CN108051705A - 配电网的单相接地故障定位方法和系统 - Google Patents
配电网的单相接地故障定位方法和系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了配电网的单相接地故障定位方法和系统，包括：获取电压行波，将电压行波进行凯伦贝尔变换，得到线模分量和零模分量；对线模分量和零模分量进行希尔伯特‑黄HHT变换，得到初始波头到达时间；根据电压行波确定故障发生的区域；如果故障发生在单相配电支路，则根据初始波头到达时间得到第一时间差；如果故障发生在三相线路，则根据初始波头到达时间得到第二时间差；根据第一时间差和第二时间差分别得到第一故障距离和第二故障距离，可以对单相配电支路的故障进行快速定位。
Description
技术领域
本发明涉及电力技术领域，尤其是涉及配电网的单相接地故障定位方法和系统。
背景技术
随着我国国民经济的发展，人们对供电可靠性的要求越高，与居民用电密切相关的配电网运行可靠性便越高，这便要求对配电网的故障能够准确识别，迅速排除。但是，很多配电网为了节约成本，在配电末端采用单相配电的方式，线路不再对称，加大了定位难度。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供配电网的单相接地故障定位方法和系统，可以对单相配电支路的故障进行快速定位。
第一方面，本发明实施例提供了配电网的单相接地故障定位方法，所述方法包括：
获取电压行波，将所述电压行波进行凯伦贝尔变换，得到线模分量和零模分量；
对所述线模分量和所述零模分量进行希尔伯特-黄HHT变换，得到初始波头到达时间；
根据所述电压行波确定故障发生的区域；
如果所述故障发生在单相配电支路，则根据所述初始波头到达时间得到第一时间差；
如果所述故障发生在三相线路，则根据所述初始波头到达时间得到第二时间差；
根据所述第一时间差和所述第二时间差分别得到第一故障距离和第二故障距离。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，所述如果所述故障发生在单相配电支路，则根据所述初始波头到达时间得到第一时间差，包括：
从所述初始波头到达时间中选取所述线模分量的初始波头到达时间和下一突变时间，其中，所述线模分量包括故障相和非供电相；
根据所述线模分量的初始波头到达时间和所述下一突变时间，得到所述第一时间差。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，所述如果所述故障发生在三相线路，则根据所述初始波头到达时间得到第二时间差，包括：
从所述初始波头到达时间中选取所述线模分量的初始波头到达时间和所述零模分量的初始波头到达时间；
根据所述线模分量的初始波头到达时间和所述零模分量的初始波头到达时间，得到所述第二时间差。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，所述根据所述第一时间差和所述第二时间差分别得到第一故障距离和第二故障距离，包括：
将所述第一时间差通过所述单相配电支路测距公式，得到所述第一故障距离，其中，所述第一故障距离为故障点距离混合线路边界点的所述单相配电支路的距离。
结合第一方面的第三种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，所述将所述第一时间差通过所述单相配电支路测距公式，得到所述第一故障距离，包括：
根据下式计算所述第一故障距离：
其中，l1为所述第一故障距离，vm0(2)为所述单相配电支路的所述零模分量的传输速度，vm1(2)为所述单相配电支路的所述线模分量的传输速度，Δt(2)为所述第一时间差。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，所述根据所述第一时间差和所述第二时间差分别得到第一故障距离和第二故障距离，包括：
将所述第二时间差通过三相线路测距公式，得到所述第二故障距离，其中，所述第二故障距离为故障点距离检测装置的三相线路距离。
结合第一方面的第五种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，所述将所述第二时间差通过三相线路测距公式，得到所述第二故障距离，包括：
根据下式计算所述第二故障距离：
其中，l2为所述第二故障距离，vm0(3)为所述三相线路的所述零模分量的传输速度，vm1(3)为所述三相线路的所述线模分量的传输速度。
第二方面，本发明实施例还提供配电网的单相接地故障定位系统，所述系统包括：
电压行波获取单元，用于获取电压行波，将所述电压行波进行凯伦贝尔变换，得到线模分量和零模分量；
变换单元，用于对所述线模分量和所述零模分量进行希尔伯特-黄HHT 变换，得到初始波头到达时间；
确定单元，用于根据所述电压行波确定故障发生的区域；
第一时间差获取单元，用于在所述故障发生在单相配电支路的情况下，根据所述初始波头到达时间得到第一时间差；
第二时间差获取单元，用于在所述故障发生在三相线路，根据所述初始波头到达时间得到第二时间差；
故障距离获取单元，用于根据所述第一时间差和所述第二时间差分别得到第一故障距离和第二故障距离。
结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第一种可能的实施方式，其中，所述第一时间差获取单元包括：
从所述初始波头到达时间中选取所述线模分量的初始波头到达时间和下一突变时间，其中，所述线模分量包括故障相和非供电相；
根据所述线模分量的初始波头到达时间和所述下一突变时间，得到所述第一时间差。
结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第二种可能的实施方式，其中，所述第二时间差获取单元包括：
从所述初始波头到达时间中选取所述线模分量的初始波头到达时间和所述零模分量的初始波头到达时间；
根据所述线模分量的初始波头到达时间和所述零模分量的初始波头到达时间，得到所述第二时间差。
本发明实施例提供了配电网的单相接地故障定位方法和系统，包括：获取电压行波，将电压行波进行凯伦贝尔变换，得到线模分量和零模分量；对线模分量和零模分量进行希尔伯特-黄HHT变换，得到初始波头到达时间；根据电压行波确定故障发生的区域；如果故障发生在单相配电支路，则根据初始波头到达时间得到第一时间差；如果故障发生在三相线路，则根据初始波头到达时间得到第二时间差；根据第一时间差和第二时间差分别得到第一故障距离和第二故障距离，可以对单相配电支路的故障进行快速定位。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例一提供的配电网的单相接地故障定位方法流程图；
图2为本发明实施例二提供的混合配电网模型示意图；
图3为本发明实施例三提供的实际配电网拓扑结构示意图；
图4为本发明实施例四提供的三相电压行波数据示意图；
图5为本发明实施例五提供的A相线模分量和C相线模分量变换的频率示意图；
图6为本发明实施例六提供的A相线模分量、B相线模分量和三相零模分量变换的频率示意图；
图7为本发明实施例七提供的配电网的单相接地故障定位系统示意图。
图标：
10-电压行波获取单元；20-变换单元；30-确定单元；40-第一时间差获取单元；50-第二时间差获取单元；60-故障距离获取单元。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，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，都属于本发明保护的范围。
为便于对本实施例进行理解，下面对本发明实施例进行详细介绍。
实施例一：
图1为本发明实施例一提供的配电网的单相接地故障定位方法流程图。
参照图1，该方法包括以下步骤：
步骤S101，获取电压行波，将所述电压行波进行凯伦贝尔变换，得到线模分量和零模分量；
步骤S102，对所述线模分量和所述零模分量进行希尔伯特-黄HHT变换，得到初始波头到达时间；
步骤S103，根据所述电压行波确定故障发生的区域；
步骤S104，如果所述故障发生在单相配电支路，则根据所述初始波头到达时间得到第一时间差；
步骤S105，如果所述故障发生在三相线路，则根据所述初始波头到达时间得到第二时间差；
这里，由于含有供电相和故障相的线模分量在边界处会发生变化，其首波头和第二个波头的时间差是单相配电支路线模分量和零模分量的传输时间差。通过该线模分量可以定位单相配电支路的故障距离，由此构成多模量时间差的测距方法，可以定位复杂配电网的单相接地故障。
步骤S106，根据所述第一时间差和所述第二时间差分别得到第一故障距离和第二故障距离。
本申请解决了单端行波测距在复杂配电网中难以识别反射波头的问题，可以准确定位含单相配电支路的配电网单相接地故障，实用性好。
进一步的，步骤S104包括以下步骤：
步骤S201，从所述初始波头到达时间中选取所述线模分量的初始波头到达时间和下一突变时间，其中，所述线模分量包括故障相和非供电相；
步骤S202，根据所述线模分量的初始波头到达时间和所述下一突变时间，得到所述第一时间差。
进一步的，步骤S105包括以下步骤：
步骤S301，从所述初始波头到达时间中选取所述线模分量的初始波头到达时间和所述零模分量的初始波头到达时间；
步骤S302，根据所述线模分量的初始波头到达时间和所述零模分量的初始波头到达时间，得到所述第二时间差。
进一步的，步骤S106包括：
将所述第一时间差通过所述单相配电支路测距公式，得到所述第一故障距离，其中，所述第一故障距离为故障点距离混合线路边界点的所述单相配电支路的距离。
进一步的，步骤S106还包括：
根据公式(1)计算所述第一故障距离：
其中，l1为所述第一故障距离，vm0(2)为所述单相配电支路的所述零模分量的传输速度，vm1(2)为所述单相配电支路的所述线模分量的传输速度，Δt(2)为所述第一时间差。
进一步的，步骤S106还包括：
将所述第二时间差通过三相线路测距公式，得到所述第二故障距离，其中，所述第二故障距离为故障点距离检测装置的三相线路距离。
进一步的，步骤S106还包括：
根据公式(2)计算所述第二故障距离：
其中，l2为所述第二故障距离，vm0(3)为所述三相线路的所述零模分量的传输速度，vm1(3)为所述三相线路的所述线模分量的传输速度。
实施例二：
图2为本发明实施例二提供的混合配电网模型示意图。
参照图2，混合配电网模型包括单相配电支路，其中，配电网末端为两相线路连接配电变压器。单相配电支路供电相为A相和B相，非供电相为 C相。FTU是指馈线上的故障采集装置。另外，还包括A节点、B节点和 C节点。
实施例三：
图3为本发明实施例三提供的实际配电网拓扑结构示意图。
参照图3，实际配电网包括单相配电支路，实际配电网是通过EMTP (Electro-Magnetic Transient Program，电磁暂态程序)进行仿真。其中，C 点处的虚线表示单相配电支路。故障发生在单相配电支路，距离C点处为 2100m，故障类型为A相接地故障，接地电阻为10Ω，采样频率为2MHz。模型中导线型号为LGJ-120，可以得到三相线路和单相配电支路正序和零序参数，具体如表1所示：
表1
| L1(10-3mH/km) | L0(10-3mH/km) | C1(10-6uF/km) | C0(10-6uF/km) | |
| 单相 | 1.058 | 3.698 | 10.678 | 5.733 |
| 三相 | 1.058 | 5.018 | 10.6778 | 2.871 |
由表1可知，通过上述参数可以计算出三相线路和单相配电支路的线模波速和零模波速。
如果发生故障，可以确定故障发生的区域在3对应的FTU处，根据3 对应的FTU处，可获取电压行波。
实施例四：
图4为本发明实施例四提供的三相电压行波数据示意图。
参照图4，故障发生在A相上，将电压行波进行凯伦贝尔变换，得到线模分量和零模分量。由于故障发生在单相配电支路，故选取非供电相C 相和故障相A相的线模分量进行HHT变换，具体可参照实施例四中的图5。
实施例五：
图5为本发明实施例五提供的A相线模分量和C相线模分量变换的频率示意图。
参照图5，该波形数据中包含初始行波以及反射波等多个波头的到达时刻，截取首波头和相邻波头的突变信息，得到两个突变点的第一时间差Δt(2)，Δt(2)为2.5μs，将第一时间差通过单相配电支路测距公式，得到第一故障距离。
实施例六：
图6为本发明实施例六提供的A相线模分量、B相线模分量和三相零模分量变换的频率示意图。
参照图6，如果故障发生的区域在2对应的FTU和3对应的FTU之间的三相线咱，故障距离2对应的FTU为1200m，获取2对应的FTU的电压行波，将电压行波进行凯伦贝尔变换，得到线模分量和零模分量，选择供电相B相和非故障相A相的线模分量以及三相零模分量进行HHT变换。其中，图(a)为供电相B相和非故障相A相的线模分量进行HHT变换的示意图，图(b)三相零模分量进行HHT变换的示意图。
另外，线模分量到达时间为第70410个点，零模分量到达时间为第70411 个点，第二时间差Δt(3)为0.5μs，故第二故障距离为1116.15m，绝对误差为 83m。
实施例七：
图7为本发明实施例七提供的配电网的单相接地故障定位系统示意图。
参照图7，该系统包括：
电压行波获取单元10，用于获取电压行波，将所述电压行波进行凯伦贝尔变换，得到线模分量和零模分量；
变换单元20，用于对所述线模分量和所述零模分量进行希尔伯特-黄 HHT变换，得到初始波头到达时间；
确定单元30，用于根据所述电压行波确定故障发生的区域；
第一时间差获取单元40，用于在所述故障发生在单相配电支路的情况下，根据所述初始波头到达时间得到第一时间差；
第二时间差获取单元50，用于在所述故障发生在三相线路，根据所述初始波头到达时间得到第二时间差；
故障距离获取单元60，用于根据所述第一时间差和所述第二时间差分别得到第一故障距离和第二故障距离。
进一步的，第一时间差获取单元40包括：
从所述初始波头到达时间中选取所述线模分量的初始波头到达时间和下一突变时间，其中，所述线模分量包括故障相和非供电相；
根据所述线模分量的初始波头到达时间和所述下一突变时间，得到所述第一时间差。
进一步的，第二时间差获取单元50包括：
从所述初始波头到达时间中选取所述线模分量的初始波头到达时间和所述零模分量的初始波头到达时间；
根据所述线模分量的初始波头到达时间和所述零模分量的初始波头到达时间，得到所述第二时间差。
本发明实施例还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述实施例提供的配电网的单相接地故障定位方法的步骤。
本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器运行时执行上述实施例的配电网的单相接地故障定位方法的步骤。
本发明实施例所提供的计算机程序产品，包括存储了程序代码的计算机可读存储介质，所述程序代码包括的指令可用于执行前面方法实施例中所述的方法，具体实现可参见方法实施例，在此不再赘述。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统和装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
所述功能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(可以是个人计算机，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、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种配电网的单相接地故障定位方法，其特征在于，所述方法包括：
获取电压行波，将所述电压行波进行凯伦贝尔变换，得到线模分量和零模分量；
对所述线模分量和所述零模分量进行希尔伯特-黄HHT变换，得到初始波头到达时间；
根据所述电压行波确定故障发生的区域；
如果所述故障发生在单相配电支路，则根据所述初始波头到达时间得到第一时间差；
如果所述故障发生在三相线路，则根据所述初始波头到达时间得到第二时间差；
根据所述第一时间差和所述第二时间差分别得到第一故障距离和第二故障距离。
2.根据权利要求1所述的配电网的单相接地故障定位方法，其特征在于，所述如果所述故障发生在单相配电支路，则根据所述初始波头到达时间得到第一时间差，包括：
从所述初始波头到达时间中选取所述线模分量的初始波头到达时间和下一突变时间，其中，所述线模分量包括故障相和非供电相；
根据所述线模分量的初始波头到达时间和所述下一突变时间，得到所述第一时间差。
3.根据权利要求1所述的配电网的单相接地故障定位方法，其特征在于，所述如果所述故障发生在三相线路，则根据所述初始波头到达时间得到第二时间差，包括：
从所述初始波头到达时间中选取所述线模分量的初始波头到达时间和所述零模分量的初始波头到达时间；
根据所述线模分量的初始波头到达时间和所述零模分量的初始波头到达时间，得到所述第二时间差。
4.根据权利要求1所述的配电网的单相接地故障定位方法，其特征在于，所述根据所述第一时间差和所述第二时间差分别得到第一故障距离和第二故障距离，包括：
将所述第一时间差通过所述单相配电支路测距公式，得到所述第一故障距离，其中，所述第一故障距离为故障点距离混合线路边界点的所述单相配电支路的距离。
5.根据权利要求4所述的配电网的单相接地故障定位方法，其特征在于，所述将所述第一时间差通过所述单相配电支路测距公式，得到所述第一故障距离，包括：
根据下式计算所述第一故障距离：
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其中，l1为所述第一故障距离，vm0(2)为所述单相配电支路的所述零模分量的传输速度，vm1(2)为所述单相配电支路的所述线模分量的传输速度，Δt(2)为所述第一时间差。
6.根据权利要求1所述的配电网的单相接地故障定位方法，其特征在于，所述根据所述第一时间差和所述第二时间差分别得到第一故障距离和第二故障距离，包括：
将所述第二时间差通过三相线路测距公式，得到所述第二故障距离，其中，所述第二故障距离为故障点距离检测装置的三相线路距离。
7.根据权利要求6所述的配电网的单相接地故障定位方法，其特征在于，所述将所述第二时间差通过三相线路测距公式，得到所述第二故障距离，包括：
根据下式计算所述第二故障距离：
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<mi>&Delta;t</mi>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mn>3</mn>
<mo>)</mo>
</mrow>
</msub>
</mrow>
其中，l2为所述第二故障距离，vm0(3)为所述三相线路的所述零模分量的传输速度，vm1(3)为所述三相线路的所述线模分量的传输速度。
8.一种配电网的单相接地故障定位系统，其特征在于，所述系统包括：
电压行波获取单元，用于获取电压行波，将所述电压行波进行凯伦贝尔变换，得到线模分量和零模分量；
变换单元，用于对所述线模分量和所述零模分量进行希尔伯特-黄HHT变换，得到初始波头到达时间；
确定单元，用于根据所述电压行波确定故障发生的区域；
第一时间差获取单元，用于在所述故障发生在单相配电支路的情况下，根据所述初始波头到达时间得到第一时间差；
第二时间差获取单元，用于在所述故障发生在三相线路，根据所述初始波头到达时间得到第二时间差；
故障距离获取单元，用于根据所述第一时间差和所述第二时间差分别得到第一故障距离和第二故障距离。
9.根据权利要求8所述的配电网的单相接地故障定位系统，其特征在于，所述第一时间差获取单元包括：
从所述初始波头到达时间中选取所述线模分量的初始波头到达时间和下一突变时间，其中，所述线模分量包括故障相和非供电相；
根据所述线模分量的初始波头到达时间和所述下一突变时间，得到所述第一时间差。
10.根据权利要求8所述的配电网的单相接地故障定位系统，其特征在于，所述第二时间差获取单元包括：
从所述初始波头到达时间中选取所述线模分量的初始波头到达时间和所述零模分量的初始波头到达时间；
根据所述线模分量的初始波头到达时间和所述零模分量的初始波头到达时间，得到所述第二时间差。
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