CN113169543A - 使用通信网络在电力***中进行接地故障检测的***和方法 - Google Patents

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CN113169543A CN201980078834.5A CN201980078834A CN113169543A CN 113169543 A CN113169543 A CN 113169543A CN 201980078834 A CN201980078834 A CN 201980078834A CN 113169543 A CN113169543 A CN 113169543A
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Abstract

公开了在控制器上执行的用于确定电力***中的故障的***、方法、储存介质和计算平台。示例性实施方式可以：从安装在电力***的第一母线上的第一电流传感器接收第一电流值；从安装在电力***的第二母线上的第二电流传感器接收第二电流值；使用第一电流值确定第一电流传感器中的第一电力潮流方向；使用第二电流值确定第二电流传感器中的第二电力潮流方向；并且基于第一电力潮流方向和第二电力潮流方向来确定电力故障位于电力***的第一母线或电力***的第二母线中的一个上。

Description

使用通信网络在电力***中进行接地故障检测的***和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2018年11月28日提交的第16/202,571号美国专利申请的优先权和权益，该美国专利申请的全部公开内容特此通过引用并入本文。
技术领域
本公开涉及电力***。
背景
许多电力***包括两个或更多个发电机以用于附加的供电、冗余和/或安全。企业和家庭都依赖由单相、两相、三相或其他合适的公用设施提供的交流(AC)电源供电的电气设备。在具有多个发电机或其他电源的***中检测电力接地故障的位置可能需要相当大的附加的设备和相关成本(尤其是当使用来自不同供应商的不同或不兼容设备时)。因此，许多电力***不具有确定故障的类型和位置并能够做出适当反应所需的感测能力。
概述
本公开的一个方面涉及一种配置为确定电力***中的故障的***，该***在控制器上执行。该***可以包括可操作地连接到相应母线(bus)的多个发电机、在每个发电机的每个相应母线和负载母线之间的相应线电流传感器以及可操作地耦合到每个相应线电流传感器的相应高速网络设备。在一些实施方式中，该***还可以包括在中性母线和多个发电机中的每一个发电机的相应母线中的每一个母线之间的相应线电流传感器。在一些实施方式中，该***还可以包括一个或更多个控制器，该控制器被配置为基于每个相应的线电流传感器处的相应的电力潮流(power flow)方向来确定电力故障的位置，其中从可操作地耦合到每个相应的线电流传感器的每个相应的高速网络设备接收相关联的相应的电力潮流方向。在一些实施方式中，该***还可以包括一个或更多个控制器，该控制器被配置为基于每个相应的线电流传感器处的相应的电力潮流方向来确定电力故障的位置，其中从可操作地耦合到每个相应的线电流传感器的每个相应的高速网络设备接收相关联的电流值。在一些实施方式中，该***还可以包括一个或多个控制器，该控制器被配置为基于每个相应的线电流传感器处的相应的电力潮流方向来确定电力***中不存在电力故障，其中从可操作地耦合到每个相应的线电流传感器的每个相应的高速网络设备接收相关联的电流值。在一些实施方式中，当电流值高于阈值时，仅从网络设备接收由线电流传感器测量的电流值。
在一些实施方式中，该***还包括用于绝缘母线的中性线和接地线之间的线电流传感器。一个或更多个控制器还可以被配置为从安装在中性母线和多个发电机中的第一发电机的第一中性母线之间的第一线电流传感器接收第一电流值、从安装在中性母线和多个发电机中的第二发电机的第二中性母线之间的第二线电流传感器接收第二电流值、从中性线和接地线之间的线电流传感器接收第三电流值、使用第一电流值确定第一线电流传感器中的第一电力潮流方向、使用第二电流值确定第二线电流传感器中的第二电力潮流方向、使用第三电流值确定第二线电流传感器中的第三电力潮流方向、并且基于第一电力潮流方向、第二电力潮流方向和第三电力潮流方向确定电力故障位于第一发电机的发电机母线、第二发电机***的发电机母线或电力***的负载母线中的一个上。
本公开的另一个方面涉及一种用于确定电力***中的故障的方法。该方法可以包括从安装在电力***的第一母线上的第一电流传感器接收第一电流值。该方法可以包括从安装在电力***的第二母线上的第二电流传感器接收第二电流值。该方法可以包括使用第一电流值来确定第一电流传感器中的第一电力潮流方向。该方法可以包括使用第二电流值来确定第二电流传感器中的第二电力潮流方向。该方法可以包括基于第一电力潮流方向和第二电力潮流方向来确定电力故障位于电力***的第一母线或电力***的第二母线中的一个上。在一些实施方式中，指示来自第一电流传感器的电流的第一值和指示来自第二电流传感器的电流的第二值是(1)电流量的相应值或(2)电流方向的相应值之一。
在一些实施方式中，该方法还可以包括从安装在电力***的第三母线上的第三电流传感器接收指示电流的第三值、从安装在电力***的第四母线上的第四电流传感器接收指示电流的第四值、从安装在电力***的第五母线上的第五电流传感器接收指示电流的第五值、使用指示电流的第三值确定第三电流传感器中的第三电力潮流方向、使用指示电流的第四值确定第四电流传感器中的第四电力潮流方向、以及使用指示电流的第五值确定第五电流传感器中的第五电力潮流方向。第一母线可以是发电机母线，第二母线可以是发电机中性母线，第三母线可以是公用设施母线，第四母线可以是公用设施中性母线，而第五母线可以是连系母线(tie bus)。该方法然后还可以包括基于第一电力潮流方向、第二电力潮流方向、第三电力潮流方向、第四电力潮流方向和第五电力潮流方向来确定电力故障位于发电机母线、负载母线或公用设施母线中的一个上。
本公开的又一方面涉及一种在其上体现有指令的非暂时性计算机可读储存介质，该指令可由一个或更多个处理器执行以执行以上任何方法。
应当理解，前面的概念和下面更详细讨论的附加的概念的所有组合(前提是这些概念不相互矛盾)都被设想为本文公开的主题的一部分。特别是，出现在本公开结尾处的要求保护的主题的所有组合都被设想为本文公开的主题的一部分。
结合附图，从以下描述和所附权利要求中，本公开的前述和其他特征将变得更加完全明显。应当理解，这些附图仅描绘了根据本公开的一些实施方式，并且因此，不应认为是对其范围的限制，将通过使用附图以附加的特征和细节来描述本公开。
附图简述
结合附图，从以下描述和所附权利要求中，本公开的前述和其他特征将变得更加完全明显。应当理解，这些附图仅描绘了根据本公开的一些实施方式，并且因此，不应认为是对其范围的限制，将通过使用附图以附加的特征和细节来描述本公开。
图1是示出根据示例实施方式的电力***中的正常电流的示意图。
图2是示出根据示例实施方式的电力***中第一发电机母线上的接地故障的情况下的电流的示意框图。
图3是示出根据示例实施方式的电力***中负载母线上的接地故障的情况下的电流的示意框图。
图4是示出根据示例实施方式的电力***中第二发电机母线上的接地故障的情况下的电流的示意框图。
图5是示出根据示例实施方式的电力***中具有连结断路器(Tie breaker)和多点接地的传输对中的正常电力潮流的示意框图。
图6是根据示例实施方式的确定电力***中的电力故障的位置的方法的示意流程图。
图7是控制器的实施方式的示意框图，该控制器可以用作作为图1-6的各种***和方法的一部分的示例控制器。。
贯穿下面的详细描述参考了附图。在附图中，除非上下文另外规定，否则相似的符号通常标识相似的部件。在详细描述、附图和权利要求中描述的说明性实施方式并不意味着是限制性的。可以利用其它实施方式，并且可以做出其他改变而不偏离本文提出的主题的精神或范围。容易理解的是，可以以各种不同的配置来布置、替换、组合和设计如本文一般地描述的以及在附图中示出的本公开的各方面，所有这些都被明确地设想并且成为本公开的一部分。
各种实施方式的详细描述
本文描述的实施方式一般涉及使用通信网络在电力***中进行接地故障检测的***和方法。在一些实施方式中，所提出的***和方法允许容纳可能来自不同供应商的不同类型的开关设备。在一些实施方式中，所提出的***和方法允许消除添加求和模块的要求，因为在发电机和开关设备***之间不需要硬线互连。
附图中描述的电路和***仅用于示例目的。对于本领域的技术人员来说应当明显的是，展示所讨论的一个或更多个解决方案的其他电路和***是可能的，并且这些解决方案以及所示的电路和***是可扩展的。此外，对于本领域技术人员来说应当明显的是，所讨论的电路和***适用于所使用的开关设备的各种配置。虽然示出并讨论了示出两种不同电路拓扑结构的电路，但是展示所讨论的一个或更多个解决方案的电路和***不限于这两种电路拓扑结构。
图1是示出根据示例实施方式的公共母线发电机电力***100中的正常电流的示意图，该公共母线发电机电力***100利用高速网络设备(HSND)来感测母线和接地故障电流。电力***100示出了两个发电机110，每个发电机具有相应的发电机母线、各种线电流传感器130(例如，电流互感器)、通信地耦合到一个或更多个线电流传感器130的高速网络设备120、断路器160、负载母线140和中性母线150。每条母线可以表示一相或更多相电力(例如三相电力)。在示例实施方式中，电力***100示出了电流传感器130，其安装在每个发电机的中性/接地跨接线(bonds)之间以及在从每个发电机的负载和中性线到相应的负载母线140和中性母线150的母线上。电流传感器130上放置有一个“点”，其表示当电流通过“点”流入电流传感器130时，电流被认为是正的，而当电流从另一侧进入电流传感器130并通过“点”离开电流传感器130时，电流被认为是负的，因为电流的方向相反。所用的电压术语“V”可以是发电机110的母线电压和线路侧电压的平均值或均方根电压。如果任何一个电压为零，则可以从计算中将其忽略。注意，附加的发电机可以被添加到图1所示的公共母线实施例中，并且是被设想。还要注意的是，使用高速网络设备(HSND)以经由耦合电流互感器(CT)来感测母线和接地故障电流，使得能够使用来自不同制造商的电力设备，这允许控制独立于***部件。
图1示出了具有正常电流的公共母线发电机装置的示例实施方式。可以在控制器(例如，计算设备，诸如图7的控制器700)中分析正常电流。在一个实施方式中，分析电流，其中I1表示流过第一发电机的线路和中性母线上的线电流传感器130的电流，其中I1是所示电流的矢量和。通信地耦合到这些相应的线电流传感器130的高速网络设备120可以被配置为将电流信息传送到一个或更多个其他高速网络设备120和/或控制器(例如，计算设备，诸如控制器700)。
控制器可以被配置为将通过第一发电机的线路和中性母线上的线电流传感器130的电力潮流计算为
Figure BDA0003090041930000061
(其中
Figure BDA0003090041930000062
是相应的母线电压“V”和I1之间的角度)，表示实际功率。电流通过“点”进入线电流传感器130(使用点常规互感器符号，其中+ve表示相对于电流互感器传感器(CT)的点符号的电流或电力潮流的方向和来自同相感应电压的相对幅度，即进入点，并且-ve表示负电流或电力潮流及相对幅度)，并且所有电流都不以相反的极性返回通过中性线电流传感器130。返回电流的一些流过G2上的N-G跨接线(电流I4)和G1上的N-G跨接线(电流I3)，特别是当存在故障情况时。由于在线路(L)侧线电流传感器130之间的输出电流和第一发电机(G1)的中性线电流(N)传感器130上的返回电流中将存在感测到的+ve差异，所以总电流I1被认为是+ve。从第一发电机流向负载母线140的电流可以表示为+ve。
可以进一步分析电流，其中I2表示流经第二发电机(G2)的线路和中性母线上的线电流传感器130的电流，其中I2是所示电流的矢量和。通信地耦合到这些相应的线电流传感器130的高速网络设备120可以被配置为将电流信息传送到一个或更多个其他高速网络设备120和/或控制器(例如，计算设备，诸如控制器700)。
控制器可以被配置为将通过第二发电机的线路和中性母线上的线电流传感器130的电力潮流计算为
Figure BDA0003090041930000063
其中
Figure BDA0003090041930000064
是相应的母线电压“V”和I2之间的角度。电流通过“点”进入线路侧线电流传感器130。中性线电流传感器130中的返回电流是相反的，并通过“点”离开。通过中性线的电流大于线电流，因为流过G1和G2的中性线-接地(N-G)跨接线的一些G1电流还流过G2的中性线电流传感器130(见图1)。因此，G2的输出线路(L)侧线电流传感器130和返回中性线电流(N)传感器130之间的电流中将存在负差。因此，I2可以认为是-ve。从第二发电机流向负载母线140的电流可以表示为-ve。
可以进一步分析电流，其中I3表示流经第一发电机的将中性线连接到接地的母线(N-G跨接线)上的线电流传感器130的电流。通信地耦合到该相应的线电流传感器130的高速网络设备120可以被配置为将电流信息传送到一个或更多个其他高速网络设备120和/或控制器(例如，计算设备，诸如控制器700)。
从中性母线150流向G2的N-G跨接线、G1的N-G跨接线、G1的返回电流被认为是+ve，因为电流通过“点”进入G1的N-G跨接线。
可以进一步分析电流，其中I4表示流经第二发电机的将中性线连接到接地的母线上的线电流传感器130的电流。通信地耦合到该相应的线电流传感器130的高速网络设备120可以被配置为将电流信息传送到一个或更多个其他高速网络设备120和/或控制器(例如，计算设备，诸如控制器700)。
从负载到中性母线150、到G2的N-G跨接线的返回电流被认为是-ve，因为该电流通过“点”离开G2的N-G CT。该电流最终通过G1上的N-G跨接线返回到G1。
正常情况下，当P1+P2＝0，且I3+I4为零时，***中不存在电力故障。
图2是示出根据示例实施方式的公共母线电力***200中的电流的示意图，其中示出了第一发电机110的负载母线上的电力故障。电力***200示出了两个发电机110，每个发电机具有相应的发电机母线、各种线电流传感器130、通信地耦合到一个或更多个线电流传感器130的高速网络设备120、断路器160、负载母线140和中性母线150。每条母线可以表示一相或更多相电力(例如三相电力)。在示例实施方式中，电力***200示出了安装在每个发电机的中性/接地跨接线之间以及从每个发电机的负载和中性线到相应的负载母线140和中性母线150的母线上的电流传感器130。
图2示出了第一发电机(G1)负载母线上的电力故障(对接地短路)危及正常电流的情况下的示例实施方式。在这些条件下的电流可以在控制器(例如，如图7所示的控制器700)中进行分析。在一个实施方式中，分析电流，其中I1表示流经第一发电机的线路和中性母线上的线电流传感器130的电流，其中I1是所示电流的矢量和。通信地耦合到这些相应的线电流传感器130的高速网络设备120可以被配置为将电流信息传送到一个或更多个其他高速网络设备120和/或控制器(例如，计算设备，诸如控制器700)。
控制器可以被配置为将通过第一发电机的线路和中性母线上的线电流传感器130的电力潮流计算为
Figure BDA0003090041930000081
其中
Figure BDA0003090041930000082
是相应的母线电压“V”和I1之间的角度。线路侧线电流传感器130和中性线电流传感器130上的电流方向是相同的，并且它从“点”的另一侧进入线电流传感器130。因此，总电流I1被认为是-ve。因为电力故障导致电流从负载母线140通过N-G跨接线而不是中性母线流回第一发电机，由于缺少电流，所以这可以表示为-ve。
可以进一步分析电流，其中I2表示流经第二发电机的线路和中性母线上的线电流传感器130的电流，其中I2是所示电流的矢量和。通信地耦合到这些相应的线电流传感器130的高速网络设备120可以被配置为将电流信息传送到一个或更多个其他高速网络设备120和/或控制器(例如，计算设备，诸如控制器700)。
控制器可以被配置为将通过第二发电机的线路和中性母线上的线电流传感器130的电力潮流计算为
Figure BDA0003090041930000083
其中
Figure BDA0003090041930000084
是相应的母线电压“V”和I2之间的角度。如图1所示，电流通过“点”进入G2的线电流传感器130，并通过G2的N-G跨接线返回到G2。此外，一些G1故障电流还流经G2的N-G，到达中性母线150并返回到G1。该电流通过“点”进入G2中性线，并通过“点”离开G1中性线电流传感器130。线电流传感器130和中性线电流传感器130中的电流方向是相同的，并且因此它们可以相加并被认为是+ve。从第二发电机流向负载母线140的电流可以表示为+ve。
可以进一步分析电流，其中I3表示流经第一发电机的将中性线连接到接地的母线上的线电流传感器130的电流。通信地耦合到该相应的线电流传感器130的高速网络设备120可以被配置为将电流信息传送到一个或更多个其他高速网络设备120和/或控制器(例如，计算设备，诸如控制器700)。
从第一发电机N-G跨接线流出的电流可以表示为+ve，因为该电流通过“点”进入线电流传感器130并从另一侧离开CT。
可以进一步分析电流，其中I4表示流经第二发电机的将中性线连接到接地的母线上的线电流传感器130的电流。通信地耦合到该相应的线电流传感器130的高速网络设备120可以被配置为将电流信息传送到一个或更多个其他高速网络设备120和/或控制器(例如，计算设备，诸如控制器700)。
从第二发电机N-G跨接线流出的电流可以表示为+ve，因为该电流通过“点”进入线电流传感器130并从另一侧离开线电流传感器130。
在这些故障条件下，P1因此可表示为–ve，P2可表示为+ve，I3可表示为+ve，以及I4可表示为+ve。控制器可以被配置为确定：在该示例部件的配置的情况下，P1的负值以及P2的正值、I3的正值和I4的正值指示接地故障在第一发电机(G1)的线路母线上。在一些实施方式中，控制器被配置为发送警报和/或警报状况。在一些实施方式中，控制器被配置为在接地故障电流高于接地故障电流的检拾值(pickup value)的情况下使相关联的断路器160跳闸。控制器可以被配置为将接地故障电流计算为I3+I4。
图3是示出根据示例实施方式的电力***300中的电流的示意图，其中示出了两个发电机110的负载或负载公共母线上的电力故障。电力***300示出了两个发电机110，每个发电机具有相应的发电机母线、各种线电流传感器130、通信地耦合到一个或更多个线电流传感器130的高速网络设备120、断路器160、负载母线140和中性母线150。每条母线可以表示一相或更多相电力(例如，三相电力)。在示例实施方式中，电力***300示出了安装在每个发电机的中性/接地跨接线之间以及从每个发电机的负载和中性线到相应的负载母线140和中性母线150的母线上的电流传感器130。
图3示出了负载母线140上的电力故障(对接地短路)危及正常电流的情况下的示例实施方式。可以在控制器(例如，控制器700)中分析这些条件下的电流。在一个实施方式中，分析电流，其中I1表示流经第一发电机(G1)的线路和中性母线上的线电流传感器130的电流，其中I1是所示电流的矢量和。通信地耦合到这些相应的线电流传感器130的高速网络设备120可以被配置为将电流信息传送到一个或更多个其他高速网络设备120和/或控制器(例如，计算设备，诸如控制器700)。
控制器可以被配置为将通过第一发电机的线路和中性母线上的线电流传感器130的电力潮流计算为
Figure BDA0003090041930000102
其中
Figure BDA0003090041930000101
是相应的母线电压“V”和I1之间的角度。电流通过“点”流入线路侧线电流传感器130，并且电流通过绕过第一发电机母线52-G1的中性线电流传感器130的中性到接地(N-G)跨接线返回到第一发电机(G1)。因此，通过52-G1的电流传感器130的电流的矢量和将为正。因为电力故障导致电流从第一发电机(G1)流向负载母线140返回到第一发电机(G1)，所以这可以表示为+ve。
可以进一步分析电流，其中I2表示流经第二发电机(G2)的线路和中性母线上的线电流传感器130的电流，其中I2是所示电流的矢量和。通信地耦合到这些相应的线电流传感器130的高速网络设备120可以被配置为将电流信息传送到一个或更多个其他高速网络设备120和/或控制器(例如，计算设备，诸如控制器700)。
控制器可以被配置为将通过第二发电机的线路和中性母线上的线电流传感器130的电力潮流计算为
Figure BDA0003090041930000103
其中
Figure BDA0003090041930000104
是相应的母线电压“V”和I2之间的角度。电流通过“点”流入线路侧线电流传感器130，并且电流通过绕过52-G2的中性线(N)电流传感器130的中性到接地(N-G)跨接线返回到第二发电机(G2)。因此，通过52-G2的电流传感器130的电流的矢量和将为正。从第二发电机(G2)流向负载母线140的电流可以表示为+ve。
可以进一步分析电流，其中I3表示流经第一发电机的将中性线连接到接地的母线上的线电流传感器130的电流。通信地耦合到该相应的线电流传感器130的高速网络设备120可以被配置为将电流信息传送到一个或更多个其他高速网络设备120和/或控制器(例如，计算设备，诸如控制器700)。
电流通过“点”进入电流传感器130，并从另一端离开电流传感器130。从第一发电机流向N-G跨接线的电流可以表示为+ve。
可以进一步分析电流，其中I4表示流经第二发电机的将中性线连接到接地的母线上的线电流传感器130的电流。通信地耦合到该相应的线电流传感器130的高速网络设备120可以被配置为将电流信息传送到一个或更多个其他高速网络设备120和/或控制器(例如，计算设备，诸如控制器700)。
电流通过“点”进入电流传感器130，并从另一侧离开电流传感器130。从第二发电机流向N-G跨接线的电流可以表示为+ve。
因此在这些故障条件下，P1可以表示为+ve，P2可以表示为+ve，I3可以表示为+ve，以及I4可以表示为+ve。控制器可以被配置为确定：在该部件的示例配置的情况下，P1、P2、I3和I4的正值指示接地故障在两个发电机的负载母线上。在一些实施方式中，控制器被配置为发送警报和/或警报状况。在一些实施方式中，控制器被配置为在接地故障电流高于接地故障电流的检拾值的情况下使相关联的断路器160跳闸。控制器还可以被配置为将接地故障电流计算为I3+I4。
图4是示出根据示例实施方式的电力***400中的电流的示意图，其中示出了第二发电机110的负载母线上的电力故障。电力***400示出了两个发电机110，每个发电机具有相应的发电机母线、各种线电流传感器130、通信地耦合到一个或更多个线电流传感器130的高速网络设备120、断路器160、负载母线140和中性母线150。每条母线可以表示一相或更多相电力(例如三相电力)。在示例实施方式中，电力***400示出了安装在每个发电机的中性/接地(N-G)跨接线之间以及从每个发电机的负载(L)和中性线(N)到相应的负载母线140和中性母线150的母线上的电流传感器130。
图4示出了电力故障(对接地短路)危及第二发电机(G2)的负载母线上的正常电流的情况下的示例实施方式。在这些条件下的电流可以在控制器(例如，如图7所示的控制器700)中进行分析。在一个实施方式中，分析电流，其中I1表示流经第一发电机的线路和中性母线上的线电流传感器130的电流，其中I1是所示电流的矢量和。通信地耦合到这些相应的线电流传感器130的高速网络设备120可以被配置为将电流信息传送到一个或更多个其他高速网络设备120和/或控制器(例如，计算设备，诸如控制器700)。
控制器可以被配置为将通过第一发电机的线路和中性母线上的线电流传感器130的电力潮流计算为
Figure BDA0003090041930000121
其中
Figure BDA0003090041930000122
是相应的母线电压“V”和I1之间的角度。电流从52-G1的线电流传感器130的“点”侧流入故障，流向负载母线140，流向52-G2线路侧电流传感器130(通过“点”离开52-G2电流传感器130)，并通过G1上的N-G跨接线返回到G1。因为电流没有通过52-G1的中性线电流传感器130返回，所以线电流传感器130电流和52-G1电流传感器130上的中性电流的矢量和将为正。因为电力故障导致电流从第一发电机流到负载母线140，返回到第一发电机，这可以表示为+ve。
可以进一步分析电流，其中I2表示流经第二发电机的线路和中性母线上的线电流传感器130的电流，其中I2是所示电流的矢量和。通信地耦合到这些相应的线电流传感器130的高速网络设备120可以被配置为将电流信息传送到一个或更多个其他高速网络设备120和/或控制器(例如，计算设备，诸如控制器700)。
控制器可以被配置为将通过第二发电机的线路和中性母线上的线电流传感器130的电力潮流计算为
Figure BDA0003090041930000123
其中
Figure BDA0003090041930000124
是相应的母线电压“V”和I2之间的角度。电流从第二发电机(G2)绕过第二发电机(G2)的线路侧电流传感器130流向电力故障。部分返回电流流经第二发电机(G2)上的N-G跨接线，并且剩余的返回电流流经第一发电机(G1)的N-G跨接线，通过“点”侧到达第一发电机(G1)的中性线(N)电流传感器130，通过与“点”相反的一侧到达第二发电机(G2)的中性线电流传感器130，并返回到第二发电机(G2)。第二发电机(G2)的线路侧电流传感器130中的电流是由第一发电机(G1)提供的故障电流，并且它通过第二发电机(G2)的线路侧电流传感器130从与“点”相反的一侧流入故障。线路侧电流传感器130中的电流和第二发电机(G2)上的中性(CT)传感器中的电流相加并且被认为是-ve，因为它们从与“点”相反的一侧进入电流传感器130。从第二发电机(G2)流向负载母线140的电流可以表示为-ve。
可以进一步分析电流，其中I3表示流经第一发电机(G1)的将中性线连接到接地(N-G)的母线上的线电流传感器130的电流。通信地耦合到该相应的线电流传感器130的高速网络设备120可以被配置为将电流信息传送到一个或更多个其他高速网络设备120和/或控制器(例如，计算设备，诸如控制器700)。
从第一发电机(G1)流向N-G跨接线的电流可以表示为+ve，因为电流通过线电流传感器130的“点”进入第一发电机(G1)的N-G跨接线电流传感器130。
可以进一步分析电流，其中I4表示流经第二发电机的将中性线连接到接地的母线上的线电流传感器130的电流。通信地耦合到该相应的线电流传感器130的高速网络设备120可以被配置为将电流信息传送到一个或更多个其他高速网络设备120和/或控制器(例如，计算设备，诸如控制器700)。
控制器可以被配置为将通过第二发电机的将中性线连接到接地的母线上的线电流传感器130的电力潮流计算为
Figure BDA0003090041930000131
其中
Figure BDA0003090041930000132
是相应的母线电压“V”和I4之间的角度。从第二发电机(G2)流向N-G跨接线的电流可以表示为+ve，因为电流通过“点”端进入N-G跨接线线电流传感器130，并且从另一端离开线电流传感器130。
因此，在这些故障条件下，P1可以表示为+ve，P2可以表示为-ve，I3可以表示为+ve，以及I4可以表示为+ve。控制器可以被配置为确定：在该示例部件的配置的情况下，P1的正值连同P2的负值以及I3和I4的正值指示接地故障在第二发电机(G2)的线路母线上。在一些实施方式中，控制器被配置为发送警报和/或警报状况。在一些实施方式中，控制器被配置为在接地故障电流高于接地故障电流的检拾值的情况下使相关联的断路器160跳闸。控制器可以被配置为将接地故障电流计算为I3+I4。
下表总结了如图1-图4所示的各种电力潮流的情况：
Figure BDA0003090041930000141
图5是示出根据示例实施方式的具有发电机和公用设施的电力***500中具有连结断路器和多点接地的传输对中的正常电力潮流的示意图。电力***500包括在多点接地***中具有连结(tie)的传输对。电力***500示出了发电机110和公用设施510，每个都具有相应的发电机母线和公用设施母线、各种线电流传感器130、通信地耦合到一个或更多个线电流传感器130的高速网络设备120、断路器160、两条负载母线140和中性母线150。每条母线可以表示一相或更多相电力(例如三相电力)。在示例实施方式中，电力***100示出了安装在发电机110的中性/接地跨接线之间以及从发电机110的负载和中性线到相应的负载母线140和中性母线150的母线上的电流传感器130。另外，电力***100示出了安装在发电机110的中性/接地跨接线之间以及从公用设施510的负载和中性线到相应的负载母线140和中性母线150的母线上的电流传感器130。
图5示出了正常电流情况下的示例实施方式。可以在控制器(例如，控制器700)中分析正常电流。在一个实施方式中，分析电流，其中I1表示流经发电机110的线路和中性母线上的线电流传感器130的电流，其中I1是所示电流的矢量和。通信地耦合到这些相应的线电流传感器130的高速网络设备120可以被配置为将电流信息传送到一个或更多个其他高速网络设备120和/或控制器(例如，计算设备，诸如控制器700)。
通过线电流传感器的电力潮流的进一步分析可以类似于以上针对图1-图4的分析来完成。下表总结了与图1-图4所分析的情况类似的各种情况：
Figure BDA0003090041930000151
图6示出了根据示例实施方式的确定电力***中电力故障的位置的方法600。下面给出的方法600的操作旨在是说明性的。在一些实施方式中，方法600可以用一个或更多个未描述的附加操作和/或在不使用一个或更多个已描述操作的情况下完成。图6中示出和下面描述的方法600的操作的顺序并不旨在是限制性的。
在一些实施方式中，方法600可以在一个或更多个处理设备(例如，数字处理器、模拟处理器、设计用于处理信息的数字电路、设计用于处理信息的模拟电路、状态机和/或用于电子处理信息的其他机构)中实现。一个或更多个处理设备可以包含响应于电子存储在电子存储介质上的指令而执行方法600的一些或全部操作的一个或更多个设备。一个或更多个处理设备可以包含通过硬件、固件和/或软件而被配置为被专门设计用于执行方法600的一个或更多个操作的一个或更多个设备。例如，一个或更多个处理设备可以包括如图7所示的控制器700。
操作602可以包括从多个线电流传感器接收电流和/或电流的方向。在一些实施方式中，通过网络设备(例如，高速网络设备120)接收电流值。可以从多个线电流传感器(例如，线电流传感器130)接收电流值。多个线电流传感器可以安装在电力***的各种母线(例如发电机线路母线、中性母线、中性到接地连接等)上。在一些实施方式中，网络设备(例如，高速网络设备120)在电流值被接收之前将电流值传送给一个或更多个其他高速网络设备120。在一些实施方式中，仅当电流值高于阈值时，才从网络设备120接收由线电流传感器130测量的电流值。在一些实施方式中，多个线电流传感器发送指示电流的方向的相应值，并且可以或可以不另外发送电流值。
操作604可以包括确定多个线电流传感器(例如，线电流传感器130)中的一个或更多个的电力潮流和方向。可以计算通过安装在相应的相关联的母线上的线电流传感器130的电力潮流和方向。例如，电力潮流可以计算为
Figure BDA0003090041930000161
其中
Figure BDA0003090041930000162
是其中安装线电流传感器130的母线的相应的母线电压“V”和相应的母线上的电流I之间的角度。多个线电流传感器可以安装在电力***的各种母线(例如发电机线路母线、中性母线、中性到接地连接等)上。
操作606可以包括确定电流是否正常。基于电力***的相应的配置将通过在例如发电机线路母线、中性母线、中性到接地连接等等上的多个线电流传感器(例如，线电流传感器130)的电力潮流的方向与电力潮流方向的模式(pattern)进行匹配，以确定电流是否正常。
操作608可以包括确定电力故障的位置。在606确定的通过在例如发电机线路母线、中性母线、中性到接地连接等等上的多个线电流传感器(例如，线电流传感器130)的电力潮流的方向可以与电力潮流方向的模式进行匹配。针对电力***的相应配置的电力潮流方向的匹配模式可以确定电力故障所处的位置(例如，哪条母线)。
操作610可以包括对电力故障做出响应。在一些实施方式中，对电力故障做出响应包括基于确定电力故障已经发生来激活警报。警报可以包括电力故障的位置。在一些实施方式中，警报包括设置警报标志和/或通过高速网络发送消息(例如，使用一个或更多个高速网络设备120)。在一些实施方式中，对电力故障做出响应包括使安装在电力***的相应母线上的断路器(例如，断路器160)跳闸，该断路器基于电力故障的位置来选择。
尽管已经基于当前被认为是最实际和最优选的实施方式出于说明的目的详细描述了本技术，但是应当理解，这种细节仅用于该目的，并且该技术不限于所公开的实施方式，但是相反，意在覆盖所附权利要求的精神和范围内的修改和等效布置。例如，应当理解，本技术预期在可能的范围内，任何实施方式的一个或更多个特征可以与任何其他实施方式的一个或更多个特征组合。
图7是控制器700的实施例的示意框图。在一些实施方式中，一个或更多个控制器可以是包括一个或更多个发电机110的发电机组的一部分。控制器700包括处理器702、存储器704或其他计算机可读介质以及收发器712。应当理解，控制器700仅示出了控制电路的一个实施方式。
处理器702可以包含微处理器、可编程逻辑控制器(PLC)芯片、ASIC芯片或任何其它合适的处理器。处理器702与存储器704通信并配置为执行存储在存储器704中的指令、算法、命令或其他程序。
存储器704包含本文讨论的存储器和/或存储部件中的任何一种。例如，存储器704可以包含处理器702的RAM和/或高速缓存。存储器704还可包含相对于控制器700本地或远程的一个或更多个存储设备(例如硬盘驱动器、闪存驱动器、计算机可读介质等)。存储器704被配置成存储查找表、算法或指令。
例如，存储器704包括电流分析电路704a、电力潮流电路704b和电力故障定位电路704c。电流分析电路704a可以被配置为经由收发器712分析网络数据中的电流值。电流分析可以包括分析与一个或更多个发电机110的线路和中性母线之间、一个或更多个发电机110的中性和接地跨接线之间、一个或更多个发电机110的每个相应发电机110的负载母线和中性母线与相应负载母线和/或中性母线之间以及***的其他可能母线之间的线电流传感器130相关联的电流值。
电力潮流电路704b可以被配置为将通过相应发电机110的相应线路和/或中性母线上的线电流传感器130的电力潮流计算为
Figure BDA0003090041930000181
其中
Figure BDA0003090041930000182
是相应的母线电压“V”和电流“I”之间的角度。
电力故障定位电路704c可以被配置为从多个线电流传感器接收电流和电流的方向。可以通过收发器178从多个线电流传感器(例如，线电流传感器130)接收电流值。电力故障定位电路704c还可以被配置为确定多个线电流传感器(例如，线电流传感器130)中的一个或更多个的电力潮流和方向。可以计算通过安装在相应的相关联的母线上的线电流传感器130的电力潮流和方向。例如，电力潮流可以计算为
Figure BDA0003090041930000183
其中
Figure BDA0003090041930000184
是其中安装有线电流传感器130的母线的相应的母线电压“V”和相应的母线上的电流I之间的角度。多个线电流传感器可以安装在电力***的各种母线(例如发电机线路母线、中性母线、中性到接地连接等)上。
电力故障定位电路704c可以被配置为确定电流是否正常。基于电力***的相应的配置将通过在例如发电机线路母线、中性母线、中性到接地连接等等上的多个线电流传感器(例如，线电流传感器130)的电力潮流的方向与电力潮流方向的模式进行匹配，以确定电流是否正常。
电力故障定位电路704c可以被配置为确定电力故障的位置。通过在例如发电机线路母线、中性母线、中性到接地连接上的多个线电流传感器(例如，线电流传感器130)的电力潮流的方向可以与电力潮流方向的模式进行匹配。针对电力***的相应配置的电力潮流方向的匹配模式可以确定电力故障所处的位置(例如，哪条母线)。
电力故障定位电路704c可以被配置为对电力故障做出响应。在一些实施方式中，对电力故障做出响应包括基于确定电力故障已经发生来激活警报。警报可以包括电力故障的位置。在一些实施方式中，警报包括设置警报标志和/或通过高速网络发送消息(例如，使用一个或更多个高速网络设备120)。在一些实施方式中，对电力故障做出响应包括使安装在电力***的相应母线上的断路器(例如，断路器160)跳闸，该断路器基于电力故障的位置来选择。
应当注意，本文用于描述各种实施方式的术语“示例”意图表明这样的实施方式是可能的实施方式的可能的示例、表示和/或说明(并且这样的术语并不意图暗示这样的实施方式必须是特别的或最好的示例)。
如本文使用的术语“耦合”等意味着两个构件直接或间接地彼此连接。这种连接可以是固定的(例如，永久的)或可移动的(例如，可移除的或可释放的)。这种连接可以通过以下方式来实现：将两个构件或两个构件和任何附加的中间构件彼此一体成型为单个整体或者将两个构件或两个构件和任何附加的中间构件彼此附接。
重要的是注意到，各种示例性实施方式的结构和布置仅仅是说明性的。虽然在本公开中只详细描述了几个实施方式，但审阅本公开的本领域技术人员将容易认识到，很多修改(例如，在各种元件的大小、尺寸、结构、形状和比例、参数的值、安装布置、材料的使用、颜色、定向等上的变化)是可能的，而实质上不偏离本文所描述的主题的新颖性教导和优点。此外，应当理解，来自本文公开的一个实施方式的特征可以与本文公开的其它实施方式的特征组合，如本领域中的普通技术人员应理解的。也可在各种示例性实施方式的设计、操作条件和布置上做出其它替代、修改、变化和省略，而不偏离本发明的范围。
尽管本说明书包含许多具体的实施细节，但是这些细节不应被解释为对任何发明或可能要求保护的内容的范围的限制，而是被解释为对特定发明的特定实施所特有的特征的描述。在单独的实施方式的上下文中，本说明书中描述的某些特征还可以在单个实施方式中组合实施。相反，在单个实施方式的上下文中描述的各种特征还可以分别在多个实施方式中或以任何合适的子组合来实施。此外，尽管特征可能在上文被描述为在特定组合中起作用并甚至起初如此要求保护的，但是来自所要求保护的组合的一个或更多个特征可以在一些情况下从组合中删除，并且所要求保护的组合可以针对子组合或子组合的变形。

Claims (22)

1.一种电力***，包括：
多个发电机，所述多个发电机操作性地连接到相应的母线；
相应的线电流传感器，其在负载母线与每个发电机的每个相应的母线之间；
相应的网络设备，其操作性地耦合到每个相应的线电流传感器；和
一个或更多个控制器，所述一个或更多个控制器被配置为：
从所述网络设备接收由所述线电流传感器测量的相应的电力潮流方向，以及
基于在每个相应的线电流传感器处的所述相应的电力潮流方向来确定电力故障的潜在位置。
2.根据权利要求1所述的电力***，进一步包括：
相应的线电流传感器，其在中性母线和所述多个发电机中的每个发电机的相应的中性母线中的每一个中性母线之间。
3.根据权利要求1所述的电力***，其中，所述一个或更多个控制器之一是集成到所述多个发电机之一中的控制器。
4.根据权利要求2所述的电力***，其中，所述一个或更多个控制器还被配置为：
从相应的网络设备接收由在所述中性母线和所述多个发电机中的每个发电机的所述相应的中性母线中的每一个中性母线之间的所述线电流传感器测量的电流值，以及
进一步基于在所述中性母线和所述多个发电机中的每个发电机的所述相应的中性母线中的每一个中性母线之间的所述线电流传感器中的每一个处的相应的电力潮流方向来确定所述电力故障的位置。
5.根据权利要求2所述的电力***，其中，所述一个或更多个控制器还被配置为基于在每个相应的线电流传感器处的相应的电力潮流方向来确定所述电力***中不存在电力故障。
6.根据权利要求2所述的电力***，其中，所述一个或更多个控制器还被配置为：
从安装在所述电力***的发电机母线上的第一线电流传感器接收第一电流值，
从安装在所述电力***的负载母线上的第二线电流传感器接收第二电流值，
使用所述第一电流值确定所述第一线电流传感器中的第一电力潮流方向，
使用所述第二电流值确定所述第二线电流传感器中的第二电力潮流方向，以及
基于所述第一电力潮流方向和所述第二电力潮流方向确定电力故障位于所述电力***的所述发电机母线或所述电力***的负载母线中的一个上。
7.根据权利要求6所述的电力***，其中，所述一个或更多个控制器还被配置为：
从安装在所述电力***的第二发电机母线上的第三线电流传感器接收第三电流值，
使用所述第三电流值确定所述第三线电流传感器中的第三电力潮流方向，以及
其中，还基于所述第三电力潮流方向确定所述电力故障位于所述电力***的所述发电机母线或所述电力***的负载母线中的一个上。
8.根据权利要求7所述的电力***，其中，所述一个或更多个控制器还被配置为确定所述电力故障是否位于所述电力***的所述第二发电机母线上。
9.根据权利要求6所述的电力***，还包括安装在所述发电机母线上的断路器，其中，所述一个或更多个控制器还被配置为：
确定所述电力故障位于所述电力***的所述发电机母线上，以及
使安装在所述电力***的所述发电机母线上的所述断路器跳闸。
10.根据权利要求1所述的电力***，其中，当由所述线电流传感器测量的电流值高于阈值时，仅从所述网络设备接收所述电流值。
11.根据权利要求2所述的电力***，还包括用于绝缘母线的中性线和接地线之间的线电流传感器，其中，所述一个或更多个控制器还被配置为：
从安装在中性母线和所述多个发电机的第一发电机的第一中性母线之间的第一线电流传感器接收第一电流值，
从安装在所述中性母线和所述多个发电机的第二发电机的第二中性母线之间的第二线电流传感器接收第二电流值，
从中性线和接地线之间的所述线电流传感器接收第三电流值，
使用所述第一电流值确定所述第一线电流传感器中的第一电力潮流方向，
使用所述第二电流值确定所述第二线电流传感器中的第二电力潮流方向，
使用所述第三电流值确定所述第二线电流传感器中的第三电力潮流方向，以及
基于所述第一电力潮流方向、所述第二电力潮流方向和所述第三电力潮流方向，确定电力故障位于所述第一发电机的发电机母线、所述第二发电机的发电机母线或所述电力***的负载母线中的一个上。
12.一种在控制器上执行的确定电力***中的故障的方法，所述方法包括：
从安装在所述电力***的第一母线上的第一电流传感器接收指示电流的第一值；
从安装在所述电力***的第二母线上的第二电流传感器接收指示电流的第二值；
使用指示电流的所述第一值确定所述第一电流传感器中的第一电力潮流方向；
使用指示电流的所述第二值确定所述第二电流传感器中的第二电力潮流方向；和
基于所述第一电力潮流方向和所述第二电力潮流方向确定电力故障位于所述电力***的所述第一母线或所述电力***的所述第二母线中的一个上。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述第一母线操作性地连接到第一发电机，而所述第二母线操作性地连接到第二发电机。
14.根据权利要求12所述的方法，还包括：
从安装在所述电力***的第三母线上的第三电流传感器接收指示电流的第三值；
使用指示电流的所述第三值确定所述第三电流传感器中的第三电力潮流方向；和
其中，还基于所述第三电力潮流方向确定所述电力故障位于所述电力***的所述第一母线或所述电力***的所述第二母线中的一个上。
15.根据权利要求12所述的方法，其中，指示来自所述第一电流传感器的电流的所述第一值和指示来自所述第二电流传感器的电流的所述第二值是以下项之一：(1)电流量的相应值或(2)电流方向的相应值。
16.根据权利要求12所述的方法，还包括：基于确定所述电力故障位于所述电力***的所述第一母线或所述电力***的所述第二母线中的一个上，使操作性地连接到所述电力***的所述第一母线或所述电力***的所述第二母线的相应的断路器跳闸。
17.根据权利要求12所述的方法，还包括：
从安装在所述电力***的第三母线上的第三电流传感器接收指示电流的第三值；
从安装在所述电力***的第四母线上的第四电流传感器接收指示电流的第四值；
从安装在所述电力***的第五母线上的第五电流传感器接收指示电流的第五值；
使用指示电流的所述第三值确定所述第三电流传感器中的第三电力潮流方向；
使用指示电流的所述第四值确定所述第四电流传感器中的第四电力潮流方向；
使用指示电流的所述第五值确定所述第五电流传感器中的第五电力潮流方向；和
其中，所述第一母线是发电机母线，所述第二母线是发电机中性母线，所述第三母线是公用设施母线，所述第四母线是公用设施中性母线，而所述第五母线是连系母线；和
基于所述第一电力潮流方向、所述第二电力潮流方向、所述第三电力潮流方向、所述第四电力潮流方向和所述第五电力潮流方向，确定电力故障位于所述发电机母线、负载母线或所述公用设施母线中的一个上。
18.一种在其上体现有指令的非暂时性计算机可读储存介质，所述指令能够由一个或更多个处理器执行以执行用于确定电力***中的故障的操作，所述操作包括：
从安装在所述电力***的第一母线上的第一电流传感器接收第一电流值；
从安装在所述电力***的第二母线上的第二电流传感器接收第二电流值；
使用所述第一电流值确定所述第一电流传感器中的第一电力潮流方向；
使用所述第二电流值确定所述第二电流传感器中的第二电力潮流方向；和
基于所述第一电力潮流方向和所述第二电力潮流方向确定电力故障位于所述电力***的所述第一母线或所述电力***的所述第二母线中的一个上。
19.根据权利要求18所述的计算机可读储存介质，其中，所述第一母线操作性地连接到第一发电机，而所述第二母线操作性地连接到第二发电机。
20.根据权利要求18所述的计算机可读储存介质，其中，所述操作还包括：
从安装在所述电力***的第三母线上的第三电流传感器接收第三电流值；
使用所述第三电流值确定所述第三电流传感器中的第三电力潮流方向；和
其中，还基于所述第三电力潮流方向确定所述电力故障位于所述电力***的所述第一母线或所述电力***的所述第二母线中的一个上。
21.根据权利要求18所述的计算机可读储存介质，其中，所述操作还包括基于确定所述电力故障位于所述电力***的所述第一母线或所述电力***的所述第二母线中的一个上来激活警报。
22.根据权利要求18所述的计算机可读储存介质，其中，所述操作还包括基于确定所述电力故障位于所述电力***的所述第一母线或所述电力***的所述第二母线中的一个上，使操作性地连接到所述电力***的所述第一母线或所述电力***的所述第二母线的相应断路器跳闸。
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