[发明专利]一种基于电压变化量幅值比较的故障方向判定方法

说明书

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：

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ΔU_m、电流变化量ΔI_m的幅值和相位；

2）设定工作电压

令工作电压ΔU_op＝ΔU_m-ΔI_m·Z_set，其中整定阻抗的幅值|Z_set|＝|ΔU_m/ΔI_m|，整定阻抗的相角的范围为：θ∈(30°60°)；

3）判定故障方向

当满足关系式|ΔU_op|＞|ΔU_m|时，发生正方向故障；当满足关系式|ΔU_op|＜|ΔU_m|时，发生反方向故障。

所述的步骤1）中的ΔU_m为方向元件安装处的母线电压变化量，ΔI_m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ΔU_op＝ΔU_m-ΔI_m·Z_set，其中Z_set＝|ΔU_m/ΔI_m|·e^jθ，也就是|Z_set|＝|ΔU_m/ΔI_m|，整定阻抗角为θ∈(30°60°)。