CN106771491B - 零序电压测量方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种零序电压测量方法及装置。其中，该方法包括：获取配电系统的工作频率，并依据工作频率计算工频周期；依据短距离无线通信对时进行同步采样，并根据采样频率对工频周期进行时段划分，得到N个时段；在N个时段内对三相电压进行采样，得到每个时段对应的采样数据；计算采样数据中电压突变量，并判断电压突变量是否大于或等于阈值；依据判断结果执行对应流程。本发明解决了由于相关技术中零序电压测量方面存在功能性缺失，导致单相接地故障诊断功能的技术问题。

Description

零序电压测量方法及装置

技术领域

本发明涉及电气技术应用领域，具体而言，涉及一种零序电压测量方法及装置。

背景技术

我国10千伏配电网主要采用中性点非有效接地运行方式，架空混合网逐年增加，架空线绝缘化率较低，运行统计表明我国10kV配网单相接地故障概率高，导致约70％以上的非计划停电。然而单相接地故障电流较小，实现故障区域定位难度大。如果能够实现单相接地故障区段定位，则可以大大降低故障巡线的难度，并能够减少单相接地故障引发相间短路的概率，减少停电损失、提高供电可靠性。

当前单相接地故障定位有四大类方法：1)人工试拉法；2)信号注入法；3)行波测距法；4)基于零序网络暂态量特征分析法；其中，暂态量特征分析法已成为一种行之有效的解决单相接地故障区段定位方法，该方法着眼于零序网络的电气特征量，需要取得零序电压、零序电流，并能够有较好的幅频传变特性。

与此同时，为实现60％的配网自动化覆盖率，利用经济、安装便携的二遥基本型配电终端提升自动化覆盖率已成为业内共识，但是现有的架空二遥基本型配电终端在电压测量特别是零序电压测量方面存在功能性缺失，不具备单相接地故障诊断功能。

针对上述由于相关技术中零序电压测量方面存在功能性缺失，导致单相接地故障诊断功能的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明实施例提供了一种零序电压测量方法及装置，以至少解决由于相关技术中零序电压测量方面存在功能性缺失，导致单相接地故障诊断功能的技术问题。

根据本发明实施例的一个方面，提供了一种零序电压测量方法，包括：获取配电系统的工作频率，并依据工作频率计算工频周期；依据短距离无线通信对时进行同步采样，并根据采样频率对工频周期进行时段划分，得到N个时段；在N个时段内对三相电压进行采样，得到每个时段对应的采样数据；计算采样数据中电压突变量，并判断电压突变量是否大于或等于阈值；依据判断结果执行对应流程。

可选的，在工作频率记作f₀的情况下，依据工作频率计算工频周期包括：依据工作频率与工频周期的第一数学关系，得到工频周期T，其中，第一数学关系包括：

进一步地，可选的，根据采样频率对工频周期进行时段划分，得到N个时段包括：根据采样频率与工频周期的第二数学关系，得到N个时段，其中，第二数学关系包括：

其中，采样频率为f_c。

可选的，在N个时段内对三相电压进行采样，得到每个时段对应的采样数据包括：在N个时段内对三相电压进行采样，得到每个时段对应的采样数据，将采样数据记作u(nΔt)(n＝0,1,2,…N)。

可选的，计算采样数据中电压突变量，并判断电压突变量是否大于或等于阈值包括：依据预设滑窗算法计算采样数据中电压突变量；其中，预设滑窗算法包括：

为电压突变量；判断电压突变量是否大于或等于阈值，其中，阈值记为

可选的，依据判断结果执行对应流程包括：在判断结果为是的情况下，发生单相接地故障，并保存三相电压M个周波采样数据；依据采样数据依据第三数学关系进行波形拟合，得到零序电压；其中，第三数学关系包括：

其中，

为三个相电压。

可选的，依据判断结果执行对应流程包括：在判断结果为否的情况下，表明未发生接地故障，并在N个时段内对三相电压进行采样，得到每个时段对应的采样数据，计算采样数据中电压突变量，并判断电压突变量是否大于或等于阈值，直至判断结果为电压突变量大于或等于阈值的情况下，进行零序电压拟合。

根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种零序电压测量装置，包括：获取模块，用于获取配电系统的工作频率，并依据工作频率计算工频周期；时段划分模块，用于依据短距离无线通信对时进行同步采样，并根据采样频率对工频周期进行时段划分，得到N个时段；采样模块，用于在N个时段内对三相电压进行采样，得到每个时段对应的采样数据；计算模块，用于计算采样数据中电压突变量，并判断电压突变量是否大于或等于阈值；流程执行模块，用于依据判断结果执行对应流程。

可选的，获取模块包括：获取单元，用于在工作频率记作f₀的情况下，依据工作频率与工频周期的第一数学关系，得到工频周期T，其中，第一数学关系包括：

进一步地，可选的，时段划分模块包括：时段划分单元，用于根据采样频率与工频周期的第二数学关系，得到N个时段，其中，第二数学关系包括：

其中，采样频率为f_c。

在本发明实施例中，通过获取配电系统的工作频率，并依据工作频率计算工频周期；依据短距离无线通信对时进行同步采样，并根据采样频率对工频周期进行时段划分，得到N个时段；在N个时段内对三相电压进行采样，得到每个时段对应的采样数据；计算采样数据中电压突变量，并判断电压突变量是否大于或等于阈值；依据判断结果执行对应流程，达到了测量零序电压的目的，从而实现了提升单相接地故障诊断精度的技术效果，进而解决了由于相关技术中零序电压测量方面存在功能性缺失，导致单相接地故障诊断功能的技术问题。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例的零序电压测量方法的流程示意图；

图2是根据本发明实施例的零序电压测量方法中的传感器架构的结构示意图；

图3是根据本发明实施例的零序电压测量方法中的零序电压合成流程图；

图4-1是根据本发明实施例的零序电压测量方法中的非接触式相电压测量模块原理图；

图4-2至图4-6是根据本发明实施例的零序电压测量方法中的非接触式相电压测量模块对1.2kV-12kV范围内的实测相电压数据图；

图5-1是根据本发明实施例的零序电压测量方法中对时同步系统图及原理图；

图5-2是根据本发明实施例的零序电压测量方法中的对时时序逻辑图；

图6是根据本发明实施例的零序电压测量装置的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

实施例一

根据本发明实施例，提供了一种零序电压测量方法实施例，需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

图1是根据本发明实施例的零序电压测量方法的流程示意图，如图1所示，该方法包括如下步骤：

步骤S102，获取配电系统的工作频率，并依据工作频率计算工频周期；

步骤S104，依据短距离无线通信对时进行同步采样，并根据采样频率对工频周期进行时段划分，得到N个时段；

步骤S106，在N个时段内对三相电压进行采样，得到每个时段对应的采样数据；

步骤S108，计算采样数据中电压突变量，并判断电压突变量是否大于或等于阈值；

步骤S110，依据判断结果执行对应流程。

本申请实施例提供的零序电压测量方法中，通过获取配电系统的工作频率，并依据工作频率计算工频周期；依据短距离无线通信对时进行同步采样，并根据采样频率对工频周期进行时段划分，得到N个时段；在N个时段内对三相电压进行采样，得到每个时段对应的采样数据；计算采样数据中电压突变量，并判断电压突变量是否大于或等于阈值；依据判断结果执行对应流程，达到了测量零序电压的目的，从而实现了提升单相接地故障诊断精度的技术效果，进而解决了由于相关技术中零序电压测量方面存在功能性缺失，导致单相接地故障诊断功能的技术问题。

可选的，在工作频率记作f₀的情况下，步骤S102中的依据工作频率计算工频周期包括：

依据工作频率与工频周期的第一数学关系，得到工频周期T，其中，第一数学关系包括：

进一步地，可选的，步骤S104中根据采样频率对工频周期进行时段划分，得到N个时段包括：根据采样频率与工频周期的第二数学关系，得到N个时段，其中，第二数学关系包括：

其中，采样频率为f_c。

可选的，步骤S106中在N个时段内对三相电压进行采样，得到每个时段对应的采样数据包括：

在N个时段内对三相电压进行采样，得到每个时段对应的采样数据，将采样数据记作u(nΔt)(n＝0,1,2,…N)。

可选的，步骤S108中计算采样数据中电压突变量，并判断电压突变量是否大于或等于阈值包括：

依据预设滑窗算法计算采样数据中电压突变量；其中，预设滑窗算法包括：

为电压突变量；判断电压突变量是否大于或等于阈值，其中，阈值记为

可选的，步骤S110中依据判断结果执行对应流程包括：

在判断结果为是的情况下，发生单相接地故障，并保存三相电压M个周波采样数据；依据采样数据依据第三数学关系进行波形拟合，得到零序电压；其中，第三数学关系包括：

其中，

为三个相电压。

可选的，步骤S110中依据判断结果执行对应流程包括：

在判断结果为否的情况下，表明未发生接地故障，并在N个时段内对三相电压进行采样，得到每个时段对应的采样数据，计算采样数据中电压突变量，并判断电压突变量是否大于或等于阈值，直至判断结果为电压突变量大于或等于阈值的情况下，进行零序电压拟合。

综上，本申请实施例提供的零序电压测量方法具体如下：

本申请实施例提供的零序电压测量方法可以适用于10kV架空线路零序电压测量，无需零序PT，并可无缝嵌入当前的二遥基本型配电终端。

本申请实施例提供的零序电压测量方法包括：

(1)获取配电系统的实际工作频率f₀，并计算对应的工频周期

(2)利用短距离无线通信对时实现同步采样，并根据采样频率f_c(6.4K)将工频周期T划分为N个时段，且

则每个时段

例如50HZ工频每周波采集128点；

(3)基于等效电容分压原理，实时采集三个相电压

采集在每一个时段nΔt(n＝0,1,2,…N)对应的电压采样数据u(nΔt)(n＝0,1,2,…N)；

(4)滑窗计算相电压突变量

设定相电压突变门槛值

当

时，即认为发生了单相接地故障，并将三相电压的前后五个周波采样数据保存；

(5)将(4)保存的三相电压采样数据按照公式：

进行波形拟合零序电压；

(6)若

则表明未发生接地故障，无需进行零序电压合成，转入步骤(3)循环检测。

本申请实施例提供的零序电压测量方法，采用非接触式电容分压测量方法实现相电压测量，并通过短距离无线通信对时实现高速同步采样，采用滑窗计算方法自动消除波形中毛刺的影响，并将突变量作为相电压录波的启动判据，提高零序电压合成的有效性；本申请实施例提供的零序电压测量方法无需零序PT即可实现零序电压测量，为单相接地故障诊断提供有力的判断依据。

图2是根据本发明实施例的零序电压测量方法中的传感器架构的结构示意图，如图2所示，参照图2，将电压监测传感器A、B、C分别悬挂于三相架空线路，并将传感器A作为汇集单元，该电压监测传感器无需停电即可安装。

图3是根据本发明实施例的零序电压测量方法中的零序电压合成流程图；如图3所示，具体如下：

线路来电后，监测传感器即开始工作，首先获取配电系统的实际工作频率f₀，并计算对应的工频周期

同时，传感器A即汇集单元通过短距离无线与B、C传感器进行时钟同步；并根据采样频率f_c(6.4K)将工频周期T划分为N个时段，且

则每个时段

例如50HZ工频每周波采集128点；实时采集三个相电压

采集在每一个时段nΔt(n＝0,1,2,…N)对应的电压采样数据u(nΔt)(n＝0,1,2,…N)；

A、B、C监测传感器分别滑窗计算相电压突变量

设定相电压突变门槛值

当

时，即认为发生了单相接地故障，并将三相电压的前后五个周波采样数据保存；

B、C监测传感器将各自保存的电压波形数据依次传递给汇集单元A，汇集单元A将三相电压采样数据按照公式：

进行波形拟合零序电压。

参照图4-1是根据本发明实施例的零序电压测量方法中的非接触式相电压测量模块原理图，如图4-1所示，其中接触电容C1的VIN+端由每相监测传感器利用导电体与10kV架空线路接触面组成，C1的VIN-是由PCB板覆铜浮地面组成；非接触电容C2是监测传感器对大地的非接触等效电容；则C1电容两端电压

计算公式：

其中，1)C1电容可测且固定；2)C2电容值与架空线对地距离、天气湿度、地面干燥程度有关，但一旦安装后则基本恒定不变或缓慢渐变(如天气变化)，且相对C1电容值，C2对系统采样影响有限；3)

与

则成比例。因

信号幅值小、输出阻抗小，本方案中采用有源低通滤波、信号放大设计。

图4-2至图4-6是根据本发明实施例的零序电压测量方法中的非接触式相电压测量模块对1.2kV-12kV范围内的实测相电压数据图，可以看出本发明所提供非接触式相电压测量模块具有良好的线性关系,其中,附图显示的是不同电压幅值下单相电压传感器采集到的电压实时数据的AD值，纵坐标为电压经14位高精度ADC采集转换后的AD值，横坐标为采样点数序列。

图5-1是根据本发明实施例的零序电压测量方法中对时同步系统图及原理图：如前1所述电压监测传感器A、B、C集成了短距无线模块W1、W2、W3，其中W1为主节点，W2、W3负责将数据带时标发送至主节点W1；同时，主节点负责对各从节点时间同步。主节点时间同步指令采用广播方式，即主节点的无线对时指令控制传输时间与传输波特率相关。系统绝对时间计算公式为：

Tab＝Tc+Tcw+Ttr+Ts+Td+Tadj (4-1)

Tab绝对时间

Tc主节点获取系统时间并发送至短距无线模块耗时

Tcw主节点短距无线模块转发耗时

Ttr无线传输耗时

Ts短距无线模块对时报文转发耗时

Td从节点无线模块硬件触发延时

Tadj从节点时间调整过程耗时

图5-2是根据本发明实施例的零序电压测量方法中的对时时序逻辑图，基于公式(4-1)进行如下阐述：

主节点获取系统时间，并在高优先级中断中(INT1)，以广播的方式发送对时报文至短距离无线模块，耗时Tc。

主节点短距离无线模块解析该报文，转发耗时Tcw。

主节点短距离模块将该报文发送，至从节点无线收发模块接收到对时报文后，无线传输耗时Ts。

从节点无线模块经过固定延时Td硬件触发从节点。

从节点接收到硬件触发信号后，立即开启一个高优先级中断(INT2)，在该中断里完成本地时间调整Tadj。

实施例二

根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种零序电压测量装置，图6是根据本发明实施例的零序电压测量装置的结构示意图，如图6所示，包括：

获取模块62，用于获取配电系统的工作频率，并依据工作频率计算工频周期；时段划分模块64，用于依据短距离无线通信对时进行同步采样，并根据采样频率对工频周期进行时段划分，得到N个时段；采样模块66，用于在N个时段内对三相电压进行采样，得到每个时段对应的采样数据；计算模块68，用于计算采样数据中电压突变量，并判断电压突变量是否大于或等于阈值；流程执行模块70，用于依据判断结果执行对应流程。

本申请实施例提供的零序电压测量装置中，通过获取配电系统的工作频率，并依据工作频率计算工频周期；依据短距离无线通信对时进行同步采样，并根据采样频率对工频周期进行时段划分，得到N个时段；在N个时段内对三相电压进行采样，得到每个时段对应的采样数据；计算采样数据中电压突变量，并判断电压突变量是否大于或等于阈值；依据判断结果执行对应流程，达到了测量零序电压的目的，从而实现了提升单相接地故障诊断精度的技术效果，进而解决了由于相关技术中零序电压测量方面存在功能性缺失，导致单相接地故障诊断功能的技术问题。

可选的，获取模块62包括：获取单元，用于在工作频率记作f₀的情况下，依据工作频率与工频周期的第一数学关系，得到工频周期T，其中，第一数学关系包括：

进一步地，可选的，时段划分模块64包括：时段划分单元，用于根据采样频率与工频周期的第二数学关系，得到N个时段，其中，第二数学关系包括：

其中，采样频率为f_c。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种零序电压测量方法，其特征在于，包括：

获取配电系统的工作频率，并依据所述工作频率计算工频周期；

依据短距离无线通信对时进行同步采样，并根据采样频率对所述工频周期进行时段划分，得到N个时段；

在所述N个时段内对三相电压进行采样，得到每个时段对应的采样数据；

计算所述采样数据中电压突变量，并判断所述电压突变量是否大于或等于阈值；

依据判断结果执行对应流程；

其中,所述计算所述采样数据中电压突变量，并判断所述电压突变量是否大于或等于阈值包括：依据预设滑窗算法计算所述采样数据中电压突变量；其中，所述预设滑窗算法包括：

为所述电压突变量；判断所述电压突变量是否大于或等于阈值，其中，所述阈值记为

u(nΔt)(n＝0,1,2,…N)为所述采样数据；

在所述工作频率记作f₀的情况下，所述依据所述工作频率计算工频周期包括：依据所述工作频率与所述工频周期的第一数学关系，得到所述工频周期T，其中，所述第一数学关系包括：

所述根据采样频率对所述工频周期进行时段划分，得到N个时段包括：

根据所述采样频率与所述工频周期的第二数学关系，得到N个时段，其中，所述第二数学关系包括：

其中，所述采样频率为f_c。

2.根据权利要求1所述的零序电压测量方法，其特征在于，在所述N个时段内对三相电压进行采样，得到每个时段对应的采样数据包括：

在所述N个时段内对三相电压进行采样，得到每个时段对应的采样数据，将所述采样数据记作u(nΔt)(n＝0,1,2,…N)。

3.根据权利要求1所述的零序电压测量方法，其特征在于，所述依据判断结果执行对应流程包括：

在判断结果为是的情况下，发生单相接地故障，并保存所述三相电压M个周波采样数据；

依据所述采样数据依据第三数学关系进行波形拟合，得到零序电压；其中，所述第三数学关系包括：

其中，

为三个相电压。

4.根据权利要求1所述的零序电压测量方法，其特征在于，所述依据判断结果执行对应流程包括：

在判断结果为否的情况下，表明未发生接地故障，并在所述N个时段内对三相电压进行采样，得到每个时段对应的采样数据，计算所述采样数据中电压突变量，并判断所述电压突变量是否大于或等于阈值，直至判断结果为所述电压突变量大于或等于阈值的情况下，进行所述零序电压拟合。

5.一种零序电压测量装置，其特征在于，包括：

获取模块，用于获取配电系统的工作频率，并依据所述工作频率计算工频周期；

时段划分模块，用于依据短距离无线通信对时进行同步采样，并根据采样频率对所述工频周期进行时段划分，得到N个时段；

采样模块，用于在所述N个时段内对三相电压进行采样，得到每个时段对应的采样数据；

计算模块，用于计算所述采样数据中电压突变量，并判断所述电压突变量是否大于或等于阈值；

流程执行模块，用于依据判断结果执行对应流程；

其中,所述计算所述采样数据中电压突变量，并判断所述电压突变量是否大于或等于阈值包括：依据预设滑窗算法计算所述采样数据中电压突变量；其中，所述预设滑窗算法包括：

为所述电压突变量；判断所述电压突变量是否大于或等于阈值，其中，所述阈值记为

u(nΔt)(n＝0,1,2,…N)为所述采样数据；

所述获取模块包括：

获取单元，用于在所述工作频率记作f₀的情况下，依据所述工作频率与所述工频周期的第一数学关系，得到所述工频周期T，其中，所述第一数学关系包括：

所述时段划分模块包括：

时段划分单元，用于根据所述采样频率与所述工频周期的第二数学关系，得到N个时段，其中，所述第二数学关系包括：

其中，所述采样频率为f_c。

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