专利名称：一种基于电压变化量幅值比较的故障方向判定方法
技术领域：
本发明涉及一种电力系统继电保护领域的故障方向判断方法，尤其涉及一种基于电压变化量幅值比较的故障方向判定方法。
背景技术：
近年来，分布式电源的大量接入将配电网从传统的单电源辐射状网络转变成包含多个弱馈电源的有源网络，原有的过流保护整定和配合方案就不再合适，需要通过加装故障方向元件来保证保护的选择性。目前，主要采用故障方向元件来解决双端电源供电网络的故障方向判定问题。故障方向元件是否能准确、快速的判断出故障来源对隔离故障、维护电力系统正常运行有着重要意义。工频变化量具有不受负荷电流影响、动作速度快、灵敏度高等优点，被广泛应用到各种类型的保护原理中，受到人们的普遍重视。基于工频变化量的故障方向元件被广泛应用在输电系统判断故障方向，构成方向比较式纵联保护。工频变化量方向元件通过比较系统阻抗与模拟阻抗之间的相位关系，达到区分正、反向故障的目的。对于输电网来说，运行方式比较固定，系统阻抗和线路阻抗变化不大，方向元件的模拟阻抗整定相对比较容易。但是对于配电网，特别是含有分布式电源的智能配电网，系统运行方式变化大，分布式电源差异大，负荷类型复杂，利用·现有的工频变化量方向元件难以达到在各种情况下都能正确判断故障方向的目的。专利200910013794.4公开了一种交流输电线路故障方向判断方法，该方法根据正、反方向故障时电压变化量与电流变化量比值的虚部的极性不同判断故障方向。在正方向故障时，极性为负，很容易得出小于整定值；反方向故障时上述比值为输电线路阻抗与对侧系统阻抗之和，因此比值的虚部必然大于整定值。该判据动作速度快，灵敏度好，可靠性高。但是对于较短线路、或是直接应用在包含分布式电源系统中进行故障判断，很难整定一个合适的定值保证在所有故障情况下都能可靠动作。专利201210310873.3公开了一种输电线路维护技术领域中的一种输电线路故障方向计算方法。该方法通过比较故障电流分量与负荷电流分量之间的相位差，判断故障方向。该方向元件仅能应用在功率单向流动的输电线路，对于含有分布式电源的配电线路，由于分布式电源出力不固定，潮流分布会经常发生变化，导致该方向元件无法正确判断故障方向。
发明内容
本发明为克服上述现有技术的不足，提供一种基于电压变化量幅值比较的故障方向判定方法，该方法通过比较定义工作电压变化量的幅值与母线电压变化量的幅值的大小判断故障方向，整定阻抗的幅值等于电压电流变化量幅值的比值，可以适应阻抗变化范围较大的情况，具有方向性明确、不受负荷电流、过渡电阻的影响、判据灵敏度高、可靠性好等优点，尤其适用于系统运行方式变化大、包含各种分布式电源、负荷类型复杂的智能配电网。为实现上述目的，本发明采用下述技术方案:一种基于电压变化量幅值比较的故障方向判定方法，该方法实现步骤如下:I)得到电压变化量与电流变化量故 障发生后，在方向元件安装处用故障发生后的电压、电流值减去故障发生前一个周期的电压、电流值，获得方向元件安装处的电压变化量AUm、电流变化量AI1J^幅值和相位；2)设定工作电压令工作电压AUqp=AUm-A Im.Zset，其中整定阻抗的幅值|Zset| = AUffl/A Ij,整定阻抗的相角的范围为:9 e (30° 60° )；3)判定故障方向当满足关系式IauJ > IauiJ时，发生正方向故障；当满足关系式I Au。」< AUm时,发生反方向故障。所述的步骤I)中的AUm为方向元件安装处的母线电压变化量，A Im为线路的电
流变化量。所述的步骤2)中的工作电压变化量为自定义量，构成表达式为AUtjp =AUm-A Im.Zset，其中 Zset= AUffl/A Ij Mj0,也就是 IzsetI = I AUniMIiJ，整定阻抗角为0 G (30。60。)。所述的步骤3)中发生正方向故障的判据为I AU。」> I AU」，其中I AU。」为工作电压变化量的幅值，IauiJ为方向元件安装处的母线电压变化量的幅值。若满足正方向故障判据，则判定为正方向故障，否则判为反方向故障。本发明通过比较电压变化量幅值来判断故障方向，与现有同类技术相比，有益效果为:(I)采用电压变化量构成判据，具有判断速度快、不受负荷电流影响、灵敏度高等优点；( 2 )通过比较电压变化量幅值大小确定故障方向，无需对定值进行人工整定，便于实现；(3)整定阻抗采用自适应的计算方式，适用于阻抗变化范围较大的系统，能够克服系统运行方式频繁改变对故障方向判断的影响。
图1是双端电源供电网络示意图；图2是发生正方向故障时电压变化量的分布图；图3是发生正向故障时故障分量的等效网络电路图；图4是发生正方向故障时对于不同的系统阻抗角情况下I AU」与I AU。」的大小关系不意图；图5是发生反方向故障时电压变化量的分布图；图6是发生反向故障时故障分量的等效网络电路图；图7是发生反方向故障时对于不同的线路阻抗角情况下I AU」与I AU。」的大小关系不意图。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。在实施例中，取0 =45。。1.发生正方向故障时方向元件性能分析当图1中Fl位置发生故障时，电压变化量的分布情况如图2所示，发生正方向故障时故障分量的等效网络如图3所示。由图3可以得出:AUffl = -AIffl-Zs (I)
权利要求
1.一种基于电压变化量幅值比较的故障方向判定方法，其特征是，该方法实现步骤如下: 1)得到电压变化量与电流变化量 故障发生后，在方向元件安装处用故障发生后的电压、电流值减去故障发生前一个周期的电压、电流值，获得方向元件安装处的电压变化量AUm、电流变化量AIm的幅值和相位； 2)设定工作电压 令工作电压AUtjp= AUm-AIm.Zsrt，其中整定阻抗的幅值|Zsrt| = I AUnZAInJ,整定阻抗的相角的范围为:9 e (30° 60° )； 3)判定故障方向 当满足关系式I AU。」< I AUj时，发生正方向故障；当满足关系式I AU。」< I AUj时，发生反方向故障。
2.如权利要求1所述的一种基于电压变化量幅值比较的故障方向判定方法，其特征是，所述步骤I)中的AUm为方向元件安装处的母线电压变化量，AImS线路的电流变化量。
3.如权利要求1所述的一种基于电压变化量幅值比较的故障方向判定方法，其特征是，所述的步骤2)中的工作电压变化量为自定义量，构成表达式为AUtjp =AUm-A Im.Zset，其中 Zset= AUffl/A Ij Mj0,也就是 |Zset| = I AUniMIiJ，整定阻抗角为0 G (30。60。)。
4.如权利要求1所述·的一种基于电压变化量幅值比较的故障方向判定方法，其特征是，所述的步骤3)中发生正方向故障的判据为I AU。」< I AU」，其中I AU。」为工作电压变化量的幅值，IAU1J为方向元件安装处的母线电压变化量的幅值。若满足正方向故障判据，则判定为正方向故障，否则判为反方向故障。
全文摘要
本发明公开了一种基于电压变化量幅值比较的故障方向判定方法，通过比较工作电压变化量与母线电压变化量幅值判定故障方向，其特征在于方向判据采用浮动门槛以及具有自适应特性的整定阻抗。有别于传统的工频变化量方向元件，动作门槛选择母线电压变化量ΔUm，整定阻抗幅值采用|Zset|＝|ΔUm/ΔIm|，使得在发生正方向故障时等于系统阻抗幅值，反方向故障时等于下游线路阻抗与负荷阻抗之和的幅值，整定阻抗相角整定为一个特定的θ角，以确保在正向故障与反向故障时都能正确判断。本发明具有动作速度快，灵敏度高等优点，能较好适应智能配电网结构复杂、运行方式多变、分布式电源容量和并网位置多样、负荷类型复杂的特点。
文档编号G01R31/08GK103245891SQ20131019608
公开日2013年8月14日 申请日期2013年5月23日 优先权日2013年5月23日
发明者丛伟, 田崇稳, 王慧, 孙允, 房凡秀, 鲍乐 申请人:山东大学