CN117970025A - 用于电力传输***的线路保护中的故障检测的方法、***和设备 - Google Patents

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Abstract

一种用于电力传输***的线路保护中的故障检测的方法、***和设备。获取电气线路上的测量点处的电压(u)。测量点是安装用于所述线路保护的保护装置处的点。进一步获取所述测量点处的电流(i)并且确定所述电流的微分值。然后，根据所述电气线路的时域集总参数模型，从所述测量点处的所述电压(u)、所述测量点处的所述电流(i)和所述电流(i)的所述微分值确定在所述电气线路上的设定点处的电压(uq)。可以进一步确定在故障时段期间所述设定点处确定的电压与在故障前时段期间所确定的所述设定点处的电压之间的电压变化。所述故障检测可以基于所述确定的电压变化和故障阈值而被执行。可以确保在低采样率情况下电压的确定准确性和检测可靠性。此外，解决方案可以在故障开始之后立即工作，几乎不需要等待时间，因此可以实现超快速线路保护。

Description

用于电力传输***的线路保护中的故障检测的方法、***和 设备
本申请是基于申请日为2016年4月14日、申请号为201680080756.9、发明名称为“用于电力传输***的线路保护中的故障检测的方法、***和设备”的中国发明专利申请的分案申请。
技术领域
本公开的非限制性和示例性实施例总体涉及电力传输领域，更具体地涉及一种用于电力传输***的线路保护中的故障检测的方法、***和设备。
背景技术
本部分引入了可以有利于本公开的更好理解的方面。因此，本部分的陈述应该据此来阅读而不应该被理解为承认哪些是现有技术或哪些不是现有技术。
距离保护是线路保护技术之一，其确定故障点与安装保护装置处的点之间的距离并且基于确定的距离来确定动作的时间。出于技术和商业原因两者，距离保护是针对特高压/超高压(EHV/UHV)输电线路***的最重要的保护之一。对于线路距离保护，快速动作是最重要的特征之一并且也是客户最重要的要求之一。由于故障检测是触发距离保护的主要标准，所以其是线路距离保护的关键技术。
在作者为Gunnar Nimmersjo和Murari Mohan Saha的题目为“A new approach tohigh speed relaying based on transient phenomena”(Fourth InternationalConference on Developments in Power Protection，11-13 Apr 1989，Page(s)：140-145)的文章中公开了一种故障检测解决方案，其中提出使用电报方程(telegraphequation)来计算设定点处的电压并且将计算的电压与预定的阈值进行比较以确定是否存在故障。具体地，在该解决方案中，首先计算故障之前设定点处的电压uq，记为uq′；然后计算故障之后的电压uq并且基于计算的uq和uq′计算ΔUq＝Uq-Uq′；如果δuq＝|ΔUq|-|U′q|＞0，则确定存在内部故障。该方法理论上可以实现相当高速的保护，但是其需要非常高的采样率以实现足够的准确性，而这是不实际的。
在另一种传统解决方案中，提出了一种不同的距离保护解决方案，其被称为故障元件距离保护。在该方案中，提出了计算设定点处的电压以检测故障，其中通过由傅里叶算法确定的电压和电流矢量来计算设定点处的电压。然而，该解决方案是基于矢量的并且其可能在非常短的数据窗中的准确计算矢量方面具有问题，因此，该解决方案的性能将被误差严重影响。
发明内容
本公开的各个实施例主要旨在提供一种用于电力传输***的线路保护中的故障检测的解决方案，以解决或至少部分地缓解现有技术中的至少一部分问题。本公开的实施例的其它特征和优点也将在结合附图阅读时从具体实施例的以下描述中得到理解，其中附图以示例的方式图示出本公开的实施例的原理。
根据本公开的第一方面，提供一种用于电力传输***的线路保护中的故障检测。所述方法包括获取电气线路上的测量点处的电压。所述测量点是安装用于所述线路保护的保护装置处的点。所述方法还包括获取所述测量点处的电流并且确定所述电流的微分值。所述方法进一步包括根据所述电气线路的时域集总参数模型，从所述测量点处的所述电压、所述测量点处的所述电流以及所述电流的所述微分值确定在所述电气线路上的设定点处的电压。可以进一步确定在故障时段期间所述设定点处确定的电压与在故障前时段期间所确定的所述设定点处的电压之间的电压变化。可以基于所述确定的电压变化和故障阈值而执行所述故障检测。
在本公开的实施例中，确定设定点处的电压可以基于微分方程执行。
在本公开的另一个实施例中，所述微分方程可以包括：
其中u(t)表示所述测量点处的所述电压；i(t)表示所述测量点处的所述电流，R表示所述集总参数模型中的电阻器的电阻值，L表示所述集总参数模型中的电感器的电感值，并且表示所述电流i(t)的所述微分值。如果我们考虑离散时间***域，例如瞬间k处的采样点，上述方程可以被重写如下以表示离散时域中的计算：
其中，uk表示所述保护安装点处的电压，ik表示所述保护安装点处的电流，R表示所述集中模型中的电阻器的电阻值，L表示所述集中模型中的电感器的电感值，并且表示电流ik的微分值(dik＝ik-ik-1；dt＝给定采样率的样本间隔；ik-1表示在离散时域中的瞬间k之前的瞬间k-1时的测量电流)。在本公开的又一个实施例中，所述时域集总参数模型可以包括任何类型的电阻-电感′电容(RLC)模型或电阻-电感(RL)模型。
在本公开的再一个实施例中，获取所述测量点处的电流可以包括获取所述测量点处的相电流；以及从所述相电流去除接地电容电流和相间电容电流中的至少一个。
在本公开的另一个实施例中，所述故障阈值可以是可靠系数与在所述故障前时段期间所确定的所述设定点处的电压的乘积。
在本公开的又一个实施例中，所述故障阈值可以是可靠系数与所述电气线路的额定电压的乘积。
在本公开的第二方面中，还提供一种用于电力传输***的线路保护中的故障检测的***。所述***包括：一个或多个处理器；存储器，被耦合到所述处理器中的至少一个处理器；以及被存储在所述存储器中的一组程序指令。所述程序指令能够通过所述处理器中的至少一个处理器来执行以使得所述***：获取电气线路上在安装保护装置的测量点处的电压；获取所述测量点处的电流；确定所述电流的微分值；根据所述电气线路的时域集总参数模型，从所述测量点处的所述电压、所述测量点处的所述电流和所述电流的所述微分值确定所述电气线路上的设定点处的电压；确定在故障时段期间所述设定点处确定的电压与在故障前时段期间所确定的所述设定点处的电压之间的电压变化；并且基于所述确定的电压变化和故障阈值而执行所述故障检测。
在本公开的第三方面中，还提供一种用于线路保护中的故障检测的设备。所述设备可以包括电压获取模块、电流获取模块、微分值确定模块、电压确定模块、变化确定模块以及故障检测模块。所述电压获取模块可以被配置为获取电气线路上在安装保护装置的测量点处的电压。所述电流获取模块可以被配置为获取所述测量点处的电流。所述微分值确定模块可以被配置为确定所述电流的微分值。所述电压确定模块可以被配置为根据所述电气线路的时域集总参数模型，从所述测量点处的所述电压、所述测量点处的所述电流和所述电流的所述微分值确定所述电气线路上的设定点处的电压。所述变化确定模块可以被配置为确定在故障时段期间所述设定点处确定的电压与在故障前时段期间所确定的所述设定点处的电压之间的电压变化。所述故障检测模块可以被配置为基于所述确定的电压变化和故障阈值而执行所述故障检测。
通过本公开的实施例，当所述设定点处的电压被确定时，所述时域集总参数模型被用于电气线路***，并且所述测量点处的电流的微分值被使用。由于所述时域参数模型的使用，电压的确定准确性和由此的检测可靠性可以被确保，同时微分值的使用可以降低采样率并且因此不涉及由计算矢量导致的误差。此外，解决方案可以在故障开始之后立即工作，几乎不需要等待时间，因此可以实现超快速线路保护。
附图说明
本公开的各个实施例的以上和其它方面、特征和益处将从下面参照附图的详细描述中、通过示例而变得更清楚，在附图中，相同的附图标记或符号被用于指定相同或等同的元件。附图被示出以便于更好地理解本公开的实施例并且不必按比例绘制，其中：
图1示意性地示出根据本公开的实施例的电力传输***的线路保护中的故障检测的方法的流程图；
图2示意性地示出根据本公开的实施例的输电线路的示例RLC模型；
图3示意性地示出根据本公开的实施例的A相的电容电流路径的图；
图4示意性地示出根据本公开的实施例的输电线路的单线图；
图5示意性地示出根据本公开的实施例的输电线路的三线图；
图6示意性地示出根据本公开的实施例的解决方案的输电线路***，基于该输电线路***来实施模拟；
图7示意性地示出根据本公开的实施例的在点K2处发生外部故障的模拟结果；
图8示意性地示出根据本公开的实施例的在点K1处发生AG故障的模拟结果；
图9示意性地示出根据本公开的实施例的用于电力传输***的线路保护中的故障检测的***；以及
图10示意性地示出根据本公开的实施例的用于电力传输***的线路保护中的故障检测的设备。
具体实施方式
在下文中，将参照示出的实施例描述本公开的原理和精神。应该理解的是，给出的所有这些实施例仅仅为了让本领域技术人员更好地理解并且进一步实践本公开，而不是用于限制本公开的范围。例如，如一个实施例的部分说明或描述的特征可以与另一个实施例一起使用以产生又一个实施例。为了清楚，并没有在本说明书中描述实际实施方式的全部特征。
在说明书中对“一个实施例”、“实施例”、“示例实施例”等的引用表示描述的实施例可以包括特定特征、结构或特性，但每个实施例并不一定包括该特定特征、结构或特性。此外，这种用语不一定指代同一个实施例。此外，当结合实施例来描述特定特征、结构或特性时，这表示在本领域技术人员的知识内可以结合其它实施例来实现这个特征、结构或特性，而不论是否明确描述。
应该理解，尽管术语“第一”、“第二”等可以在本文中被用于描述各个元件，然而这些元件不应该被这些术语限制。这些术语仅用于彼此区别不同元件。例如，在不脱离示例实施例的范围的情况下，第一元件可以被称为第二元件，并且类似地，第二元件可以被称为第一元件。如本文使用的，术语“和/或”包括相关列出术语中的一个或多个的任意或全部组合。
本文使用的术语仅为了描述特定实施例，而不旨在限制示例实施例。如本文使用的，单数形式“一”、“一个”和“所述”也旨在包括复数形式，除非上下文明确另外表示。将进一步理解的是，当在本文中使用时，术语“包括”、“包含”、“具有”、“带有”、“包括有”和/或“包含有”表示存在所说明的特征、元件和/或组件等，但是不排除存在或添加一个或多个其它特征、元件、组件和/或其组合。还将理解的是，当在本文中使用时，术语“连接”、“耦合”、“联结”等仅表示存在两个元件之间的电连接，并且它们可以直接或间接连接，除非明确说明相反。
在下面的说明书和权利要求中，除非另外限定，否则本文使用的所有技术术语和科技术语具有与本公开所属的本领域技术人员通常理解的相同含义。术语“保护装置”表示诸如距离继电器的装置，其被安装在输电线路的一点上以用于在输电线路的保护区域中存在故障时在其保护区域内提供线路保护。本文使用的术语“测量点”表示输电线路上的点，在该点处执行测量以获取电流和电压中的任一个，并且该点通常位于保护装置被安装的位置处。本文的“设定点”表示输电线路上的预定点，在该预定点处的电压将被用于检测故障，并且“设定点”通常是保护装置的保护区域的端点。
如背景技术部分所述，在常规解决方案中，基于电报方程的距离保护需要非常高的采样率，并且由于对采样频率的高要求而在实际应用中是不实用的。另一方面，基于矢量的故障元件距离保护可能在非常短的数据窗中的准确计算矢量方面存在问题。因此，在本公开的实施例中，提供一种用于电力传输的线路保护中的故障检测的解决方案。在本公开的实施例中，电气线路上的测量点(安装线路保护的保护装置的点)处的电压和电流被获取并且电流的微分值被获取。根据电气线路的时域集总参数模型、从测量点处的电压和电流以及电流的微分值来确定电气线路的设定点处的电压。然后，确定的电压可以被用于执行线路保护中的故障检测。由于时域集总参数模型的使用，电压的确定准确性和由此的检测可靠性能够被确保，同时，微分值的使用可以降低采样率并且因此不涉及由计算矢量导致的误差。此外，解决方案可以在故障开始之后立即工作，几乎不需要等待时间，因此可以实现超快速线路保护。在下文中，将参照图1至图10描述本公开的特定实施例。
首先参照图1，其示意性地示出根据本公开的实施例的电力传输***的线路保护中的故障检测的方法100的流程图。
如图1所示，方法从步骤110开始，在步骤110中，获取测量点处的电压。如上所述，本文使用的术语“测量点”表示电气线路上的点，在该点处执行测量以获得电流和电压中的任一个，并且该点通常位于保护装置被安装的位置处。保护装置可以是任意类型的保护装置，例如距离继电器。可以通过本领域中任意适合的电压测量装置来测量测量点处的电压。例如，可以在测量点处或测量点附近安装电压测量装置，并且使用电压测量装置测量测量点处的电压。因此，可以直接从电压测量装置中获取测量点处的电压，或者从存储有来自电压测量装置的电压测量的数据库或资源库中获取测量点处的电压。电压测量装置和电压的测量在本领域中已知并且因此在本文中将不再详细阐明。
在步骤120中，获取保护装置处的电流。类似于保护装置处的电压，可以通过本领域中任意适合的电流感测装置来测量测量点处的电流。例如，可以在测量点处或测量点附近设置诸如电流传感器、感测电阻器等的电流感测装置，并且使用电流感测装置来测量测量点处的电流。因此，可以直接从电流感测装置中获取测量点处的电流，或者从存储有来自电流感测装置中的电流测量的数据库或资源库中获取测量点处的电流。电流感测装置和电流的测量在本领域中已知并且因此在本文中将不再详细阐明。
进一步在步骤130中，确定在测量点处的电流的微分值。在该步骤中，测量点处的电流可以关于时间t进行微分，从而获取测量点处的电流的微分值。电流的该微分值将被用于确定设定点处的电压。
接下来，在步骤140中，可以根据电气线路的时域集总参数模型，从测量点处获取的电压、测量点处获取的电流以及确定的电流的微分值来确定电气线路上设定点处的电压。时域集总参数模型可以例如为RLC模型或RL模型。
RLC模型是集总参数模型之一，并且是用于本公开中电气线路的示例等效模型。RLC模型包括电阻器、电感器和电容器。换言之，整个输电线路可以通过包含电阻、电感器和电容器的等效电路来表示。为了说明性目的，参照图2描述输电线路***的示例RLC模型。
如图2所示，RLC模型是标准PI型线路模型。起点处的电压通过VS表示，终点处的电压通过VR表示；测量点处的电压和电流分别通过u和i表示，设定点处的电压通过uq表示。起点与终点之间的输电线路可以等效于串联连接的电阻器和电感器以及分别被连接到输电线路的起点和终点的两个电容器C1和C2。
保护区域的阻抗可以通过Zset表示：
Zset＝R+jX (1)
其中，Zset表示保护区域的阻抗，R表示输电线路的等效电阻器的电阻，并且X表示输电线路的等效电感器的电感。应该理解的是，虽然图2示出了PI型RLC模型的RLC模型，但是本公开不限于此。RLC模型也可以是任意其它形式的RLC模型、T型RLC模型、Tau型RLC模型或它们的某些修改变型。另外，还可以针对输电线路***使用进一步简化的RL模型。
在本公开的一些实施例中，可以清除相电流中的电容电流。也就是说，在获取相电流之后，接地电容电流和相间的电容电流中的至少一个可以从获取的相电流中被去除。
为了说明性目的，图3示意性地示出了根据本公开的实施例的A相的电容电流路径的图。如图3所示，对于A相，存在接地的A相线路的电容CPG、A相线路与B相线路之间的第一电容CPP、以及A相线路与C相线路之间的第二电容CPP。与电容CPG、第一CPP和第二CPP有关的电容电流分别通过iag，iab，iac表示。电流iag，iab，iac可以通过以下等式被获取：
其中，ua表示A相的相电压；uab表示相电压ua与表示B相相电压的相电压ub的电压差，，即uab＝ua-ub；uac表示相电压ua与表示B相相电压的相电压uc的电压差，即uac＝ua-uc。因此，表示通过去除电容电流影响的A相电流的电流ia′可以基于以下等式而被确定。
类似地，电流ib′、ic′可以表示通过分别去除B相和C相的电容电流影响的相电流，并且它们可以被确定如下：
其中，ub表示B相的电压；uc表示C相的电压；uba表示相电压ub与相电压ua之间的电压差，即uba＝ub-ua；uca表示相电压uc与相电压ua之间的电压差，即uca＝uc-ua；ubc表示相电压ub与相电压uc之间的电压差，即ubc＝ub-uc；ucb表示相电压uc与相电压ub之间的电压差，即ucb＝uc-ub。
因此，在本公开的实施例中，可以使用不包含电容电流的电流ia′、ib′、ic′代替原始采样电流ia、ib、ic。如果从相电流中去除电容电流，那么传输的模型可以被进一步减小。为了说明性目的，图4示意性地示出了根据本公开的实施例的输电线路的单线图。图4类似于图2中所示的那个模型，但是电阻器R和电感器L被详细示出，并且由于电容电流从相电流中被去除而使得在起点和终点处的电容器被去除。
基于图4所示的单线图，设定点处的电压uq可以基于诸如以下的微分方程而被确定：
其中u(t)表示测量点处的电压；i(t)表示测量点处的电流，R表示集总参数模型中电阻器的电阻值，L表示集总参数模型中电感器的电感值，并且表示电流i(t)的微分值。如果我们考虑离散时间***域，例如瞬间k处的采样点，则下述等式(8′)可以被用于表示等式(8)中的计算：
其中，uq_k表示设定点处的电压；uk表示测量点处的电压；ik表示测量点处的电流，并且L表示集总参数模型(例如RLC模型)中的电容器的电容值；R表示集总参数模型(例如RLC模型)中的电阻器的电阻值；表示电流ik的微分值(dik＝ik-ik-1；dt＝给定采样率的样本间隔；ik-1表示在离散时域中的瞬间k之前的瞬间k-1时的测量电流)。
进一步为了说明性目的，图5示出了根据本公开的实施例的输电线路的三线图。在图5中描述三相线路的模型。A相、B相、C相中的每一相的模型类似于图4中所示的单线图。此外，添加了相间互感Lm。并且，图4中示出的相电感L在图5中通过Ls表示以区分相电感和相间电感。
为了检测故障，六回路(six-loop)电压可以被用于离散时域的电压确定。这表示在瞬间k时，可以确定相电压uq_a_k、uq_b_k和uq_c_k，它们表示在设定点处的A相、B相和C相的相电压的。此外，可以进一步确定分别表示A相与B相之间的电压、B相与C相之间的电压、C相与A相之间的电压的相间电压uq_ab_k、uq_bc_k和uq_ca_k。
利用三线图，可以通过进一步考虑相间互感、基于等式(8)来确定电压uq_a_k、uq_b_k和uq_c_k。例如，可以基于诸如以下的微分方程来确定电压uq_a_k、uq_b_k和uq_c_k：
其中，ua_k，ub_k和uc_k分别表示测量点处的A相、B相和C相的线电压；ia_k，ib_k，ic_k分别表示测量点处的A相、B相和C相的电流；Ls表示A相、B相和C相的相电感；Lm表示A相、B相和C相的相间电感。
由于相间电压是一相与另一相之间的电压差，所以相间电压uq_ab_k，uq_bc_k和uq_ca_k可以进一步基于根据等式(9)确定的相电压uq_a_k，uq_b_k和uq_c_k而被确定。例如，电压uq_ab_k，即设定点处A相与B相之间的电压可以通过以下确定：
其中uab_k，iab_k分别表示测量点处A相与B相之间的电压和电流；R和L表示相线的正序电阻和电感，L等于Ls与Lm之间的差，即L＝Ls-Lm。
根据微分方程(10)，相间电压uq_ab_k，uq_bc_k和uq_ca_k可以通过诸如以下的微分方程确定：
其中，uab_k，iab_k分别表示测量点处A相与B相之间的电压和电流；ubc_k，ibc_k分别表示测量点处B相与C相之间的电压和电流；uca_k，ica_k分别表示测量点处C相与A相之间的电压和电流；R和L表示相线的正序电阻和电感，L等于Ls与Lm之间的差，即
L＝Ls-Lm (12)
因此，我们可以确定相电压uq_a_k、uq_b_k和uq_c_k以及相间电压uq_ab_k、uq_bc_k和uq_ca_k。应该理解的是，尽管相电压uq_a_k、uq_b_k和uq_c_k以及相间电压uq_ab_k、uq_bc_k和uq_ca_k被描述为分别基于等式(9)和等式(11)确定，但是本公开不限于这些实施例。实际上，可以使用任意适合形式的微分方程。
例如，可以基于以下等式确定相电压uq_a_k、uq_b_k和uq_c_k。
其中，R0表示三相输电线路的零序电阻；R1表示三相输电线路的正序电阻；L0表示三相输电线路的零序电感；L1表示三相输电线路的正序电感；i0_k表示瞬间k时的零序电流；KR表示基于如等式(13)中表示的R0、R1而确定的因子；KL表示基于如等式(13)中表示的L0、L1而确定的因子。
在获取设定点处的电压之后，可以基于故障检测标准来执行超快速线路保护，故障检测标准也可以被称为线路保护标准。重新参照图1，首先在步骤150中，确定在故障时段期间设定点处确定的电压与在故障前时段期间所确定的设定点处的电压之间的电压变化，然后在步骤160中，基于确定的电压变化和故障阈值而确定故障检测。
为了说明性目的，下面的公式(14)给出示例故障检测标准如下：
其中，Uq表示当前时间点时在设定点处确定的电压，Uq′表示之前时间点时在设定点处确定的电压，并且ΔUq表示电压Uq与电压Uq′之间的差，并且Krel表示可靠系数，且其可以为大于1的值，例如为1.5。在Krel为1的情况下，其与传统故障检测标准相同；然而，使用可靠系数提供了检测阈值的灵活性并且还可以提高检测可靠性。
从标准(14)可以看出，如果电压Uq与电压Uq′之间的电压变化大于|U′q|的倍数，则在保护区域中检测到故障。对于本文以上确定的六回路电压，故障检测标准可以给出如下：
另外，在一些情况下，例如在电力振荡期间，可以使用诸如额定电压的固定电压来代替设定点q处的确定电压。
因此，在本公开的实施例中，可以确定设定点(例如，保护区域的端点)处的故障元件(补偿)电压，并且随后可以将故障元件电压与设定的故障阈值或约束值作比较。如果电压差大于设定的故障阈值，则表示在保护区域内的故障，即内部故障；否则这是在保护区域外的故障，即外部故障。
对于内部故障，保护区域的端点处的补偿电压大于额定电压等级。与此同时，对于外部故障(正向或反向)，补偿电压小于额定电压等级。这种内部故障与外部故障之间的明显差异可以被用于检测故障是否在保护区域内，即线路保护的1区内。
在下文中，仅为了说明性目的，将参照图6至图8描述针对本公开中提供的解决方案进行的一些模拟。
图6示出了模拟模型，并且图7、图8示出了关于输电线路的不同点处的多个故障的模拟。在模拟模型中，电压等级为245kV；输电线路的长度为100km；电源的***阻抗分别为Zs1_L＝5ej89°、Zs0_L＝5ej80°、Zs1_R＝15ej89°，Zs0_R＝15ej80°，其中Zs1_L表示近端处的正序阻抗，Zs0_L表示近端处的零序阻抗；Zs1_R表示远端处的正序阻抗，Zs0_R表示远端处的零序阻抗。近端和远端处的电源为E1＝E2＝245kV和δ1＝40°，δ2＝20°，其中E1、E2表示电源电压的幅度，δ1和δ2分别表示电源电压的相位角。在模拟中，保护范围被设定为输电线路长度的85％，即，Lset＝0.85*Line_Length，其中Lset表示保护范围的长度并且Line_length表示输电线路的长度。在图6中示出的模拟模型中，K1在距离母线为保护区域的70％长度(0.7*Lset)点处，K2为保护范围之外的点并且距离母线长度为1.05*Lset以模拟外部故障。
外部故障
对于外部故障，在如上类型的点K2处进行模拟。模拟结果示出本公开提出的解决方案不对外部故障误动作。为了说明性目的，图7已经示出针对AG故障的模拟结果，其中，“Uaset”表示设定故障检测阈值；“SumUa”表示设定点处确定的电压变化ΔUq；“OpA”表示所提出解决方案的动作状态，即保护动作是否被触发。特别地，在动作状态保持为低时，这表示没有检测到故障，因此没有触发保护；否则，检测到内部故障并且触发线路保护。从图7中清楚的是，对于外部故障存在足够的裕度，以确保没有内部故障被错误地检测并且因此可以保证故障检测的可靠性。
内部故障
内部故障表示故障发生在保护装置的保护区域内，并且这些故障是线路保护应该检测到的那些故障。因此，在存在内部故障时，其应该被检测并且触发线路保护。对于内部故障，A相金属性接地故障(即AG)在点K1处被模拟。模拟结果示出本公开的解决方案可以在故障发生之后非常短的时间进行动作。
为了说明性目的，图8示意性地示出了根据本公开的实施例的在点K1处发生AG故障的模拟结果。在该图中，“Uaset”表示设定检测电压阈值U′qa，并且“SumdUa”表示确定的电压变化或动作量|△U′qa|；并且“OpA”表示本公开的解决方案的动作状态。
参照图8，图8示出在点K1处发生内部A相接地故障时的模拟结果。从图8清楚的是，动作量迅速超过故障阈值，并且提出的解决方案在故障开始之后大约4ms时动作。
相反，在常规线路保护中，计算阻抗以区分故障位置。当使用全周期傅里叶算法时难以得到例如20ms内的准确结果。一些短窗滤波器被开发以增加动作速度，诸如半周期傅里叶方法。然而，计算误差同时增大，并且保护区域必须被显著减小以确保可靠性。即使在使用短窗滤波器时采用减小的保护区域，仍需要一定等待时间以确保可靠性。因此，它无法在故障之后很好地工作。提出的解决方案在时域中故障开始之后立即工作。它几乎不需要等待时间，从而可以实现超快速线路保护。此外，它使用微分方程来计算设定点处的电压，而不是通过傅里叶算法来计算矢量。因此，绕过了由少量故障数据带来的计算矢量的误差，并且不需要非常高的采样率。
图9进一步示出了根据本公开的实施例的用于电力传输***的线路保护中的故障检测的***900。如图9所示，***900可以包括：一个或多个处理器901；存储器902，被耦合到处理器901中的至少一个处理器；以及被存储在存储器902中的一组程序指令903。该组程序指令903能够通过处理器901中的至少一个处理器执行以使得***900获取电气线路上测量点处的电压。测量点是安装有线路保护的保护装置处的点。***900可以进一步被配置为获取测量点处的电流并且确定电流的微分值。此外，***900可以被配置为根据电气线路的时域集总参数模型，从测量点处的电压、测量点处的电流和电流的微分值来确定电气线路的设定点处的电压。***900还被配置为确定在故障时段期间设定点处确定的电压与在故障前时段期间所确定的设定点处的电压之间的电压变化，并且基于确定的电压变化和故障阈值而执行故障检测。
在本公开的实施例中，可以基于微分方程执行确定设定点处的电压，例如在等式(8)、(9)、(11)和(13)中示出的那些等式。
在本公开的实施例中，微分方程可以包括：
其中，u(t)表示测量点处的电压；i(t)表示测量点处的电流，R表示集总参数模型中的电阻器的电阻值，L表示集总参数模型中的电感器的电感值，并且表示电流i(t)的微分值。
在本公开的实施例中，RLC模型可以包括电阻-电感-电容(RLC)模型或电阻-电感(RL)模型中的任一个。
在本公开的实施例中，获取测量点处的电流可以包括：获取测量点处的相电流；从相电流去除接地电容电流和相间电容电流中的至少一个。
在本公开的实施例中，故障阈值是可靠系数与在故障前时段期间所确定的设定点处的电压的乘积。
在本公开的实施例中，故障阈值是可靠系数与电气线路的额定电压的乘积。
应该理解的是，关于图9描述的***900的上述操作对应于参照图1至图8描述的方法的那些操作，因此，为了简洁的目的，这些模块的详细操作将不在本文中进行阐明。
除了上述方法和***，还提出一种用于线路保护中的故障检测的设备，其将参照图10进行描述。
如图10所示，示出线路保护中的故障检测的设备1000。设备1000可以包括电压获取模块1001、电流获取模块1002、微分值确定模块1003、电压确定模块1004、变化确定模块1005以及故障检测模块1006。电压获取模块1001可以被配置为获取电气线路上的测量点处的电压。测量点是安装有线路保护的保护装置处的点。电流获取模块1002可以被配置为获取测量点处的电流。微分值确定模块1003可以被配置为确定电流的微分值。电压确定模块1004可以被配置为根据电气线路的时域集总参数模型，从测量点处的电压、测量点处的电流和电流的微分值来确定电气线路的设定点处的电压。变化确定模块1005被配置为确定在故障时段期间设定点处确定的电压与在故障前时段期间所确定的设定点处的电压之间的电压变化。故障检测模块1006可以被配置为基于确定的电压变化和故障阈值而执行故障检测。
在本公开的实施例中，电压确定模块1004可以进一步被配置为基于微分方程来确定设定点处的电压。
在本公开的实施例中，微分方程可以包括：
其中u(t)表示测量点处的电压；i(t)表示测量点处的电流，R表示集总参数模型中的电阻器的电阻值，L表示集总参数模型中的电感器的电感值，并且表示电流i(t)的微分值。
在本公开的实施例中，RLC模型可以包括电阻-电感-电容(RLC)模型或电阻-电感(RL)模型中的任一个。
在本公开的实施例中，电流获取模块1002可以进一步被配置为，获取测量点处的电流可以包括获取测量点处的相电流；从相电流去除接地电容电流和相间电容电流中的至少一个。
在本公开的实施例中，故障阈值是可靠系数与在故障前时段期间所确定的设定点处的电压的乘积。
在本公开的实施例中，故障阈值是可靠系数与电气线路的额定电压的乘积。
应该理解的是，关于图10描述的上述模块可以被配置为执行参照图1至图8描述的方法的对应操作，因此为了简洁的目的，这些模块的详细操作将不在本文中进行阐明。
应该理解的是，参照附图描述了本公开的特定实施例；然而，提供这些实施例仅为了说明性目的，并且本公开不限于此。例如，描述的实施例主要参照EHV/UHV输电线路***进行；然而本公开不限于此，可以将其应用在线路保护的任何其它线路***中；在故障检测中，六回路电压被确定，然而实际上，可以使用少于六个回路的电压，这取决于应用要求。另外，尽管本公开中描述了特定等式、电路结构或模型；然而本公开不限于此，本领域技术人员可以在不脱离本文提供的概念和精神的情况下对其进行变型。例如，虽然PI-型RLC模型被使用，但是也可以使用T型RLC模型或它们的一些修改变型。
本领域技术人员还可以理解的是，本文提供的解决方案可以采用硬件实施例、软件实施例(包括固件、常驻软件、微代码等)或组合软件和硬件方面的实施例的形式。也就是说，基准面确定、开始和搜索点确定、经由点确定以及指示生成可以通过电子元件或设备、被存储在存储设备中的软件、或电子被和软件的组合(例如通过微处理器、数字信号处理器、简单芯片机和适合的程序等)而被执行。
在上文中，已经通过参照附图的实施例详细描述了本公开的实施例。应该理解的是，尽管本公开包含许多特定实施细节，然而这些细节不应该被解释为限制任何发明的范围或可以要求保护的发明的范围，而是作为对于能够特定于具体发明的具体实施例的特征的描述。本说明书在分开的实施例的上下文中描述的特定特征还可以以组合在单个实施例中的方式进行实施。相反，在单个实施例中的上下文中描述的各个特征可以在多个实施例中分开地实施或者在任意适合的子组合中实施。此外，尽管上述特征在某些实施例中执行，甚至最初被要求这样保护，但是在一些情况下，要求保护的组合中的一个或多个特征可以从组合中删除，并且要求保护的组合可以涉及子组合或子组合的变型。
鉴于前面的描述，当结合附图阅读时，本公开的前述实施例的各种修改、变型对于相关领域的技术人员来说都变得显而易见。任何修改和全部修改将仍然落入本公开的非限制性和示例性的实施例的范围内。此外，本文阐述的本公开的其它实施例对于本公开的这些实施例所属的领域的技术人员来说而言，具有前面描述和相关附图中呈现的教导的益处。
因此，将理解的是，本公开的实施例不限于所公开的特定实施例，并且修改和其它实施例旨在被包括在所附权利要求的范围内。尽管本文使用了特定术语，但是它们仅用于一般性和描述性的意义，而不用于限制的目的。

Claims (13)

1.一种用于电力传输***的线路保护中的故障检测的方法(100)，包括：
获取(110)电气线路上的测量点处的电压，在所述测量点处安装有用于所述线路保护的保护装置，
获取(120)所述测量点处的电流，包括：
获取所述测量点处的相电流；以及
从所述相电流去除接地电容电流和相间电容电流中的至少一个，
其中，所述电流包括所述相电流；
确定(130)所述电流的微分值；
根据所述电气线路的时域集总参数模型，从所述测量点处的所述电压、所述测量点处的所述电流和所述电流的所述微分值来确定(140)在所述电气线路上的设定点处的电压，其中，所述时域集总参数模型包括电阻-电感(RL)模型；
确定(150)在故障时段期间所述设定点处确定的电压与在故障前时段期间所确定的所述设定点处的电压之间的电压变化；以及
基于所述确定的电压变化和故障阈值而执行(160)所述故障检测。
2.根据权利要求1所述的方法(100)，其中确定设定点处的电压基于微分方程执行。
3.根据权利要求2所述的方法(100)，其中基于时域集总参数的所述微分方程包括：
其中uq(t)表示所述设定点处的电压，u(t)表示所述测量点处的所述电压；i(t)表示所述测量点处的所述电流，R表示所述集总参数模型中的电阻器的电阻值，L表示所述集总参数模型中的电感器的电感值，并且表示所述电流i(t)的所述微分值。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法(100)，其中，所述故障阈值是可靠系数与所述电气线路的额定电压的乘积。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的方法(100)，其中，所述故障阈值是可靠系数与在所述故障前时段期间所确定的所述设定点处的电压的乘积。
6.一种用于电力传输***的线路保护中的故障检测的***(900)，包括：
一个或多个处理器(901)；
存储器(902)，被耦合到所述处理器中的至少一个处理器；以及
一组程序指令(903)，被存储在所述存储器中并且能够通过所述处理器(901)中的至少一个处理器执行以使得所述***(900)：
获取电气线路上的测量点处的电压，在所述测量点处安装有用于所述线路保护的保护装置，其中，所述获取所述测量点处的电流包括：
获取所述测量点处的相电流；以及
从所述相电流去除接地电容电流和相间电容电流中的至少一个，
其中，所述电流包括所述相电流；
获取所述测量点处的电流；
确定所述电流的微分值；
根据所述电气线路的时域集总参数模型，从所述测量点处的电压、所述测量点处的电流和所述电流的所述微分值来确定所述电气线路上的设定点处的电压，其中，所述时域集总参数模型包括电阻-电感(RL)模型；
确定在故障时段期间所述设定点处确定的电压与在故障前时段期间所确定的所述设定点处的电压之间的电压变化；以及
基于所述确定的电压变化和故障阈值而执行所述故障检测。
7.根据权利要求6所述的***(900)，其中确定设定点处的电压基于微分方程执行。
8.根据权利要求7所述的***(900)，其中基于时域集总参数的所述微分方程包括：
其中uq(t)表示所述设定点处的电压，u(t)表示所述测量点处的所述电压；i(t)表示所述测量点处的所述电流，R表示所述集总参数模型中的电阻器的电阻值，L表示所述集总参数模型中的电感器的电感值，并且表示所述电流i(t)的所述微分值。
9.根据权利要求6-8中任一项所述的***(900)，其中，所述故障阈值是可靠系数与所述电气线路的额定电压的乘积。
10.根据权利要求6-8中任一项所述的***(900)，其中，所述故障阈值是可靠系数与在所述故障前时段期间所确定的所述设定点处的电压的乘积。
11.一种用于电力传输***的线路保护中的故障检测的设备(1000)，包括：
电压获取模块(1001)，被配置为获取电气线路上的测量点处的电压，在所述测量点处安装有用于所述线路保护的保护装置；
电流获取模块(1002)，被配置为获取所述测量点处的电流，包括：
获取所述测量点处的相电流；以及
从所述相电流去除接地电容电流和相间电容电流中的至少一个，
其中，所述电流包括所述相电流；
微分值确定模块(1003)，被配置为确定所述电流的微分值；
电压确定模块(1004)，被配置为根据所述电气线路的时域集总参数模型，从所述测量点处的所述电压、所述测量点处的所述电流和所述电流的所述微分值来确定所述电气线路的设定点处的电压，其中，所述时域集总参数模型包括电阻-电感(RL)模型；
变化确定模块(1005)，被配置为确定在故障时段期间所述设定点处确定的电压与在故障前时段期间所确定的所述设定点处的电压之间的电压变化；以及
故障检测模块(1006)，被配置为基于所述确定的电压变化和故障阈值而执行所述故障检测。
12.根据权利要求11所述的设备(1000)，其中，所述故障阈值是可靠系数与所述电气线路的额定电压的乘积。
13.根据权利要求11所述的设备(1000)，其中，所述故障阈值是可靠系数与在所述故障前时段期间所确定的所述设定点处的电压的乘积。
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