CN109507531B - 一种配电网单相接地选线方法、系统、装置及可读存储介质 - Google Patents

一种配电网单相接地选线方法、系统、装置及可读存储介质 Download PDF

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CN109507531B CN201811392209.1A CN201811392209A CN109507531B CN 109507531 B CN109507531 B CN 109507531B CN 201811392209 A CN201811392209 A CN 201811392209A CN 109507531 B CN109507531 B CN 109507531B
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Abstract

本申请公开了一种配电网单相接地选线方法，包括：获取所有馈线的对地零序电容；根据所有所述对地零序电容，计算低频干扰频段；计算目标频段内每条所述馈线对应的暂态零序电流频谱能量；其中，所述目标频段为0至所有馈线的最小首谐频率的初始频段中除所述低频干扰频段外的频段；确定最大的暂态零序频谱能量对应的所述馈线为故障线路。本申请中将消弧线圈补偿时导致暂态特征不明显的频段部分排除后再进行暂态零序电流频谱能量的计算，得到的暂态零序电流频谱能量能够准确区分出故障线路，解决了现有技术中故障线路的暂态特征不明显难以确定的问题。本申请还公开了一种配电网单相接地选线系统、装置及可读存储介质。

Description

一种配电网单相接地选线方法、系统、装置及可读存储介质
技术领域
本发明涉及电路设计领域，特别涉及一种配电网单相接地选线方法、系统、装置及可读存储介质。
背景技术
由于配网中性点消弧线圈能够补偿容性短路电流，因此中性点经消弧线圈接地系统在配电网中得到了广泛的应用。消弧线圈带来补偿便利的同时，也使得故障线路的暂态特征不再明显，给选线和测距带来困难。
现有的基于暂态能量法的选线方法，当发生高阻接地，电流高频分量衰减严重，电流频谱主要依据工频及其附近低频分量，而由于消弧线圈补偿，故障线路零序电流的工频及附近低频分量可能低于对地电容较大的健全线路，如果此时依然利用暂态能量法进行选线，很容易选线错误。
因此，如何提供一种解决上述技术问题的方案是目前本领域技术人员需要解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种配电网单相接地选线方法、系统、装置及可读存储介质，以便准确选择故障线路。其具体方案如下：
一种配电网单相接地选线方法，包括：
获取所有馈线的对地零序电容；
根据所有所述对地零序电容，计算低频干扰频段；
计算目标频段内每条所述馈线对应的暂态零序电流频谱能量；
其中，所述目标频段为0至所有馈线的最小首谐频率的初始频段中除所述低频干扰频段外的频段；
确定最大的暂态零序频谱能量对应的所述馈线为故障线路。
优选的，所述根据所有所述对地零序电容，计算低频干扰频段的过程，具体包括：
计算得到所述低频干扰频段为：
Figure BDA0001874282700000021
其中，w0为工频角频率，υ0为工频脱谐度，∑C0为所有所述对地零序电容的总和，Cmin为所有所述对地零序电容中的最小值，Cmax为所有所述对地零序电容中的最大值。
优选的，所述初始频段具体为[0，NΔf]，其中：
Figure BDA0001874282700000022
其中L0i、C0i、li分别为第i条馈线的单位长度的零序电感、零序电容和长度。
优选的，所述计算目标频段内每条所述馈线对应的暂态零序电流频谱能量的过程，具体包括：
按照能量公式
Figure BDA0001874282700000023
计算目标频段内目标馈线对应的暂态零序电流频谱能量，其中Hn为所述目标馈线的电流经过FFT变换后的第n个点的幅值；
所述目标馈线为任一所述馈线。
优选的，所述确定最大的暂态零序频谱能量对应的所述馈线为故障线路的过程，具体还包括：
当最大的暂态零序频谱能量对应最长馈线时，根据第一指标公式计算得到第一指标K，根据第二指标公式计算得到第二指标K1；
所述第一指标公式为
Figure BDA0001874282700000024
所述第二指标公式为
Figure BDA0001874282700000025
其中，所述最长馈线为对地零序电容最大的馈线，Ii和Ci分别为m条所述馈线中第i条馈线的零序电流和对地零序电容，Ij和Cj分别为第j条馈线的零序电流和对地零序电容，w0为工频角频率，υ0为工频脱谐度，u0为母线工频零序电压幅值，∑C0为所有所述对地零序电容的总和，Cmax为所有所述对地零序电容中的最大值；
比较K与0的第一距离和K与K1的第二距离的大小；
若所述第一距离大于所述第二距离，则判定所述最长馈线为所述故障线路，否则判定母线为所述故障线路。
相应的，本发明公开了一种配电网单相接地选线系统，包括：
获取模块，用于获取所有馈线的对地零序电容；
第一计算模块，用于根据所有所述对地零序电容，计算低频干扰频段；
第二计算模块，用于计算目标频段内每条所述馈线对应的暂态零序电流频谱能量；
其中，所述目标频段为0至所有馈线的最小首谐频率的初始频段中除所述低频干扰频段外的频段；
故障确定模块，用于确定最大的暂态零序频谱能量对应的所述馈线为故障线路。
优选的，所述第一计算模块具体用于：
计算得到所述低频干扰频段为：
Figure BDA0001874282700000031
其中，w0为工频角频率，υ0为工频脱谐度，∑C0为所有所述对地零序电容的总和，Cmin为所有所述对地零序电容中的最小值，Cmax为所有所述对地零序电容中的最大值。
优选的，故障确定模块具体用于：
当最大的暂态零序频谱能量对应最长馈线时，根据第一指标公式计算得到第一指标K，根据第二指标公式计算得到第二指标K1；
所述第一指标公式为
Figure BDA0001874282700000032
所述第二指标公式为
Figure BDA0001874282700000033
其中，所述最长馈线为对地零序电容最大的馈线，Ii和Ci分别为m条所述馈线中第i条馈线的零序电流和对地零序电容，Ij和Cj分别为第j条馈线的零序电流和对地零序电容，w0为工频角频率，υ0为工频脱谐度，u0为母线工频零序电压幅值，∑C0为所有所述对地零序电容的总和，Cmax为所有所述对地零序电容中的最大值；
比较K与0的第一距离和K与K1的第二距离的大小；
若所述第一距离大于所述第二距离，则判定所述最长馈线为所述故障线路，否则判定母线为所述故障线路。
相应的，本发明公开了一种配电网单相接地选线装置，包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行所述计算机程序时实现如上文所述配电网单相接地选线方法的步骤。
相应的，本发明公开了一种可读存储介质，所述可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上文所述配电网单相接地选线方法的步骤。
本发明公开了一种配电网单相接地选线方法，包括：获取所有馈线的对地零序电容；根据所有所述对地零序电容，计算低频干扰频段；计算目标频段内每条所述馈线对应的暂态零序电流频谱能量；其中，所述目标频段为0至所有馈线的最小首谐频率的初始频段中除所述低频干扰频段外的频段；确定最大的暂态零序频谱能量对应的所述馈线为故障线路。本发明中将消弧线圈补偿时导致暂态特征不明显的频段部分排除后再进行暂态零序电流频谱能量的计算，得到的暂态零序电流频谱能量能够准确区分出故障线路，解决了现有技术中故障线路的暂态特征不明显难以确定的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中一种配电网单相接地选线方法的步骤流程图；
图2为本发明实施例中一种单相接地等效网络的拓扑图；
图3a为本发明实施例中一种零序电流频谱的示意图；
图3b为本发明实施例中一种零序电流频谱的示意图；
图4为本发明实施例中一种系统网络的模型拓扑图；
图5a为本发明实施例中一种零序电流频谱的示意图；
图5b为本发明实施例中一种零序电流频谱的示意图；
图6为本发明实施例中一种配电网单相接地选线系统的结构分布图。
具体实施方式
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。
本发明实施例公开了一种配电网单相接地选线方法，参见图1所示，包括：
S1：获取所有馈线的对地零序电容；
S2：根据所有所述对地零序电容，计算低频干扰频段；
其中，所述根据所有所述对地零序电容，计算低频干扰频段的过程，具体包括：
计算得到所述低频干扰频段为：
Figure BDA0001874282700000051
其中，w0为工频角频率，υ0为工频脱谐度，∑C0为所有所述对地零序电容的总和，Cmin为所有所述对地零序电容中的最小值，Cmax为所有所述对地零序电容中的最大值。
具体的，低频干扰频段的推导过程如下：
设各馈线对地零序电容为C1、C2、C3……Cm，系统对地零序电容为∑C0，
Figure BDA0001874282700000052
消弧线圈电感为L，系统工频w0脱谐度为ν0，电流的w频率分量脱谐度为v，则有：
Figure BDA0001874282700000053
用工频脱谐度v0表示v则有
Figure BDA0001874282700000054
设第i条线路故障，故障点零序虚拟电源的w频率分量为
Figure BDA0001874282700000055
补偿后健全馈线j首端零序电流w频率分量为
Figure BDA0001874282700000056
其中j≠i；
其中，各健全馈线中零序电流w频率分量绝对值最大的为
Figure BDA0001874282700000061
故障馈线i首端零序电流w频率分量为
Figure BDA0001874282700000062
将υ的代数式带入
Figure BDA0001874282700000063
中，可以得到：
Figure BDA0001874282700000064
令
Figure BDA0001874282700000065
可以解得
Figure BDA0001874282700000066
若w频率分量对选线有利，则需要满足|Ii|＞|Ijmax|；
当w>wc，Ii为由线路流向母线的容性电流，选线有利频段为：
Figure BDA0001874282700000067
当w<wc，Ii为由母线流向线路的容性电流，选线有利频段为：
Figure BDA0001874282700000068
所以，所述低频干扰频段应当为
Figure BDA0001874282700000069
S3：计算目标频段内每条所述馈线对应的暂态零序电流频谱能量；
其中，目标频段为0至所有馈线的最小首谐频率的初始频段中除低频干扰频段外的频段，所述初始频段为[0，NΔf]，
Figure BDA00018742827000000610
其中L0i、C0i、li分别为第i条馈线的单位长度的零序电感、零序电容和长度。
具体的，按照能量公式
Figure BDA00018742827000000611
计算目标频段内目标馈线对应的暂态零序电流频谱能量，其中Hn为所述目标馈线的电流经过FFT(Fast Fourier Transformation，快速傅里叶变换)变换后的第n个点的幅值；所述目标馈线为任一所述馈线。
S4：确定最大的暂态零序频谱能量对应的所述馈线为故障线路。
本发明实施例公开了一种配电网单相接地选线方法，包括：获取所有馈线的对地零序电容；根据所有所述对地零序电容，计算低频干扰频段；计算目标频段内每条所述馈线对应的暂态零序电流频谱能量；其中，所述目标频段为0至所有馈线的最小首谐频率的初始频段中除所述低频干扰频段外的频段；确定最大的暂态零序频谱能量对应的所述馈线为故障线路。本发明中将消弧线圈补偿时导致暂态特征不明显的频段部分排除后再进行暂态零序电流频谱能量的计算，得到的暂态零序电流频谱能量能够准确区分出故障线路，解决了现有技术中故障线路的暂态特征不明显难以确定的问题。
本发明实施例公开了一种具体的配电网单相接地选线方法，相对于上一实施例，本实施例对技术方案作了进一步的说明和优化。
具体的：所述确定最大的暂态零序频谱能量对应的所述馈线为故障线路的过程还包括：
当最大的暂态零序频谱能量对应最长馈线时，根据第一指标公式计算得到第一指标K，根据第二指标公式计算得到第二指标K1；
所述第一指标公式为
Figure BDA0001874282700000071
所述第二指标公式为
Figure BDA0001874282700000072
其中，所述最长馈线为对地零序电容最大的馈线，Ii和Ci分别为m条所述馈线中第i条馈线的零序电流和对地零序电容，Ij和Cj分别为第j条馈线的零序电流和对地零序电容，w0为工频角频率，υ0为工频脱谐度，u0为母线工频零序电压幅值，∑C0为所有所述对地零序电容的总和，Cmax为所有所述对地零序电容中的最大值；
比较K与0的第一距离和K与K1的第二距离的大小；
若所述第一距离大于所述第二距离，则判定所述最长馈线为所述故障线路，否则判定母线为所述故障线路。
当最大的暂态零序频谱能量对应最长馈线时，对应的实际故障有两种，一种是最长馈线故障，另一种是母线故障，此时需要再对这两种情况进行分辨，因此计算第一指标K和第二指标K1，判断第一指标K更接近最长馈线古丈还是母线故障。如果母线故障，各条馈线稳态零序电流幅值之比等于对地电容之比，此时第一指标K趋近于零；如果最长馈线故障，此时第一指标K应与第二指标K1相等。
因此，第一距离实际为K，第二距离为|K-K1|，比较第一距离和第二距离，若第一距离大于第二距离，则说明第一指标更靠近第二指标，与零距离较远。
可以理解的是，本实施例可以作为母线故障的辅助判据。
本发明实施例公开了一种具体的配电网单相接地选线方法，相对于上一实施例，本实施例对技术方案作了进一步的说明和优化。
本实施例中对多种故障及环境进行了仿真。
参见图2中的单相接地等效网络，对图2中的网络进行仿真，假设故障合闸角为90°，图3a和图3b分别为过渡电阻为100Ω和500Ω时的零序电流频谱。过渡电阻大小是随机的，受故障条件影响，其组成部分由接触电阻、电弧电阻等。可以看出，相较于图3a，图3b中高频分量明显衰减，且过渡电阻越大，衰减越明显；其中健全馈线的工频分量高于故障馈线，在利用暂态能量法选线时容易引起选线错误，因此本发明中将低频干扰频段排除后再选线能够提高选线的准确度。
参见图4所示的系统网络，该系统网络由3条馈线组成，细线表示架空线路，粗线表示电缆线路。架空线路参数包括：
R1＝0.17Ω/km，R0＝0.23Ω/km，L1＝1.2096×10-3H/km，L0＝5.4749×10-3H/km，C1＝0.0097×10-6F/km，C0＝0.006×10-6F/km；
电缆线路参数包括：
R1＝0.075Ω/km，R0＝0.102Ω/km，L1＝0.254×10-3H/km，L0＝0.892×10-3H/km，C1＝0.318×10-6F/km，C0＝0.212×10-6F/km。
系统网络的补偿度为5％，消弧线圈电感L＝0.7565H，电阻R＝11.8827Ω。经计算，线路3首谐振频率最小，为1817.9Hz。
图5a和图5b分别为母线故障和馈线3故障时的零序电流频谱，此时故障合闸角均为90°，过渡电阻1Ω。可以看出，这两种情况下均是馈线3的电流频谱能量最大，必须利用第一指标和第二指标来辅助区分母线故障和最长馈线故障。
相应的，本发明公开了一种配电网单相接地选线系统，参见图6所示，包括：
获取模块1，用于获取所有馈线的对地零序电容；
第一计算模块2，用于根据所有所述对地零序电容，计算低频干扰频段；
第二计算模块3，用于计算目标频段内每条所述馈线对应的暂态零序电流频谱能量；
其中，所述目标频段为0至所有馈线的最小首谐频率的初始频段中除所述低频干扰频段外的频段；
故障确定模块4，用于确定最大的暂态零序频谱能量对应的所述馈线为故障线路。
本实施例中将消弧线圈补偿时导致暂态特征不明显的频段部分排除后再进行暂态零序电流频谱能量的计算，得到的暂态零序电流频谱能量能够准确区分出故障线路，解决了现有技术中故障线路的暂态特征不明显难以确定的问题。
在一些具体实施例中，所述第一计算模块具体用于：
计算得到所述低频干扰频段为：
Figure BDA0001874282700000091
其中，w0为工频角频率，υ0为工频脱谐度，∑C0为所有所述对地零序电容的总和，Cmin为所有所述对地零序电容中的最小值，Cmax为所有所述对地零序电容中的最大值。
在一些具体实施例中，故障确定模块具体用于：
当最大的暂态零序频谱能量对应最长馈线时，根据第一指标公式计算得到第一指标K，根据第二指标公式计算得到第二指标K1；
所述第一指标公式为
Figure BDA0001874282700000092
所述第二指标公式为
Figure BDA0001874282700000093
其中，所述最长馈线为对地零序电容最大的馈线，Ii和Ci分别为m条所述馈线中第i条馈线的零序电流和对地零序电容，Ij和Cj分别为第j条馈线的零序电流和对地零序电容，w0为工频角频率，υ0为工频脱谐度，u0为母线工频零序电压幅值，∑C0为所有所述对地零序电容的总和，Cmax为所有所述对地零序电容中的最大值；
比较K与0的第一距离和K与K1的第二距离的大小；
若所述第一距离大于所述第二距离，则判定所述最长馈线为所述故障线路，否则判定母线为所述故障线路。
相应的，本发明实施例公开了一种配电网单相接地选线装置，包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行所述计算机程序时实现如上文所述配电网单相接地选线方法的步骤。
其中，所述配电网单相接地选线方法的具体内容可以参照上文实施例中的细节描述。
其中，本实施例中配电网单相接地选线装置具有与上文中配电网单相接地选线方法相同的有益效果。
相应的，本发明公开了一种可读存储介质，所述可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上文所述配电网单相接地选线方法的步骤。
其中，所述配电网单相接地选线方法的具体内容可以参照上文实施例中的细节描述。
其中，本实施例中可读存储介质具有与上文中配电网单相接地选线方法相同的有益效果。
最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上对本发明所提供的一种配电网单相接地选线方法、系统、装置及可读存储介质进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种配电网单相接地选线方法，其特征在于，包括：
获取所有馈线的对地零序电容；
根据所有所述对地零序电容，计算低频干扰频段；
计算目标频段内每条所述馈线对应的暂态零序电流频谱能量；
其中，所述目标频段为0至所有馈线的最小首谐频率的初始频段中除所述低频干扰频段外的频段；
确定最大的暂态零序电流频谱能量对应的所述馈线为故障线路。
2.根据权利要求1所述配电网单相接地选线方法，其特征在于，所述根据所有所述对地零序电容，计算低频干扰频段的过程，具体包括：
计算得到所述低频干扰频段为：
Figure FDA0002837287150000011
其中，w0为工频角频率，υ0为工频脱谐度，∑C0为所有所述对地零序电容的总和，Cmin为所有所述对地零序电容中的最小值，Cmax为所有所述对地零序电容中的最大值。
3.根据权利要求2所述配电网单相接地选线方法，其特征在于，所述初始频段具体为[0，NΔf]，其中
Figure FDA0002837287150000012
其中L0i、C0i、li分别为第i条馈线的单位长度的零序电感、零序电容和长度。
4.根据权利要求3所述配电网单相接地选线方法，其特征在于，所述计算目标频段内每条所述馈线对应的暂态零序电流频谱能量的过程，具体包括：
按照能量公式
Figure FDA0002837287150000013
计算目标频段内目标馈线对应的暂态零序电流频谱能量E，其中Hn为所述目标馈线的电流经过FFT变换后的第n个点的幅值；
所述目标馈线为任一所述馈线。
5.根据权利要求1至4任一项所述配电网单相接地选线方法，其特征在于，所述确定最大的暂态零序电流频谱能量对应的所述馈线为故障线路的过程，具体还包括：
当最大的暂态零序电流频谱能量对应最长馈线时，根据第一指标公式计算得到第一指标K，根据第二指标公式计算得到第二指标K1；
所述第一指标公式为
Figure FDA0002837287150000014
所述第二指标公式为
Figure FDA0002837287150000021
其中，所述最长馈线为对地零序电容最大的馈线，Ii和Ci分别为m条所述馈线中第i条馈线的零序电流和对地零序电容，Ij和Cj分别为第j条馈线的零序电流和对地零序电容，w0为工频角频率，υ0为工频脱谐度，u0为母线工频零序电压幅值，∑C0为所有所述对地零序电容的总和，Cmax为所有所述对地零序电容中的最大值；
比较K与0的第一距离和K与K1的第二距离的大小；
若所述第一距离大于所述第二距离，则判定所述最长馈线为所述故障线路，否则判定母线为所述故障线路。
6.一种配电网单相接地选线系统，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取所有馈线的对地零序电容；
第一计算模块，用于根据所有所述对地零序电容，计算低频干扰频段；
第二计算模块，用于计算目标频段内每条所述馈线对应的暂态零序电流频谱能量；
其中，所述目标频段为0至所有馈线的最小首谐频率的初始频段中除所述低频干扰频段外的频段；
故障确定模块，用于确定最大的暂态零序电流频谱能量对应的所述馈线为故障线路。
7.根据权利要求6所述配电网单相接地选线系统，其特征在于，所述第一计算模块具体用于：
计算得到所述低频干扰频段为：
Figure FDA0002837287150000022
其中，w0为工频角频率，υ0为工频脱谐度，∑C0为所有所述对地零序电容的总和，Cmin为所有所述对地零序电容中的最小值，Cmax为所有所述对地零序电容中的最大值。
8.根据权利要求6或7任一项所述配电网单相接地选线系统，其特征在于，故障确定模块具体用于：
当最大的暂态零序电流频谱能量对应最长馈线时，根据第一指标公式计算得到第一指标K，根据第二指标公式计算得到第二指标K1；
所述第一指标公式为
Figure FDA0002837287150000031
所述第二指标公式为
Figure FDA0002837287150000032
其中，所述最长馈线为对地零序电容最大的馈线，Ii和Ci分别为m条所述馈线中第i条馈线的零序电流和对地零序电容，Ij和Cj分别为第j条馈线的零序电流和对地零序电容，w0为工频角频率，υ0为工频脱谐度，u0为母线工频零序电压幅值，∑C0为所有所述对地零序电容的总和，Cmax为所有所述对地零序电容中的最大值；
比较K与0的第一距离和K与K1的第二距离的大小；
若所述第一距离大于所述第二距离，则判定所述最长馈线为所述故障线路，否则判定母线为所述故障线路。
9.一种配电网单相接地选线装置，其特征在于，包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行所述计算机程序时实现如权利要求1至5任一项所述配电网单相接地选线方法的步骤。
10.一种可读存储介质，其特征在于，所述可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至5任一项所述配电网单相接地选线方法的步骤。
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