[发明专利]一种适用于多端电源交流系统的故障方向判别方法

说明书

技术领域

本发明属于电力系统继电保护领域，具体涉及一种基于流过保护的负序电流和同一母线上另外两条出线上的负序电流间相位关系的故障方向判别方法。

背景技术

传统中压配电网受短路电流限制通常采用环网建设辐射运行方式。随着大城市负荷密度的不断增加，配电网的规模不断扩大，开环运行可靠性低的缺陷愈发突出。与此同时，客户对供电可靠性、电能质量的要求却在不断提高，对于计算机、工厂调速装置、精密仪器等敏感负荷，即使短时的供电中断也会带来较大的经济损失，甚至产生严重的社会影响。为了提高配电网的供电能力和运行可靠性，需要改进现有网络结构。

随着电力电子技术的发展和相关研究的深入，基于电压源换流器的柔性直流技术在城市配电网的增容改造、交流系统互联、大规模分布式电源并网等方面具有较强的技术优势，除能够提供动态无功支持等优点外，在遇到设备过载或故障检修时，柔性直流装置能够经济、安全地实现负荷转移，大幅减少转移过程的供电中断。同时柔性直流装置可灵活控制系统潮流，实现多馈线间的负荷均衡，优化电网的供电能力，显著提高配电网的可靠性和设备利用率。

分布式电源以及柔性直流装置的接入使得原有配电网由传统的单电源供电的辐射状网络变为多端电源供电的网络，功率不再单一方向流动。同时柔性直流装置的故障特征与控制特性有关，不同于传统交流系统，因此传统配电网中应用的三段式电流保护受柔性直流装置接入的影响，会出现误动、拒动等问题。为了既保留应用三段式电流保护又保证配电网保护动作可靠性，需要为原有三段式电流保护加装方向元件。

传统方向性电流保护的方向元件是采用90°接线方式的功率方向元件，而采用功率方向元件一方面需要增设电压互感器，会增加设备投资和二次系统接线复杂性；另一方面柔性直流装置的工作特征受控制策略影响，应用于交直流互联系统中的柔性直流装置应具备故障穿越能力，在不对称故障时其输出故障电流与出口母线电压的夹角取决于相应的控制策略，而不等于线路阻抗角。这些特性使得柔性直流装置接入后的交流系统故障特征和故障分析方法要更加复杂。而且柔性直流装置具有四象限运行特性，与分布式电源单一象限运行特性有所不同。因此需要研究发明更加全面可靠适应范围更广的故障方向判别方法。

发明内容

本发明针对母线含有三条及以上出线的多端电源供电的交流系统，提出了一种基于流过保护的负序电流和同一母线上另外两条出线上的负序电流间相位关系的新型故障方向判别方法。实现正方向故障时开放保护装置，反方向故障时闭锁保护装置，从而保证保护装置的选择性和可靠性，避免保护拒动、误动。本发明采用如下的技术方案：

一种适用于多端电源交流系统的故障方向判断方法，执行以下步骤：

(1)实时采集流过保护装置及同一母线上另两条出线的电流，并分离出负序电流；若三相电流对称，则通过控制三相中的一相滤波数据窗延迟而人为产生不平衡电流，并分离出负序电流；

(2)计算采集到的流过保护装置的负序电流分别与另外两条出线的负序电流的相位关系，得到两组相位差；

(3)若两组相位差均大于90°小于270°，则判定为正方向故障；否则判定为反方向故障。

本发明解决了现有故障方向判别方法在多端电源供电的交流系统中不适用的缺陷，实现了故障方向的可靠识别。与现有技术相比，本方法适用于传统正弦交流电源或逆变型分布式电源等接入的多端电源网络中母线含有三条及以上出线的情形，不受具体故障穿越策略的影响，抗过渡电阻能力极强，并且解决了传统方向元件出口三相故障的死区问题，无需装设电压互感器。

附图说明

图1为典型的背靠背柔性直流装置接入交流系统的计算模型。

图2为F1点发生BC相间短路时的负序网。

图3为F2点发生BC相间短路时的负序网。

具体实施方式

本发明通过对流过保护的负序电流和同一母线上另外两条出线上的负序电流进行求取并比较其相位关系，实现正方向故障时开放保护装置，反方向故障时闭锁保护装置，从而保证保护装置的选择性和可靠性，避免保护拒动、误动。其具体实现步骤如下：第一步，实时采集流过保护装置及同一母线上另两条出线的负序电流；第二步，计算采集到的流过保护装置的负序电流与另外两组负序电流的相位关系；第三步，若两组相位差均大于90°小于270°，则判定为正方向故障，开放保护装置；否则判定为反方向故障，闭所保护装置。

本发明的方向判据给出如下：