一种自适应保护动作时间级差的配电网保护方法及系统与流程

1.本发明涉及一种自适应保护动作时间级差的配电网保护方法及系统，属于继电保护技术领域。


背景技术：

2.配电网供电系统通常为带分支的辐射型网络架构(如图1所示)，现有的继电保护方案一般使用定时限保护；其中，主干线一般通过定值整定的方式，实现各段线路的继电保护动作时间级差，而各分支网络由于分段数量过多带来定值整定管理难题和继电保护动作时间级差过大难题，故各分支网络不宜设置继电保护动作时间级差，这导致配电网在某条分支线路出现故障时无选择性同时切除多条无故障分支线路，降低了配电网的供电可靠性。此外，目前配电网供电系统普遍采用小电流接地运行方式，单相接地故障时，系统稳态电气量变化不明显，现有的稳态相过流保护和零序电流保护等原理动作灵敏度不足，同样也无法实现分支网络的故障精确隔离。因此，在不增加配电网继电保护系统维护成本的情况下，需要一种能够精确切除配电网分支网络故障的自适应时间级差的配电网保护方法。


技术实现要素：

3.本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种自适应保护动作时间级差的配电网保护方法及系统，实现配电网多分支线路自适应继电保护动作时间级差整定和故障分支线路的精准切除，用于继电保护的应用场合。
4.为解决上述技术问题，本发明提供一种自适应保护动作时间级差的配电网保护方法，包括：
5.获取实时计算得到的故障时刻一周波前的负荷电流的傅氏值|i
l
|
fft
；
6.计算故障时刻的故障分量δi，
7.如果故障分量δi大于等于预先设置的门槛阈值i
set
，则根据负荷电流的傅氏值|i
l
|
fft
和故障分量δi计算保护动作时间t
op
，馈线保护测控装置的跳闸出口依照保护动作时间对断路器进行跳闸，门槛阈值i
set
为配电网直接接地系统单相接地故障电流或配电网小电流接地系统相间短路故障电流门槛值；
8.如果故障分量δi小于预先设置的门槛阈值i
set
，则计算暂态零序电流的门槛阈值i
0set
和暂态零序电流i0变化量的m点积分值如果该积分值大于等于i
0set
，则根据积分值计算保护动作时间t
op
，馈线保护测控装置的跳闸出口依照保护动作时间t
op
对断路器进行跳闸，如果该积分值小于i
0set
，馈线保护测控装置不跳闸。
9.进一步的，所述如果故障分量δi大于等于预先设置的门槛阈值i
set
，则根据负荷电流的傅氏值|i
l
|
fft
和故障分量δi计算保护动作时间t
op
的过程包括：
10.获取利用下式求解得到的故障时刻电流的故障分量δi，
11.δi＝i
fault-i
l
12.获取利用下式求解得到的负荷电流的傅氏值|i
l
|
fft
，
[0013][0014]
根据下式计算保护动作时间t
op
，
[0015][0016]
其中，i
fault
为故障时刻的电流，i
l
为故障时刻前一周波的负荷电流，δi为故障分量，k为采样点序号值，x0，xn分别为k＝0和k＝n时的采样值，|t0为时间系数，k为调整系数，a1、b1是计算负荷电流傅氏值的引入参数。
[0017]
进一步的，所述如果故障分量δi小于预先设置的门槛阈值i
set
，则计算暂态零序电流的门槛阈值i
0set
和暂态零序电流i0变化量的m点积分值如果该积分值大于等于i
0set
，则根据积分值计算保护动作时间t
op
的过程包括：
[0018]
获取根据下式计算的暂态零序电流的门槛阈值i
0set
，
[0019][0020]
获取根据下式计算的暂态零序电流i0变化量的m点积分值
[0021][0022]
获取根据下式计算的负荷电流m点的积分值
[0023]
[0024][0025]
根据下式计算保护动作时间t
op
，
[0026][0027]
式中：i
fault
为故障时刻的电流；i
l
为故障时刻一周波前的负荷电流；|i0|
threshold
为预设阈值，m为正整数，且等于m1和m2之和；n为正整数，其取值基于继电保护装置的电流采样频率，n＝(20*f)/1000，f表示继电保护装置的电流采样频率；k为采样点序号值，x0，xn分别为k＝0和k＝n时的采样值，t0为时间系数，k为调整系数，a1、b1是计算负荷电流傅氏值的引入参数。
[0028]
一种自适应保护动作时间级差的配电网保护系统，包括：
[0029]
第一获取模块，用于获取实时计算得到的故障时刻一周波前的负荷电流的傅氏值|i
l
|
fft
；
[0030]
第一计算模块，用于计算故障时刻的故障分量δi，
[0031]
第一处理模块，用于在故障分量δi大于等于预先设置的门槛阈值i
set
时，则根据负荷电流的傅氏值|i
l
|
fft
和故障分量δi计算保护动作时间t
op
，馈线保护测控装置的跳闸出口依照保护动作时间对断路器进行跳闸，门槛阈值i
set
为配电网直接接地系统单相接地故障电流或配电网小电流接地系统相间短路故障电流门槛值；
[0032]
第二处理模块，用于在故障分量δi小于预先设置的门槛阈值i
set
时，则计算暂态零序电流的门槛阈值i
0set
和暂态零序电流i0变化量的m点积分值如果该积分值大于等于i
0set
，则根据积分值计算保护动作时间t
op
，馈线保护测控装置的跳闸出口依照保护动作时间t
op
对断路器进行跳闸，如果该积分值小于i
0set
，馈线保护测控装置不跳闸。
[0033]
进一步的，所述第一处理模块，包括：
[0034]
第二获取模块，用于获取利用下式求解得到的故障时刻电流的故障分量δi，
[0035]
δi＝i
fault-i
l
[0036]
第三获取模块，用于获取利用下式求解得到的负荷电流的傅氏值|i
l
|
fft
，
[0037][0038]
第二计算模块，用于根据下式计算保护动作时间t
op
，
[0039][0040]
其中，i
fault
为故障时刻的电流，i
l
为故障时刻前一周波的负荷电流，δi为故障分量，k为采样点序号值，x0，xn分别为k＝0和k＝n时的采样值，|t0为时间系数，k为调整系数，a1、b1是计算负荷电流傅氏值的引入参数。
[0041]
进一步的，所述第二处理模块，包括：
[0042]
第四获取模块，用于获取根据下式计算的暂态零序电流的门槛阈值i
0set
，
[0043][0044]
第五获取模块，获取根据下式计算的暂态零序电流i0变化量的m点积分值
[0045][0046]
第六获取模块，用于获取根据下式计算的负荷电流m点的积分值
[0047][0048][0049]
第三计算模块，用于根据下式计算保护动作时间t
op
，
[0050][0051]
式中：i
fault
为故障时刻的电流；i
l
为故障时刻一周波前的负荷电流；|i0|
threshold
为预设阈值，m为正整数，且等于m1和m2之和；n为正整数，其取值基于继电保护装置的电流采样频率，n＝(20*f)/1000，f表示继电保护装置的电流采样频率；k为采样点序号值，x0，xn分别为k＝0和k＝n时的采样值，t0为时间系数，k为调整系数，a1、b1是计算负荷电流傅氏值的引入参数。
[0052]
一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行所述的方法中的任一方法。
[0053]
一种计算设备，包括，
[0054]
一个或多个处理器、存储器以及一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在所述存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行所述的方法中的任一方法的指令。
[0055]
本发明所达到的有益效果：
[0056]
本发明的自适应保护动作时间级差的配电网保护方法无需对配电网各分支线路进行保护动作时间整定，降低了配电网继电保护系统的整定和运维工作量，增加了继电保护的动作灵敏度，实现了配电网分支故障的精准识别及切除，提高了配电网的供电可靠性。
附图说明
[0057]
图1是本发明适用的配电网网络架构示例；
[0058]
图2是本发明的自适应保护动作时间级差的配电网保护方法的流程框图。
具体实施方式
[0059]
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
[0060]
本发明提供一种自适应保护动作时间级差的配电网保护方法，实现配电网多分支线路自适应继电保护动作时间级差整定和故障分支线路的精准切除，用于继电保护的应用场合。
[0061]
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案图2所示，详细原理如下所示：
[0062]
1)当配电网为接地系统或小电流接地系统且发生相间接地故障时
[0063]
各线路保护测控装置根据本间隔的电压、电流电气量特征，计算本线路的故障分量，并利用反时限函数曲线计算保护动作时间t
op
，计算方法为：
[0064]
1.1)如果故障分量δi小于门槛阈值i
set
，那么退出计算并闭锁本子模块对应的保护功能，故障分量δi计算公式如式1所示：
[0065]
[0066]
式中，i
fault
为故障时刻的电流；i
l
为负荷电流。
[0067]
1.2)如果故障分量δi大于门槛阈值i
set
，那么按照以下公式计算保护动作时间t
op
：
[0068]
a)保护动作时间t
op
：
[0069][0070][0071]
式中，k为采样点序号值，x0，xn分别为k＝0和k＝n时的采样值，n为正整数，其取值基于继电保护装置的电流采样频率，n＝(20*f)/1000，|i
l
|
fft
为故障时刻前一周波的负荷电流傅氏计算值；t0为时间系数，k为调整系数，可依据配电网网架要求进行整定，也可使用默认值。
[0072]
2)当配电网为小电流接地系统时，电网发生单相接地故障时
[0073]
各线路保护测控装置根据本间隔的电压、电流电气量特征，计算本线路的m点暂态零序电流采样点的积分和，并利用反时限函数曲线计算保护动作时间t
op
。计算方法为：
[0074]
2.1)按照式1计算故障分量δi，按照式4计算零序电流的门槛阈值i
0set
，按照式5计算暂态零序电流变化量积分值如果故障分量δi小于门槛阈值i
set
，并且暂态零序电流变化量小于门槛阈值i
0set
，并且那么退出计算并闭锁本子模块对应的保护功能；
[0075][0076][0077]
式中，|i0|
threshold
为预设阈值，m为正整数，且等于m1和m2之和；n为正整数，其取值基于继电保护装置的电流采样频率，n＝(20*f)/1000；i
0(k)
为当前采样点序号为k的零序电流值，i
0(k-t)
为当前采样序号前推t点的零序电流值，t为一个周期的采样点数。
[0078]
2.2)如果暂态零序电流变化量积分值大于等于门槛阈值i
0set
，并且相电流
变化量δi小于门槛阈值i
set
，那么按照以下公式计算保护动作时间t
op
：
[0079][0080][0081][0082]
其中，m为正整数，且等于m1和m2之和；n为正整数，其取值基于继电保护装置的电流采样频率，n＝(20*f)/1000；k为采样点序号值，x0，xn分别为k＝0和k＝n时的采样值，|i
l
|
fft
为故障时刻前一周波的负荷电流傅氏计算值；t0为时间系数，k为调整系数，可依据配电网网架要求进行整定，也可使用默认值。
[0083]
实施例，一种自适应保护动作时间级差的配电网保护方法，其工作流程如图2所示，以图1的配电网架为例，为简化计算，假设同一母线上的馈线负荷一致，配电室3馈线l3电流为i，配电室2馈线l2的负荷电流为6i，配电站1馈线l1电流为36i；保护动作定值为i
set
＝0.3i；时间系数t0为2，调整系数k为1；
[0084]
保护逻辑的计算包含以下步骤：
[0085]
1)保护程序依照式2实时计算负荷电流的傅氏值|i
l
|
fft
。
[0086]
2)当电网发生l3接地故障时，依照式1计算故障分量δi，如果故障分量的电流大于等于i
set
(假设此时故障分量为10i))，依照式3计算保护动作时间t
op
，l1、l2和l3的保护动作时间分别如下所示，且l1、l2和l3馈线保护测控装置的跳闸出口依照保护动作时间对断路器进行跳闸。
[0087][0088]
3)如果故障分量的电流小于i
set
(假设此时故障分量为0.1i))，依照式4计算暂态零序电流变化量的门槛阈值i
0set
，依照式5计算暂态零序电流变化量δi0的m点积分值(m按4进行计算)，如果该积分值大于等于i
0set
(假设为负荷电流4点积分值的0.3倍)，那么依照式8计算保护动作时间t
op
，l1、l2和l3的保护动作时间如下所示，且l1、l2和l3馈线保护测控装置的跳闸出口依照保护动作时间对断路器进行跳闸。
[0089][0090]
4)如果暂态零序电流变化量δi0的4点积分值小于i
0set
，那么馈线保护测控装置不跳闸。
[0091]
综上所述，本发明目的是提供一种自适应保护动作时间级差的配电网保护方法，无需对配电网各分支线路进行保护动作时间整定，降低了配电网继电保护系统的整定和运维工作量，增加了继电保护的动作灵敏度，实现了配电网分支故障的精准识别及切除，提高了配电网的供电可靠性。
[0092]
相应的本发明还提供一种自适应保护动作时间级差的配电网保护系统，包括：
[0093]
第一获取模块，用于获取实时计算得到的故障时刻一周波前的负荷电流的傅氏值|i
l
|
fft
；
[0094]
第一计算模块，用于计算故障时刻的故障分量δi，
[0095]
第一处理模块，用于在故障分量δi大于等于预先设置的门槛阈值i
set
时，则根据负荷电流的傅氏值|i
l
|
fft
和故障分量δi计算保护动作时间t
op
，馈线保护测控装置的跳闸出口依照保护动作时间对断路器进行跳闸，门槛阈值i
set
为配电网直接接地系统单相接地故障电流或配电网小电流接地系统相间短路故障电流门槛值；
[0096]
第二处理模块，用于在故障分量δi小于预先设置的门槛阈值i
set
时，则计算暂态零序电流的门槛阈值i
0set
和暂态零序电流i0变化量的m点积分值如果该积分值大于等于i
0set
，则根据积分值计算保护动作时间t
op
，馈线保护测控装置的跳闸出口依照保护动作时间t
op
对断路器进行跳闸，如果该积分值小于i
0set
，馈线保护测控装置不跳闸。
[0097]
进一步的，所述第一处理模块，包括：
[0098]
第二获取模块，用于获取利用下式求解得到的故障时刻电流的故障分量δi，
[0099]
δi＝i
fault-i
l
[0100]
第三获取模块，用于获取利用下式求解得到的负荷电流的傅氏值
[0101]
|i
l
|
fft
，
[0102][0103]
第二计算模块，用于根据下式计算保护动作时间t
op
，
[0104][0105]
其中，i
fault
为故障时刻的电流，i
l
为故障时刻前一周波的负荷电流，δi为故障分量，k为采样点序号值，x0，xn分别为k＝0和k＝n时的采样值，|t0为时间系数，k为调整系数，a1、b1是计算负荷电流傅氏值的引入参数。
[0106]
进一步的，所述第二处理模块，包括：
[0107]
第四获取模块，用于获取根据下式计算的暂态零序电流的门槛阈值i
0set
，
[0108][0109]
第五获取模块，获取根据下式计算的暂态零序电流i0变化量的m点积分值
[0110][0111]
第六获取模块，用于获取根据下式计算的负荷电流m点的积分值
[0112][0113][0114]
第三计算模块，用于根据下式计算保护动作时间t
op
，
[0115][0116]
式中：i
fault
为故障时刻的电流；i
l
为故障时刻一周波前的负荷电流；|i0|
threshold
为预设阈值，m为正整数，且等于m1和m2之和；n为正整数，其取值基于继电保护装置的电流采样频率，n＝(20*f)/1000，f表示继电保护装置的电流采样频率；k为采样点序号值，x0，xn分别为k＝0和k＝n时的采样值，t0为时间系数，k为调整系数，a1、b1是计算负荷电流傅氏值的引
入参数。
[0117]
相应的本发明还提供一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行所述的方法中的任一方法。
[0118]
相应的本发明还提供一种计算设备，包括，
[0119]
一个或多个处理器、存储器以及一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在所述存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行所述的方法中的任一方法的指令。
[0120]
本领域内的技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本技术可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本技术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、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0121]
本技术是参照根据本技术实施例的方法、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。
[0122]
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。
[0123]
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。
[0124]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。