CN103645419A - 风电场电力线路的故障预警系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种风电场电力线路的故障预警方法和系统，其中，方法包括：实时采集风电场电力线路上的行波电气量；根据行波电气量判断是否发生扰动，并记录扰动发生的时间；判断扰动是否发生在被监测的电力线路上；在判断结果为是时，计算扰动距离；比较本次扰动距离和上次扰动距离是否一致；在比较结果为一致时，计算被监测的电力线路上最近两次发生扰动的时间间隔；将时间间隔和预设的时间间隔进行比较，在时间间隔小于所述预设的时间间隔时，判定被监测的电力线路上将发生故障，输出故障预警结果。通过本发明，能够实时监测风电场电力线路的运行情况，及时提供风电场故障预警信息，减少风电场故障，提高风电场供电可靠性，保证风电场安全运行。

Description

风电场电力线路的故障预警系统和方法

技术领域

本发明涉及电力系统继电保护技术领域，具体而言，涉及一种风电场电力线路的故障预警系统和风电场电力线路的故障预警方法。

背景技术

风电场是新一代电网的重要组成部分。近期的大规模风电场故障导致的脱网事故，给电力系统的稳定安全运行带来了绝大隐患。

然而，目前的电力系统的故障处理集中在故障发生后的快速有选择隔离故障设备，是一种事后处理的策略。

因此，需要一种新的技术方案，能够实现准确识别配电线路故障发展过程，实现风电场故障预警，从而提高风电场的供电可靠性，减少风电场的故障损失。

发明内容

本发明正是基于上述问题，提出了一种新的技术方案，能够实现准确识别配电线路故障发展过程，实现风电场故障预警，从而提高风电场的供电可靠性，减少风电场的故障损失。

有鉴于此，本发明提出了一种风电场电力线路的故障预警系统，包括：采集单元，实时采集风电场电力线路上的行波电气量；记录单元，根据所述行波电气量判断是否发生扰动，并记录所述扰动发生的时间；判断单元，判断所述扰动是否发生在被监测的电力线路上；距离计算单元，在所述判断单元的判断结果为是时，计算扰动距离；比较单元，比较本次扰动距离和上次扰动距离是否一致；时间间隔计算单元，在所述比较单元的比较结果为一致时，计算所述被监测的电力线路上最近两次发生扰动的时间间隔；故障判定单元，将所述时间间隔和预设的时间间隔进行比较，在所述时间间隔小于所述预设的时间间隔时，判定所述被监测的电力线路上将发生故障。

在上述技术方案中，优选地，还包括：结果输出单元，用于在所述故障判定单元判定所述被监测的电力线路上将发生故障时，输出故障预警结果。

在该技术方案中，通过监测电力线路上发生间歇性瞬时扰动发生的行波电气量，实时监测风电场电力线路的运行情况，及时提供风电场故障预警，减少风电场故障，提高风电场供电的可靠性，保证风电场的安全运行。

在上述技术方案中，优选地，所述行波电气量包括电压行波、电流行波、模量行波和/或相量行波。

在该技术方案中，行波电气量包括但是不限于电压行波、电流行波、模量行波和/或相量行波，还可以是其他行波。

在上述技术方案中，优选地，所述判断单元的判断过程包括：对所述电压行波和所述电流行波分别进行四层小波变换，并从变换结果中分别提取模极大值；比较所述电压行波的四层小波变换模极大值与所述电流的四层小波变换模极大值的极性，若有不少于三层的电压行波小波变换模极大值与电流行波小波变换模极大值的极性相反，则判定所述扰动发生在被监测的电力线路，否则，判定所述扰动发生在被监测的电力线路外。

运行中的电力线路，如某一点绝缘降低，在工频电压作用下，将重复地间歇性地引起在电力系统中传播的行波。当扰动发生在被监测线路上时，测量点获得的电压行波与电流行波极性相反；而当扰动发生在被监测线路以外时，测量点获得的电压行波与电流行波极性相同。另外，开关操作、雷击等外在干扰也将在配电线路上产生干扰行波。但是，开关操作、雷击等干扰行波，相比由于线路自身原因引起的在工频电压激励下的产生的行波，是随机的。因此，基于线路内部干扰行波出现的规律，可实现电力线路故障预警。

在上述技术方案中，优选地，还包括：设置单元，用于根据接收到的设置命令，设置所述预设的时间间隔。

在该技术方案中，用户可以根据个人需要或是日常经验设置预设的时间间隔，如果实际时间间隔小于预设的时间间隔，则说明扰动发生的频率较高，则此时可判定为被监测的电力线路发生故障。

根据本发明的另一方面，还提供了一种风电场电力线路的故障预警方法，包括：步骤202，实时采集风电场电力线路上的行波电气量；步骤204，根据所述行波电气量判断是否发生扰动，并记录所述扰动发生的时间；步骤206，判断所述扰动是否发生在被监测的电力线路上；步骤208，在判断结果为扰动发生在所述被监测的电力线路上时，计算扰动距离；步骤210，比较本次扰动距离和上次扰动距离是否一致；步骤212，在比较结果为一致时，计算所述被监测的电力线路上最近两次发生扰动的时间间隔；步骤214，将所述时间间隔和预设的时间间隔进行比较，在所述时间间隔小于所述预设的时间间隔时，判定所述被监测的电力线路上将发生故障。

在上述技术方案中，优选地，还包括：步骤216，在判定所述被监测的电力线路上将发生故障时，输出故障预警结果。

在该技术方案中，通过监测风电场电力线路上发生间歇性瞬时扰动发生的行波电气量，实时监测风电场的运行情况，及时提供风电场故障预警，减少风电场故障，提高风电场供电的可靠性，保证风电场的安全运行。

在上述技术方案中，优选地，所述行波电气量包括电压行波、电流行波、模量行波和/或相量行波。

在该技术方案中，行波电气量包括但是不限于电压行波、电流行波、模量行波和/或相量行波，还可以是其他行波。

在上述技术方案中，优选地，所述步骤206具体包括：对所述电压行波和所述电流行波分别进行四层小波变换，并从变换结果中分别提取模极大值；比较所述电压行波的四层小波变换模极大值与所述电流的四层小波变换模极大值的极性，若有不少于三层的电压行波小波变换模极大值与电流行波小波变换模极大值的极性相反，则判定所述扰动发生在被监测的电力线路，否则，判定所述扰动发生在被监测的电力线路外。

运行中的电力线路，如某一点绝缘降低，在工频电压作用下，将重复地间歇性地引起在电力系统中传播的行波。当扰动发生在被监测线路上时，测量点获得的电压行波与电流行波极性相反；而当扰动发生在被监测线路以外时，测量点获得的电压行波与电流行波极性相同。另外，开关操作、雷击等外在干扰也将在配电线路上产生干扰行波。但是，开关操作、雷击等干扰行波，相比由于线路自身原因引起的在工频电压激励下的产生的行波，是随机的。因此，基于线路内部干扰行波出现的规律，可实现电力线路故障预警。

在上述技术方案中，优选地，在所述步骤202之前还包括：根据接收到的设置命令，设置所述预设的时间间隔。

在该技术方案中，用户可以根据个人需要或是日常经验设置预设的时间间隔，如果实际时间间隔小于预设的时间间隔，则说明扰动发生的频率较高，则此时可判定为被监测的电力线路发生故障。

通过以上技术方案，能够实时监测风电场电力线路的运行情况，及时提供风电场故障预警信息，减少风电场故障，提高风电场供电可靠性，保证风电场安全运行。

附图说明

图1示出了根据本发明的实施例的风电场电力线路的故障预警系统的框图；

图2示出了根据本发明的实施例的风电场电力线路的故障预警方法的流程图；

图3示出了根据本发明的实施例的风电场电力线路的故障预警方法的具体流程图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

图1示出了根据本发明的实施例的风电场电力线路的故障预警系统的框图。

如图1所示，根据本发明的实施例的风电场电力线路的故障预警系统100，包括：采集单元102，实时采集风电场电力线路上的行波电气量；记录单元104，根据所述行波电气量判断是否发生扰动，并记录所述扰动发生的时间；判断单元106，判断所述扰动是否发生在被监测的电力线路上；距离计算单元108，在所述判断单元的判断结果为是时，计算扰动距离；比较单元110，比较本次扰动距离和上次扰动距离是否一致；时间间隔计算单元112，在所述比较单元的比较结果为一致时，计算所述被监测的电力线路上最近两次发生扰动的时间间隔；故障判定单元114，将所述时间间隔和预设的时间间隔进行比较，在所述时间间隔小于所述预设的时间间隔时，判定所述被监测的电力线路上将发生故障。

在上述技术方案中，优选地，还包括：结果输出单元116，用于在所述故障判定单元判定所述被监测的电力线路上将发生故障时，输出故障预警结果。

在该技术方案中，通过监测电力线路上发生间歇性瞬时扰动发生的行波电气量，实时监测风电场电力线路的运行情况，及时提供风电场故障预警，减少风电场故障，提高风电场供电的可靠性，保证风电场的安全运行。

在上述技术方案中，优选地，所述行波电气量包括电压行波、电流行波、模量行波和/或相量行波。

在该技术方案中，行波电气量包括但是不限于电压行波、电流行波、模量行波和/或相量行波，还可以是其他行波。

在上述技术方案中，优选地，所述判断单元的判断过程包括：对所述电压行波和所述电流行波分别进行四层小波变换，并从变换结果中分别提取模极大值；比较所述电压行波的四层小波变换模极大值与所述电流的四层小波变换模极大值的极性，若有不少于三层的电压行波小波变换模极大值与电流行波小波变换模极大值的极性相反，则判定所述扰动发生在被监测的电力线路，否则，判定所述扰动发生在被监测的电力线路外。

运行中的电力线路，如某一点绝缘降低，在工频电压作用下，将重复地间歇性地引起在电力系统中传播的行波。当扰动发生在被监测线路上时，测量点获得的电压行波与电流行波极性相反；而当扰动发生在被监测线路以外时，测量点获得的电压行波与电流行波极性相同。另外，开关操作、雷击等外在干扰也将在配电线路上产生干扰行波。但是，开关操作、雷击等干扰行波，相比由于线路自身原因引起的在工频电压激励下的产生的行波，是随机的。因此，基于线路内部干扰行波出现的规律，可实现电力线路故障预警。

在上述技术方案中，优选地，还包括：设置单元118，用于根据接收到的设置命令，设置所述预设的时间间隔。

在该技术方案中，用户可以根据个人需要或是日常经验设置预设的时间间隔，如果实际时间间隔小于预设的时间间隔，则说明扰动发生的频率较高，则此时可判定为被监测的电力线路发生故障。

图2示出了根据本发明的实施例的风电场电力线路的故障预警方法的流程图。

如图2所示，根据本发明的实施例的风电场电力线路的故障预警方法，包括：步骤202，实时采集风电场电力线路上的行波电气量；步骤204，根据所述行波电气量判断是否发生扰动，并记录所述扰动发生的时间；步骤206，判断所述扰动是否发生在被监测的电力线路上；步骤208，在判断结果为扰动发生在所述被监测的电力线路上时，计算扰动距离；步骤210，比较本次扰动距离和上次扰动距离是否一致；步骤212，在比较结果为一致时，计算所述被监测的电力线路上最近两次发生扰动的时间间隔；步骤214，将所述时间间隔和预设的时间间隔进行比较，在所述时间间隔小于所述预设的时间间隔时，判定所述被监测的电力线路上将发生故障。

在上述技术方案中，优选地，还包括：步骤216，在判定所述被监测的电力线路上将发生故障时，输出故障预警结果。

在该技术方案中，通过监测风电场电力线路上发生间歇性瞬时扰动发生的行波电气量，实时监测风电场的运行情况，及时提供风电场故障预警，减少风电场故障，提高风电场供电的可靠性，保证风电场的安全运行。

在上述技术方案中，优选地，所述行波电气量包括电压行波、电流行波、模量行波和/或相量行波。

在该技术方案中，行波电气量包括但是不限于电压行波、电流行波、模量行波和/或相量行波，还可以是其他行波。

在上述技术方案中，优选地，所述步骤206具体包括：对所述电压行波和所述电流行波分别进行四层小波变换，并从变换结果中分别提取模极大值；比较所述电压行波的四层小波变换模极大值与所述电流的四层小波变换模极大值的极性，若有不少于三层的电压行波小波变换模极大值与电流行波小波变换模极大值的极性相反，则判定所述扰动发生在被监测的电力线路，否则，判定所述扰动发生在被监测的电力线路外。

运行中的电力线路，如某一点绝缘降低，在工频电压作用下，将重复地间歇性地引起在电力系统中传播的行波。当扰动发生在被监测线路上时，测量点获得的电压行波与电流行波极性相反；而当扰动发生在被监测线路以外时，测量点获得的电压行波与电流行波极性相同。另外，开关操作、雷击等外在干扰也将在配电线路上产生干扰行波。但是，开关操作、雷击等干扰行波，相比由于线路自身原因引起的在工频电压激励下的产生的行波，是随机的。因此，基于线路内部干扰行波出现的规律，可实现电力线路故障预警。

在上述技术方案中，优选地，在所述步骤202之前还包括：根据接收到的设置命令，设置所述预设的时间间隔。

在该技术方案中，用户可以根据个人需要或是日常经验设置预设的时间间隔，如果实际时间间隔小于预设的时间间隔，则说明扰动发生的频率较高，则此时可判定为被监测的电力线路发生故障。

其中，本发明的工作原理为：当运行中的电力线路出现绝缘薄弱点，或者运行环境变坏，在交流周期性工频电压作用下，电力线路绝缘薄弱点将发生闪络，产生扰动行波，该扰动行波将在电力系统中传播，在线路测量点，该扰动行波可被获取。

由于，行波将在系统中传播，因此，不管是被监测线路上的扰动行波，还是系统中被监测线路以外的扰动行波，都可能在被监测线路测量点获取。但是如果扰动发生在被监测线路上，则测量点获取的电压行波与电流行波极性相反；而如果扰动发生在被监测线路以外，则测量点获取的电压行波与电流行波极性相同。基于测量点获取的电压行波与电流行波的极性关系，扰动发生区域可被有效识别。

线路上的扰动行波不一定都是故障前兆，也可能是由于断路器开关操作引起的，或者雷击电力系统引起的。但是线路故障前由于运行中设备绝缘降低引起的行波是有规律的，因为三相交流电力系统运行电压是周期性电压，因此故障前兆行波将是有规律的，在一定时间间隔内反复出现；而其他扰动行波相对而言是随机的，离散的，扰动时间间隔相对较长。因此，扰动行波出现的规律，可用于区分故障前兆和系统扰动。本发明中引入了扰动行波的连续性检测，识别故障前兆还是系统扰动，实现线路故障预警。

图3示出了根据本发明的实施例的风电场电力线路的故障预警方法的具体流程图。

如图3所示，根据本发明的实施例的风电场电力线路的故障预警方法的具体流程如下：

步骤302，实时采集线路上零模电压行波、零模电流行波和一相电压行波，采样频率2Mhz；并利用5—10Khz的带通滤波器，比较零模电流行波该频带的输出数据与预设启动值，实时判断所监测的电力系统中是否发生了扰动。所述预设启动值根据配电线路电压等级的不同而不同。对6Kv和10Kv的配电线路，预设启动值建议设为：1A（归算到电力系统一次侧的值）；对35Kv的配电线路，预设启动值建议设为：3A（归算到电力系统一次侧的值）。

步骤304，根据采样数据判断是否发生扰动，在判断结果为是时，进入步骤306。

步骤306，记录扰动发生的时间。

步骤308，对扰动前后记录的各64点零模电流行波、零模电压行波和一相电压行波分别进行四层小波变换，此处的小波函数可选用三次B样条函数的一次导函数。

步骤310，对行波数据的小波变换结果提取模极大值。

步骤312，判断扰动是否发生在被监测的电力线路上。一一比较零模电压行波四层小波变换模极大值与零模电流行波四层小波变换模极大值的极性，如果有不少于三层的电压行波和电流行波小波变换模极大值极性相反，则判定扰动发生在被监测的电力线路上；否则，则判定扰动发生在被监测配电线路外。

步骤314，如果判定扰动发生在被监测配电线路上，则基于零模电压行波和一相电压行波的第三层小波变换模极大值决定的时间差Δt，计算扰动距离x，计算公式为：

其中，V₀为零模电压初始行波的速度；V₁为相电压初始行波的速度。

步骤316，比较本次扰动的距离与上次扰动的距离是否一致。

步骤318，如果扰动距离一致，计算最近两次被监测的电力线路上发生扰动的时间间隔；

步骤320，比较计算得到的被监测电力线路最近两次发生扰动的时间间隔与整定时间间隔。

步骤322，如果计算得到的时间间隔小于整定时间间隔，则输出配电线路故障预警结果。其中，整定时间可以根据实际情况进行设置，考虑系统正常运行的工频周期，60Hz系统整定时间间隔为16ms，50Hz系统整定时间间隔为20ms。如果考虑正常运行时，正负两个半周都可能击穿，则60Hz系统整定时间间隔为8ms，50Hz系统整定时间间隔为10ms。

以上结合附图详细说明了本发明的技术方案，通过本发明的技术方案，能够实时监测风电场电力线路的运行情况，及时提供风电场故障预警信息，减少风电场故障，提高风电场供电可靠性，保证风电场安全运行。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种风电场电力线路的故障预警系统，其特征在于，包括：

采集单元，实时采集风电场电力线路上的行波电气量；

记录单元，根据所述行波电气量判断是否发生扰动，并记录所述扰动发生的时间；

判断单元，判断所述扰动是否发生在被监测的电力线路上；

距离计算单元，在所述判断单元的判断结果为是时，计算扰动距离；

比较单元，比较本次扰动距离和上次扰动距离是否一致；

时间间隔计算单元，在所述比较单元的比较结果为一致时，计算所述被监测的电力线路上最近两次发生扰动的时间间隔；

故障判定单元，将所述时间间隔和预设的时间间隔进行比较，在所述时间间隔小于所述预设的时间间隔时，判定所述被监测的电力线路上将发生故障。

2.根据权利要求1所述的风电场电力线路的故障预警系统，其特征在于，还包括：

结果输出单元，用于在所述故障判定单元判定所述被监测的电力线路上将发生故障时，输出故障预警结果。

3.根据权利要求1所述的风电场电力线路的故障预警系统，其特征在于，所述行波电气量包括电压行波、电流行波、模量行波和/或相量行波。

4.根据权利要求3所述的风电场电力线路的故障预警系统，其特征在于，所述判断单元的判断过程包括：

对所述电压行波和所述电流行波分别进行四层小波变换，并从变换结果中分别提取模极大值；

比较所述电压行波的四层小波变换模极大值与所述电流的四层小波变换模极大值的极性，若有不少于三层的电压行波小波变换模极大值与电流行波小波变换模极大值的极性相反，则判定所述扰动发生在被监测的电力线路，否则，判定所述扰动发生在被监测的电力线路外。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的风电场电力线路的故障预警系统，其特征在于，还包括：

设置单元，用于根据接收到的设置命令，设置所述预设的时间间隔。

6.一种风电场电力线路的故障预警方法，其特征在于，包括：

步骤202，实时采集风电场电力线路上的行波电气量；

步骤204，根据所述行波电气量判断是否发生扰动，并记录所述扰动发生的时间；

步骤206，判断所述扰动是否发生在被监测的电力线路上；

步骤208，在判断结果为扰动发生在所述被监测的电力线路上时，计算扰动距离；

步骤210，比较本次扰动距离和上次扰动距离是否一致；

步骤212，在比较结果为一致时，计算所述被监测的电力线路上最近两次发生扰动的时间间隔；

步骤214，将所述时间间隔和预设的时间间隔进行比较，在所述时间间隔小于所述预设的时间间隔时，判定所述被监测的电力线路上将发生故障。

7.根据权利要求6所述的风电场电力线路的故障预警方法，其特征在于，还包括：

步骤216，在判定所述被监测的电力线路上将发生故障时，输出故障预警结果。

8.根据权利要求6所述的风电场电力线路的故障预警方法，其特征在于，所述行波电气量包括电压行波、电流行波、模量行波和/或相量行波。

9.根据权利要求8所述的风电场电力线路的故障预警方法，其特征在于，所述步骤206具体包括：

对所述电压行波和所述电流行波分别进行四层小波变换，并从变换结果中分别提取模极大值；

比较所述电压行波的四层小波变换模极大值与所述电流的四层小波变换模极大值的极性，若有不少于三层的电压行波小波变换模极大值与电流行波小波变换模极大值的极性相反，则判定所述扰动发生在被监测的电力线路，否则，判定所述扰动发生在被监测的电力线路外。

10.根据权利要求6至9中任一项所述的风电场电力线路的故障预警方法，其特征在于，在所述步骤202之前还包括：

根据接收到的设置命令，设置所述预设的时间间隔。

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