CN104181441A - 基于模型误差的配电网单相接地故障区段定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于模型误差的配电网单相接地故障区段定位方法，针对配电网消弧线圈接地系统，单相接地故障后选线一直没有很好地解决，故障定位更是难以谈及，本发明在各线路出口及分支处安装接地故障检测装置，在系统发生单相接地故障后，在一定的频段内，健全区段可以等效为稳定的电容，而故障区段不能等效为稳定的电容，以电容模型为基准，定义模型误差用于描述故障数据与基准模型的符合程度，若模型误差小于整定值，判别为健全区段；若模型误差大于整定值，判别为故障区段。该方法原理简单，易于实现，能够快速、可靠地进行故障区段定位，具有很好的适用性，本发明可以用故障后的稳态数据来一直判断故障区段，增加故障定位的准确度。

Description

基于模型误差的配电网单相接地故障区段定位方法

技术领域

本发明涉及一种电力系统故障区段定位的方法，具体涉一种基于模型误差的中性点经消弧线圈接地的配电网单相接地故障区段定位方法。

背景技术

配电网与用户直接相连，其可靠性在很大程度上决定了电力系统的供电质量。提高配电网的供电可靠性是提高电力系统供电可靠性的重要研究内容。传统的配电网线路多采用辐射供电方式，分支点处无断路器和控制设备，恢复供电所需时间长，影响了配电网供电的可靠性。近年来，随着智能电网的发展，“自愈”将成为电网的基本功能，而故障区段定位作为自愈的基础，是智能电网的重要研究内容。

我国配电网大多采用中性点小电流接地方式，受中性点接地方式、配电网规模、过渡电阻等因素的影响，故障选线问题一直没有得到圆满解决，区段定位更无从谈起。小电流接地系统发生相间故障时会产生较大的短路电流，其区段定位易于实现。但发生单相接地故障时短路电流小，流过故障和非故障线路的电流变化仅为对地电容电流的变化。特别当系统中性点经消弧线圈接地，且采用过补偿方式工作时，利用工频量的变化难于区分故障线路与非故障线路。故对于经消弧线圈接地的系统只能采用暂态量进行选线，且单相接地时，接地电容电流的暂态分量可能比稳态值大几倍到几十倍。

基于暂态信号的选线方法灵敏度较高且不受消弧线圈的影响，但现有方法大多有待完善。在现有的利用暂态量方法中，首半波法是基于单相接地故障发生在故障相电压接近最大值附近这一假设条件，而在相电压过零附近故障时，暂态量微弱，难于满足要求。小波分析法虽然可以比较精确的提取故障信号，但也存在一些问题，如该方法对微变量过于敏感，抗干扰能力差；当故障点经大过渡电阻接地时，该方法不能进行。行波法由于故障后行波波头难于准确捕捉，且采样频率要求高等因素，难于实现。基于以上种种因素可以看出，消弧线圈接地系统的选线问题一直是没有解决好的问题，而区段定位研究成果更无从谈起，所以研究故障区段定位方法将会对配电网的智能化带来重要的现实意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于模型误差的配电网单相接地故障区段定位方法。

为达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：

该故障区段定位方法包括以下步骤：在选定的频带下以及指定的电压参考方向和电流参考方向下，利用故障后初始时段识别的电容模型为基准模型，根据初始时段后识别的各个区段的电容模型与各个区段对应的基准模型求取模型误差，若模型误差小于等于整定值，判别对应区段为健全区段，若模型误差大于整定值，判别对应区段为故障区段。

所述电压参考方向为测量点相对于地，电流参考方向为由母线到线路。

所述频带为150Hz～600Hz。

所述基准模型的获取方法包括以下步骤：利用故障后初始时段采集的零序电流i_x与零序电压u_x数据，通过结合最小二乘法，识别出区段x的电容值C_x，C_x是计算区段x的模型误差的基准。

所述初始时段取故障后0.2个周波。

所述模型误差按照以下公式计算：

其中，ξ_误差表示模型误差，i表示故障后零序电流，C表示初始时段识别出的电容值，u表示故障后零序电压。

所述故障区段定位方法具体包括以下步骤：

步骤一：系统发生单相接地故障后，在线路测量点处对零序电压以及零序电流进行同步采样，然后通过模数转换器将采样得到的零序电压以及零序电流转化为数字量；

步骤二：对所述数字量进行频带为150Hz～600Hz的带通滤波处理，获得零序电流分量和零序电压分量，求取零序电压分量的导数值，计算故障后初始时段零序电压分量的导数值与零序电流分量的比值并结合最小二乘算法识别出各个区段对应的电容值，得到电容模型；

步骤三：以步骤二识别的电容模型为基准模型，分别计算初始时段后识别的各个区段的电容模型与各个区段对应的基准模型的模型误差ξ_误差，设定整定值ξ_整定，若ξ_误差>ξ_整定，则判定对应区段为故障区段，否则，判定对应区段为健全区段。

本发明的有益效果体现在：

本发明所述基于模型误差的配电网单相接地故障区段定位方法，利用首容频段的思想，通过求取由线路简化的电容模型误差作为故障区段定位的依据，该方法原理简单，易于实现，能够快速、可靠地进行故障区段定位，该方法可以用故障后的稳态数据来一直判断故障区段，增加了故障定位的准确度。

附图说明

图1为一个有n条出线的小电流接地系统发生单相接地故障后对应的零序网络。

图2为特定频带里健全线路等效模型。

图3为特定频带里故障线路等效零序电容模型。

图4为10kV配电网仿真模型；其中，G表示配网系统的等效电源，L表示消弧线圈电感，K表示开关，S₆～S₁₃分别表示馈线末端的负荷，1～14为区段编号。

图5为区段6经0.5ohm过渡电阻时不同区段的模型误差的波形图。

图6为区段6经500ohm过渡电阻时不同区段的模型误差的波形图。

图7为母线处经0.5ohm过渡电阻时不同区段的模型误差的波形图。

图8为母线处经500ohm过渡电阻时不同区段的模型误差的波形图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

一种基于模型误差的配电网单相接地故障区段定位方法，具体介绍如下：

基于首容频段的思想(出处：电力系统自动化，2003,27(9):48-53)，在系统发生单相接地故障后的零序网络中，在特定的频带内以及指定的电压电流参考方向下(电压参考方向为测量点相对于地，电流参考方向为由母线到线路)，健全区段等效为电容模型，故障区段不能等效为电容模型。利用故障后0.2个采样周波数据识别的电容为基准模型，定义模型误差来描述故障后的电容模型与基准模型的符合程度。若模型误差小于等于整定值，判别为健全区段；若模型误差大于整定值，判别为故障区段。

参见图1，开关K闭合为经消弧线圈接地的配电网的零序网络，C₀₁～C_0n分别为线路1～n的等效电容，i₀₁～i_0n表示线路1～n的零序电流。故障点位于第i条线路上时，C_0f为故障点与母线间等效的零序电容参数，u_0f表示故障点处的等效零序电压源，3L表示消弧线圈的电感线圈的电感,R_f表示接地故障时的过渡电阻,i_L表示消弧线圈上的零序电流，u₀表示母线上的零序电压，将图中健全线模型提出来，如图2所示。

健全线路等效的零序电容模型参见图2，参数的含义与图1中相同，此时有 $i_{0x}=C_{0x}\frac{{\mathrm{du}}_{0x}}{\mathrm{dt}}.$

故障线路等效的零序电容模型参见图3，C_0h表示健全线并联后等效的电容模型，其它参数的含义与图1中相同，故障初始暂态电气量很丰富，提取特定频带150Hz～600Hz的高频电气量，消弧线圈与C_0h并联成容性，此时的故障线路i的零序电压、零序电流满足负的电容模型，结合最小二乘算法识别出C_0i；而进入故障稳态后消弧线圈与C_0h并联成感性，不满足负的电容模型，此时就会有很大的模型误差而健全线路x仍旧满足正的电容模型，与基准电容模型的误差很小，由此可以判断出故障区段。

本发明具体实施步骤举例如下：

步骤一：系统发生单相接地故障后，在线路测量点处(在各线路出口及分支处安装接地故障检测装置)对零序电压以及零序电流进行同步采样，然后通过模数转换器将采样得到的零序电压以及零序电流转化为数字量；

步骤二：对所述数字量进行频带为150Hz～600Hz的带通滤波处理，获得对应于频带的零序电流分量和零序电压分量，用两点数值微分公式求取零序电压分量的导数值，利用故障后0.2周波内的数据计算零序电压分量的导数值与零序电流分量的比值并结合最小二乘算法识别出线路区段m对应的电容值C_0m(m＝1～14)；

步骤三：以步骤二识别的电容模型为基准，考察故障后的零序电压导数和零序电流是否满足基准电容模型，并定义模型误差设定整定值ξ_整定(本例取0.4，是在健全线模型误差理想值为0的基础上考虑一定的裕度的结果)，若ξ_m误差>ξ_整定则判为故障区段，否则判为健全区段。

本发明的采用的仿真模型如图4所示，具体的参数见“李广.配电网单相接地故障区段定位研究：[D].西安：西安交通大学，2012.”。为简单起见，设置的单相接地故障均以A相为例，G表示配网系统的等效电源，L表示消弧线圈电感，S₆～S₁₃分别表示馈线末端的负荷。分别在区段1～14(编号1～14)经不同的过渡电阻下做仿真实验，本发明方法均能可靠地判断故障区段，下面仅给出部分仿真结果。

区段6在0.5ohm、500ohm下单相接地故障后不同区段的模型误差参见图5、图6，虚线为整定值，实线为仿真值，仿真值大于整定值即判为故障区段，否则为健全区段；可以看出区段1、6被判为故障区段，其他区段(区段2～区段5，区段7～区段14)为健全区段，结合网络拓扑结构可以得出最终的故障区段为区段6。

母线处在0.5ohm、500ohm下单相接地故障后不同区段的模型误差参见图7、图8，虚线为整定值，实线为仿真值，仿真值大于整定值即判为故障区段，否则为健全区段；可以看出区段均被判为健全区段，结合网络拓扑结构可以得出最终的故障在母线处。

Claims (7)

1.一种基于模型误差的配电网单相接地故障区段定位方法，其特征在于：

该故障区段定位方法包括以下步骤：在选定的频带下以及指定的电压参考方向和电流参考方向下，利用故障后初始时段识别的电容模型为基准模型，根据初始时段后识别的各个区段的电容模型与各个区段对应的基准模型求取模型误差，若模型误差小于等于整定值，判别对应区段为健全区段，若模型误差大于整定值，判别对应区段为故障区段。

2.根据权利要求1所述一种基于模型误差的配电网单相接地故障区段定位方法，其特征在于：所述电压参考方向为测量点相对于地，电流参考方向为由母线到线路。

3.根据权利要求1所述一种基于模型误差的配电网单相接地故障区段定位方法，其特征在于：所述频带为150Hz～600Hz。

4.根据权利要求1所述一种基于模型误差的配电网单相接地故障区段定位方法，其特征在于：所述基准模型的获取方法包括以下步骤：利用故障后初始时段采集的零序电流i_x与零序电压u_x数据，通过结合最小二乘法，识别出区段x的电容值C_x，C_x是计算区段x的模型误差的基准。

5.根据权利要求1所述一种基于模型误差的配电网单相接地故障区段定位方法，其特征在于：所述初始时段取故障后0.2个周波。

6.根据权利要求1所述一种基于模型误差的配电网单相接地故障区段定位方法，其特征在于：所述模型误差按照以下公式计算：

其中，ξ_误差表示模型误差，i表示故障后零序电流，C表示初始时段识别出的电容值，u表示故障后零序电压。

7.根据权利要求1所述一种基于模型误差的配电网单相接地故障区段定位方法，其特征在于：所述故障区段定位方法具体包括以下步骤：

步骤一：系统发生单相接地故障后，在线路测量点处对零序电压以及零序电流进行同步采样，然后通过模数转换器将采样得到的零序电压以及零序电流转化为数字量；

步骤二：对所述数字量进行频带为150Hz～600Hz的带通滤波处理，获得零序电流分量和零序电压分量，求取零序电压分量的导数值，计算故障后初始时段零序电压分量的导数值与零序电流分量的比值并结合最小二乘算法识别出各个区段对应的电容值，得到电容模型；

步骤三：以步骤二识别的电容模型为基准模型，分别计算初始时段后识别的各个区段的电容模型与各个区段对应的基准模型的模型误差ξ_误差，设定整定值ξ_整定，若ξ_误差>ξ_整定，则判定对应区段为故障区段，否则，判定对应区段为健全区段。