基于智能电网的电力故障监测

刘建顺 郭全 赵岚光

摘要：智能电网技术是目前电力系统领域的研究热点，具有重大的研究价值和广阔的应用前景。本文针对智能电网中电力故障监测问题，研究并提出了准确可靠的检测与处理算法，从而大大加快了检测处理工作效率，更能满足实时性要求，为后续智能电网环境下电力运行故障检测的研究起到良好的引导作用。

关键词：智能电网 频率测量 傅里叶变换 突变量

1.引言

智能电网是将信息技术、通信技术、计算机技术和原有的输、配电基础设施高度集成而形成的新型电网。它具有提高能源效率、减少对环境的影响、提高供电的安全性和可靠性、减少输电网的电能损耗等多个优点。然而，智能电网的电网故障监测问题一直困扰着人们，因此，迫切需要有一种提高系统的可靠性和实时性的电力故障监测算法。本文针对该问题，根据《220～500kV电力系统故障动态记录技术准则》所提出的判据标准，对智能电网故障检测技术和处理算法进行了深入地研究。

2. 算法原理

衡量电网故障的一个重要因素就是当出现故障时，能否及时对故障信号进行检测。本文所提出的故障检测算包括：突变量启动判据算法、频率测量启动判据等算法。

2.1突变量启动

具有灵敏度高，启动迅速等特点。主要包括相电压，相电流突变量的启动和零序分量突变量的启动。以电流突变量为例，其原理可简述如下：

突变量为： （1）

—k时刻的采样值

—比k超前一个周波的采样值

N—一个周波的采样点数

当系统正常运行时，突变量无输出，即突变量值应为零；但如果当系统频率偏离额定频率50Hz时，和采样值的相位将不相同，大于设定值时启动，得到的突变量不能正确反映电流值的变化。为消除频率波动引起的不平衡电流，采用如下公式计算突变量。

（2）

为了提高抗干扰能力，避免误启动，当连续3次突变量超限被检出后才启动录波。

用公式（2）计算突变量不仅可以补偿频率偏离产生的不平衡电流，还可以减弱由于系统静稳定破坏而引起的不平衡电流，只有在振荡周期很小时，才会出现较大的不平衡电流。突变量启动判据算法流程如图1（以SCONT=3，检查第一、二通道为例）。

其中：TQDC1是第一通道的计数器，当发现计算的突变量大于给定定值时自加一，当TQDC1等于三时，认为被监测通道确实发生了故障，给整个装置发录波指令，之所以当TQDC等于三时才发录波指令是为了保证了整个装置的可靠录波，这是因为在实际数据采集中，有可能因为A/D芯片在转换过程中出现的转化误差或计算误差可能导致计算的突变量大于定值，从而可能导致整个装置的错误录波，因此在本程序设定了TQDC1计数器，使得整个装置在连续三个采样点的情况下计算的突变量数值均大于定值才起动录波，从而保证了录波的可靠性。

TQDC2-TQDC16分别是第二通道到第十六通道的计数器，其原理与TQDC1类似。

图1 突变量启动判据算法流程 图2 频率测量启动判据算法流程

2.2频率测量算法

本文利用快速傅里叶变换计算所得的电压向量得到一种简便快速且精度较高的频率测量算法。

设系统额定频率为f0 ，系统实际频率为f，则f= f0+df。系统电压为

（3）

令，则有 （4）

设每周期采样N个点，初始采样频率为Nf0，采样时間间隔t=1/Nf0 。将（4）式写成离散形式， 则第k个采样电压值为

（5）

如系统频率不发生偏移，迭代付氏算法每个采样间隔计算所得相量在复平面内保持不动。但当系统频率发生偏移df 时， 相量将在复平面内以2df 的速度旋转。当系统实际频率大于系统额定频率f0 时， 沿逆时针旋转； 当系统实际频率小于系统额定频率f0时， 沿顺时针旋转。因此， 可以通过测量相量幅角的变化获得频率实时测量结果。测量原理由式（6）、（7）、（8）决定。

（6）

（7）

（8）

则系统测量频率f= f0+df 。

频率测量启动判据算法流程如图2。

3.结论

本文根据《220～500kV电力系统故障动态记录技术准则》所提出的判据标准，针对当前智能电网运行状态监测问题，对电网故障监测算法深入研究了，提出了适用于智能电网环境的突变量启动判据算法、频率测量启动判据等算法，其具有计算简单、响应速度快、计算精度高、测频范围精确、抗干扰性能好的优点，为智能电网的进一步研究起到积极引导的作用。

参考文献

[1]220～500kV电力系统故障动态记录技术准则DL/T 553-94[M]， 电力行业标准，1999.

[2]王亮.嵌入式电力系统动态记录装置及故障诊断研究[D]，江苏：河海大学，2004.

[3]阎焕忠.动态故障录波检测算法的研究及性能仿真[J].科技广场，2008.12：206-208.

作者简介：刘建顺，男，沈阳建筑大学信息与工程学院，高级工程师，主要研究无线传感技术及工业自动化。