[发明专利]流过断路器的电流方向判断方法及装置

说明书

技术领域

本发明总体涉及配电网络的保护，尤其涉及配电网络中用于断路器的方向性区域选择互锁。

背景技术

区域选择保护，或称作区域选择互锁（ZSI：Zone Selectivity Interlock）是一种通过尽可能缩短故障清除时间来减小在短路故障情况下配电网络中各配电设备所受冲击的方法。具体而言，假定在一个单电源供电的多级配电网络中发生故障，则检测到故障的每个断路器都需要向其上游断路器报告检测到故障，即发出互锁信号。这样，仅有那些没有接到上报的断路器被确定为是最接近故障点的断路器并执行瞬时保护（例如，延迟时间t=50ms），即以最短延迟时间执行断开动作。那些接收到互锁信号的断路器则进行定时保护，或称“锁定”。所谓定时保护或锁定是指：若预定延迟时间（例如100ms）到期时故障仍未消除（例如更接近故障点的断路器的保护动作失效），则该断路器断开，否则保持连接。由此可见，ZSI可以在故障发生时实现断路器的选择性保护动作。

对于多电源的配电网络，由于配电网络的复杂度提高，上述简单的ZSI不再适用。由此，提出了方向性区域选择互锁（DZSI：Directional Zone Select Interlock）的概念，其基本原理是：依据故障发生时流过各个断路器的电流方向之间的相互关系来识别出故障点，并进而为了消除所识别出的故障而确定各个断路器动作的延迟时间。这样的好处是即使网络中存在多电源或有源负载也可以较为可靠地实现选择性保护。

在方向性区域选择互锁中，正确地判定出故障发生时流过断路器的电流方向成为一个关键步骤。在现有技术中，通常先为每个断路器设定一个预定的电流参考方向。然后，通过计算有功功率的正、负来确定当前的电流方向是否与该电流参考方向一致。其中，有功功率可以利用以下公式来计算。

其中，P_m为m相的有功功率，m=1、2或3；

N为半个功率周期的采样点的总数，对于50Hz的工频，半个功率周期例如为10ms；

k为在半个功率周期内对采样点的计数(0≤k≤N)；

为在采样点k时m相到中性线的采样电压；

为在采样点k时m相的采样电流；

V为在一个功率周期内m相到中性线的电压有效值；

I为在一个功率周期内m相的电流有效值；

为m相电流和电压之间的相角。

利用上述公式可以计算出有功功率P_m。如果计算出的P_m为正值，则表明当前流过断路器的电流与电流参考方向一致，即为“正向”。如果计算出的P_m为负值，则表明当前流过断路器的电流与电流参考方向相反，即为“反向”。

采用这种电流方向的确定方法，电流方向的确定时间很大程度上依赖于电源频率。例如，如果电源频率为50Hz，则电流方向需要在获得半个周期的采样值后确定，其理论上至少为10ms。在实际中，考虑到短路电流暂态响应的影响，电流方向的确定时间一般长于10ms的理论值，例如为15ms（这是在为使得短路电流暂态响应影响最小化而优化了滤波器参数的情况下得到的值）。

发明内容

本发明的一个目的在于提出一种判断流过一断路器的电流的方向的方法和装置，采用这种方法和装置能够使得电流方向的确定时间与电源频率无关。本发明进一步的目的在于缩短电流方向的确定时间，以尽早启动方向性区域选择保护（DZSI）。本发明的又一个目的在于在尽可能小的计算量的情况实现电流方向的判定。

根据本发明的一个实施例，本发明提出了一种用于判断流过一断路器的电流的方向的方法，其中所述断路器具有一个预定的电流参考方向，该方法包括：获得流过所述断路器的电流采样值和电流微分值；获得所述断路器处的电压采样值；根据当前时刻和之前一时刻下断路器所在等效回路中电压与电流的关系，获得该等效回路中的等效电阻R和等效电感L；如果所述等效电阻R和等效电感L均大于零，则判断出流过所述断路器的电流的方向与所述电流参考方向一致，如果所述等效电阻R和等效电感L均小于零，则判断出流过所述断路器的电流的方向与所述电流参考方向相反。优选地，所述电流微分值为前向微分值或后向微分值。更为优选地，所述电流微分值为前向微分值与后向微分值的平均值。

在本发明一个实施例中，所述之前一个时刻为紧邻当前采样时刻的前一个采样时刻，且所述当前采样时刻下所述等效回路中的电压和电流关系为：

u(t_n)=R×i(t_n)+L×i'(t_n)；