[发明专利]用于故障相检测的方法和控制系统

说明书

提供了用于在AC电力系统中检测传输线的故障相的方法和控制系统，以及使用该方法和该控制系统的保护继电器。方法包括：在一系列时间点在传输线的一端处对电信号采样；基于针对该系列时间点的用于传输线的时域集总参数微分方程，根据采样的电信号的值，计算在传输线上补偿点处的电信号的瞬时电压值；记录电信号的计算的瞬时电压值；计算电信号的瞬时电压值的故障分量或突变；通过比较在预设补偿点处计算的瞬时电压值的故障分量，来检测故障相或故障类型；以及生成指示故障相或故障类型的信号。

技术领域

本发明涉及AC电力系统的保护继电器，更具体地涉及用于AC电力系统的保护继电器的故障相检测。

背景技术

又被称为故障相选择、故障分类或故障类型检测的故障相检测，是用于保护继电器，尤其是用于单极跳闸电力系统的重要功能。通常，故障相检测基于来自不同相的故障分量电流或电压的比较，或者基于来自不同序列的电流或电压的比较。

但是这些方法的灵敏度受到电力系统的SIR的很大影响。例如，当电力系统过强并且在传输线末端处的故障分量电压过小时，如果SIR接近零，那么基于故障分量相电压的故障相检测将失效。电压补偿用于解决该灵敏度问题。目前主要存在两种电压补偿方法。电压补偿方法之一基于集总参数、基频相量和欧姆定律。该方法被广泛采用，但是其不适用于时域保护。另一补偿方法基于分布参数、采样值和行波传播公式，如LI You-yi、DONG Xin-zhou和SUN Yuan-zhang在“Fault Phase Selector by Fault Component ofCompensation Voltage Based on Traveling Wave”，Automation of Electric PowerSystems,2006,30(8),page 37–40中所述。该方法被设计用于时域保护与行波保护，但是其需要更高的采样速率以实现足够的计算精度，这会增加用于产品实现的成本和技术挑战。

发明内容

本发明提供了针对传输线的基于集总参数、采样值和微分方程的另一种故障相检测方法和系统。由于电压补偿，该方法对于差分SIR条件具有良好的灵敏度。此外，由于其可以基于低采样速率(例如，1k Hz)，因此其也是低成本的解决方案。

根据本发明的一个方面，提供了一种用于检测AC电力系统中传输线的故障相的方法，包括：在一系列时间点在传输线的一端处检测电流和电压的采样值；通过用于传输线的时域集总参数微分方程，基于检测的电压和电流的采样值，计算在传输线上预设补偿点处的瞬时电压值；记录计算的三个瞬时电压值；计算在预设补偿点处的计算的瞬时电压的故障分量值或突变值；通过比较故障分量瞬时电压来检测故障相；以及生成指示故障相的信号。

根据本发明的另一方面，提供了一种用于检测AC电力系统中的传输线的故障相的控制系统，包括：采样电路，用于在一系列时间点在传输线的一端处对电压信号和电流信号采样；控制器，用于通过用于传输线的时域集总参数微分方程，基于检测的电压和电流的采样值，计算在传输线上预设补偿点处的瞬时电压值；以及存储电路，用于记录计算的瞬时电压和电流值；其中：控制器进一步适用于：计算在预设补偿点处的计算的电压的故障分量瞬时电压值；通过比较故障分量瞬时电压来检测故障相；以及生成指示故障相的信号。

根据本发明的另一方面，提供了一种保护继电器，其使用用于检测AC电力系统中的传输线的故障相的控制系统。

因此，在补偿点处的相-相回路/相-接地回路中瞬时电压值的故障分量可以用于从故障类型组中检测故障相，该故障类型组包括单相故障、相间故障、两相接地故障和三相故障的类型，该故障相是考虑到在一系列时间点在传输线的一端处的三相的采样电信号的幅度来计算的。与基于行波传播公式的方法相比较，时域集总参数微分方程可以以相对低的采样速率(例如，1kHz到4kHz)实现更好的性能。