CN107942193A - 一种复杂配电网网络定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种复杂配电网网络定位方法，其步骤为：S1：连续计算零序电压有效值，当大于电压整定值时，判断系统发生接地故障，启动定位保护；S2：通过安装在配电网各节点的线路CT提取出相应的零序电流信号，对信号进行低通滤波及剔除干扰信号后，得到纯故障分量；S3：利用Prony算法分析拟合计算出各节点零序电流纯故障分量在同一频率下的各个正弦函数，进而得到暂态信号最为明显的主频分量下所对应正弦函数的幅值A_s和相位特征θ_s，有效的剔除非确定因素对定位的干扰；S4：依次计算故障线路各节点主频分量之间相关系数数组[ρ_sAB、ρ_sBC、ρ_sCD]，然后通过各相关系数大小比较来实现故障定位。本发明具有定位精度高，抗干扰能力强等优点。

Description

一种复杂配电网网络定位方法

技术领域

本发明主要涉及到电力系统继电保护技术领域，特指一种复杂配电网网络定位方法。

背景技术

配电网出线众多，结构异常复杂，运行方式多变，且线路上存在大量的架空-电缆混合线路，大大加大了故障时准确定位的难度。随着智能配电网的全面建设，对电网运行控制的安全性和可靠性要求越来越高，因此，急需研究一种精确可靠的定位方法。

传统的基于稳态分量的定位方法由于消弧线圈的补偿作用导致故障特征微弱，故障区段与非故障区段的故障边界不明显，容易造成定位失败，因此基于稳态分量的定位方法不适用于谐振接地系统。近年来许多学者提出了利用暂态分量进行定位的方法。由于暂态分量其信号特征明显，检测灵敏度高，且受故障初相角、过渡电阻等因素的影响较小，且在纯架空线路的谐振接地系统中具有较好定位效果而成为研究的热点，但现有的基于零序电流或者零序功率分析定位方法在含有架空-电缆混合线路的系统中选线定位效果较差，且当配电网谐振接地时，由于该包含工频分量、衰减的直流分量、噪声等成分，如果不加以处理，会降低定位的准确性。利用小波包及特征频带相关分析的定位方法，若小波基函数选择不当，将难以实现故障准确定位。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种定位精度高，抗干扰能力强的复杂配电网网络定位方法。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种复杂配电网网络定位方法，其步骤为：

S1：连续计算零序电压有效值，当大于电压整定值时，判断系统发生接地故障，启动定位保护；

S2：通过安装在配电网各节点的线路CT提取出相应的零序电流信号，对信号进行低通滤波及剔除干扰信号后，得到纯故障分量；

S3：利用Prony算法分析拟合计算出各节点零序电流纯故障分量在同一频率下的各个正弦函数，进而得到暂态信号最为明显的主频分量下所对应正弦函数的幅值A_s和相位特征θ_s，有效的剔除非确定因素对定位的干扰；

S4：依次计算故障线路各节点主频分量之间相关系数数组[ρ_sAB、ρ_sBC、ρ_sCD]，然后通过各相关系数大小比较来实现故障定位。

作为本发明的进一步改进：所述步骤S1中，电压整定值取为0.15倍相电压，作为保护启动阀值。

作为本发明的进一步改进：所述步骤S3中，利用p个指数函数的线性组合来拟合经预处理后的测量输入信号，其表达式可记为：

其中

其中，A_m为振幅，θ_m为初相角，α_m为衰减因子，f_m为频率，△t为时间间隔。

作为本发明的进一步改进：通过Prony算法计算出各指数函数下信号的幅值、相位、频率、衰减因子特征，计算公式如下：

作为本发明的进一步改进：所述步骤S4中，各主频分量之间相关系数的计算公式为：

式中设x(n)、y(n)为2个离散信号序列，N表示离散采样信号序列的长度。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1、本发明的复杂配电网网络定位方法，综合利用了主频分量的幅值和相位特征，两者相互补充进一步提高定位准确性，并借助相关性分析将二者有效结合起来，具有计算简单，易于实现的特点。

2、本发明的复杂配电网网络定位方法，在中性点不接地系统及谐振接地系统中均有较好的定位效果，而且适用于含有电缆线路的复杂配电网；

3、本发明的复杂配电网网络定位方法，无论是经高阻接地，还是故障初相角较小时均能实现准确的定位，鲁棒性强。

附图说明

图1是本发明方法的流程示意图。

图2是本发明中配电网的网络结构图。

图3是本发明中线路故障时各节点主频分量波形图。

具体实施方式

以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。

本发明的一种复杂配电网网络定位方法，选择性的在配电网各节点安装定位装置，利用配电网的绝缘监测系统实时在线监测系统电压，当出现零序电压越限时，启动定位保护；首先提取出线路各节点的零序电流，经预处理剔除系统噪声及三相不平衡分量后，利用Prony算法拟合计算出各馈线的主频分量；然后借助相关性分析对各相邻节点的主频分量波形相似性程度进行辨识，计算出相关系数数组；最后，根据各数组之间的关系来确定故障位置。本发明适用于中性点不接地系统及谐振接地系统，可以快速有效地实现复杂配电网故障的精确定位，具有可靠性高、适用性强、经济性好的优点。

如图1所示，本发明的一种复杂配电网网络定位方法，其详细步骤为：

S1：连续计算零序电压有效值，当大于电压整定值时，判断系统发生接地故障，启动定位保护；

S2：通过安装在配电网各节点的线路CT提取出相应的零序电流信号，对信号进行低通滤波及剔除干扰信号后，得到纯故障分量；

S3：利用Prony算法分析拟合计算出各节点零序电流纯故障分量在同一频率下的各个正弦函数，进而得到暂态信号最为明显的主频分量下所对应正弦函数的幅值A_s和相位特征θ_s，有效的剔除非确定因素对定位的干扰；

S4：依次计算故障线路各节点主频分量之间相关系数数组[ρ_sAB、ρ_sBC、ρ_sCD],然后通过各相关系数大小比较来实现故障定位。

在具体应用实例中，所述步骤S1中，电压整定值通常取为0.15倍相电压，作为保护启动阀值。

在具体应用实例中，所述步骤S3中，可以利用p个指数函数的线性组合来拟合经预处理后的测量输入信号，其表达式可记为：其中 A_m为振幅，θ_m为初相角，α_m为衰减因子，f_m为频率，△t为时间间隔。再通过Prony算法可计算出各指数函数下信号的幅值、相位、频率、衰减因子等特征。

计算公式如下：

所述步骤S4中，各主频分量之间相关系数的计算公式为：

式中设x(n)、y(n)为2个离散信号序列，N表示离散采样信号序列的长度。

由于线路故障时，故障上游节点主频分量幅值、相位相差不大，波形具备相似性，因此相关系数接近于1，而对于故障下游节点，主频分量幅值远小于上游节点，而且相位基本相反，相关系数约为负，所以可以轻易确定故障位置。

由上可知，本发明提出来的复杂配电网网络定位方法，定位精度高，抗干扰能力强，特别适用于运行方式多变的复杂配电网网络的故障定位方法。该方法综合利用暂态特征最为明显主频分量的幅值和相位特征作为定位依据，有效的剔除工频分量、衰减的直流分量、噪声等成分的干扰，进一步拉大了各故障特征量裕度，并借助波形相关性分析来确定故障位置。该方法不受系统运行方式、线路类型、故障条件等因素的影响，具有计算简单、易于实现的特点，有效解决了复杂配电网定位可靠性不高的难题。

参见图2，为实施本发明的配电网结构图，其中架空线路参数和电缆线路参数见表1。变压器连接方式为△/Y，其额定变比为110kV/10.5kV；谐振接地系统过补偿度为8％，消弧线圈电感值分别取为1.033H。A、B、C、D 4个检测点分别位于混合线路5中5、6、7、8km处，单相接地故障发生在CD段处,采样频率为10kHz。

表1

图2为本发明的故障定位流程图。定位主站进行故障定位的过程如下:

首先由安装在各线路各节点定位装置提取出各点的暂态零序电流信号，对信号经过预先处理后；通过prony算法分析计算出相应的主频分量幅值和相位特征；然后依次对线路相邻节点主频分量进行波形相似性辨识，计算出各线路的相关系数数组，对于健全线路各节点间的主频分量幅值相近，波形相似，因此各节点之间的相关系数数组都接近于1，而对于故障线路，故障上游节点和下游节点幅值相差很大，相位几乎相反，因此，上游节点相关系数接近于1，而故障点上下游相邻节点相关系数为负；所以最后可以根据各线路相应节点主频分量的相关系数数组来确定故障线路和实现精准定位。

图3为故障初相角0、故障电阻5Ω时通过Prony算法拟合得到的A、B、C、D 4个检测处的主频分量波形图。为了更能突显故障区段与非故障区段的区别，各个检测点处的的主频分量参数被列出如表2所示。通过表和图可知故障区段内相邻两检测点CD的波形近似相同，相位相差近似180度；非故障区段内相邻两检测点AB或者BC的波形近似相同，相位近似相同。因此可知利用该方法进行定位具有很好的效果。

表2

表3、4分别为故障初相角0°及90°时对本发明方法与传统的零序电流相关性方法进行的一个对比，通过相关性分析计算出主频分量相关系数ρ_s、零序电流相关系数ρ_i。通常情况下，为了防止保护装置的勿动，会设定相应的定位保护整定阀值，阀值设定根据线路类型、配电网的结构、现场运行方式来进行设定，本发明根据模型的情况取值为0.2。

表3

表4

通过上表的对比分析可知，利用主频分量的定位方法，无论在何种故障条件下，故障区段与非故障区段之间相关系数值存在明显的差异，其中非故障区段相邻两点间相关系数约为1，故障区段为负，且远小于整定值，均能轻易实现准确定位，且定位可靠性较高，裕度较大。而利用零序电流的定位方法，随着故障条件的变化，容易导致故障区段的相关系数值大于整定值，使得定位失败。因此，很容易发生误判。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。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前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种复杂配电网网络定位方法，其特征在于，步骤为：

S1：连续计算零序电压有效值，当大于电压整定值时，判断系统发生接地故障，启动定位保护；

S2：通过安装在配电网各节点的线路CT提取出相应的零序电流信号，对信号进行低通滤波及剔除干扰信号后，得到纯故障分量；

S3：利用Prony算法分析拟合计算出各节点零序电流纯故障分量在同一频率下的各个正弦函数，进而得到暂态信号最为明显的主频分量下所对应正弦函数的幅值A_s和相位特征θ_s，有效的剔除非确定因素对定位的干扰；

S4：依次计算故障线路各节点主频分量之间相关系数数组[ρ_sAB、ρ_sBC、ρ_sCD]，然后通过各相关系数大小比较来实现故障定位。

2.根据权利要求1所述的复杂配电网网络定位方法，其特征在于，所述步骤S1中，电压整定值取为0.15倍相电压，作为保护启动阀值。

3.根据权利要求1或2所述的复杂配电网网络定位方法，其特征在于，所述步骤S3中，利用p个指数函数的线性组合来拟合经预处理后的测量输入信号，其表达式可记为：

其中

其中，A_m为振幅，θ_m为初相角，α_m为衰减因子，f_m为频率，△t为时间间隔。

4.根据权利要求3所述的复杂配电网网络定位方法，其特征在于，通过Prony算法计算出各指数函数下信号的幅值、相位、频率、衰减因子特征，计算公式如下：

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5.根据权利要求1或2所述的复杂配电网网络定位方法，其特征在于，所述步骤S4中，各主频分量之间相关系数的计算公式为：

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式中设x(n)、y(n)为2个离散信号序列，N表示离散采样信号序列的长度。