用储能电容放电特征识别配电线路故障性质的装置和方法与流程

本发明属于电力系统配电网故障性质识别的，具体涉及一种利用储能电容放电特征识别配电线路故障性质的装置和方法。

背景技术：

1、重合闸技术对提高配电网供电可靠性而得到广泛应用。当线路故障引起保护动作开关跳闸以后，重合闸装置在预先设定的延时时间到达以后驱动开关自动重合，若故障为瞬时性，则重合成功，快速恢复供电；若故障为永久性故障则重合失败，保护再次动作，开关再次跳闸。但是上述重合闸策略存在问题是：重合闸前，并不区分瞬时性和永久性故障，重合闸本身带有一定的试探性，若重合闸到永久性故障，则会导致电力系统在短时间内承受短路电流的两次冲击。为了解决该问题，需研究电力系统的瞬时性和永久性故障识别方法，实现自适应重合闸来提高配电网供电可靠性。

2、目前，在输电线路的瞬时和永久故障判别方面主要有：根据电弧信息分析、基于并联电抗器的方法、利用高频通道信号衰减率的判别方法、用断开相的自置电压幅值特征、差模电压的幅值等电压型判别方法，以及利用模型参数辨识进行故障判别，单这些方法需要用到的设备比较昂贵，不适合大面积使用。

技术实现思路

1、本发明提供了用储能电容放电特征识别配电线路故障性质的装置和方法，提高了故障识别可靠性。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种用储能电容放电特征识别配电线路故障性质的装置，包括依次连接的整流电路、储能电容c和逆变电路，所述整流电路的输入端与配电线路断路器前端变电站站内的互感器通过第一线路连接，所述第一线路上安装有取电回路开关s1；所述逆变电路输出端与升压变压器原边通过第二线路连接；所述第二线路上安装有注入信号回路开关s2。

4、进一步的，整流电路为电力电子变换逆变电路。

5、一种用储能电容放电特征识别配电线路故障性质的方法，包括以下步骤：

6、步骤1：判断配电线路是否发生故障：

7、若无故障，则断路器处于闭合状态，注入信号回路开关s2断开；同时根据电容电压控制取电回路开关s1的状态；

8、若发生故障，断路器断开，待线路故障点熄弧之后，取电回路开关s1断开，将注入信号回路开关s2闭合，执行步骤2；

9、步骤2：电力电子变换逆变器开始运行，向断电电网注入三相对称电压信号；

10、步骤3：采集电容电压，得到电容电压的直流分量和交流分量，并计算获取一个周期内交流分量的峰值以及直流分量下降的斜率；

11、步骤4：根据一个周期内电容电压的交流分量的峰值以及直流分量下降的斜率计算电容电压波动率；

12、步骤5：根据电容电压波动率和故障性质判别阈值的大小关系来判断故障性质。

13、进一步的，步骤2中，电力电子变换逆变器向断电电网注入频率为fr幅值为um的三相对称电压信号，信号表达式为：

14、

15、其中，ua、ub、uc分别为a相、b相和c相电压，t为时间。

16、进一步的，步骤2中，电力电子变换逆变器运行时间为200ms～500ms。

17、进一步的，步骤3中，电容电压经低通滤波后再计算电容电压的直流分量和交流分量。

18、进一步的，步骤4中，电容电压波动率计算公式如下；

19、

20、其中，δudcm(t)为一个周期t内交流分量的峰值，dudc(t)/dt为直流分量下降的斜率。

21、进一步的，步骤5中，故障性质判别阈值λset的计算公式为：

22、

23、其中，电力电子变换逆变器向断电电网注入的电压信号的频率fr。

24、进一步的，步骤5包括以下步骤：

25、判断电容电压波动率和故障性质判别阈值的大小关系：

26、若电容电压波动率小于或等于故障性质判别阈值则故障性质判别为假，配电线路发生了瞬时性故障；故障识别装置不发出闭锁重合闸信号；

27、否则判别故障性质为真，并再进行第二次再次判别，返回步骤3，若判别结果还为真，则认定配电线路发生了不对称故障下的永久性故障；发出闭锁重合闸信号。

28、进一步的，步骤5完成后将注入信号回路开关s2断开，取电回路开关s1闭合，继续为储能电容充电。

29、与现有技术相比，本发明至少具有以下有益的技术效果：

30、本发明提供的故障识别装置包括整流电路、储能电容以及电力电子变换逆变器。通过电容作为中间储能介质，在无故障时实时检测电容上电压并进行充电，故障发生后由储能电容为该装置提供能量。电力电子变换逆变器向断线电网施加稳定的三相对称电压源信号。当配网线路两相相间短路或单相接地等不对称故障时，该电力电子变换逆变器输出的电流含有正序和负序分量，而储能电容电压受正序电流的作用会影响电压直流分量的下降斜率，受负序电流作用会影响电压交流分量的幅值，因此本发明通过对低压设备中储能电容电压相关信息进行采集和计算来识别故障性质。本发明具有以下优点：

31、(1)本发明依靠采集低压故障识别装置中储能电容电压相关信号来识别不对称故障下的瞬时性故障和永久性故障，无需采集高压信号，具有成本低、信号明显且可靠的优点。

32、(2)本发明利用配电线路断路器前端变电站站内的电压互感器为故障识别装置提供供电电源，利用储能电容存储的电能为电力电子变换逆变器供能，无需额外的供电电源装置，在短时间内判断故障是否切除，可避免自动重合闸重合于永久性故障时会使电力系统再一次受到故障的冲击。

技术特征：

1.一种用储能电容放电特征识别配电线路故障性质的装置，其特征在于，包括依次连接的整流电路、储能电容c和逆变电路，所述整流电路的输入端与配电线路断路器前端变电站站内的互感器通过第一线路连接，所述第一线路上安装有取电回路开关s1；所述逆变电路输出端与升压变压器原边通过第二线路连接；所述第二线路上安装有注入信号回路开关s2。

2.根据权利要求1所述的用储能电容放电特征识别配电线路故障性质的装置，其特征在于，所述整流电路为电力电子变换逆变电路。

3.一种用储能电容放电特征识别配电线路故障性质的方法，其特征在于，包括以下步骤：

4.根据权利要求3所述的用储能电容放电特征识别配电线路故障性质的方法，其特征在于，所述步骤2中，电力电子变换逆变器向断电电网注入频率为fr幅值为um的三相对称电压信号，信号表达式为：

5.根据权利要求3所述的用储能电容放电特征识别配电线路故障性质的方法，其特征在于，所述步骤2中，电力电子变换逆变器运行时间为200ms～500ms。

6.根据权利要求3所述的用储能电容放电特征识别配电线路故障性质的方法，其特征在于，所述步骤3中，电容电压经低通滤波后再计算电容电压的直流分量和交流分量。

7.根据权利要求3所述的用储能电容放电特征识别配电线路故障性质的方法，其特征在于，所述步骤4中，电容电压波动率计算公式如下；

8.根据权利要求3所述的用储能电容放电特征识别配电线路故障性质的方法，其特征在于，所述步骤5中，故障性质判别阈值λset的计算公式为：

9.根据权利要求3所述的用储能电容放电特征识别配电线路故障性质的方法，其特征在于，所述步骤5包括以下步骤：

10.根据权利要求3所述的用储能电容放电特征识别配电线路故障性质的方法，其特征在于，步骤5完成后将注入信号回路开关s2断开，取电回路开关s1闭合，继续为储能电容充电。

技术总结
本发明公开了用储能电容放电特征识别配电线路故障性质的装置和方法，属于电力系统配电网故障性质识别的技术领域，本发明将电容作为中间储能介质，在无故障时实时检测电容上电压并进行充电，故障发生后由储能电容为该装置提供能量。电力电子变换逆变器向断线电网施加稳定的三相对称电压源信号。当配网线路两相相间短路或单相接地等不对称故障时，该电力电子变换逆变器输出的电流含有正序和负序分量，而储能电容电压受正序电流的作用会影响电压直流分量的下降斜率，受负序电流作用会影响电压交流分量的幅值，因此本发明通过对低压设备中储能电容电压相关信息进行采集和计算来识别故障性质。

技术研发人员：邵美阳,王露缙,王毅钊,张志华,刘健,豆敏娜,雷妤航,权立,李斌
受保护的技术使用者：国网陕西省电力有限公司电力科学研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/2/1