CN109001593A - 一种配电网故障录波控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种配电网故障录波控制方法，该方法对录波数据的每个周波进行FFT运算以获特征数据，所述特征数据包括：所述特征数据包括：电流1至N次谐波相量中的一个或多个，电压1至M次谐波相量中的一个或多个，电流的n次以上谐波总能量值，电压的m次以上谐波总能量值；判断零序电流1至N次谐波相量的幅值及相位的变化量或零序电压1至N次谐波相量的幅值及相位变化量是否超出阈值；当超出阈值时则汇集单元控制采集单元启动故障录波，将故障发生时刻的前后多个周波的录波数据上传至汇集单元，经汇集单元进行数据处理后将录波数据传送至主站以完成故障类型及故障位置的判断。

Description

一种配电网故障录波控制方法
技术领域
本发明涉及电力技术领域，尤其涉及一种配电网故障录波的方法。
背景技术
配电网是电力系统中的重要组成部分，随着智能电网的快速发展，分布式电源的大量的不确定接入，使得配电网故障信息越发复杂，故障的准确快速分析变得越发困难。为保障配电网高度智能化运行，需要对馈线运行数据进行实时监控、异常情况及时预警及故障快速发现处理。
暂态录波型故障指示器是一种配电网线路故障的检测装置，通过在线路上安装采集单元(传感器)实时高速采集线路电流(相电流)、线路电压(相电压)或空间电场(相电厂)的数据，根据数据的变化判断线路上是否发生了短路、接地等故障，并将故障发生时刻前后的电流波形、电压(电场)波形发送到汇集单元(通信终端)，再由汇集单元发送给主站进行分析判断，确定故障类型和故障位置。上述启动和收集故障发生时刻前后的电流、电压(电场)波形的功能称为故障录波，是故障分析和定位的基础。暂态录波型故障指示器通常采用相电场(表征相电压)变化、相电流变化作为故障录波的启动条件，在检测到相电场变化和/或相电流变化，且变化量超出分别设定的阈值后，启动故障录波。
但现有的故障录波启动方法，相电场容易受到环境变化、电磁干扰等因素影响而误动，相电流也容易受到负荷波动影响而误动，导致故障录波频繁误启动，影响真实故障的判断。
如CN107453405A中所记载的在故障发生时，通过启动分别安装在A、B、C三相上的采集单元上传故障波形，上传启动前4个周波、启动后8个周波的故障波形，该故障波形首先被传送至汇集单元，最后由所述汇集单元接收各采集单元上报的所述故障点波形文件进行计算，并将波形文件上传至主站系统，主站系统结合架空线路网络拓扑以及各采集单元之间的拓扑结构，计算出故障类型以及故障位置。当线路上发生故障时，相电流、相电压(电场)和零序电流、零序电压(电场)会发生变化。对于短路故障，相电流的变化通常足够明显，并超过正常的负荷波动范围，因此通过设置恰当的电流变化阈值即可作为故障录波的启动条件，准确性较高，误触发率和漏触发率都较低。对于接地故障，尤其是接地阻抗较大的高阻接地故障，相电流的变化可能很小，远小于正常的负荷波动范围；相电压(电场)的波动与中性点的接地方式和接地阻抗的大小有关，对非有效接地系统，相电压(电场)的波动较大，对有效接地系统，相电压(电场)的波动较小，因此难以设置固定的相电压(电场)变化阈值。无论中性点采用何种接地方式。线路发生接地故障时，一定有零序电流的变化；同时，零序电流发生变化时，通常认为发生了线路接地故障。
在该技术方案中，若采集单元的采样频率为4KHz，每周波(20ms)采集80个采样点为例，假设每个采样点为2字节，每相采集单元每秒要传输的数据量高达8000字节。如果采用实时合成零序电流的方式进行故障录波触发，则采集单元的传输带宽无法满足大数据量的传输要求，且功耗也太高而难以适用。同时，通常采集单元在进行数据传输时会暂停对波形的采集，如果因采集单元误启动造成数据长时间上传，则采集单元极有可能错过对真实故障波形的采集。
由此可见，本领域中需要一种能够快速判定采集单元是否应启动故障录波并向汇集单元传输故障录波数据的判定方法，以避免因采集单元误触发造成真实故障录波数据的漏采集。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是通过采集单元与汇集单元小数据量的通讯完成采集单元是否启动故障录波的判定。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种配电网故障录波控制方法，该方法用于对暂态录波型配电网故障指示器进行录波控制，所述暂态录波型故障指示器包括采集单元和汇集单元，所述方法包括：
在每相采集单元中，针对该相采集单元获得的录波数据的每个周波进行FFT运算以获特征数据，所述特征数据包括：电流1至N次谐波相量中的一个或多个，电压1至M次谐波相量中的一个或多个，电流的n次以上谐波总能量值，电压的m次以上谐波总能量值,其中，N,M,m，n≥1；
将上述获得特征数据传输给汇集单元，由汇集单元根据三相采集单元上传的特征数据计算出零序电流1至N次谐波相量及零序电压1至M次谐波相量；
判断零序电流1至N次谐波相量的幅值及相位的变化量或零序电压1至N次谐波相量的幅值及相位变化量是否超出阈值；当超出阈值时则汇集单元控制采集单元启动故障录波，将故障发生时刻的前后多个周波的录波数据上传至汇集单元，经汇集单元进行数据处理后将录波数据传送至主站以完成故障类型及故障位置的判断。
在一个实施例中，当各相电压的1次谐波1次谐波相量的幅值变化量是否超出阈值时启动故障录波。
在一个实施例中，当各相的电流的n次以上谐波总能量值变化量超出阈值时启动故障录波。
在一个实施例中，各相的电压的m次以上谐波总能量值变化量超出阈值时启动故障录波。
在一个实施例中，采集单元设置成每隔T个周波后，将该T个周波的的特征数据上传至汇集单元，其中T≥1。
在一个实施例中，采集单元设置成仅当特征数据幅值的变化量超出阈值范围时上传特征数据。
在本发明中，特征数据的获取包括对每个周波的1至N次谐波电流相量I(1)至I(N)、1至M次谐波零序电压相量U(1)至U(M)、n次谐波以上的电流能量值EI(n)或m次谐波以上的电压能量值EU(m)进行获取，在本发明的不同的实施例中上述特征数据的选择是可以根据实际用于环境而确定的，例如在中性点采用小电阻接地方式时，特征数据选取电流的1次谐波相量I(1)、电压1次谐波相量U(1)；当中性点采用不接地方式时，特征数据选取电流的1次谐波相量I(1)、电压的1次谐波相量U(1)；当中性点采用消弧线圈接地方式时，特征数据选取电流的1次谐波相量、3次谐波以上电流能量值EI(3)及电压1次谐波相量U(1)。
本发明中阈值的设定可以采用相对变化量，即变化量/变化前数值。
与现有技术相比，本发明的一个或多个实施例可以具有如下优点：
1.本发明通过提前每个周波的小数据量特征信息，完成与汇集单元的快速通讯，从而提高了故障录波启动判断的准确性，避免了因采集单元误触发造成的真实故障录波数据的漏采集。
2.本发明的故障录波启动判定方法仍基于对零序电流和/或零序电场的变化的判断，因此在故障录波的启动判断的准确性上具有极大的提高。
本发明的其它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可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例共同用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明一实施例的暂态录波型配电网故障指示器的结构示意图；
图2是本发明一实施例的故障录波启动控制流程示意图；
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合附图对本发明作进一步地详细说明。
图1是根据本发明的暂态录波型配电网故障指示器结构示意图。下面结合图1对本方法进行说明。
如图1所示，本发明的暂态录波型配电网故障指示器包括，安装在配电网三相馈电线上的采集单元1，采集单元1包括采集单元A、采集单元B和采集单元C，该暂态录波型配电网故障指示器还包括包括安装在杆塔或馈线上的汇集单元2，采集单元1与汇集单元2之间的物理距离避免过远，从而保证采集单元1能以微功率状态实现与汇集单元的通讯。汇集单元2与主站3之间可以实现远距离通讯。主站3根据汇集单元2传送的数据判定故障类型及故障位置。
如图2所示的本实施例的故障录波启动控制流程，本实施例中的暂态录波型配电网故障指示器的仍以零序电流和零序电场的变化作为判定依据。为避免采集单元1与汇集单元2之间产生大的数据量传输，本实施例中，首先，在采集单元1中对配电网每个周波的波形进行FFT运算从而获取如下特征：
特征1：采集单元A的电流1次谐波相量IA(1)；
特征2：采集单元B的电流1次谐波相量IB(1)；
特征3：采集单元C的电流1次谐波相量IC(1)；
特征4：采集单元A的电流三次以上谐波能量EIA(3)；
特征5：采集单元B的电流三次以上谐波能量EIB(3)；
特征6：采集单元C的三电流次以上谐波能量EIC(3)；
特征7：采集单元A的电压1次谐波相量UA(1)；
特征8：采集单元B的电压1次谐波相量UB(1)；
特征9：采集单元C的电压1次谐波相量UC(1)；
随后，上述特征由采集单元1获得并传输给汇集单元2，则汇集单元2根据运算可以获得：
零序电流1次谐波相量3I0(1)＝IA(1)+IB(1)+IC(1)；
零序电场1次谐波相量3U0(1)＝UA(1)+UB(1)+UC(1)；
随后，本实施例中，针对不同配电网系统进行故障判断。
针对小电阻接地系统,条件A:判断相电压的1次谐波相量的幅值变化量是否超出阈值，且至少一相升高、至少一相降低；条件B：判断零序电流的1次谐波相量的幅值变化量是否超出阈值。当条件A或B任意一个满足，则认为发生了接地故障。
针对不接地系统，条件A:判断相电压1次谐波相量的幅值变化量是否超出阈值，且至少一相升高、至少一相降低；条件B：判断零序电流的1次谐波相量的幅值变化量是否超出阈值。当条件A和B同时满足时，则认为发生了接地故障。
针对消弧线圈接地系统，条件A:判断相电压1次谐波相量的幅值变化量是否超出阈值，且至少一相升高、至少一相降低；条件C：判断至少一相的电流的三次以上谐波总能量变化超出阈值。当条件A和C同时满足时，则认为发生了接地故障。
或者，通过计算不平衡度来判断配电网是否出现故障，具体为：
首先，计算各相电流的1次谐波能量和3次以上谐波总能量的总和，记为EI(A,B,C)(1)＝I(A,B,C)(1)2+EI(A,B,C)(3)；
随后，分别计算三相的EI(A,B,C)(1)的变化量△EI(A,B,C)(1)；
接下来，将三相的EI(A,B,C)(1)变化量△EI(A,B,C)(1)按从大到小排序，记为△EI(A,B,C)(1,x)，其中x＝1,2,3；
最后，计算不平衡度Rb＝△EI(A,B,C)(1,2)/△EI(A,B,C)(1,1)，如果Rb小于阈值，则认为发生了接地故障。
当判断配电网出现故障时，需要启动采集单元对配电网进行故障录波，并将故障出现的前4个周波及出现后的12个周波的数据上传至汇集单元。
本实施例中采用了电流1次谐波相量I(1)、三次以上谐波电流能量EI(3)和电压1次谐波相量U(1)作为特征值用以判断是否启动故障指示器进行录波。针对每一采集单元而言上述3个特征数据包括二个相量值和一个能量值，其中相量值的实部和虚部分别使用2个字节表示，而能量值采用4个字节表示，其数据总量为12字节。由于其数据量小，可以快速传递给汇集单元2，从而快速判断是否需要启动录波并将录波数据传递给汇集单元2。从而避免了由于误报所导致的真实故障波形的漏采集。本实施例中设置成将每隔5个周波将5个周波内的特征数据上传至汇集单元。
以上所述，仅为本发明的具体实施案例，本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术的技术人员在本发明所述的技术规范内，对本发明的修改或替换，都应在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种配电网故障录波控制方法，该方法用于对暂态录波型配电网故障指示器进行录波控制，所述暂态录波型故障指示器包括采集单元和汇集单元，其特征在于，所述方法包括：
在每相采集单元中，针对该相采集单元获得的录波数据的每个周波进行FFT运算以获特征数据，所述特征数据包括：电流1至N次谐波相量中的一个或多个，电压1至M次谐波相量中的一个或多个，电流的n次以上谐波总能量值，电压的m次以上谐波总能量值,其中，N, M,m，n≥1；
将上述获得特征数据传输给汇集单元，由汇集单元根据三相采集单元上传的特征数据计算出零序电流1至N次谐波相量及零序电压1至M次谐波相量；
判断零序电流1至N次谐波相量的幅值及相位的变化量或零序电压1至N次谐波相量的幅值及相位变化量是否超出阈值；当超出阈值时则汇集单元控制采集单元启动故障录波，将故障发生时刻的前后多个周波的录波数据上传至汇集单元，经汇集单元进行数据处理后将录波数据传送至主站以完成故障类型及故障位置的判断。
2.根据权利要求1所述的配电网故障录波控制方法，其特征在于，当各相电压的1次谐波相量的幅值变化量是否超出阈值时启动故障录波。
3.根据权利要求1所述的配电网故障录波控制方法，其特征在于，当各相的电流的n次以上谐波总能量值变化量超出阈值时启动故障录波。
4.根据权利要求1所述的配电网故障录波控制方法，其特征在于，各相的电压的m次以上谐波总能量值变化量超出阈值时启动故障录波。
5.根据权利要求1所述的配电网故障录波控制方法，其特征在于，采集单元设置成每隔T个周波后，将该T个周波的的特征数据上传至汇集单元，其中T≥1。
6.根据权利要求1所述的配电网故障录波控制方法，其特征在于，采集单元设置成仅当特征数据幅值变化量超出阈值范围时上传特征数据。
7.一种暂态录波型配电网故障指示器，其特征在于，所述故障指示器使用如权利要求1至6之一所述的控制方法对故障指示器的故障录波进行控制。
8.一种暂态录波型配电网故障识别及定位系统，所述系统包括采集单元、汇集单元和主站单元，其特征在于，使用如权利要求1至6之一的故障录波控制方法对采集单元的故障录波的启动进行控制。
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