[发明专利]一种快速识别电网故障的方法

摘要

一种快速识别电网故障的方法，它包括有如下的步骤：当发生电力系统故障时，采集用户端母线电信号瞬时值；计算各相电压参数；判断电网故障类型；判断电力系统故障发生的位置。本发明可以快速地识别电力系统的故障是位于电网侧还是用户侧。使用它，可以显著地缩短了从电力系统故障发生到备用电源投入所花费的时间，通常在只需要10ms以内，在控制区域中，即使有正在使用的大容量电动机，也会在电动机机端电压大幅下降前，及时由备用电源供电，从而确保电动机的连续运行。本发明为备用电源自动投入装置在电力系统发生故障时判断是否投入备用电源奠定良好的基础。

主权项

一种快速识别电网故障的方法，它包括有如下的步骤：（1）、当发生电力系统故障时，采集用户端母线电信号瞬时值：在T（79）时间段内，每隔T时间，实时采集用户端母线的三相电流瞬时信号序列值和三相电压瞬时信号序列值，即：A相电流瞬时信号序列值是：iA（t‑16）,iA（t‑15）,…iA（t64）；B相电流瞬时信号序列值是：iB（t‑16）,iB（t‑15）,…iB（t64）；C相电流瞬时信号序列值是：iC（t‑16）,iC（t‑15）,…iC（t64）；A相电压瞬时信号序列值是：uA（t1）,uA（t2）,…uA（t64）；B相电压瞬时信号序列值是：uB（t1）,uB（t2）,…uB（t64）；C相电压瞬时信号序列值是：uC（t1）,uC（t2）,…uC（t64）；其中，T=3.125ms，t‑16、t‑15、…t64分别表示各个采集电信号的时刻；（2）、计算各相电压参数用步骤（1）采集的电压数据分别计算出A相电压第一电压参数AuA、第二电压参数BuA、第三电压参数CuA、第四电压参数DuA；B相电压第一电压参数AuB、第二电压参数BuB、第三电压参数CuB、第四电压参数DuB；C相电压第一电压参数AuC、第二电压参数BuC、第三电压参数CuC、第四电压参数DuC，具体步骤如下：①、首先设定X相电压电压参数初始值为AuX，BuX，CuX，DuX；②、用下列公式计算出各个时刻的残差向量eMX=[e1X、e2X、…e64X]T； e nX = A uX cos ( wt n ) + B uX sin ( wt n ) + C uX e - t n / D uX - u X ( t n ) 式中：X是A相、B相、C相之一；n是正整数，n=1～64；uX（tn）是tn时刻用户端母线X相电压瞬时值；③、计算出总残差εX ϵ X = e 1 X 2 + e 2 X 2 + · · · + e 64 X 2 将εX与所设定的残差阈值ε0相比较：当εX>ε0时，计算X相电压参数的增量如下： Δ A uX Δ B uX Δ C uX Δ D uX = - [ ▿ e MX T ▿ e MX ] - 1 ▿ e MX T e MX 其中： ▿ e MX = ∂ e 1 X ∂ A uX ∂ e 1 X ∂ B uX ∂ e 1 X ∂ C uX ∂ e 1 X ∂ D uX ∂ e 2 X ∂ A uX ∂ e 2 X ∂ B uX ∂ e 2 X ∂ C uX ∂ e 2 X ∂ D uX · · · · · · · · · · · · ∂ e 64 X ∂ A uX ∂ e 64 X ∂ B uX ∂ e 64 X ∂ C uX ∂ e 64 X ∂ D uX 将AuX+ΔAuX，BuX+ΔBuX，CuX+ΔCuX，DuX+ΔDuX分别作为新的X相电压电压参数AuX、BuX、CuX、DuX,执行步骤（2）的第②步；当εX<ε0时，说明此时参与计算的X相电压电压参数AuX，BuX，CuX，DuX就是发生电网故障时X相电压电压参数；（3）、判断电网故障类型①、将步骤（2）中获取的电压参数值用下列公式计算出A相电压幅值uA、B相电压幅值uB、C相电压幅值uC： u A = A uA 2 + B uA 2 u B = A uB 2 + B uB 2 u C = A uC 2 + B uC 2 ②、电网故障类型判断将上一步骤中获取的uA、uB、uC与所设定的电压幅值阀值0.85uP相比较，其中uP是相电压幅值：当uA<0.85uP,uB<0.85uP,uC>0.85uP时，电网故障类型属于发生AB两相短路故障；当uA>0.85uP,uB<0.85uP,uC<0.85uP时，电网故障类型属于发生BC两相短路故障；当uA<0.85uP,uB>0.85uP,uC<0.85uP时，电网故障类型属于发生CA两相短路故障；当uA<0.85uP,uB<0.85uP,uC<0.85uP时，电网故障类型属于发生ABC三相短路故障；其中，AB两相短路故障、BC两相短路故障、CA两相短路故障通称为两相短路故障；（4）、判断电力系统故障发生的位置根据步骤（3）获知的故障类型，择一性地选择如下的故障位置的判断方 法：①、当发生两相短路故障时：用下列公式计算出发生故障相的用户侧综合阻抗ZX1X2： Z X 1 X 2 = [ M IX 1 T M IX 1 ] - 1 M IM 1 T ( U X 1 - U X 2 ) 其中： M IX 1 = i X 1 ( t 48 ) i X 1 ( t 48 ) - i X 1 ( t - 16 ) i X 1 ( t 49 ) i X 1 ( t 49 ) - i X 1 ( t - 15 ) · · · · · · i X 1 ( t 64 ) i X 1 ( t 64 ) - i X 1 ( t 0 ) U X 1 = u X 1 ( t 49 ) u X 1 ( t 50 ) · · · u X 1 ( t 64 ) U X 2 = u X 2 ( t 49 ) u X 2 ( t 50 ) · · · u X 2 ( t 64 ) 式中：X1是指A相、B相或C相；X2是指：当X1是A相时，X2只能是B相；当X1是B相时，X2只能是C相；当X1是C相时，X2只能是A相；计算得到的用户侧综合阻抗ZX1X2是一个2×1的矩阵，矩阵中的第1个元素ZX1X21表征用户侧综合阻抗中的电阻值；当ZX1X21>0时，说明该电力系统的故障位置是发生在用户侧；当ZX1X21<0时，说明该电力系统的故障位置是发生在电网侧；②、当发生ABC三相短路故障时：用下列公式计算出A相的用户侧综合阻抗ZAN Z AN = [ M IA T M IA ] - 1 M IA T U A 其中： M IA = i A ( t 48 ) i A ( t 48 ) - i A ( t - 16 ) i A ( t 49 ) i A ( t 49 ) - i A ( t - 15 ) · · · · · · i A ( t 64 ) i A ( t 64 ) - i A ( t 0 ) U A = u A ( t 49 ) u A ( t 50 ) · · · u A ( t 64 ) 计算得到的用户侧综合阻抗ZAN是一个2×1的矩阵，矩阵中的第1个元素ZAN1表征用户侧综合阻抗中的电阻值；当ZAN1>0时，说明该电力系统的故障位置是发生在用户侧； 当ZAN1<0时，说明该电力系统的故障位置是发生在电网侧。