一种自动判断输电线路各相故障的报警方法、系统、介质及设备与流程

1.本发明涉及电力系统输电网领域，尤其涉及一种自动判断输电线路各相故障的报警方法、系统、介质及设备。


背景技术：

2.近年因极端天气、外力破坏等导致的大停电事故在世界范围内的不断发生给社会生产、生活带来巨大的损失。极端天气或外力破坏可以在短时间内破坏众多线路、杆塔以及其他电力基础设施导致输电网故障，在极端环境下，输电网发生复杂故障的比例大大增加，极端天气所导致的复杂故障场景给输电网的故障处理带来了新的挑战，严重影响智能电网的供电可靠性。
3.目前输电网发生故障后，多利用输电自动化系统，通过继电保护装置采集电压电流量，通过故障电流或者故障诊断算法判断故障区段。但是，随着输电网规模的增大，继电保护也普遍增多，目前的输电保护系统也暴露出了以下问题：
4.(1)输电网结构复杂，分支线路众多且新能源发电不断广泛接入，导致线路故障区段的定位比较困难，现在主要依靠继电保护等自动化设备来进行故障定位，但仅适用于新能源发电渗透率小于15％的输电网。
5.(2)输电线路故障诊断的集中式线路故障判断方法，会随着电网拓扑结构的不断变化以及极端扰动造成的复杂故障，尤其是目前输电网规模的日益增加，算法运行随之变的复杂。
6.(3)目前依靠继电保护信息的输电网故障诊断系统，只能判断哪段线路发生故障，不能判断a、b、c三相中的哪一项发生故障，造成判断不够精确。


技术实现要素：

7.针对现有技术中输电网故障诊断方法复杂，故障判断效率低的不足，本发明提供一种自动判断输电线路故障的报警方法、系统、介质及设备，运用广域相量信息进行输电网故障定位，利用pmu设备获取各个精度高的电气量，通过设置不平衡电流分量表明故障特征，提取各相的电气量信息，从而实现故障线路高效可靠、精确的判断。
8.为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：
9.本公开第一方面提供了一种自动判断输电线路各相故障的报警方法，包括以下步骤：
10.获取电压、电流信息；
11.采集输电线路各相的电压故障分量和电流故障分量，对各相输电线路的电压故障分量和电流故障分量分别进行特征提取；
12.利用各相电压故障分量推算公式推算得到电压故障分量比值；
13.利用各相电压故障分量比值识别线路故障，诊断该相线路是否发生故障。
14.进一步的，利用电压故障分量对实测的线路一端的电压故障分量和电流故障分量进行推算得到另一侧的电压故障分量，将推算得到的另一侧的电压故障分量与实测的另一侧的电压故障分量做比得到电压故障分量比值；
15.进一步的，推算过程为：
16.收集突变点前后各两个周波的电流、电压数据；
17.计算电压、电流的正序、负序故障分量；
18.向对端发送电压电流故障信息；计算未经补偿以及补偿后的线路两端电压故障分量推算值、电压故障分量比值。
19.进一步的，利用电压故障分量比值识别线路故障，诊断该线路是否发生故障为，根据电压故障分量比值得到保护动作参数值，与经验值进行比较，判断是否发生故障。
20.本公开第二方面提供了一种自动判断输电线路各相故障的报警系统，包括：
21.信息采集模块，被配置为获取电压、电流信息；
22.故障数据采集模块，被配置为采集输电线路各相的电压故障分量和电流故障分量，对各相输电线路的电压故障分量和电流故障分量分别进行特征提取；
23.故障分析模块，被配置为利用各相电压故障分量推算公式推算得到电压故障分量比值；
24.故障判断模块，被配置为利用各相电压故障分量比值识别线路故障，诊断该相线路是否发生故障。
25.进一步的，还包括线路故障判断主站，通过5g信号接收信息采集模块发回的采集向量和功角。
26.进一步的，信息采集模块包括pmu设备，用于进行同步相量的测量和输出以及进行动态记录。
27.进一步的，还包括报警模块，被配置为故障发生时，向系统发出报警信号。
28.本公开第三方面提供了一种介质，其上存储有程序，该程序被处理器执行时实现如本公开第一方面所述的一种自动判断输电线路各相故障的报警方法中的步骤。
29.本公开第四方面提供了一种设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序，所述处理器执行所述程序时实现如本公开第一方面所述的一种自动判断输电线路故障的报警方法中的步骤。
30.上述本发明的实施例的有益效果如下：
31.本发明基于内、外部故障时，电压推算值与测量值的差异实现故障识别，所提方法利用电压故障分量推算公式以及实测的线路一端的电压故障分量、电流故障分量求取线路另一端的电压故障分量，将推算得到的电压故障分量与实测的电压故障分量做比得到电压故障分量比值，利用电压故障分量比值识别线路故障，提高了线路诊断效率，保证了电网的供电可靠性。
32.本发明利用pmu设备获取各个精度高的电气量，根据输电网电压故障分量特征判断线路是否出现故障，能够更快速的方便输电网故障排查人员进行故障线路的精准查找，提高了输电网事故的处理效率。
附图说明
33.构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
34.图1为本发明中自动判断输电线路故障的报警方法流程图。
35.图2为本发明中单电源输电网示意图；
36.图3(a)为本发明中输电网短路故障的外部故障附加网络示意图；
37.图3(b)为本发明中输电网短路故障的内部故障附加网络示意图；
38.图4为本发明中自动判断输电线路故障的报警系统工作原理图；
具体实施方式：
39.应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本技术所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
40.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；
41.实施例一：
42.本公开实施例一提供了一种自动判断输电线路各相故障的报警方法，包括以下步骤：
43.获取电压、电流信息；
44.采集输电线路各相的电压故障分量和电流故障分量，对输电线路各相的电压故障分量和电流故障分量进行特征提取；
45.利用a、b、c各相电压故障分量对实测的线路一端的电压故障分量和电流故障分量进行推算得到另一侧的电压故障分量，将推算得到的另一侧的电压故障分量与实测的另一侧的电压故障分量做比得到各相电压故障分量比值。
46.利用电压故障分量比值识别线路故障，诊断该线路是否发生故障为，根据电压故障分量比值得到保护动作参数值，与k
set
进行比较，判断是否发生故障。
47.具体运算过程为：
48.1)输电线路a、b、c各相电压故障分量分析特征提取。
49.以图2所示的单电源输电网为例分析，图中s表示系统电源。故障点f1位于输电线路区段mn内，α为故障位置参数，其值为故障点距母线m的距离与输电线路区段mn总长度的比值。
50.对于普通双端线路，当其正常运行或外部故障发生时，均可根据a、b、c各相某一侧电压、电流的测量值及线路阻抗值推算另一侧电压，且推算值与实测值一致。而当内部故障发生时，由于线路上出现故障支路，电压推算值与实测值将有较大不同。因此，可根据内、外部故障时，电压推算值与测量值的差异实现故障识别。图3(a)和图3(b)为输电线路在外部与内部故障时的故障附加网络。设z
l
为线路阻抗；故障点分别位于f1、f2点、zm、zn为系统两侧的等值阻抗；为该相故障发生前故障点的电压；rg为故障点过渡电阻；α为该相故障位
置参数，代表故障点距m端的距离与输电线路区段mn总长度的比值，取值范围为[0,1]。
[0051]
当输电线路发生外部故障时，如果利用线路一侧的电压、电流故障分量及线路阻抗推算对侧的故障电压值，由欧姆定律有
[0052][0053]
式中，为两端电流故障分量的实测值；为两端电压故障分量的实测值。
[0054]
基于公式(1)，定义该相端点电压故障分量的推算公式为：
[0055][0056]
式中，为两端电压故障分量的推算值。
[0057]
根据式(2)，可得m侧故障电压补偿前的推算公式如下：
[0058][0059]
式中，为线路n侧pmu提取的正序电压突变量、负序电压的测量值；为对应的m侧推算值。相应地，可得线路两侧的故障电压比值系数k
m1
、k
m2
、k
n1
、k
n2
为：
[0060][0061]
保护动作判据如下所示：
[0062]kmax
＝max(k
m1
,k
m2
,k
n1
,k
n2
)》k
set
ꢀꢀꢀ
(5)
[0063]
式中，k
max
为线路保护动作参数值；k
set
为经验值，可首先通过线路正常运行时的参数得到一个门槛值，然后逐渐增加门槛值，通过短路试验得到线路故障的k
set
。考虑测量误差及输电网运行状态转换时的暂态过程影响，k
set
可取一个较大值1.2。若试验期间未测得故障，可调小k
set
，直到测得故障。同时，式(5)中k
m1
、k
m2
、k
n1
、k
n2
均与过渡电阻rg无关，即本故障判断原理上不受过渡电阻的影响。
[0064]
或者，当突变量启动时可以直接索要对端信息，接收到对端信息后，直接计算未经补偿以及补偿后的线路两端电压故障分量推算值、电压故障分量比值。
[0065]
实施例二：
[0066]
本公开实施例二提供了一种自动判断输电线路故障的报警系统，包括：
[0067]
信息采集模块，包括pmu设备，被配置为获取电压、电流信息；
[0068]
pmu设备用于进行同步相量的测量和输出以及进行动态记录。pmu的核心特征包括基于标准时钟信号的同步相量测量、失去标准时钟信号的守时能力、pmu与主站之间能够实时通信并遵循有关通信协议。现有pmu大多依靠美国的gps系统进行授时，部分设备已经开始采用gps和北斗系统双对时，并通过5g通信网络和故障判断主站相连。
[0069]
故障数据采集模块，被配置为采集输电线路各相的电压故障分量和电流故障分量，对各相输电线路的电压故障分量和电流故障分量分别进行特征提取；
[0070]
故障分析模块，被配置为利用各相电压故障分量推算公式推算得到电压故障分量比值；
[0071]
故障判断模块，被配置为利用各相电压故障分量比值识别线路故障，诊断该相线路是否发生故障。
[0072]
还包括线路故障判断主站，放置于各个变电站或者调度机房，通过5g信号接收各pmu设备发回的采集向量和功角。
[0073]
还包括报警模块，被配置为故障发生时，向系统发出报警信号。
[0074]
本发明一种自动判断输电线路各相故障的报警系统工作原理为：输电线路发生故障后，pmu采集输电网a、b、c各相电压故障分量，并通过5g信号传送给线路故障判断主站。主站接收到pmu数据，立即运行图1所示的线路故障判断流程，诊断该线路上哪一相是否发生故障。如果该线路发生故障，则立即派运维人员进行线路抢修，保障电力供应。
[0075]
实施例三：
[0076]
本公开实施例三提供了一种介质，其上存储有程序，该程序被处理器执行时实现如本公开实施例一所述的一种自动判断输电线路故障的报警方法中的步骤，所述步骤为：
[0077]
获取电压、电流信息；
[0078]
采集输电线路a、b、c各相的电压故障分量和电流故障分量，对输电线路的电压故障分量和电流故障分量进行特征提取；
[0079]
利用各相电压故障分量推算公式推算得到电压故障分量比值；
[0080]
利用各相电压故障分量比值识别线路故障，诊断该线路是否发生故障.
[0081]
详细步骤与实施例一提供的一种自动判断输电线路故障的报警方法相同，这里不再赘述。
[0082]
实施例四：
[0083]
本公开实施例四提供了一种设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序，所述处理器执行所述程序时实现如本公开实施例一所述的一种自动判断输电线路故障的报警方法中的步骤，所述步骤为：
[0084]
获取输电线路a、b、c各相电压、电流信息；
[0085]
采集输电线路输电线路a、b、c各相的电压故障分量和电流故障分量，对输电线路的电压故障分量和电流故障分量进行特征提取；
[0086]
利用各相电压故障分量推算公式推算得到电压故障分量比值；
[0087]
利用各相电压故障分量比值识别线路故障，诊断该线路是否发生故障.
[0088]
详细步骤与实施例一提供的一种自动判断输电线路故障的报警方法相同，这里不再赘述。
[0089]
本领域内的技术人员应明白，本公开的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本公开可采用硬件实施例、软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本公开可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0090]
本公开是参照根据本公开实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0091]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0092]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0093]
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(read-only memory，rom)或随机存储记忆体(random accessmemory，ram)等。
[0094]
以上所述仅为本技术的优选实施例而已，并不用于限制本技术，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。