适用于多能场景下馈线自动化的故障方向判断方法及系统与流程

本发明涉及电力系统配电自动化，具体为适用于多能场景下馈线自动化的故障方向判断方法及系统。

背景技术：

1、对于远方控制型馈线自动化(remote control type of feeder automation，rctfa)，当dg(分布式电源)接入馈线故障点下游，为克服使用不反映故障方向的信息无法准确实现故障区段定位的情况，故障信息不仅需要判断是否过电流，还需要判断故障方向。目前实现故障区段定位的方向元件主要有90°接线方式功率方向元件、负序分量方向元件、零序分量方向元件、电压变化量幅值比较的距离方向元件、利用模拟阻抗的工频变化量方向元件、无需电压的方向元件、基于电压变化量幅值比较的智能配电网故障方向距离元件等。

2、然而，90°接线方向元件在ftu(配电终端)附近对称故障时存在死区；负序分量方向元件只适用于不对称故障；零序分量方向元件不适用于小电流接地系统；电压变化量幅值比较的距离方向元件、利用模拟阻抗的工频变化量方向元件都不适用于dg接入的配电网中系统阻抗和线路阻抗的幅值、相角会在较大范围内变化的情况；无需电压的方向元件不适用于ftu处单进线单出线的情况；基于电压变化量幅值比较的智能配电网故障方向距离元件物理意义理解不够明确，计算较复杂。所以，现有方向元件的不足导致ftu可能误报信息，从而影响dg接入馈线的rctfa故障区段定位的准确性及其其它功能的实现。

技术实现思路

1、本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本技术的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

2、鉴于上述存在的问题，提出了本发明。

3、本发明的第一方面在于提供适用于多能场景下馈线自动化的故障方向判断方法，包括：根据三相电压信号和三相电流信号判断馈线是否发生故障，并确定馈线故障类型和故障环；在确定馈线发生故障后，基于设定的参考方向求解各配电终端处测量的电压、电流故障后k个工频周期的变化量；确定各电压变化量和电流变化量的基频分量，并根据所述基频分量确定各配电终端的有功功率；根据所述各配电终端的有功功率进行故障方向判断。

4、作为本发明所述的适用于多能场景下馈线自动化的故障方向判断方法的一种优选方案，其中，所述各配电终端处测量的电压、电流故障后k个工频周期的变化量的计算包括：

5、系统主干线分段开关的配电终端处电流参考方向由变电站母线指向馈线，分支线处由主干线指向分支线，其中，功率和电流的参考方向一致，各处电压参考方向均为线路指向地；

6、基于设定的参考方向求解所述故障环上故障后各配电终端测量的瞬间电压u(n)与故障前k个工频周期的电压u(n-kn)的差，得到各配电终端测量的电压的变化量，表示为δu＝u(n)-u(n-kn)，其中，n表示故障后第n个采样点，k表示工频周期个数，n表示基频采样点数。

7、作为本发明所述的适用于多能场景下馈线自动化的故障方向判断方法的一种优选方案，其中，基于设定的参考方向求解所述故障环上故障后各配电终端测量的瞬间电流i(n)与故障前k个工频周期的电流i(n-kn)的差，得到各配电终端测量的电流的变化量，表示为δi＝i(n)-i(n-kn)。

8、作为本发明所述的适用于多能场景下馈线自动化的故障方向判断方法的一种优选方案，其中，所述各配电终端的有功功率的计算包括：

9、基于设定的参考方向求解各配电终端处测量的电压、电流故障后k个工频周期的变化量；

10、利用全周傅氏算法求得各电压变化量和电流变化量的相应基频分量的有效值和相位角；

11、根据所述相应基频分量的有效值和相位角确定各配电终端的有功功率，表示为：

12、

13、其中，pi表示各配电终端的有功功率，δui表示各电压变化量的相应基频分量的有效值，δii表示各电流变化量的相应基频分量的有效值，表示各电压变化量的相应基频分量的相位角，表示各电流变化量的相应基频分量的相位角。

14、作为本发明所述的适用于多能场景下馈线自动化的故障方向判断方法的一种优选方案，其中，因短路附加网络中各配电终端的远故障点一侧的等值阻抗不为0，则所述各配电终端处均不存在计算有功功率时因电压变化量为0而引起判断死区的情况。

15、作为本发明所述的适用于多能场景下馈线自动化的故障方向判断方法的一种优选方案，其中，所述故障方向的判断包括：

16、根据所述各配电终端的有功功率的正负判断故障方向；

17、若所述各配电终端的有功功率为正数，则所述各配电终端的有功功率的方向与参考方向一致，并确定故障方向为反方向故障；

18、若所述各配电终端的有功功率为负数，则所述各配电终端的有功功率的方向与参考方向不一致，并确定故障方向为正方向故障。

19、作为本发明所述的适用于多能场景下馈线自动化的故障方向判断方法的一种优选方案，其中，所述在判断馈线是否发生故障前，通过各配电终端采样获取三相坐标下的三相电压信号ua、ub、uc和三相电流信号ia、ib、ic，根据所述三相电压信号和三相电流信号利用启动算法判断馈线是否发生故障，当确定所述馈线发生故障后，判断馈线故障类型并确定故障环即故障环路；

20、若所述馈线故障类型为ab相间短路，则所述故障环路为a、b两相，若所述馈线故障类型为ac相间短路，则所述故障环路为a、c两相，若所述馈线故障类型为bc相间短路，则所述故障环路为b、c两相，若所述馈线故障类型为abc三相短路，则有ab、bc、ca三个故障环路。

21、本发明的第二方面在于提供适用于多能场景下馈线自动化的故障方向判断系统，包括：

22、故障判断单元，用于配电终端对三相交流系统的测量数据进行采样并获得三相坐标下的电压信号和电流信号，根据三相电压信号和三相电流信号判断馈线是否发生故障，并确定馈线故障类型和故障环；

23、功率计算单元，用于在确定馈线发生故障后，基于设定的参考方向求解各配电终端处测量的电压、电流故障后k个工频周期的变化量，确定各电压变化量和电流变化量的基频分量，并根据所述基频分量确定各配电终端的有功功率；

24、故障方向确定单元，用于根据各配电终端的有功功率进行故障方向判断。

25、本发明的第三方面在于提供一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器被配置为调用所述存储器存储的指令，以执行本发明任一实施例所述方法的步骤。

26、本发明的第四方面在于提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，包括：

27、所述计算机程序指令被处理器执行时实现如本发明任一实施例所述方法的步骤。

28、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

29、本发明首先设定馈线各个配电终端电压、电流和有功的参考方向，当馈线发生故障，用故障环路配电终端处测量电压、电流分别减去故障前对应测量电压、电流求得故障瞬间的短路附加网络各测量点的电压、电流故障分量，再利用全周傅氏算法求得各个故障分量的基频分量有效值及其相位，然后按有功功率计算式计算得到该短路附加网络各测量点的有功功率计算值，若该有功功率为负，则判为正方向故障，若该有功功率为正，则判为反方向故障。应用该故障方向判断方法不存在判断死区，适应配电网电抗性质不同的情况，对短路附加网络而言物理意义明确，有效解决了现有方法存在死区、或不适应馈线测量点单进线单出线、或不适应配电网电抗性质不一致、或计算复杂且物理意义不够明确的问题。