CN110308364A - 一种基于电流瞬时值与电流变化率结合的短路电流快速判别方法及判别*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于电流瞬时值与电流变化率结合的短路电流快速判别方法及判别***，包括以下步骤：采集获得待判别的电流；计算待判别的电流的电流瞬时值的绝对值以及电流变化率的绝对值；当同时满足以下两个判据时，判定待判别的电流为短路电流：电流瞬时值判据表达式为：|i(t)|≥α·|I_S|；电流变化率判据表达式为：其中，i(t)为待判别的电流瞬时值，I_S为电流瞬时值整定值，D_zd为电流变化率整定值，α为电流瞬时值整定调整系数，β为电流变化率整定调整系数；取α<1且β<1。本发明受故障相角影响小，能够确保故障检测时间始终在要求的范围之内。

Description

一种基于电流瞬时值与电流变化率结合的短路电流快速判别 方法及判别***

技术领域

本发明属于电力***继电保护和故障处理技术领域，特别涉及一种基于电流瞬时值与电流变化率结合的短路电流快速判别方法及判别***。

背景技术

随着采用快速涡流驱动技术的快速开关的成熟，为解决短路电流过大和电压暂降引起敏感负荷脱网等问题提供了简单而实用的解决办法；除了快速开关具有很快的动作速度以外，所采用的短路故障识别也应该在毫秒级的时间实现。

传统的故障检测方法一般采用傅氏方法，即使采用半波傅氏方法也至少需要采集10ms数据后才可进行判断，不能满足快速识别的要求。

已有的快速判别方法一般基于电流瞬时值或电流变化率进行故障检测，可靠性不够高。电流瞬时值与电流变化率相结合构成判据进行故障识别的方法，在实际应用中，会因为故障相角导致短路电流非周期分量初值绝对值减少和短路回路呈感性使得短路电流不能突变，基本判据的检测时间性能会大大降低。

综上，亟需一种改进的基于电流瞬时值与变化率结合的短路电流快速判别方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于电流瞬时值与电流变化率结合的短路电流快速判别方法及判别***，以解决上述存在的技术问题。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明的一种基于电流瞬时值与电流变化率结合的短路电流快速判别方法，包括以下步骤：

继电保护装置采集获得待判别的电流；

计算待判别的电流的电流瞬时值的绝对值以及电流变化率的绝对值；当同时满足以下两个判据时，判定待判别的电流为短路电流：

电流瞬时值判据表达式为：|i(t)|≥α·|I_S|；

电流变化率判据表达式为：

其中，i(t)为待判别的电流瞬时值，I_S为电流瞬时值整定值，D_zd为电流变化率整定值，α为电流瞬时值整定调整系数，β为电流变化率整定调整系数；取α<1且β<1。

本发明的进一步改进在于，假定α和β的值为1的条件下，I_S和D_zd的整定，根据继电保护装置保护范围内的最小短路电流有效值I_zd和期望的识别时间上限t_d设定。

本发明的进一步改进在于，电流瞬时值整定调整系数α的取值边界表达式为：

其中，I_Lmax为最大负荷电流i_L(t)的峰值。

本发明的进一步改进在于，电流变化率整定调整系数β的取值边界表达式为：

其中，D_Lmax为最大负荷电流的最大变化率。

本发明的进一步改进在于，优化α和β取值的步骤包括：

S1，基于数值仿真并采用穷举法对α和β的组合进行遍历，得到满足短路故障检出时间小于等于t_d要求的α和β取值范围；

S2，在步骤S1获得的α和β取值范围中，选取远离最小值点的α和β的值，保证调整后的整定值大于等于1.5倍的最大负荷电流，获得优化后的α和β取值。

本发明的一种基于电流瞬时值与电流变化率结合的短路电流快速判别***，基于本发明的短路电流快速判别方法，包括：

采集模块，用于采集电力***中待判别的电流；

判别模块，用于计算待判别的电流的电流瞬时值的绝对值以及电流变化率的绝对值；当同时满足以下两个判据时，判定待判别的电流为短路电流：

电流瞬时值判据表达式为：|i(t)|≥α·|I_S|；

电流变化率判据表达式为：

其中，i(t)为待判别的电流瞬时值，I_S为电流瞬时值整定值，D_zd为电流变化率整定值，α为电流瞬时值整定调整系数，β为电流变化率整定调整系数；取α<1且β<1。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明的基于电流瞬时值与电流变化率结合的短路电流快速判别方法，与单纯基于电流瞬时值值或电流变化率的判别方法相比，可靠性更高；与传统的电流瞬时值与电流变化率相结合的判别方法相比，传统方法由于故障点上游的***阻抗和馈线阻抗都呈感性，故障前后电流不能突变，有可能造成由于某一个判据不满足而在故障所在发生的1/4周期内无法满足故障判断条件，而需要在下个1/4周期甚至下个1/4周期之后才能检测出来，严重影响故障检测时间。本发明受故障相角影响小，能够确保故障检测时间始终在要求的范围之内。本发明中，由于I_zd与正常运行时的负载电流I_L留有较大的差距，在***正常运行时，为了使故障快速识别判据不误动，改进判据电流瞬时值整定值α|I_S|取大于最大负荷电流i_L(t)的峰值I_Lmax，从而与最大负荷电流曲线不交叉，即α|I_S|>I_Lmax。电流变化率整定值应大于最大负荷电流的最大变化率D_Lmax，即β|D_zd|>D_Lmax。本发明主要是通过将两个整定值经过不同程度的减小来获得快速识别方法检测时间性能的改良，因此取α<1和β<1。

本发明的判别***基于本发明的判别方法，可基于电流瞬时值与电流变化率结合，实现短路电流的快速判别。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单的介绍；显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是一种短路电流快速判别方法的原理示意图；

图2是故障检出时间不大于期望识别时间上限的调整系数的取值范围示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术效果及技术方案更加清楚，下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例。基于本发明公开的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它实施例，都应属于本发明保护的范围。

本发明实施例的一种基于电流瞬时值与电流变化率结合的短路电流快速判别方法，包括以下步骤：

(1)当实时采样得到的电流瞬时值同时满足以下两个判据时，可以判定该电流为短路电流：

电流瞬时值判据：|i(t)|≥α·|I_S|

电流变化率判据：

判据中，I_S为电流瞬时值整定值，D_zd为电流变化率整定值，α是电流瞬时值整定调整系数，β是电流变化率整定调整系数。

(2)I_S和D_zd的整定，在不考虑调整系数的条件下，即假定α和β的值为1的条件下，根据***最小短路电流有效值I_zd和期望的识别时间上限t_d设定。

(3)调整系数α和β的设定：

首先确定调整系数α和β的取值边界。由于I_zd与正常运行时的负载电流I_L留有较大的差距，在***正常运行时，为了使故障快速识别判据不误动，改进判据电流瞬时值整定值α|I_S|取大于最大负荷电流i_L(t)的峰值I_Lmax，从而与最大负荷电流曲线不交叉，即α|I_S|>I_Lmax。电流变化率整定值应大于最大负荷电流的最大变化率D_Lmax，即β|D_zd|>D_Lmax。本发明主要是通过将两个整定值经过不同程度的减小来获得快速判别方法检测时间性能的改良，因此取α<1和β<1。则电流瞬时值整定调整系数α和电流变化率整定调整系数β的取值边界为：

优选的，为了得到优化的α和β的取值，在上述边界范围内，基于数值仿真并采用穷举法对α和β的组合进行遍历，首先得到出满足短路故障检出时间不大于t_d要求的α和β的取值范围，再在此取值范围中应选取远离最小值点的α和β的值，以保证调整后的整定值远大于最大负荷电流。

本发明提出的改进方法，与单纯基于电流瞬时值值或电流变化率的判别方法相比，本发明可靠性更高，与传统的电流瞬时值与电流变化率相结合的判别方法相比，本发明受故障相角影响小，能够确保故障检测时间始终在要求的范围之内。

本发明的对比例：

如图1所示的改进的基于电流瞬时值与电流变化率结合的短路电流快速判别方法原理图，曲线i₁(t)波形在各个时刻均大于期望识别的短路电流最小有效值I_zd对应的瞬时电流波形i_zd(t)，理应为故障。根据短路电流快速识别判据，在t₁时刻，同时满足两个判据，因此可以正确判别为故障。

曲线i₂(t)在各个时刻均小于以I_zd对应的瞬时电流波形i_zd(t)，理应处于非短路故障状态。根据短路电流快速识别判据，在t₂时刻，虽然满足瞬时值判据，但是不满足变化率判据，因此可正确判断为非故障状态。

由于故障点上游的***阻抗和馈线阻抗都呈感性，因此故障前后电流不能突变，也即在故障后检测到的电流不能从图1中i₂(t)立即突变为i₁(t)，有可能造成由于某一个判据不满足而在故障所在发生的1/4周期内无法满足故障判断条件，而需要在下个1/4周期甚至下个1/4周期之后才能检测出来，严重影响故障检测时间。

为了解决此问题，本发明改进的基于瞬时值与变化率结合的短路电流快速判别方法中引入了调整系数概念，对于调整系数α和β的设定：

由于I_zd与正常运行时的负载电流I_L留有较大的差距，在***正常运行时，为了使故障快速识别判据不误动，改进判据电流瞬时值整定值α|I_S|取大于最大负荷电流i_L(t)的峰值I_Lmax，从而与最大负荷电流曲线不交叉，即α|I_S|>I_Lmax。电流变化率整定值应大于最大负荷电流的最大变化率D_Lmax，即β|D_zd|>D_Lmax。本发明主要是通过将两个整定值经过不同程度的减小来获得快速判别方法检测时间性能的改良，因此取α<1和β<1。

电流瞬时值整定调整系数α和电流变化率整定调整系数β的取值边界为：

为了得到优化的α和β的取值，可采用基于数值仿真并采用穷举法对α和β的组合进行遍历，首先得到出满足短路故障检出时间不大于t_d要求的α和β的取值范围，如图2中阴影部分所示。为了保证调整后的整定值远大于最大负荷电流，从而保证其动作可靠性，在此取值范围中应选取远离最小值点P的α和β的值。

本发明中，采用以上整定方案后的改进电流瞬时值和变化率结合的判据，便可以确保在各种故障相角下都能够在期望的时间内识别出短路故障电流。

综上，本发明公开了一种改进的基于瞬时值与变化率结合的短路电流快速判别方法，以实时采样得到的电流瞬时值和变化率特征同时大于整定值作为短路电流检测判据，并引入电流瞬时值和变化率整定值调整系数的概念，基于数值仿真结果并采用穷举法对调整系数的组合进行遍历优化选取，实现短路电流的快速可靠识别。与单纯基于电流瞬时值值或电流变化率的判别方法相比，本发明可靠性更高，与传统的电流瞬时值与电流变化率相结合的判别方法相比，本发明受故障相角影响小，能够确保任意故障相角下短路电流检测时间始终不超过1/4工频周期。

本发明实施例的一种基于电流瞬时值与电流变化率结合的短路电流快速判别***，基于本发明的短路电流快速判别方法，包括：

采集模块，用于采集电力***中待判别的电流；

判别模块，用于计算待判别的电流的电流瞬时值的绝对值以及电流变化率的绝对值；当同时满足以下两个判据时，判定待判别的电流为短路电流：

电流瞬时值判据表达式为：|i(t)|≥α·|I_S|；

电流变化率判据表达式为：

其中，i(t)为待判别的电流瞬时值，I_S为电流瞬时值整定值，D_zd为电流变化率整定值，α为电流瞬时值整定调整系数，β为电流变化率整定调整系数；取α<1且β<1。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、***、或计算机程序产品。因此，本申请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，本申请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。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(***)、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。

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。

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。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于电流瞬时值与电流变化率结合的短路电流快速判别方法，其特征在于，包括以下步骤：

继电保护装置采集获得待判别的电流；

计算待判别的电流的电流瞬时值的绝对值以及电流变化率的绝对值；当同时满足以下两个判据时，判定待判别的电流为短路电流：

电流瞬时值判据表达式为：|i(t)|≥α·|I_S|；

电流变化率判据表达式为：

其中，i(t)为待判别的电流瞬时值，I_S为电流瞬时值整定值，D_zd为电流变化率整定值，α为电流瞬时值整定调整系数，β为电流变化率整定调整系数；取α<1且β<1。

2.根据权利要求1所述的一种基于电流瞬时值与电流变化率结合的短路电流快速判别方法，其特征在于，

假定α和β的值为1的条件下，I_S和D_zd的整定，根据继电保护装置保护范围内的最小短路电流有效值I_zd和期望的识别时间上限t_d设定。

3.根据权利要求1所述的一种基于电流瞬时值与电流变化率结合的短路电流快速判别方法，其特征在于，

电流瞬时值整定调整系数α的取值边界表达式为：

其中，I_Lmax为最大负荷电流i_L(t)的峰值。

4.根据权利要求3所述的一种基于电流瞬时值与电流变化率结合的短路电流快速判别方法，其特征在于，

电流变化率整定调整系数β的取值边界表达式为：

其中，D_Lmax为最大负荷电流的最大变化率。

5.根据权利要求4所述的一种基于电流瞬时值与电流变化率结合的短路电流快速判别方法，其特征在于，优化α和β取值的步骤包括：

S1，基于数值仿真并采用穷举法对α和β的组合进行遍历，得到满足短路故障检出时间小于等于t_d要求的α和β取值范围；

S2，在步骤S1获得的α和β取值范围中，选取远离最小值点的α和β的值，保证调整后的整定值大于等于1.5倍的最大负荷电流，获得优化后的α和β取值。

6.一种基于电流瞬时值与电流变化率结合的短路电流快速判别***，其特征在于，基于权利要求1至5中任一项所述的短路电流快速判别方法，包括：

采集模块，用于采集电力***中待判别的电流；

判别模块，用于计算待判别的电流的电流瞬时值的绝对值以及电流变化率的绝对值；当同时满足以下两个判据时，判定待判别的电流为短路电流：

电流瞬时值判据表达式为：|i(t)|≥α·|I_S|；

电流变化率判据表达式为：

其中，i(t)为待判别的电流瞬时值，I_S为电流瞬时值整定值，D_zd为电流变化率整定值，α为电流瞬时值整定调整系数，β为电流变化率整定调整系数；取α<1且β<1。