判別時(shí)能夠準(zhǔn)確反映故障點(diǎn)的電氣特征，提高判別的準(zhǔn)確性；故障選相模塊根據(jù)故障后的電壓數(shù)據(jù)和選相判據(jù)，準(zhǔn)確確定故障類型和故障相別，確保用于計(jì)算波形相關(guān)系數(shù)的數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性；數(shù)據(jù)選擇模塊通過選擇合適的數(shù)據(jù)窗并計(jì)算波形相關(guān)系數(shù)，確保判據(jù)輸入數(shù)據(jù)的有效性和準(zhǔn)確性，提高故障方向判別的可靠性；方向判定模塊基于波形相關(guān)系數(shù)和預(yù)設(shè)判據(jù)，精確判別出口故障方向，有助于及時(shí)采取正確的保護(hù)和控制措施，保障系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

41、作為本發(fā)明所述的一種基于電壓電流變化量的故障方向判別系統(tǒng)的一種優(yōu)選方案，其中：包括，數(shù)據(jù)獲取模塊、變化量計(jì)算模塊、阻抗構(gòu)造模塊、故障選相模塊、數(shù)據(jù)選擇模塊、方向判定模塊；

42、所述數(shù)據(jù)獲取模塊，當(dāng)新能源電源場站送出線某側(cè)出口發(fā)生故障時(shí)，獲取當(dāng)前側(cè)保護(hù)安裝處故障前一段時(shí)間內(nèi)的三相測量電壓、電流以及故障后保護(hù)安裝處的三相測量電壓、電流；

43、所述變化量計(jì)算模塊，根據(jù)保護(hù)安裝處故障前和故障后的各相測量電壓、電流，計(jì)算各相電壓變化量、各相間電壓變化量和各相電流變化量；

44、所述阻抗構(gòu)造模塊，根據(jù)線路參數(shù)、系統(tǒng)阻抗參數(shù)、各相電流變化量，構(gòu)造保護(hù)安裝處到系統(tǒng)側(cè)電勢之間的各相阻抗壓降變化量和各相間阻抗壓降變化量；

45、所述故障判別模塊，將故障后保護(hù)安裝處的各相測量電壓和相間電壓帶入選相判據(jù)，確定故障類型和相別；

46、所述數(shù)據(jù)選擇模塊，選擇合適的數(shù)據(jù)窗，計(jì)算故障相電壓變化量和故障相阻抗壓降變化量的波形相關(guān)系數(shù)，作為出口故障方向判據(jù)的輸入；

47、所述方向判定模塊，將波形相關(guān)系數(shù)帶入預(yù)設(shè)的判據(jù)中，判別出口故障的方向。

48、一種計(jì)算機(jī)設(shè)備，包括存儲器和處理器，所述存儲器存儲有計(jì)算機(jī)程序，其特征在于，所述處理器執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)程序時(shí)實(shí)現(xiàn)一種基于電壓電流變化量的故障方向判別方法中任一項(xiàng)所述的方法的步驟。

49、一種計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，其上存儲有計(jì)算機(jī)程序，其特征在于，所述計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)一種基于電壓電流變化量的故障方向判別方法中任一項(xiàng)所述的方法的步驟。

50、本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明方法提出的判據(jù)適應(yīng)于雙饋型新能源電源和逆變型新能源電源的送出線場景，能夠有效解決正序電壓極化方向元件在新能源電源機(jī)組交流并網(wǎng)場景下發(fā)生出口故障時(shí)無法正確判斷區(qū)內(nèi)外故障的問題，有利于新能源電源機(jī)組交流并網(wǎng)系統(tǒng)在出口故障情形下的可靠動作。