基于各序故障电压分量的新能源线路故障方向判别方法与流程

本发明属于电力系统继电保护，具体涉及一种基于各序故障电压分量的新能源线路故障方向判别方法。

背景技术：

1、随着“双碳”战略的推进，大量新能源和储能装置接入电网，负荷侧的电网形态正在发生变化，使系统结构由早期的单电源辐射状网络逐步演变成多电源的互联网络。配电网形态的变化也为配电网故障方向判别带来了新的挑战。当新能源接入系统后，发生短路故障的线路阻抗特性在某些监测点可能出现呈容性的情况，基于工频量的继电保护只适用于感性阻抗特性，因此不能可靠判别故障方向。为提高线路保护动作的正确性和灵敏性，保证系统阻抗无论在感性或容性下可以均可准确判断方向，提出一种基于各序电压故障分量与动作电压幅值比较的综合判据，该判据针对不同类型的短路故障，投入不同的方向判据。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了克服现有技术的不足，而提供一种基于各序故障电压分量的新能源线路故障方向判别方法，以解决目前电网线路中传统方向元件不适用的问题。

2、本发明的目的是这样实现的：一种基于各序故障电压分量的新能源线路故障方向判别方法，包括如下步骤：

3、步骤1，基于继电保护理论，建立短路故障的数学模型，获取故障点的电压与电流数据；

4、步骤2，根据故障点数据，分析系统阻抗表现为容性或感性时的方向元件动作特性，得到可判别故障方向的整定阻抗角度；

5、步骤3，根据获取的电压信息，采用多判据综合方法，分析故障电压的正、负、零序分量，将各序故障电压分量与动作电压幅值进行比较，准确判别不同短路情况下的故障方向。

6、优选的，所述步骤1中，电压与电流数据是线路模型故障点的动作电压、测量电流和母线电压故障分量。

7、优选的，所述步骤2中，(1)系统和线路阻抗呈感性和容性时的正方向元件动作特性为：

8、

9、

10、

11、代入到判据中并化简，有：

12、|zm+|zm|ej0|>|zm|

13、式中，为母线电压故障分量，为电流故障分量，zm为系统阻抗，zset为整定阻抗，阻抗角为θ，为动作电压，ejθ为旋转因子；

14、当arg(zm)＝0°时，θ的范围为(-120°，120°)；

15、当arg(zm)＝90°时，θ的范围为(-30°，210°)；

16、当arg(zm)＝-90°时，θ的范围为(-210°，30°)；

17、得到，当系统阻抗呈感性时，θ的取值范围为(-30°，120°)；当系统阻抗呈容性时，θ的取值范围为(-120°，30°)；

18、(2)系统和线路阻抗呈感性和容性时的反方向元件动作特性为：

19、

20、

21、

22、代入到判据中并化简，令zl+zn＝zs，有：

23、|zs-|zs|ejθ|＜|zs|

24、式中，zl是m、n点之间的线路阻抗，zn是电势n的系统阻抗，zs是阻抗zl与zn之和；

25、当arg(zs)＝0°时，θ的范围为(-60°，60°)；

26、当arg(zs)90°时，θ的范围为(30°，150°)；

27、当arg(zs)-90°时，θ的范围为(-150°，-30°)；

28、得到，当系统阻抗呈感性时，θ的取值范围为(30°，60°)；当系统阻抗呈容性时，θ的取值范围为(-60°，-30°)；

29、(3)综合前述(1)与(2)得到，当系统阻抗呈感性时，只有θ在(30°，60°)之间取值，正、反方向故障都能准确判断；当系统阻抗呈容性时，只有θ在(-60°，-30°)之间取值，正、反方向都能准确判断。

30、优选的，所述步骤3中，各序动作电压为：

31、

32、

33、

34、式中，分别为正序、负序、零序动作电压；分别为正序、负序、零序电压故障分量；zset1、zset2、zset0分别为正序、负序、零序整定阻抗；

35、系统发生正方向故障时，有如下不等式成立：

36、

37、

38、

39、得到，不同类型电压故障分量构成的方向判据如下：

40、(1)基于正序电压故障分量的判据为：

41、

42、若不等式成立，则判断为正方向故障；否则，判断为反方向故障；

43、(2)基于负序电压故障分量的判据为：

44、

45、若不等式成立，则判断为正方向故障；否则，判断为反方向故障；

46、(3)基于零序电压故障分量的判据为：

47、

48、若不等式成立，则判断为正方向故障；否则，判断为反方向故障；

49、(4)考虑多判据配合使得系统更精准地判别电网故障方向，当系统发生三相短路时，采用正序故障分量判据判断；当系统发生两相短路时，采用负序故障分量方向判据判断；当系统发生两相接地短路时，采用零序故障分量方向判据判断。

50、由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：本发明采用基于各序电压故障分量与动作电压幅值比较的综合判据，原理简单，满足继电保护要求，适用性强，系统阻抗在感性或容性下均可准确判断故障方向，为配电网故障方向判断的解决提供了新的思路。

技术特征：

1.一种基于各序故障电压分量的新能源线路故障方向判别方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于各序故障电压分量的新能源线路故障方向判别方法，其特征在于：所述步骤1中，电压与电流数据是线路模型故障点的动作电压、测量电流和母线电压故障分量。

3.根据权利要求1或2所述的基于各序故障电压分量的新能源线路故障方向判别方法，其特征在于：所述步骤2中，(1)系统和线路阻抗呈感性和容性时的正方向元件动作特性为：

4.根据权利要求1或2所述的基于各序故障电压分量的新能源线路故障方向判别方法，其特征在于：所述步骤3中，各序动作电压为：

技术总结
本发明公开了一种基于各序故障电压分量的新能源线路故障方向判别方法，属于电力系统继电保护技术领域；首先，建立含分布式能源的数学模型，获取线路模型故障点的动作电压、测量电流和母线电压故障分量；其次，根据故障点数据，分析方向元件动作特性，获得可判别故障方向的整定阻抗角度；最后，为了满足继电保护的灵敏性，分析故障电压的正、负、零序分量，采用多判据综合的方法，使得更准确地识别故障方向；本发明采用基于各序电压故障分量与动作电压幅值比较的综合判据，原理简单，满足继电保护要求，适用性强，系统阻抗在感性或容性下均可准确判断故障方向，为配电网故障方向判断的解决提供了新的思路。

技术研发人员：惠杰,史雷敏,刘乐康,李慧珍,王沛如,程一凡
受保护的技术使用者：国网河南省电力公司许昌供电公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/24