本公開涉及檢測和定位電力輸送系統(tǒng)中的故障。更具體地，本公開涉及使用時域元件和分析來確定電力輸送系統(tǒng)中的故障位置。在各種實施例中，與本公開一致的系統(tǒng)和方法可使用欠范圍/超范圍、方向和/或行波元件。附圖簡述對本公開的非限制性和非窮舉性實施例進(jìn)行了描述，包括本公開參照附圖的各個實施例，在附圖中：圖1圖示了與本公開的某些實施例一致的用于檢測行波并使用所檢測的行波計算故障的位置的系統(tǒng)的框圖。圖2A圖示了與本公開的某些實施例一致的點(diǎn)陣圖，其示出了在相對時間尺度上由300英里(482.8km)長的傳輸線路上的故障事件所造成的入射行波和反射行波。圖2B圖示了與本公開的某些實施例一致的作為由于圖2A中所圖示的故障電流隨著時間推移的函數(shù)的入射行波和反射行波。圖2C圖示了與本公開的某些實施例一致的點(diǎn)陣圖，其示出了在400km長的傳輸線路上由于故障事件在遠(yuǎn)程終端和本地終端處的入射行波和反射行波。圖3圖示了與本公開的某些實施例一致的作為故障前網(wǎng)絡(luò)和故障網(wǎng)絡(luò)的和的等效網(wǎng)絡(luò)的故障的電網(wǎng)的概念表示。圖4A圖示了與本公開的某些實施例一致的具有本地終端S和遠(yuǎn)程終端R的等效單相網(wǎng)絡(luò)，其中在終端S和R之間的線路上具有故障。圖4B圖示了與本公開的某些實施例一致的已被簡化以用于對增量進(jìn)行分析的另一等效單相網(wǎng)絡(luò)。圖5A圖示了與本公開的某些實施例一致的用于正向故障的增加的電壓和增加的副本電流隨時間推移的曲線圖。圖5B圖示了與本公開的某些實施例一致的用于反向故障的增加的副本電壓和增加的副本電流隨時間推移的曲線圖。圖6圖示了與本公開的某些實施例一致的用于正向故障的方向元件工作隨時間推移的曲線圖。圖7A圖示了與本公開的一個實施例一致的針對在電壓峰值附近發(fā)生并位于方向元件的設(shè)定的達(dá)到點(diǎn)的約60％處的區(qū)內(nèi)故障的增加的電壓隨時間推移的曲線圖。圖7B圖示了與本公開的一個實施例一致的在圖7A中所圖示的相同條件下的增加的副本電流隨時間推移的曲線圖。圖7C圖示了與本公開的一個實施例一致的在圖7A中所圖示的相同條件下的操作信號隨時間推移的曲線圖。圖8圖示了與本公開的某些實施例一致的具有方向監(jiān)督的欠范圍元件的工作特性。圖9圖示了與本公開的某些實施例一致的超范圍的無方向元件的工作特性。圖10圖示了與本公開的某些實施例一致的用于使用時域量來確定故障的方向的方法的一個實施例的流程圖。圖11圖示了與本公開一致的用于確定故障是否在保護(hù)區(qū)內(nèi)的方法的一個實施例的流程圖。圖12圖示了與本公開的某些實施例一致的用于確定故障的方向和用于確定故障是否在保護(hù)區(qū)內(nèi)的方法的一個實施例。圖13圖示了與本公開的某些實施例一致的被配置為使用相關(guān)性技術(shù)以確定故障位置的系統(tǒng)的框圖。圖14A圖示了與本公開的某些實施例一致的由故障發(fā)射的TW和在位置U、S和R處反射的TW。圖14B圖示了與本公開的某些實施例一致的在外部故障期間于圖14A中的終端S和終端R處所接收的行波電流隨時間推移的曲線圖。圖14C圖示了與本公開的某些實施例一致的在外部故障期間于圖14A中的終端S和終端R處所接收的行波電流隨時間推移的曲線圖。圖14D圖示了與本公開的某些實施例一致的在內(nèi)部故障期間于圖14A中的終端S和終端R處所接收的行波電流的曲線圖。圖15圖示了與本公開的某些實施例一致的用于使用行波差動模塊確定內(nèi)部故障條件的方法的流程圖。圖16圖示了與本公開的某些實施例一致的用于使用行波檢測故障并估計故障位置的系統(tǒng)的功能框圖。詳細(xì)描述更快的傳輸線路保護(hù)提高了電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。如果在臨界故障清除時間之前沒有清除故障，則系統(tǒng)可能會失去暫態(tài)穩(wěn)定性并且可能遭受停電。另外，更快的故障清除增加了可轉(zhuǎn)移的電力的量。更快的保護(hù)還增強(qiáng)了公共和公用設(shè)施人員的安全，限制了裝備的磨損，改進(jìn)了電力質(zhì)量，并減少了財產(chǎn)損失。大多數(shù)保護(hù)原理是基于電壓和電流的基頻分量。正弦量的準(zhǔn)確測量通常需要一個循環(huán)。為了加快保護(hù)動作的速度，瞬態(tài)分量的分析可結(jié)合本公開的各種實施例來進(jìn)行。此外，與電氣條件有關(guān)的信息可在設(shè)備之間進(jìn)行傳遞，以提供端到端的傳輸線路保護(hù)。初級繼電保護(hù)系統(tǒng)通常在一到一個半循環(huán)內(nèi)工作，并且斷路器在一個半到三個循環(huán)內(nèi)中斷電流，因此故障通常在三到四個循環(huán)內(nèi)被清除。有時繼電系統(tǒng)運(yùn)行更快。例如，敏感的瞬時過電流元件可用于合閘于故障(switch-onto-fault)事件，并且可具有低至四分之一循環(huán)的工作時間?？梢詰?yīng)用通過提取基頻分量(相量)獲得的傳統(tǒng)頻域技術(shù)以識別瞬態(tài)信號衰減之后的故障。相量測量所需的濾波導(dǎo)致約一個電力循環(huán)的工作時間，對于近距離的大電流故障，最佳情況的時間接近半個循環(huán)。然而，為了確定用于規(guī)劃目的的穩(wěn)定性極限的目的，最適當(dāng)?shù)氖鞘褂帽Ｊ氐谋Ｗo(hù)工作時間。如果斷路器未能跳閘，則采取斷路器故障方案，并延遲對故障的清除直至最慢的備用斷路器工作，這可能是大約10到12個循環(huán)。如果使用時間協(xié)調(diào)的遠(yuǎn)程后備保護(hù)來代替斷路器故障保護(hù)，則故障清除時間可能高達(dá)幾百毫秒。高速保護(hù)設(shè)備響應(yīng)于高頻信號分量，其可用于檢測故障并實現(xiàn)各種優(yōu)勢。例如，諸如風(fēng)能和太陽能的某些非傳統(tǒng)能源通過電力電子接口連接到電力系統(tǒng)。因此，這些源通常具有很小的慣性或沒有慣性。它們的控制算法針對網(wǎng)路故障條件對轉(zhuǎn)換器進(jìn)行保護(hù)。因此，這些源產(chǎn)生了電壓和電流，這對針對具有同步發(fā)電機(jī)的網(wǎng)絡(luò)開發(fā)的一些保護(hù)原理構(gòu)成了挑戰(zhàn)。相反，被配置為響應(yīng)于高頻信號分量的高速保護(hù)設(shè)備較少依賴于源而更多依賴于網(wǎng)絡(luò)本身。因此，這樣的繼電器可以在非傳統(tǒng)源附近的應(yīng)用中是有用的。與本公開一致的各種實施例可對行波(TW)進(jìn)行分析，以輔助檢測故障。當(dāng)故障發(fā)生在電力系統(tǒng)中時，行波從故障處發(fā)射并以接近光速的速度向外行進(jìn)。行波根據(jù)總線和其他不連續(xù)性的特性阻抗而被它們反射。在故障的初始階段，電力系統(tǒng)的行為類似分布式參數(shù)網(wǎng)絡(luò)。因此，行波可由傳播速度、反射和傳輸系數(shù)以及線路特性阻抗來描述。使用行波檢測算法，高速繼電器可以能夠在與本公開的某些實施例一致的小于1毫秒內(nèi)檢測故障并啟動校正動作。在幾次往返反射以后，來自故障處的行波重組成駐波，并且電力系統(tǒng)可使用處于瞬態(tài)的集總參數(shù)RLC網(wǎng)絡(luò)來近似。給定行波的速度，這樣的條件可以在故障發(fā)生之后的很短時間內(nèi)實現(xiàn)。來自100英里線路上的任何地方的故障的TW在600微秒內(nèi)到達(dá)兩端。與本公開一致的各種實施例可對“集總電路理論(lumpedcircuittheory)”瞬態(tài)波形進(jìn)行分析，以在與本公開的某些實施例一致的毫秒內(nèi)檢測故障并啟動校正動作。可使用各種技術(shù)來簡化某些實施例中所使用的模型。例如，某些實施例可對增量進(jìn)行分析，該增量是由于故障而出現(xiàn)且不包含負(fù)載電壓或電流的信號。增量可通過消除電源并使故障作為等效網(wǎng)絡(luò)中的唯一“源”來簡化線路和系統(tǒng)的表示。換句話說，瞬態(tài)的驅(qū)動力是故障，而穩(wěn)態(tài)響應(yīng)的驅(qū)動力是系統(tǒng)基頻源(例如，發(fā)電機(jī))的集合。超高速原理允許繼電器識別位于保護(hù)區(qū)內(nèi)但不一定是永久性故障的事件。早期的電纜故障或避雷器傳導(dǎo)事件可能分別向現(xiàn)有的饋線和總線繼電器提出檢測挑戰(zhàn)。類似地，超高速線路保護(hù)需要確保區(qū)內(nèi)事件是合法故障。通過參照附圖將最好地理解本公開的實施例，其中類似的部件自始至終由類似的數(shù)字表示。將容易理解的是，如在本文中的附圖中一般性地描述和圖示的，所公開的實施例的組件可以以各種不同的配置來布置和設(shè)計。因此，本公開的系統(tǒng)和方法的實施例的以下詳細(xì)的描述不旨在限制本公開所要求保護(hù)的范圍，而是僅代表本公開的可能實施例。另外，除非另有說明，方法的步驟不一定需要按照任何特定的順序或甚至順序地執(zhí)行，也不需要步驟僅執(zhí)行一次。在一些情況下，眾所周知的特征、結(jié)構(gòu)或操作沒有被詳細(xì)示出或描述。此外，所描述的特征、結(jié)構(gòu)或操作可以以任何合適的方式組合在一個或多個實施例中。還將容易理解的是，如在本文中的附圖中一般性地描述和圖示的實施例的組件可以以各種不同的配置來布置和設(shè)計。所描述的實施例的幾個方面可被圖示為軟件模塊或組件。在其他實施例中，可使用硬件實現(xiàn)的實施例。除了其他技術(shù)之外，這樣的實施例可使用現(xiàn)場可編程門陣列。如本文中所使用的，軟件模塊或組件可包括位于存儲設(shè)備內(nèi)和/或作為電子信號通過系統(tǒng)總線或有線或無線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)娜魏晤愋偷挠嬎銠C(jī)指令或計算機(jī)可執(zhí)行代碼。例如，軟件模塊或組件可包括計算機(jī)指令的一個或多個物理塊或邏輯塊，其可被組織為執(zhí)行一個或多個任務(wù)或?qū)崿F(xiàn)特定的抽象數(shù)據(jù)類型的例程、程序、對象、組件、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等。在某些實施例中，特定的軟件模塊或組件可包括被儲存在存儲設(shè)備的不同位置中的不同指令，其共同實現(xiàn)模塊的所描述的功能。事實上，模塊或組件可包括單一指令或許多指令，并且可以分布在幾個不同的代碼段上、不同的程序之間以及跨幾個存儲設(shè)備分布。一些實施例可在分布式計算環(huán)境中實踐，其中任務(wù)由通過通信網(wǎng)絡(luò)鏈接的遠(yuǎn)程處理設(shè)備執(zhí)行。在分布式計算環(huán)境中，軟件模塊或組件可位于本地存儲器儲存設(shè)備和/或遠(yuǎn)程存儲器儲存設(shè)備中。另外，在數(shù)據(jù)庫記錄中一起綁定或呈現(xiàn)的數(shù)據(jù)可駐留在相同的存儲設(shè)備中或跨幾個存儲設(shè)備駐留，以及可以跨網(wǎng)絡(luò)在數(shù)據(jù)庫中的記錄字段中鏈接在一起。實施例可作為計算機(jī)程序產(chǎn)品提供，包括具有在其上所儲存的指令的機(jī)器可讀介質(zhì)，該指令可用于給計算機(jī)(或其他電子設(shè)備)編寫程序以執(zhí)行本文中所描述的過程。機(jī)器可讀介質(zhì)可包括但不限于硬盤驅(qū)動器、軟盤、光盤、CD-ROM、DVD-ROM、ROM、RAM、EPROM、EEPROM、磁卡或光卡、固態(tài)存儲設(shè)備、或適用于存儲電子指令的其他類型的介質(zhì)/機(jī)器可讀介質(zhì)。圖1圖示了用于使用本文中進(jìn)一步描述的時域原理和元件來對故障的位置進(jìn)行檢測和計算的系統(tǒng)100的框圖。系統(tǒng)100可包括生成系統(tǒng)、傳輸系統(tǒng)、分配系統(tǒng)和/或類似的系統(tǒng)。系統(tǒng)100包括導(dǎo)體106，諸如連接兩個節(jié)點(diǎn)的傳輸線路，該兩個節(jié)點(diǎn)被圖示為本地終端112和遠(yuǎn)程終端114。本地終端112和遠(yuǎn)程終端114可以是分別由發(fā)電機(jī)116和118供給的傳輸系統(tǒng)中的總線。雖然出于簡化的目的以單線的形式圖示，但系統(tǒng)100可以是多相系統(tǒng)，諸如三相電力輸送系統(tǒng)。雖然其他IED也可用于監(jiān)控系統(tǒng)的其他位置，但系統(tǒng)100由在系統(tǒng)的兩個位置處的IED102和104監(jiān)控。如本文中所使用的，IED(諸如IED102和104)可指監(jiān)控、控制、自動化和/或保護(hù)系統(tǒng)100內(nèi)的受監(jiān)控的裝備的任何基于微處理器的設(shè)備。這樣的設(shè)備可包括例如，遠(yuǎn)程終端單元、差動繼電器、距離繼電器、方向繼電器、饋電繼電器、過電流繼電器、電壓調(diào)節(jié)器控制、電壓繼電器、斷路器失靈繼電器、發(fā)電機(jī)繼電器、電動機(jī)繼電器、自動化控制器、間隔控制器、計量器、自動開關(guān)控制、通信處理器、計算平臺、可編程邏輯控制器(PLC)、可編程自動化控制器、輸入和輸出模塊等。術(shù)語IED可用于描述單獨(dú)的IED或包括多個IED的系統(tǒng)。IED102和104可使用電流互感器(CT)、電壓互感器(PT)、羅氏線圈(Rogowskicoils)、分壓器和/或類似的來獲得電力系統(tǒng)信息。IED102、104可以能夠使用來自通常用于監(jiān)控電力輸送的常規(guī)儀表變壓器(諸如CT和PT)的輸入。IED102和104還可接收來自公共時間源110的公共時間信息。公共時間源110可以是能夠?qū)⒐矔r間信號傳遞給IED102和104中的每一個的任何時間源。公共時間源的一些示例包括諸如輸送與IRIG對應(yīng)的時間信號的全球定位系統(tǒng)(GPS)的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)、WWVB系統(tǒng)或WWV系統(tǒng)、諸如與IEEE1588精確時間協(xié)議對應(yīng)的基于網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)和/或類似的。根據(jù)一個實施例，公共時間源110可包括衛(wèi)星同步時鐘(例如，可從SEL獲得的型號SEL-2407)。另外，應(yīng)注意的是，每個IED102、104可與單獨(dú)的時鐘(諸如衛(wèi)星同步時鐘)進(jìn)行通信，其中每個時鐘給每個IED102、104提供公共時間信號。公共時間信號可得自GNSS系統(tǒng)和其他時間信號。數(shù)據(jù)通信信道108可允許IED102和104交換與其中包括電壓時域故障的檢測和定位、電流時域故障的檢測和定位有關(guān)的信息。根據(jù)一些實施例，基于公共時間源110的時間信號可使用數(shù)據(jù)通信信道108被分配到IED102和104和/或它們之間。數(shù)據(jù)通信信道108可以以各種媒介實施，并可使用各種通信協(xié)議。例如，數(shù)據(jù)通信信道108可使用諸如同軸電纜、雙絞線、光纖等的物理媒介來實施。另外，數(shù)據(jù)通信信道108可使用諸如以太網(wǎng)、SONET、SDH等的通信協(xié)議，以便傳遞數(shù)據(jù)。在本文中的幾個實施例中，電力輸送系統(tǒng)上的行波可用于檢測和計算故障的位置。兩端故障定位方法(其在本文中可被稱為D型法)可使用在兩個終端處所捕獲的行波之間的時間差連同線路長度和波的傳播速度來計算故障位置。在線路終端處的測量設(shè)備使用公共時間參考(例如，IRIG-B或IEEE1588)來檢測行波并對波的到達(dá)進(jìn)行時間戳記。在某些實施例中，使用方程1來計算到故障位置的距離(m)。其中：tL是在L終端處的波前到達(dá)時間，tR是在R終端處的波前到達(dá)時間，v是波的傳播速度，L是線路長度。傳統(tǒng)上，這些解決方案使用訪問波到達(dá)時間并估計故障位置的主站。最近，裝備有行波故障定位功能的線路繼電器可交換波的到達(dá)時間、計算故障位置并使故障位置在繼電器處可用。使用D型法的關(guān)鍵好處之一是其簡單性和對反射波的免疫性。圖2A圖示了與本公開的某些實施例一致的點(diǎn)陣圖200，該點(diǎn)陣圖示出了由故障造成的入射行波和反射行波。在所示的實施例中，故障位于距離300英里(482.8km)長的線路上的第一終端50英里(80.5km)處。由故障觸發(fā)的入射波在時間TL50到達(dá)終端L，并在時間TR250到達(dá)終端R。D型法可使用TL50和TR250來計算故障位置而忽略所有其他波。當(dāng)需要時，剩余波到達(dá)可用于改進(jìn)對初始故障位置的估計。圖2B圖示了與本公開的某些實施例一致的作為由于圖2A中所圖示的故障的電流隨著時間推移的函數(shù)202的入射行波和反射行波。如所示，反射的行波的幅度隨每次反射而減小。在終端L和終端R兩處接收的數(shù)據(jù)樣本的時間對準(zhǔn)允許對來自兩個終端的入射波和反射波進(jìn)行比較。單端故障定位方法(其在本文中還被稱為A型故障定位法)使用第一到達(dá)的行波和來自故障或遠(yuǎn)程終端的隨后反射波之間的時間差。A型法不依賴于到遠(yuǎn)程終端的通信信道。然而，挑戰(zhàn)在于識別和選擇適當(dāng)?shù)姆瓷洳?。根?jù)一些實施例，當(dāng)在終端中的一個斷開時在永久性故障的重合事件期間計算故障位置時，A型法可能是有用的。圖2B圖示了在終端L處來自故障的反射波。反射波的極性、振幅和到達(dá)時間可用于識別來自故障或遠(yuǎn)程終端的反射波并計算故障位置。在L終端處，A型法可使用圖2B中標(biāo)記為TL50和TL150的點(diǎn)來計算故障位置，同時忽略其他波和反射波。在某些實施例中，到故障位置的距離(m)可利用使用方程2的A型法來計算。其中：tL2是在L終端處來自故障的第一反射波的到達(dá)時間；tL1是在L終端處來自故障的初始波前的到達(dá)時間；以及v是波的傳播速度。在各種實施例中，行波的極性可用于確定故障的方向。如果故障處于正向方向，則電壓極性和電流極性是相反的。如果故障處于反向方向，則電壓行波和電流行波具有相同的極性。圖2C圖示了與本公開的某些實施例一致的點(diǎn)陣圖204，其示出了在400km長的傳輸線路上由于故障事件而在遠(yuǎn)程終端和本地終端處的入射行波和反射行波。假設(shè)3X108m/s的傳播速度，位于400km線路上的50km處的故障將導(dǎo)致初始波前和來自故障的第一合法反射波之間的時滯，該時滯可使用方程3來計算。另外，已知線路長400km，可能獲得關(guān)于從遠(yuǎn)程終端反射的第一波的延遲時間估計。相對于故障發(fā)生的時刻，來自遠(yuǎn)程終端的第一反射波將按照方程4。如圖2C所示，由于本地繼電器和故障之間的50km的距離，本地繼電器生成關(guān)于第一到達(dá)波的測量值，其是166.6μs。利用方程4所確定的估計可提供窗口，在該窗口中可在初始波前之后預(yù)期反射波。雖然先前的兩端和單端行波故障定位方法提供了比使用例如基于阻抗的方法獲得的對故障位置的估計更準(zhǔn)確的故障位置的估計，但這些方法由于通信系統(tǒng)的限制和對頻域測量的依賴而受到限制。在頻域中，電力系統(tǒng)的電壓和電流的測量需要完整的電力系統(tǒng)循環(huán)來以足夠的精度計算。因此，對于大多故障來說，先前的故障檢測和定位算法不能比一個電力系統(tǒng)循環(huán)更快地確定故障的位置。本文中所描述的時域電力系統(tǒng)故障檢測和定位的技術(shù)不需要完整的電力系統(tǒng)循環(huán)來計算電壓或電流的測量結(jié)果。常規(guī)的PT和CT可用于提供與電力輸送系統(tǒng)的電壓和電流對應(yīng)的信號，其可用于在小于一個電力系統(tǒng)循環(huán)中進(jìn)行故障檢測和位置計算。圖3圖示了與本公開的某些實施例一致的作為故障前網(wǎng)絡(luò)300a和故障網(wǎng)絡(luò)300b的和的等效網(wǎng)絡(luò)的故障的電網(wǎng)300c的概念表示。因此，故障的網(wǎng)絡(luò)300c可通過分別分析具有電流和電壓的負(fù)載部分的故障前網(wǎng)絡(luò)300a和故障的網(wǎng)絡(luò)300c來解決，以獲得電流和電壓的故障產(chǎn)生的分量。在故障的網(wǎng)絡(luò)中的任何點(diǎn)處的電流和電壓的實際解被計算為故障前分量和故障產(chǎn)生的分量的和。故障前網(wǎng)絡(luò)300a可處于穩(wěn)定狀態(tài)。故障網(wǎng)絡(luò)300b僅具有一個源(戴維南源)和等效阻抗。戴維南的源電壓是在故障前網(wǎng)絡(luò)中的故障點(diǎn)處的電壓。在故障之前，故障網(wǎng)絡(luò)300b沒有被通電且其所有電壓和電流都為零。當(dāng)故障發(fā)生時，故障網(wǎng)絡(luò)300b經(jīng)歷瞬態(tài)并最終穩(wěn)定到故障穩(wěn)定狀態(tài)。故障網(wǎng)絡(luò)300b可針對穩(wěn)態(tài)值或瞬時值求解。增量對于兩種狀態(tài)都是有效的。根據(jù)它們的性質(zhì)，故障產(chǎn)生的信號分量不受負(fù)載影響，但由故障網(wǎng)絡(luò)中位于故障點(diǎn)處的單個源驅(qū)動。因此，這些量主要取決于網(wǎng)絡(luò)參數(shù)。故障網(wǎng)絡(luò)300b中的故障信號可通過監(jiān)控故障期間的瞬時電壓和電流來直接測量。由于故障信號是故障前信號和故障產(chǎn)生的信號的和，因此故障網(wǎng)絡(luò)300b中的故障產(chǎn)生的信號是故障的網(wǎng)絡(luò)300c中的故障信號和故障前網(wǎng)絡(luò)300a中的故障前信號之間的差。故障前網(wǎng)絡(luò)300a中的故障前信號可在故障之前測量并在故障以外被外推。該外推僅在幾十到幾百毫秒的周期內(nèi)是有效的，因為電力系統(tǒng)源在該短的時間段內(nèi)保持穩(wěn)定。因此，用于在時域中導(dǎo)出增量的非常簡單的方法在方程5中示出：Δx(t)＝x(t)-x(t-p·T)方程5其中：Δx是瞬間的增量；x是所測量的瞬間值；T是電力系統(tǒng)循環(huán)；以及p是電力循環(huán)的數(shù)量。方程5得出增量(Δx)，該增量持續(xù)p個電力循環(huán)，之后該量由于所減去的歷史值(x(t-p·T))滑到故障周期中而過期。p的值可根據(jù)增量的預(yù)期使用來選擇。例如，如果旨在在兩個電力循環(huán)期間使用增量，則p被選擇為p>2，諸如p＝3。從方程5獲得的時域增量包含故障產(chǎn)生的信號的所有頻率分量?；l分量不包括負(fù)載的影響。根據(jù)增量的使用，來自方程5的信號可被進(jìn)一步濾波，以獲得感興趣的頻率。例如，可執(zhí)行基頻帶通濾波，并使用相量量在頻域中應(yīng)用方程5。圖4A圖示了與本公開的某些實施例一致的具有本地終端S和遠(yuǎn)程終端R的等效單相網(wǎng)絡(luò)，其中在終端S和R之間的線路上具有故障。故障網(wǎng)絡(luò)包含增加的電壓和電流，如本文中進(jìn)一步描述的，該增加的電壓和電流可用于保護(hù)網(wǎng)絡(luò)。圖4B圖示了與本公開的某些實施例一致的已被簡化以用于對增量進(jìn)行分析的另一等效單相網(wǎng)絡(luò)。在網(wǎng)絡(luò)的位置S處，增加的電壓和電流通過由方程6圖示的跨源S的電阻和電感的簡單電壓降方程聯(lián)系起來：為了方便使用，方程6可如方程7中所示通過在每側(cè)乘以和除以源S的阻抗來進(jìn)行縮放：方程7中的電流項可由新的電流項替換，如方程8和方程9中所示，該新的電流項是瞬間增加的電流和其導(dǎo)數(shù)的組合：其中：隨后，方程7可被重新寫為方程10：Δv＝-|ZS|·ΔiZ方程10方程10類似于對于頻域中的相量的電壓-電流表達(dá)式，如方程11所示：ΔV＝-ZS·ΔI方程11電流項ΔiZ在本文中被稱為“副本電流”。該副本電流可允許在時域中重新使用頻域中的表達(dá)式，諸如以相量使用的那些表達(dá)式。通過選擇D0和D1的系數(shù)，在系統(tǒng)基頻下可在所測量的電流和副本電流之間獲得單位增益。如以下進(jìn)一步描述的，該單位增益對于使用時域量對元件進(jìn)行設(shè)置可能是有用的。對于反向故障，圖4B的ΔvF源可被放置在S終端之后。在這種情況下，可推導(dǎo)出增加的電壓-增加的電流的方程12：Δv＝|ZL+ZR|·ΔiZ方程12圖5A圖示了與本公開的實施例一致的用于正向故障的增加的電壓和增加的副本電流隨時間推移的曲線圖。類似地，圖5B圖示了與本公開的實施例一致的用于反向故障的增加的副本電壓和增加的副本電流隨時間推移的曲線圖。圖5A和圖5B圖示了增加的副本電流具有類似的波形，并且它們的相對極性可用于指示故障方向。具體而言，如圖5A所示，在Δv的極性與ΔiZ的極性相反的情況下，故障可以是正向故障；以及如圖5A所示，在Δv的極性與ΔiZ的極性相同的情況下，故障可以是反向故障。另外，增加的電壓和增加的副本電流之間的振幅關(guān)系取決于系統(tǒng)參數(shù)和故障方向。與本公開一致的各種實施例可結(jié)合方向保護(hù)原理使用自適應(yīng)操作閾值。如結(jié)合圖5A和圖5B所描述的，增加的電壓Δv和增加的副本電流ΔiZ對于正向故障具有相反的極性以及對于反向故障具有相同的極性。此外，根據(jù)方程10，對于反向故障，增加的電壓的峰值振幅等于|ZS|乘以增加的副本電流的峰值振幅，并且根據(jù)方程12，對于反向故障，增加的電壓的峰值振幅等于|ZL+ZR|乘以增加的副本電流的峰值振幅。該關(guān)系可用于某些實施例中，以建立增加的電壓和增加的副本電流的操作量。瞬間操作量sOP可根據(jù)方程13來計算：sOP＝Δv·ΔiZ方程13將方程10代入到方程13中，在方程14中得出用于正向故障的瞬間操作量sOP：sOP＝-|ZS|·(ΔiZ)2方程14類似地，將方程12代入到方程13中，在方程15中得出用于反向故障的瞬間操作量sOP：sOP＝|ZL+ZR|·(ΔiZ)2方程15如果輸入電壓和電流被充分濾波，則從第一故障樣本開始，瞬時操作信號sOP對于正向故障為負(fù)，而對于反向故障為正。因此，在一個實施例中，方向元件可通過將sOP的值與零進(jìn)行比較來確定故障的方向(正向或反向)。在另一實施例中，sOP的值可與使用方程16和17定義的正向自適應(yīng)閾值(sFWD)和反向自適應(yīng)閾值(sREV)兩個自適應(yīng)閾值進(jìn)行比較，以確定故障的方向：sFWD＝-ZFWD·(ΔiZ)2方程16SREV＝+ZREV·(ΔiZ)2方程17其中，ZFWD和ZREV的值是預(yù)定的設(shè)置。ZFWD和ZREV的值可使用方程18和19利用源阻抗和遠(yuǎn)程阻抗來類似地計算：ZFWD＝0.5·|ZS|方程18ZREV＝0.5·|ZL|方程19使用方程13-19，當(dāng)方程20滿足時可指示正向故障：sOP＜sFWD方程20此外，當(dāng)方程21滿足時可指示反向故障：SOP＞SREV方程21方程20和21通常在故障瞬態(tài)周期期間通過樣本得到滿足。在某些實施例中，操作量sOP可在時間上進(jìn)行平均，并且自適應(yīng)閾值sFWD和sREV也可在時間上進(jìn)行平均。這樣的實施例可降低信號中的噪聲。在其上對信號進(jìn)行平均的時間窗口可相對是簡短的，以便于快速檢測故障。在各種實施例中，與本公開的實施例一致的IED可使用方程16-21來檢測電力系統(tǒng)中的故障的方向。IED(諸如圖1中示出的那些IED)通常被配置為共享在保護(hù)電力輸送系統(tǒng)中有用的信息。圖6圖示了與本公開的某些實施例一致的用于正向故障的方向元件工作隨時間推移的曲線圖。正如正向故障所預(yù)期的，操作信號(sOP)為負(fù)。使用方程16來計算的正向自適應(yīng)閾值(sFWD)為負(fù)，并且等于該操作信號的大約一半。正向自適應(yīng)閾值(sFWD)和操作信號(sOP)之間的差可被稱作可靠性裕度。操作信號(sOP)、反向自適應(yīng)閾值(sREV)和正向自適應(yīng)閾值(sFWD)在該示例中未被平均。在使用平均的實施例中，平均將降低這些信號變化的速率，但不會影響操作信號和閾值之間的關(guān)系。基于圖6中所圖示的條件，與本公開一致的系統(tǒng)和方法將識別正向故障。在各種實施例中，與本公開一致的系統(tǒng)和方法可依賴于單端電壓和電流的測量結(jié)果，因此，可能不需要接收來自另一IED的通信或量以使用時域量來確定故障方向。在一個實施例中，如結(jié)合圖6所描述的，IED可包括使用方向元件的方向模塊，該方向元件被配置為基于以上的方程16到方程21來確定故障的方向。這樣的方向模塊可被配置為僅在沒有達(dá)到遠(yuǎn)程終端的保護(hù)區(qū)域內(nèi)工作。這樣的配置在本文中可被稱為“欠范圍”。在各種實施例中，可使用各種技術(shù)來避免所指定的保護(hù)區(qū)域的“欠范圍”。這樣的方向模塊還可包括瞬態(tài)超范圍控制。一種這樣的技術(shù)可參照圖4B中所圖示的系統(tǒng)來進(jìn)行說明。在圖4B中，故障點(diǎn)處的電壓可通過方程22來表示：Δv-m·|ZL|·Δiz＝ΔVF方程22在方程22中，m表示到針對線路長度歸一化的故障的距離。距離模塊可被配置為“到達(dá)”受保護(hù)的線路上的某點(diǎn)(m＝m0)，其中，m0不到遠(yuǎn)程總線。因此，距離模塊可能未超過m0到達(dá)”故障。根據(jù)戴維南定理，最高故障電壓ΔVF是系統(tǒng)電壓(VSYS)加上對于可能的故障前過電壓的一定裕度。在一些實施例中，系統(tǒng)電壓是標(biāo)稱系統(tǒng)電壓。因此，選擇性跳閘可使用方程23來計算：|ΔVF|＞k0·VSYS方程23其中，k0大于一。在一個實施例中，k0可為1.1。使用方程22和23，關(guān)于欠范圍配置的工作方程可使用方程24A和24B來計算：SOP_U＝|Δv-m0·|ZL|·Δiz|方程24ASOP_U＞k0·VSYS方程24B使用方程24A，如果如方程24B中所說明的，在預(yù)期的到達(dá)點(diǎn)m0處的欠范圍操作信號的計算的電壓SOP_U大于k0·VSYS，則欠范圍元件可發(fā)出跳閘命令。在一個實施例中，系統(tǒng)電壓VSYS的值可以是由用戶指定的設(shè)置。圖7A圖示了與本公開的一個實施例一致的用于發(fā)生在電壓峰值附近并位于方向元件的設(shè)定的達(dá)到點(diǎn)的約60％處的區(qū)內(nèi)故障的增加的電壓隨時間推移的曲線圖。圖7B和圖7C分別圖示了在圖7A中所圖示的相同條件下增加的副本電流和操作信號隨時間推移的曲線圖。在圖7C中圖示了量k0·VSYS并且在SOP_U跨越量k0·VSYS的點(diǎn)處，欠范圍元件可發(fā)出跳閘命令。在線路故障期間故障點(diǎn)處的電壓非常急劇地下降。因此，方程24的左手邊(其可對應(yīng)于|ΔvF|值的測量)反應(yīng)了故障點(diǎn)電壓的階躍變化。因此，如圖7C所示，方程24對于在電壓峰值附近發(fā)生的區(qū)內(nèi)故障變成快速滿足。在所圖示的實施例中，SOP_U值的初始上升通過數(shù)字低通濾波器而減緩。低通濾波器可便于圖4中所圖示的系統(tǒng)模型和RL線路的使用。通過改變?yōu)V波器的截止頻率，速度和安全性之間的平衡可得到控制。在某些電力輸送系統(tǒng)中，系統(tǒng)的電壓可不同于標(biāo)稱電壓。例如，公共設(shè)施可以在標(biāo)稱電壓的110％的電壓下操作電力系統(tǒng)。這樣的增加可以是有益的，因為更多的電力可以按照百分比以更少的損失轉(zhuǎn)移。然而，這樣的操作可能增加對裝備的故障或損壞的風(fēng)險。公共設(shè)施可相反地在標(biāo)稱電壓以下操作電力系統(tǒng)。雖然這可能增加傳輸中的電力損失的百分比，但其也可能降低故障或裝備損壞的風(fēng)險。在一個實施例中，設(shè)置用于補(bǔ)償電力系統(tǒng)在不是標(biāo)稱電壓的電壓下的操作，在方程24中使用的系統(tǒng)電壓VSYS可使用所測量的系統(tǒng)電壓來計算。在這樣的實施例中，系統(tǒng)電壓可以是所測量的電壓的均方根值。電壓可以是電壓的絕對峰值的平均值。系統(tǒng)電壓可以在穩(wěn)定狀態(tài)或在非故障事件期間可被連續(xù)測量或更新?？啥ㄆ跍y量并更新系統(tǒng)電壓，諸如每個循環(huán)一次或每幾個循環(huán)一次等?？芍匦屡帕蟹匠?4，以生成方程25：或在某些實施例中，表示欠范圍元件的方程(例如，方程24-25)可用在方向模塊中，以在沒有另一IED的測量的情況下，使用時域量來確定故障的方向并確定該故障是否在方向模塊的保護(hù)區(qū)內(nèi)。方向模塊也可使用方程16-21來確定故障的方向。在一個實施例中，方向模塊使用方程16-21來確定故障的方向。如果故障處于正向方向，則方向模塊可使用方程24-25來確定故障是否在預(yù)定的保護(hù)區(qū)內(nèi)。如果計算出故障處于正向方向上且在預(yù)定的保護(hù)區(qū)內(nèi)，則方向元件可發(fā)出保護(hù)命令。例如，具有方向元件的IED隨后可向電路斷路器發(fā)出斷開命令或采取類似動作，以保護(hù)線路免受故障。圖8圖示了與本公開的某些實施例一致的具有方向監(jiān)督的欠范圍元件的工作特性。在所圖示的實施例中，x軸表示Δv以及y軸表示|ZL|·ΔiZ。方程25連同方程10的替代表示被繪制在圖8中。如方程26所示，方程10也可用線路阻抗和副本電流的乘積來表示。在方程26中，SIR是源對線路的阻抗比(即，|Zs|/|ZL|)，其是可介于高值SIRMAX和低值SIRMIN范圍之間的量。圖9圖示了與本公開的某些實施例一致的超范圍的無方向元件的工作特性。在各種實施例中，超范圍元件可被配置為選擇性地啟用或禁用方向元件。超范圍元件的一個實施例的工作特性可基于方程24來確定。超范圍的無方向元件可超過遠(yuǎn)程線路終端直到m1點(diǎn)(m1>1pu)并對產(chǎn)生電壓的相對小的變化的故障做出響應(yīng)。因此，工作特性可通過方程27來指定。|Δv-m1·|ZL|·ΔiZ|＞k1·VSYS方程27在又一個實施例中，方向模塊可使用增加的電壓Δv和增加的電流Δi的時域量來確定故障是處于正向方向還是處于反向方向。對于在故障(或其他階躍變化)之后的短的初始時間段，電流變化和電壓變化可能與故障方向有關(guān)。對于正向故障，電流變化和電壓變化具有相反極性，以及對于反向故障，電流變化和電壓變化具有相同極性。因此，在一個實施例中，方向模塊可將增加的電壓和增加的電流的極性進(jìn)行比較。當(dāng)增加的電壓和增加的電流具有相同極性時，距離模塊可確定故障處于正向方向，并啟用故障檢測和定位計算模塊。然而，當(dāng)增加的電壓和增加的電流具有相同極性時，距離模塊可確定故障處于反向方向，并阻斷故障檢測和定位計算模塊。在距離故障的短的初始時間之后，電力系統(tǒng)從表現(xiàn)為純粹的電阻行為改變?yōu)殡娮?電感行為。在這樣的時間，增加的副本電流ΔiZ開始比增加的電流Δi更好地描述系統(tǒng)。因此，在一些實施例中，方向元件可以使用適合于基于在故障之后的短的時間窗口內(nèi)存在的電阻行為或基于在較長的時間段內(nèi)存在的電阻-電感行為來確定故障方向的檢測技術(shù)。在一個實施例中，方向模塊可包括短的時間窗口(例如，1ms或2ms的窗口)，其間增加的電流(而不是增加的副本電流)可用于通過對增加的電流極性與增加的電壓的極性進(jìn)行比較來確定故障的方向。在時間窗口之后，方向元件可切換為使用方程16-21，以基于更好地反映網(wǎng)絡(luò)的電阻-電感行為的增量來確定故障的方向。在包括多相的電力系統(tǒng)(例如，三相交流電力輸送系統(tǒng))中，故障可能涉及多于一個的相和/或可能影響多于一個的相。也就是說，在多相系統(tǒng)中，可能有幾種故障類型，包括單相接地故障、相間故障、相到相到地故障、三相故障等。在本文中的幾個實施例中，故障的檢測和定位計算可獨(dú)立于實際的多相電力系統(tǒng)中的故障類型。對于三相(A、B和C)電力系統(tǒng)，在頻域中，A相中的A相對地(AG)故障的電壓降可由方程28表示：VA＝Z1I1+Z2I2+Z0I0方程28其中：VA是A相中的電壓降；Z1是正序阻抗；I1是正序電流；Z2是負(fù)序阻抗；I2是負(fù)序電流；Z0是零序阻抗；以及I0是零序電流。可重新排列方程28，以在方程29中獲得故障的相電壓、正序阻抗和被稱作“回路電流”的新電流IAG之間的關(guān)系：VA＝Z1IAG方程29使方程28與方程29的格式一致的回路電流在方程30中示出：其中：IA是A相電流；以及Θ0和Θ1和分別是零序和正序線路阻抗(Z0和Z1)的角。返回到方程8的副本電流，在標(biāo)稱系統(tǒng)頻率下，副本電流ΔiZ是跨RL電路的以一為增益的電壓降。因此，方程30可以用該代換重述為方程31：其中，D0和D1由方程9給定。因此，方程28可用于使用方程30來計算時域中的回路電流：其中，R1和L1以及R0和L0是正序和零序線路阻抗的電阻和電感。方程33-37計算可用于計算回路電壓和電流的幾個量：iAZ＝fIZ(iA，R1，L1)方程35iBZ＝fIZ(iB，R1，L1)方程36iCZ＝fIZ(iC，R1，L1)方程37方程33-37中的量可用于根據(jù)表格1來計算回路電壓和電流：回路電壓電流AGΔvAΔiAZ-Δi0ZBGΔvBΔiBZ-Δi0ZCGΔvCΔiCZ-Δi0ZABΔvA-ΔvBΔiAZ-ΔiBZBCΔvB-ΔvCΔiBZ-ΔiCZCAΔvC-ΔvAΔiCZ-ΔiAZ隨后，故障和故障位置的計算可通過使用如利用表格1所計算的正確的電壓和電流量來針對特定的故障類型執(zhí)行。例如，方向模塊可使用方程24來計算欠范圍條件，其中用于計算的時域中的增加的電壓Δv和增加的副本電流ΔiZ是用于表格1的故障類型的適當(dāng)?shù)脑黾拥碾妷海约八褂玫脑黾拥母北倦娏鳓Z是表格1的適當(dāng)?shù)脑黾拥母北倦娏?。也就是說，如果故障類型是A相對地故障，則所使用的增加的電壓為ΔvA，并且所使用的增加的副本電流為ΔiAZ-Δi0Z。如果故障類型是A相到B相故障，則所使用的增加的電壓為ΔvA-ΔvB，并且所使用的增加的副本電流為ΔiAZ-ΔiBZ。以上，為了使用適當(dāng)?shù)墓收匣芈妨慷x擇適當(dāng)故障的相可能需要識別故障的相。根據(jù)一個實施例，為了快速確定哪個相或哪些相是故障的相，可使每個相的電流量相對增加。經(jīng)受最大的相對增加的電流量的相可被確定為故障的相。在另一實施例中，諸如針對每個回路計算的使用方程13計算的那些操作信號的操作信號允許選擇故障的相。例如，每個回路的操作量如表格2所示來計算：回路SOP＝AGΔvA*(ΔiAZ-Δi0Z)BGΔvB*(ΔiBZ-Δi0Z)CGΔvC*(ΔiCZ-Δi0Z)AB〔ΔvA-ΔvB〕*〔ΔiAZ-ΔiBZ〕BC〔ΔvB-ΔvC〕*〔ΔiBZ-ΔiCZ〕CA(ΔvC-ΔvA)*(ΔiCZ-ΔiAZ)一旦計算出每個回路的操作量，就可對操作量進(jìn)行比較。具有最高操作量的回路是故障的回路。一旦確定故障的回路，與該回路(根據(jù)表格1)相關(guān)聯(lián)的增加的電壓和增加的電流量可用于確定欠范圍和方向的量。以上技術(shù)可由諸如圖1的IED102、104的IED使用，以確定故障的方向和該故障是否在保護(hù)區(qū)內(nèi)。圖10圖示了與本公開的實施例一致的用于使用時域量來確定故障的方向的方法1000的一個實施例的流程圖。方法1000在1002以接收電力系統(tǒng)信號開始，并由此在1004計算增量(例如，ΔiZ和Δv)。基于增量，方法1000可隨后在1006確定故障類型。在三相系統(tǒng)中，故障類型可使用方程33-37來確定。隨后，方法可在1008計算用于故障類型的操作量。操作量可用于確定故障方向。操作量可使用例如，方程13-15來計算，并且可根據(jù)故障類型使用表格1的增量。也就是說，操作量可使用表格1的方程來計算。隨后，故障的方向(正向或反向)可在1010使用表格1中所示的操作量來確定。在一些實施例中，方法1000可使用增量，以在沒有使用表格1的增量的情況下，使用方程13來直接計算操作量。如果故障是正向故障，則方法可在1012結(jié)束，否則，方法1000可在1020確定故障是否在保護(hù)區(qū)內(nèi)。本文中所公開的用于評估保護(hù)區(qū)的技術(shù)中的任意一個可用在各種實施例中。如果在1020確定故障在保護(hù)區(qū)內(nèi)，則可在1022清除故障。圖11圖示了與本公開一致的用于確定故障是否在保護(hù)區(qū)內(nèi)的方法1100的一個實施例的流程圖。方法1100在1102以使用例如方程23計算最高可能的故障電壓開始。在一些實施例中，可計算最高可能的故障電壓一次并對其進(jìn)行儲存以備后用?？商娲兀@可使用從如本文中所描述的電力系統(tǒng)測量的量來定期計算。方法在1104繼續(xù)接收電力系統(tǒng)信號。使用該信號，方法隨后在1106計算增量(例如，ΔiZ和Δv)。隨后，方法可在1108使用增量來確定故障類型。故障類型可使用表格2中所列出的操作量來確定。隨后在1110，預(yù)期的達(dá)到點(diǎn)處的故障電壓可根據(jù)如表格1中所示的確定的故障類型使用適當(dāng)?shù)脑隽縼碛嬎恪ｋS后在1112，預(yù)期的達(dá)到點(diǎn)處的故障電壓可與按比例縮放的最高可能的電壓進(jìn)行比較。如果預(yù)期的達(dá)到點(diǎn)處的故障電壓大于按比例縮放的最高可能的電壓，則確定欠范圍并且可清除故障。圖12圖示了與本公開的某些實施例一致的用于確定故障的方向和用于確定故障是否在保護(hù)區(qū)內(nèi)的方法的一個實施例。方法1200在1202以接收電力系統(tǒng)信號開始。如以上所描述的，對于預(yù)定的周期，方向可在其中電力系統(tǒng)表現(xiàn)出電阻行為的時間期間使用增加的電流來確定。因此，方法可在1204確定電力系統(tǒng)是否表現(xiàn)出電阻行為。該確定可通過計算距離故障實例的時間來進(jìn)行，并且在預(yù)定的時間段期間，可假設(shè)系統(tǒng)表現(xiàn)出電阻行為。如果系統(tǒng)在該時間段內(nèi)，則方法在1206可計算作為量Δi和Δv的增加的電流和增加的電壓。然而，如果事件發(fā)生在電阻行為周期以外，則方法1200可在1208計算作為ΔiZ和Δv的增量。隨后在1210，方法可使用在1206或1208所確定的增量來計算操作量。方法1200可在1211確定故障類型。如以上所描述的，故障類型的確定可通過將來自每個相的相對增加的電流量進(jìn)行比較來執(zhí)行。借助來自1210的操作量，方法1200然后可以在1212使用例如方程16-21來確定故障的方向。在1214，如果確定故障在反向方向上(即，故障不是正向故障)，然而，如果在1214，方法確定故障在正向方向上，則方法1200進(jìn)行到在1216將故障方向信息轉(zhuǎn)送給遠(yuǎn)程繼電器。遠(yuǎn)程繼電器可使用與確定故障是否在保護(hù)區(qū)內(nèi)有關(guān)的信息。在1218，方法1200可計算預(yù)期的達(dá)到點(diǎn)處的故障電壓。借助所計算的故障電壓，方法1200可在1220通過將預(yù)期的達(dá)到點(diǎn)處的故障電壓與按比例縮放的最大可能的電壓進(jìn)行比較來確定欠范圍。在1221，如果確定故障在保護(hù)區(qū)內(nèi)(預(yù)期的達(dá)到點(diǎn)處的電壓大于按比例縮放的最高可能的電壓)，則方法可在1222清除故障。在各種實施例中，故障可通過例如，打開斷路器來清除。清除故障之后，方法可結(jié)束。根據(jù)本文中的幾個實施例的故障定位可使用或結(jié)合行波差動模塊來執(zhí)行。本文中所描述的行波差動模塊克服了先前的行波故障保護(hù)技術(shù)對于高保真電壓信號的要求。在與本公開一致的一些實施例中，行波差動模塊可使用通過對電流波的值進(jìn)行比較的僅電流行波差動方案來操作，而不是如先前的行波定位技術(shù)一樣對入射波和反射波進(jìn)行隔離。在其他實施例中，與行波相關(guān)聯(lián)的電壓信號也可被分析，以識別故障位置。由行波差動模塊測量的電流波可以是入射波和反射波的和。對于外部故障，電流波的振幅由于終端效應(yīng)而將在線路終端之間不匹配。隔離入射波和反射波使測量獨(dú)立于終端阻抗，但其需要高保真的電壓信息。然而，總電流波保持入射波的極性。因此，考慮到線路傳播延遲，可對在兩個線路終端處的總電流波的振幅進(jìn)行比較。對于健康的線路，極性將被反轉(zhuǎn)。因此，行波差動模塊可通過對故障方向做出假設(shè)并檢查行波的振幅使用電流來確定故障是否在線路內(nèi)部。根據(jù)一個實施例，行波差動模塊可假設(shè)內(nèi)部故障，并使用例如方程38通過對準(zhǔn)并加入分別到達(dá)本地終端和遠(yuǎn)程終端的第一電流行波的振幅來計算故障電流：iOP(t)＝|iS(t)+iR(t-P)|方程38其中：iOP(t)是在時間t的工作電流；iS(t)是當(dāng)行波到達(dá)本地終端S時在時間t的本地終端S處的電流；以及iR(t-P)是當(dāng)行波到達(dá)遠(yuǎn)程終端R時在時間(t-P)的遠(yuǎn)程終端R處的電流，其中P是行波到達(dá)遠(yuǎn)程終端和本地終端之間的延遲。P≤T，其中T是本地終端和遠(yuǎn)程終端之間的線路傳播延遲。方程38假設(shè)行波在到達(dá)本地終端(S)之前到達(dá)遠(yuǎn)程終端(R)。然而，如果行波首先到達(dá)本地終端(S)，則可使用方程39：iOP(t)＝|iS(t-P)+iR(t)|方程39其中：iS(t-P)是當(dāng)行波到達(dá)本地終端S時在時間(t-P)的本地終端S處的電流，其中P是行波到達(dá)本地終端和本地終端之間的延遲，并且P≤T，其中T是本地終端和遠(yuǎn)程終端之間的線路傳播延遲；以及iR(t)是當(dāng)行波到達(dá)遠(yuǎn)程終端R時在時間(t)的遠(yuǎn)程終端R處的電流。可根據(jù)哪個終端首先接收到行波來使用方程38或39。方程38和39可僅執(zhí)行一次，這給出反映(關(guān)于內(nèi)部故障的)總行波故障電流的iOP的單一值。對于內(nèi)部故障，在遠(yuǎn)程終端和本地終端處的行波極性是相同的，當(dāng)如方程38和39一樣求和時得出高值。如果兩個電流行波的和是顯著的，則做出檢查以確定故障不在外部。在檢查中，行波差動模塊可假設(shè)外部故障，并計算將產(chǎn)生的通過的電流行波。對于外部故障，進(jìn)入一個線路終端的行波在線路傳播時間延遲T之后離開另一終端?？赏ㄟ^如方程40和41所示計算電流抑制量來進(jìn)行檢查：iRT1(t)＝|iS(t)-iR(t-T)|方程40iRT2(t)＝|iR(t)-iS(t-T)|方程41在第一行波到達(dá)遠(yuǎn)程終端R之后，可以在時間點(diǎn)t執(zhí)行方程40一次。類似地，在第一行波到達(dá)本地終端S之后，可以在時間點(diǎn)t執(zhí)行方程41一次?？墒褂美绶匠?2或43來組合抑制量：iRT＝max(iRT1，iRT2)方程42最終，行波差動模塊可通過將操作量和抑制量進(jìn)行比較來聲明故障。方程44可用于這樣的比較：iOP＞k·iRT方程44其中：k是抑制因數(shù)。在各種實施例中，k包括用戶指定的因數(shù)。在一些實施例中，與本公開一致的行波差動模塊可使用傳輸線路的相對側(cè)上的終端的電氣條件的表示來操作，其中電流量包括時間戳。行波差動模塊可對來自每個終端的有時間戳的電流量進(jìn)行時間對準(zhǔn)。圖13圖示了與本公開的某些實施例一致的被配置為使用相關(guān)性技術(shù)以確定故障位置的系統(tǒng)的框圖。在圖13中所圖示的實施例中，行波差動模塊可使用乘法來代替信號加法。該方法在行業(yè)內(nèi)被稱作相關(guān)性技術(shù)。操作量和抑制量被計算為：iOP(t)＝iS(t-P)*iR(t)方程45其中：iS(t-P)是當(dāng)行波到達(dá)本地終端S時在時間(t-P)的本地終端S處的電流，其中P是行波到達(dá)本地終端和遠(yuǎn)程終端之間的延遲，并且P≤T，其中T是本地終端和遠(yuǎn)程終端之間的線路傳播延遲；以及iR(t)是當(dāng)行波到達(dá)遠(yuǎn)程終端R時在時間(t)的遠(yuǎn)程終端R處的電流。并且抑制電流為：iRT＝|max(iS(t-P))|+|max(iR(t))|方程46最終，行波差動模塊可通過將操作量和抑制量進(jìn)行比較來聲明故障。方程47可用于這樣的比較：iOP＞k·iRT方程47其中：k是抑制因數(shù)?？稍跈z測到行波信號時執(zhí)行一次相關(guān)性計算，或者針對每個輸入信號樣本連續(xù)執(zhí)行相關(guān)性計算。相關(guān)器的輸出還可通過以被調(diào)整以包括如圖14B、圖14C和圖14D中所示的單波峰值的濾波器長度對多個輸出結(jié)果(樣本)進(jìn)行平均來濾波。還可對由方程45所描述的相關(guān)器的操作進(jìn)行修改，以搜索時間延遲P；使用P作為未知變量，并對P≤T的范圍中的所有時間延遲(低于線路傳播延遲T的所有延遲)執(zhí)行計算。相關(guān)性技術(shù)也可被應(yīng)用以對傳輸線路的健康進(jìn)行連續(xù)監(jiān)控。在該方法中，傳輸線路被細(xì)分成多個節(jié)段，其中如圖13所示，單獨(dú)的相關(guān)器被分配給每個節(jié)段。這樣的方法的一個目的是檢測可能源自特定線路節(jié)段的任何能量。該能量可包括在緊鄰線路附近的故障和雷擊之前可能存在的過多的電暈放電、部分絕緣擊穿和局部化絕緣體電弧。以源于每個節(jié)段的在由時間觸發(fā)信號命令的可選擇的時間段(例如，1秒到24小時)內(nèi)累積的高頻能量對線路活動進(jìn)行連續(xù)監(jiān)控。出于進(jìn)一步的統(tǒng)計分析和報警的目的，隨后儲存所累積的數(shù)據(jù)。如圖13所示，各個相關(guān)器由兩個信號饋入。遠(yuǎn)程測量的信號(給定相的電流或電壓)通過相同相上的本地測量的信號的延遲版本和通信獲得。每個相關(guān)器可接收不同的延遲，使得傳輸線路上的給定節(jié)段上所生成的信號與所選擇的相關(guān)器的輸入對齊，而不管它們在傳輸線路的不同端上被測量的事實。任意數(shù)量的相關(guān)器(所觀察的線路節(jié)段)可以與用于在線路的兩端處執(zhí)行測量的采樣頻率相關(guān)聯(lián)。例如，設(shè)置采樣頻率為1MHz，并且已知行波信號的傳播速度(接近光速c＝299.8e6m/s)，則行波將在兩個連續(xù)的樣本之間行進(jìn)299.8m(本文中顯示為300m)。如果相關(guān)器延遲被設(shè)置為間隔一個樣本(1μs)，則空間分辨率變?yōu)榈扔谛羞M(jìn)時間的一半300m/2＝150m。覆蓋整個線路長度所需的相關(guān)器的數(shù)量可根據(jù)以下方程來計算：其中：n是相關(guān)器的數(shù)量L是線路長度c是接近光速的行波傳播速度fs是采樣頻率圖13還示出了以相關(guān)器速率(即，1MHz)優(yōu)選運(yùn)行的實時“最大搜索”組件。該組件的任務(wù)是實時尋找最高的相關(guān)器輸出，并將其報告為可能的故障位置候選。由于每個相關(guān)器與線路的特定節(jié)段相關(guān)聯(lián)；與行波到達(dá)相關(guān)聯(lián)的最高輸出直接識別引起行波的電力系統(tǒng)故障的準(zhǔn)確位置。在各種實施例中，可調(diào)整采樣頻率(高于或低于1MHz)，其中選擇相關(guān)器的總數(shù)以滿足所需的空間分辨率。各個相關(guān)器可被分配給各個傳輸線路相(A、B、C)，這將覆蓋線路所需的相關(guān)器的總數(shù)乘以3。圖14A圖示了與本公開的某些實施例一致的由故障1402發(fā)射的TW和在位置U、S和R處反射的TW。由故障發(fā)射的TW在繼電器位置S處被反射，在故障點(diǎn)1402處被再次反射，并返回到位置S。欠范圍TW距離元件可通過測量來自故障的第一TW的到達(dá)和在故障點(diǎn)處反射的TW的到達(dá)之間的時間差Δt來設(shè)計。該元件使用Δt和波的傳播速度來計算故障距離，并且如果該距離短于所設(shè)置的范圍，則發(fā)出跳閘。在一個實施例中，可計算到故障的距離，并且可使用以下步驟來啟動適當(dāng)?shù)目刂苿幼?。首先，如本文中所公開的，當(dāng)?shù)谝籘W到達(dá)線路終端時，故障檢測系統(tǒng)使用方向元件來確定故障方向。對于正向方向上的故障，如圖14A所示，可以在兩個TW之間確定估計Δt。此外，系統(tǒng)可使用互相關(guān)性來驗證從故障反射的波和朝向故障行進(jìn)的先前的波的相似性。第三，系統(tǒng)可使用方程49計算到故障的距離。第四，如果d小于范圍設(shè)置，則可啟動控制動作以清除故障。圖14B圖示了與本公開的某些實施例一致的在外部故障期間于圖14A中的終端S和終端R處接收的行波電流隨時間推移的曲線圖。在圖14B、圖14C和圖14D中的每一個中，終端S信號(實線)和終端R信號(虛線)說明B相α電流(B相電流減零序電流)。這些圖中所圖示的TW可使用具有20微秒的窗口長度的微分器-平滑器的濾波器來獲得。電流TW在30.20毫秒以大約+462A的值進(jìn)入本地終端處的受保護(hù)的線路，并在31.23毫秒以大約-464A的值離開遠(yuǎn)程終端處的線路。所計算的操作信號約為2A。限制信號約為926A。該限制信號(926A)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于操作信號(2A)，因此，元件將被限制且如預(yù)期一樣元件限制。圖14C圖示了與本公開的某些實施例一致的在外部故障期間于圖14A中的終端S和終端R處接收的行波電流隨時間推移的曲線圖。因此，到達(dá)終端S和終端R處的第一TW具有相同極性且僅間隔大約0.2毫秒。對于P＝0.2毫秒所計算的操作信號等于約403A+219A＝622A。這種情況可能被誤認(rèn)為是內(nèi)部故障。注意到的是，在大約30.50毫秒以403A的振幅進(jìn)入終端S的TW在大約31.53毫秒以-411A的振幅離開終端R。類似地，在大約30.65毫秒以219A的振幅進(jìn)入終端R的TW在31.68毫秒以-208A的振幅離開終端S。因此，限制信號為403–(–411)＝814A和219–(–208)＝427A?？偟南拗菩盘柊凑辗匠?0為814A。由于限制信號(814A)大于操作信號(622A)，因此元件如預(yù)期一樣限制(使用k＝1)。圖14D圖示了與本公開的某些實施例一致的在內(nèi)部故障期間于圖14A中的終端S和終端R處接收的行波電流的曲線圖。對于這種情況，操作信號大約為960+785＝1745A。由于初始波在線路傳播時間之后沒有離開線路，因此限制信號分別為約960A和785A。因此，總的限制信號大約為960A。因此，操作信號(1745A)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大約限制信號(960A)，并且元件可靠地運(yùn)行。在一些實施例中，圖14B-14C中所圖示的信號可使用類似于圖1中所圖示的配置的配置來獲得。具體地，IED102和104可與電力系統(tǒng)的本地終端112和遠(yuǎn)程終端114進(jìn)行電通信，并使用通信信道108彼此進(jìn)行通信。在包括行波差動模塊的一個實施例中，通信信道108可使用高速通信信道，其允許以約500000和約5000000之間的速率交換來自IED102、104中的每一個的電流測量。在一個特定實施例中，測量可以以每秒約100萬個樣本(1Msps)的速率進(jìn)行交換。這樣的高采樣速率可使控制系統(tǒng)能夠比較低頻率的采樣速率更快速地檢測故障并對故障做出響應(yīng)。圖15圖示了與本公開的某些實施例一致的用于使用行波差動模塊確定內(nèi)部故障條件的方法的流程圖。在一些實施例中，方法1500可僅使用電力分配系統(tǒng)中的電流的測量來實施。在1502，方法1500以接收本地和遠(yuǎn)程的電流量開始。如上文中所討論的，IED可被配置為在電力輸送系統(tǒng)的兩個終端處接收電力系統(tǒng)的測量，并被配置為以足以檢測行波的速率共享電流量。為了適應(yīng)行波的瞬變性質(zhì)，與本公開一致的系統(tǒng)和方法可被配置為以每秒約1百萬次測量的速率處理和/或共享信息。在各種實施例中，方法1500可在1504對本地和遠(yuǎn)程的電流量進(jìn)行時間對準(zhǔn)，或在1506，使本地電流量和遠(yuǎn)程電流量相關(guān)。在一些實施例中，方法可在1504和1506對本地和遠(yuǎn)程的電流量進(jìn)行時間對準(zhǔn)并使其相關(guān)。利用時間對準(zhǔn)的或相關(guān)的電流量，方法然后可以在1508使用例如方程38-39計算行波操作量。隨后在1510，方法1500可以使用例如方程40-43計算行波抑制量。隨后在1512，方法可對操作量和抑制量進(jìn)行比較。借助該比較，方法然后可在1514確定故障是否是內(nèi)部故障。如果故障是內(nèi)部故障，則在1516可通過保護(hù)(例如，打開電路斷路器)來清除故障。如果故障不是內(nèi)部故障，則方法1500可結(jié)束。圖16圖示了與本公開的實施例一致的用于使用時域量來檢測和定位故障的系統(tǒng)1600的功能框圖。在某些實施例中，系統(tǒng)1600可包括IED系統(tǒng)，該IED系統(tǒng)尤其被配置為獲得時域量并對其進(jìn)行計算、使用時域距離模塊檢測并定位故障、使用時域方向模塊檢測并定位故障、以及使用行波檢測并定位故障。系統(tǒng)1600可使用硬件、軟件、固件和/或它們的任意組合來實現(xiàn)。在一些實施例中，系統(tǒng)1600可作為IED來實施，而在其他實施例中，本文中所描述的某些組件或功能可與其他設(shè)備相關(guān)聯(lián)或者可由其他設(shè)備執(zhí)行。具體圖示的配置僅代表與本公開一致的一個實施例。系統(tǒng)1600包括被配置為與設(shè)備和/或IED進(jìn)行通信的通信接口1616。在某些實施例中，通信接口1616可便于與其他IED直接進(jìn)行通信或通過通信網(wǎng)絡(luò)與系統(tǒng)進(jìn)行通信。通信接口1616可便于通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信。系統(tǒng)1600還可包括時間輸入端1612，其可用于接收時間信號(例如，公共時間參考)，允許系統(tǒng)1600將時間戳施加到所獲得的樣本。在某些實施例中，公共時間參考可經(jīng)由通信接口1616接收，因此，對于時間戳和/或同步操作來說，可能不需要單獨(dú)的時間輸入端。一個這樣的實施例可采用IEEE1588協(xié)議。受監(jiān)控的裝備接口1608可被配置為從一件受監(jiān)控的裝備(譬如電路斷路器、導(dǎo)體、變壓器等)接收狀態(tài)信息，并向其發(fā)出控制指令。處理器1624可被配置為對經(jīng)由通信接口1616、時間輸入端1612和/或受監(jiān)控的裝備接口1608接收的通信進(jìn)行處理。處理器1624可使用任意數(shù)量的處理速率和架構(gòu)來操作。處理器1624可被配置為執(zhí)行本文中所描述的各種算法和計算。處理器1624可被實施為通用集成電路、專用集成電路、現(xiàn)場可編程門陣列和/或任何其他合適的可編程邏輯設(shè)備。在某些實施例中，系統(tǒng)1600可包括傳感器組件1610。在所圖示的實施例中，傳感器組件1610被配置為使用常規(guī)的PT和/或CT直接從諸如導(dǎo)體(未示出)的常規(guī)電力系統(tǒng)裝備收集數(shù)據(jù)。傳感器組件1610可使用例如變壓器1602和1614以及A/D轉(zhuǎn)換器1618，其可采樣和/或數(shù)字化經(jīng)濾波的波形，以形成被提供給數(shù)據(jù)總線1622的相應(yīng)數(shù)字化的電流和電壓信號。電流(I)和電壓(V)輸入可以是來自諸如CT和VT的常規(guī)儀表變壓器的次級輸入。A/D轉(zhuǎn)換器1618可包括用于每個輸入信號的單一的A/D轉(zhuǎn)換器或單獨(dú)的A/D轉(zhuǎn)換器。電流信號可包括來自三相電力系統(tǒng)的每個相的單獨(dú)的電流信號。A/D轉(zhuǎn)換器1618可通過數(shù)據(jù)總線1622連接到處理器1624，電流和電壓信號的數(shù)字化表示可通過數(shù)據(jù)總線1622被傳輸給處理器1624。在各種實施例中，數(shù)字化的電流和電壓信號可用于計算時域量，以如本文中所描述的對電力系統(tǒng)上的故障進(jìn)行檢測和定位。計算機(jī)可讀儲存介質(zhì)1626可以是包含每個傳輸線路和/或每個傳輸線路的每個節(jié)段的電力線路特性(諸如阻抗、電阻、傳播時間、電抗、長度和/或類似的)的數(shù)據(jù)庫1628的存儲庫。另一計算機(jī)可讀儲存介質(zhì)1630可以是被配置為執(zhí)行本文中所描述的方法中的任意一個的各種軟件模塊的存儲庫。數(shù)據(jù)總線1642可將受監(jiān)控的裝備接口1608、時間輸入端1612、通信接口1616以及計算機(jī)可讀儲存介質(zhì)1626和1630鏈接到處理器1624。如圖16中所圖示的，計算機(jī)可讀儲存介質(zhì)1626和1630可以是單獨(dú)的介質(zhì)，或者可是同一介質(zhì)(即同一磁盤、同一非易失性存儲設(shè)備等)。另外，數(shù)據(jù)庫1628可被儲存在計算機(jī)可讀儲存介質(zhì)中，該計算機(jī)可讀儲存介質(zhì)不是系統(tǒng)1600的部分，但可使用例如通信接口1616由系統(tǒng)1600訪問。通信模塊1632可被配置為允許系統(tǒng)1600經(jīng)由通信接口1616與各種外部設(shè)備中的任意一個進(jìn)行通信。通信模塊1632可被配置用于使用各種數(shù)據(jù)通信協(xié)議(例如，基于以太網(wǎng)的UDP、IEC61850等)來進(jìn)行通信。數(shù)據(jù)采集模塊1640可收集諸如電流量和電壓量以及增量的數(shù)據(jù)樣本。該數(shù)據(jù)樣本可與時間戳相關(guān)聯(lián)，并且使其可用于檢索和/或經(jīng)由通信接口1616傳輸?shù)竭h(yuǎn)程IED。由于行波是在電力輸送系統(tǒng)中迅速消散的瞬態(tài)信號，因此可對它們進(jìn)行實時測量和記錄。數(shù)據(jù)采集模塊1640可結(jié)合故障檢測器模塊1634操作。數(shù)據(jù)采集模塊1640可控制由故障檢測器模塊1634使用的數(shù)據(jù)的記錄。根據(jù)一個實施例，數(shù)據(jù)采集模塊1640可選擇性地儲存和檢索數(shù)據(jù)，并且可使該數(shù)據(jù)供進(jìn)一步處理所用。這樣的處理可包括通過故障檢測器模塊1634進(jìn)行的處理，該故障檢測器模塊1634可被配置為確定電力分配系統(tǒng)的故障的發(fā)生。增量模塊1636可被配置為基于本文中所公開的技術(shù)，對時域增量進(jìn)行計算。增量模塊1636可被配置為使用電流和/或電壓測量的數(shù)字化表示來由此計算增量。在一些實施例中，系統(tǒng)1600可以是與諸如圖1的IED和系統(tǒng)的電力系統(tǒng)上的不同終端進(jìn)行通信的一對IED中的一個。在一個實施例中，一對IED中的每個IED在其自身的增量模塊1636中計算增量，以用于后續(xù)處理并在IED之間共享。在另一實施例中，系統(tǒng)1600可通過通信信道接收來自傳感器組件1610和來自遠(yuǎn)程IED的數(shù)字化表示，并且增量模塊1636可被配置為計算來自兩個源的增加的信號，以計算本地增量和遠(yuǎn)程增量二者。故障類型模塊1638可被配置為使用來自模塊1636的增量來確定故障類型。故障類型模塊1638可使用本文中所公開的技術(shù)，包括表格2中所列出的操作量的方程，以確定故障類型并提供適當(dāng)?shù)脑隽?，從而用于IED內(nèi)的其他處理。行波差動模塊1644可通過使用僅在行波差動計算中的電流量確定故障的方向來確定由于故障的發(fā)生而采取的控制操作。行波差動模塊1644可使用方程38-44。行波差動模塊1644可根據(jù)圖15中所圖示的方法操作。相關(guān)性模塊1648可被配置為接收本地增量和遠(yuǎn)程增量，并使它們相關(guān)聯(lián)。相關(guān)性可通過使用時間戳進(jìn)行時間對準(zhǔn)來完成。方向模塊1650可被配置為確定故障的方向(正向或反向)。方向模塊1650可被配置為使用來自增量模塊1636的增量，以確定故障的方向。方向模塊1650可使用方程13-21。在各種實施例中，方向模塊1650可根據(jù)圖10操作。在其他實施例中，方向模塊1650可被配置為基于行波的極性來確定方向。在這樣的實施例中，如果故障處于正向方向，則電壓行波和電流行波的極性相反。如果故障處于反向方向，則電壓行波和電流行波具有相同的極性。保護(hù)動作模塊1652可被配置為基于通過故障檢測器模塊1634的故障的聲明來實施保護(hù)動作。在各種實施例中，保護(hù)動作可包括使斷路器跳閘、選擇性地隔離電力系統(tǒng)的一部分等。在各種實施例中，保護(hù)動作模塊1652可連同與系統(tǒng)1600進(jìn)行通信的其他設(shè)備來協(xié)調(diào)保護(hù)動作。在各種實施例中，系統(tǒng)1600可被配置為基于瞬時電壓和電流，提供保護(hù)。這樣的信號分量需要更短的數(shù)據(jù)窗口但便于更快保護(hù)。系統(tǒng)1600的各種實施例可被配置為實現(xiàn)約1毫秒的工作時間。這樣的系統(tǒng)可使用基于集總參數(shù)電路和基于TW的時域方法，并且可允許涵蓋各種繼電器輸入電壓源和可用的通信信道的多功能應(yīng)用。這樣的系統(tǒng)可使用高采樣速率(≥1MHz)、高分辨率(≥16bits)的同步采樣、高保真的時間同步以及能夠交換所有獲得的數(shù)據(jù)(≥100Mbps)或一些算法所需的的高數(shù)值負(fù)擔(dān)(每秒≥1G個乘法)的通信網(wǎng)絡(luò)。雖然上文中所討論的幾個實施例指的是交流電力輸送系統(tǒng)的三個相，但本文中的原理可應(yīng)用到具有多于或少于三相的多相交流電力系統(tǒng)。例如，設(shè)想了四相電力輸送系統(tǒng)，六相電力輸送系統(tǒng)也是如此?？蓱?yīng)用本文中所教導(dǎo)的原理。在其他實施例中，所教導(dǎo)的原理可應(yīng)用到直流電力輸送系統(tǒng)。具體地，使用僅在行波差動模塊中的電流的行波檢測可使用來自直流電力輸送系統(tǒng)的電流量，以檢測故障并對其采取控制動作。雖然已經(jīng)圖示并描述了本公開的特定實施例和應(yīng)用，但是應(yīng)理解的是，本公開不限于本文中所公開的精確配置和組件。在不背離本公開的精神和范圍的情況下，可以對本公開的方法和系統(tǒng)的布置、操作和細(xì)節(jié)中做出對于本領(lǐng)域中的技術(shù)人員來說明顯的各種修改、變化和變型。當(dāng)前第1頁1 2 3