本發明屬于電力系統繼電保護領域，更具體地，涉及一種交流線路故障方向的判斷方法及裝置。

背景技術：

1、隨著新能源發電作為清潔能源在電力系統中的得到廣泛應用，以及直流輸電在電力系統的發展與應用越來越多，由于兩者區別于傳統同步發電機的故障特性，給傳統繼電保護系統帶來巨大挑戰。

2、在含新能源或直流落點的交流線路發生短路故障時，其故障特征受新能源或直流換流閥的電力電子設備和控制系統的影響，導致故障特征復雜多樣，傳統的功率方向繼電器不能可靠的判別故障方向，難以適應電力系統的變化。現有的新型電力系統中判斷故障方向的方法依賴于采集并保存的記憶電壓和記憶電流，必須一直對保護裝置附近的電氣量進行信號采集和存留，方向元件工作時間較長；在線路發生故障時，傳統方向元件對歷史數據具有較強的依賴性，記憶數據只能維持一段時間，若存在記憶數據缺失，則不能可靠地判別故障方向，具有一定的局限性。

技術實現思路

1、針對相關技術的缺陷，本發明的目的在于提供了一種交流線路故障方向的判斷方法及裝置，旨在解決現有故障判斷方法需要依賴歷史數據，若存在歷史數據缺失，則方向元件無法可靠地判別故障方向的問題以及歷史數據的持續獲取存儲導致方向元件運行時間過長的問題。

2、為實現上述目的，本發明提供了一種交流線路故障方向的判斷方法，包括：

3、s1、獲取第一繼電保護裝置和第二繼電保護裝置的線電壓或者相電壓，判斷其是否小于10％，若是，則啟動相應保護裝置，并啟動方向元件進行故障方向判斷；其中，所述第一繼電保護裝置和第二繼電保護裝置設置在被保護線路的兩端；所述第一繼電保護裝置為系統側的保護裝置，所述第二繼電保護裝置為新能源側的保護裝置；

4、s2、采集被啟動的保護裝置的電壓與電流信號，獲得故障后電壓和故障后電流信息；

5、s3、根據故障后電壓信息，處理獲得故障后正序電壓分量的相位信息，并計算獲得第一電源電壓；

6、s4、根據故障后電壓、故障后電流與等值系統阻抗信息，計算獲得第二電源電壓；

7、s5、判斷在預設時間內，所述第一電源電壓和所述第二電源電壓的變化趨勢是否一致，并根據變化趨勢判斷故障方向；

8、若被啟動的保護裝置為第一繼電保護裝置時，且變化趨勢一致，則為正向故障；若變化趨勢不一致，則為反向故障；

9、若被啟動的保護裝置為第二繼電保護裝置時，且變化趨勢一致，則為反向故障；若變化趨勢不一致，則為正向故障。

10、可選的，所述第一電源電壓的計算表達式為：

11、

12、us1ab(t)＝us1a(t)-us1b(t)

13、us1bc(t)＝us1b(t)-us1c(t)

14、us1ca(t)＝us1c(t)-us1a(t)

15、其中，為繼電保護裝置安裝處的正序電壓相位；us1a(t)、us1b(t)、us1c(t)為第一電源電壓的各相電壓瞬時值；us1ab(t)、us1bc(t)、us1ca(t)為第一電源電壓的各線電壓瞬時值。

16、可選的，所述第二電源電壓的計算表達式為：

17、

18、us2ab(t)＝us2a(t)-us2b(t)

19、us2bc(t)＝us2b(t)-us2c(t)

20、us2ca(t)＝us2c(t)-us2a(t)

21、其中，us1a(t)、us1b(t)、us1c(t)為第二電源電壓的各相電壓瞬時值，us1ab(t)、us1bc(t)、us1ca(t)為第二電源電壓的各線電壓瞬時值；t為t0～t0+t1時間窗內各時刻，t0為故障發生時刻，t1為預設時間；ua(t)、ub(t)、uc(t)為被啟動的保護裝置的各相故障電壓，ia(t)、ib(t)、ic(t)為被啟動的保護裝置的各相故障電流，r為等值系統阻抗的電阻，l為等值系統阻抗的電感。

22、可選的，所述判斷在預設時間內，所述第一電源電壓和所述第二電源電壓的變化趨勢是否一致，包括：根據下式進行判斷：

23、[us1(t+δt)-us1(t)]×[us2(t+δt)-us2(t)]＞0

24、其中，us1為第一電源電壓的各相電壓瞬時值或第一電源電壓的各線電壓瞬時值，us2為對應的第二電源電壓的各相電壓瞬時值或第二電源電壓的各線電壓瞬時值，t為t0～t0+t1時間窗內各時刻，t0為故障發生時刻，t1為預設時間，δt為采樣間隔；

25、若在故障發生后的預設時間內，上式持續成立，則判斷為變化趨勢一致；若在故障發生后的預設時間內，上式不能持續成立，則判斷變化趨勢不一致。

26、可選的，所述若被啟動的保護裝置為第一繼電保護裝置時，且變化趨勢一致，則為正向故障；若變化趨勢不一致，則為反向故障；包括：

27、若被啟動的保護裝置為第一繼電保護裝置時，發生正向故障，故障位于所述第一繼電保護裝置的下游；

28、若被啟動的保護裝置為第一繼電保護裝置時，發生反向故障，故障位于所述第一繼電保護裝置的上游。

29、可選的，所述若被啟動的保護裝置為第二繼電保護裝置時，且變化趨勢一致，則為反向故障；若變化趨勢不一致，則為正向故障；包括：

30、若被啟動的保護裝置為第二繼電保護裝置時，發生反向故障，故障位于所述第一繼電保護裝置的下游；

31、若被啟動的保護裝置為第二繼電保護裝置時，發生正向故障，故障位于所述第二繼電保護裝置的上游。

32、第二方面，本發明還提供了一種交流線路故障方向的判斷裝置，包括：

33、故障識別模塊，用于獲取第一繼電保護裝置和第二繼電保護裝置的線電壓或者相電壓，判斷其是否小于10％，若是，則啟動相應保護裝置，并啟動方向元件進行故障方向判斷；其中，所述第一繼電保護裝置和第二繼電保護裝置設置在被保護線路的兩端；所述第一繼電保護裝置為系統側的保護裝置，所述第二繼電保護裝置為新能源側的保護裝置；

34、電壓電流信息獲取模塊，用于采集被啟動的保護裝置的電壓與電流信號，獲得故障后電壓和故障后電流信息；

35、第一電源電壓計算模塊，用于根據故障后電壓信息，處理獲得故障后正序電壓分量的相位信息，并計算獲得第一電源電壓；

36、第二電源電壓計算模塊，用于根據故障后電壓、故障后電流與等值系統阻抗信息，計算獲得第二電源電壓；

37、趨勢判別模塊，用于判斷在預設時間內，所述第一電源電壓和所述第二電源電壓的變化趨勢是否一致，并根據變化趨勢判斷故障方向；

38、若被啟動的保護裝置為第一繼電保護裝置時，且變化趨勢一致，則為正向故障；若變化趨勢不一致，則為反向故障；

39、若被啟動的保護裝置為第二繼電保護裝置時，且變化趨勢一致，則為反向故障；若變化趨勢不一致，則為正向故障。

40、第三方面，本發明還提供了一種交流線路系統，包括依次連接的大等值電源、等值系統阻抗、第一母線、第一繼電保護裝置、被保護線路、第二繼電保護裝置、第二母線和小等值電源；

41、所述第一繼電保護裝置和第二繼電保護裝置中的方向元件，用于執行如第一方面任一項所述的交流線路故障方向的判斷方法。

42、通過本發明所構思的以上技術方案，與現有技術相比，能夠取得以下有益效果：

43、1、本發明提供的一種交流線路故障方向的判斷方法，利用繼電保護裝置安裝處的故障后電壓提取正序電壓相位，計算第一電源電壓；利用繼電保護裝置安裝處故障后電壓、故障后電流，結合系統等值阻抗參數，計算第二電源電壓。取故障后短時間作為數據窗，以母線指向線路方向為正方向，將第一電源電壓與第二電源電壓變化趨勢進行對比確定故障方向，與傳統的功率方向元件原理明顯不同，因此在新型電力系統中有很好的適應性，可應用于含高比例新能源或存在直流落點等復雜場景的交流電網系統中，解決了發生故障時傳統方向元件不能可靠判別故障方向的問題，且該方法判據簡單、動作快。

44、2、本發明提出的交流線路故障方向的判斷方法，利用故障后電壓的正序電壓分量的相位信息，正序電壓分量可以在故障發生后開始采集，避免了使用記憶量信息，使得保護裝置不必時刻儲存更新記憶量信息，解決了由此產生的方向元件采集儲存記憶量信息工作的時間較長的問題。

45、3、本發明提出的交流線路故障方向的判斷方法，使用故障后電壓的正序電壓分量的相位信息，在線路發生故障時，對歷史數據沒有依賴性。記憶量數據只能維持一段時間，若存在記憶量數據缺失，則不能可靠地判別故障方向，具有一定的局限性。而本發明提出的判斷方法大幅延長了故障后的可工作時間，且簡化了方向元件的工作流程。