CN110672973A - 一种基于实时状态数据的广域单线接地故障检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于实时状态数据的广域单线接地故障检测方法，包括以下步骤：步骤S1，根据电网的实时状态数据，提取出各节点故障前后的电压数据以及正序电流数据；步骤S2，计算每个节点的三相的总平均电压偏差，找到总平均电压偏差最大的节点，确定为故障节点或最接近故障的节点；步骤S3，以三相电压降落的数值作为判据，检测故障是否为单线接地故障；步骤S4，根据实时状态数据的正序故障电流，识别出故障的线路。本发明可以有效利用电力系统的实时状态数据，按照确定距离故障最近节点、确定是否为单线接地故障、确定故障线路的步骤，实现了用于单线接地故障线路的检测定位，有利于系统安全运行。

Description

一种基于实时状态数据的广域单线接地故障检测方法

技术领域

本发明涉及一种基于实时状态数据的广域单线接地故障检测方法。

背景技术

海量电网实时状态数据的分析处理与电力系统各个环节的正常高效运行紧密结合在一起，特别是系统的安全稳定运行方面。在此背景下许多专家学者已经对使用实时状态数据的故障检测进行了广泛的研究工作，但是之前的大多数研究都集中在确定某条传输线路的故障点位置，对于在广域电网内找到故障节点和线路的方法没有深入研究。其中，单线接地故障是电力系统中最常见的故障类型，如果不能足够快地排查该故障，它们可以演变成非常严重的双线或三相故障。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种基于实时状态数据的广域单线接地故障检测方法，通过分析实时状态数据中的电压数据和正序故障电流数据，按照确定距离故障最近节点、确定是否为单线接地故障、确定故障线路的步骤，实现单线接地故障线路的检测定位。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种基于实时状态数据的广域单线接地故障检测方法，包括以下步骤：

步骤S1，根据电网的实时状态数据，提取出各节点故障前后的电压数据以及正序电流数据；

步骤S2，计算每个节点的三相的总平均电压偏差，找到总平均电压偏差最大的节点，确定为故障节点或最接近故障的节点；

步骤S3，以三相电压降落的数值作为判据，检测故障是否为单线接地故障；

步骤S4，根据实时状态数据的正序故障电流，识别出故障的线路。

进一步地，所述的步骤S2包括：

步骤S21，基于电网中所有节点的电压幅值，获得故障后三相的电压值V_sag，对于故障事件，三相中的至少一相的电压将等于或小于95％基准电压；

步骤S22，计算每相的电压偏差：

ΔV_i＝V_ss,i-V_sag,i i＝A,B,C

式中，ΔV_i是电压偏差，V_ss,i是故障前的节点稳态电压，V_sag,i是故障期间最低的母线电压；

步骤S23，计算节点的总平均电压偏差ΔV_t：

式中，ΔV_A，ΔV_B，ΔV_C分别是A相，B相和C相的电压偏差；

步骤S24，找到具有最大总平均电压偏差的节点F，即：

F＝argmax{ΔV_tj}j＝1,...,n

式中，n为节点总数。

进一步地，所述的步骤S3包括：

步骤S31，根据单线接地故障事件的统计数据，建立单线接地故障的判据：

1)三相电压不平衡，其中某一相的电压明显低于其他两相的电压；

2)两个正常相的电压非常接近1p.u.，并且几乎彼此相等；

3)与其他两个正常相相比，具有接地故障的相显示出较低的电压值；

4)具有接地故障的相的典型电压范围为0至0.95p.u.，取决于故障实际位于节点的距离；如果故障位于该节点上，则电压将为0p.u.；如果故障是距离该节点较远的远程故障，电压值在0到0.95p.u之间变化；

5)没有接地故障的两个正常相的典型电压暂降范围为0.93至1.0p.u.；

步骤S31，根据上述判据，确定所发生的故障是否为单线接地故障。

进一步地，所述的步骤S4包括：

步骤S41，将与步骤S2中确定的节点相连的线路挑选出来，组成故障线路备选集；

步骤S42，根据实时状态数据的正序故障电流，并结合单线接地故障发生后的断路器动作的实际情况，建立故障线路的判据

1)单线接地故障导致三相断路器跳闸，正序故障电流为0p.u.；

2)单线接地故障导致混合式断路器跳闸，首先是单相断路器跳闸，然后是三相断路器跳闸，正序故障电流为0p.u.；

3)单线接地故障导致仅一相或两相断路器跳闸，正序故障电流不等于0p.u；

步骤S43，如果故障线路满足上述三种情况之一，则确定为故障线路。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明可以有效利用电力系统的实时状态数据，按照确定距离故障最近节点、确定是否为单线接地故障、确定故障线路的步骤，实现了用于单线接地故障线路的检测定位，有利于系统安全运行。

附图说明

图1为本发明的一种基于实时状态数据的广域单线接地故障检测方法的流程图；

图2为BPA中导出的某电网单线接地故障算例下，故障发生前后故障节点的三相电压曲线；

图3为BPA中导出的某电网单线接地故障算例下，故障发生前后故障线路B相电流曲线。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示，一种基于实时状态数据的广域单线接地故障检测方法，包括以下步骤：

步骤S1，根据电网的实时状态数据，提取出各节点故障前后的电压数据以及正序电流数据。

步骤S2，计算每个节点的三相的总平均电压偏差，找到总平均电压偏差最大的节点，确定为故障节点或最接近故障的节点；具体包括：

步骤S21，基于电网中所有节点的电压幅值，获得故障后三相的电压值V_sag，对于故障事件，三相中的至少一相的电压将等于或小于95％基准电压；

步骤S22，计算每相的电压偏差：

ΔV_i＝V_ss,i-V_sag,i i＝A,B,C

式中，ΔV_i是电压偏差，V_ss,i是故障前的节点稳态电压，V_sag,i是故障期间最低的母线电压；

步骤S23，计算节点的总平均电压偏差ΔV_t：

式中，ΔV_A，ΔV_B，ΔV_C分别是A相，B相和C相的电压偏差；

步骤S24，找到具有最大总平均电压偏差的节点F，即：

F＝argmax{ΔV_tj}j＝1,...,n

式中，n为节点总数。

步骤S3，以三相电压降落的数值作为判据，检测故障是否为单线接地故障；具体包括：

步骤S31，根据单线接地故障事件的统计数据，建立单线接地故障的判据：

1)三相电压不平衡，其中某一相的电压明显低于其他两相的电压；

2)两个正常相的电压非常接近1p.u.，并且几乎彼此相等；

3)与其他两个正常相相比，具有接地故障的相显示出较低的电压值；

4)具有接地故障的相的典型电压范围为0至0.95p.u.，取决于故障实际位于节点的距离；如果故障位于该节点上，则电压将为0p.u.；如果故障是距离该节点较远的远程故障，电压值在0到0.95p.u之间变化；

5)没有接地故障的两个正常相的典型电压暂降范围为0.93至1.0p.u.。

步骤S31，根据上述判据，确定所发生的故障是否为单线接地故障；

步骤S4，根据实时状态的正序故障电流，识别出故障的线路；具体包括：

步骤S41，将与步骤S2中确定的节点相连的线路挑选出来，组成故障线路备选集；

步骤S42，根据实时状态数据的正序故障电流，并结合单线接地故障发生后的断路器动作的实际情况，建立故障线路的判据：

1)单线接地故障导致三相断路器跳闸，正序故障电流为0p.u.；

2)单线接地故障导致混合式断路器跳闸，首先是单相断路器跳闸，然后是三相断路器跳闸，正序故障电流为0p.u.；

3)单线接地故障导致仅一相或两相断路器跳闸，正序故障电流不等于0p.u；

步骤S43，如果故障线路满足上述三种情况之一，则确定为故障线路。

下面举例说明基于实时状态数据的广域单线接地故障检测方法。

以从BPA(电力系统仿真软件)中导出的某系统状态数据为例。

根据实时状态数据，计算出每个节点的三相的总平均电压偏差。与故障线路连接的节点的B相接地故障电压下降、计算出的A，B和C三相的稳态电压(kV)，标幺化后的A，B和C相的电压下降(标幺值的基数是稳态电压)，以及故障持续时间(单位为cycles，即以0.02秒为一周期的周期数)均显示在图2中。

显然其中只有B相电压在故障发生后发生了明显的降低，为0.68p.u.，位于0～0.95p.u.之间，而其他两相的电压值仍维持在0.99p.u.，非常接近1p.u.。因此，根据步骤S3的相关判据可知，该故障为B相单线接地故障。

随后将与该故障节点直接相连的所有线路的电流测量数据从实时状态数据中取出，并同时获得在该故障发生时，断路器动作方式为三相跳闸。根据步骤S4的相关判据，得知此时故障线路上电流应该在短时间内减少到0p.u.，如图3所示。因此，图3对应的线路即为故障线路。

由此可以看出，本发明的一种基于实时状态数据的广域单线接地故障检测方法，通过利用实时状态数据中包含的电力系统各节点实时电压、各线路实时电流的数据，按照故障节点、故障类型、故障线路的顺序确定单线接地故障的具体位置，其计算结果可以为电力系统故障排查提供支持。

上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种基于实时状态数据的广域单线接地故障检测方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤S1，根据电网的实时状态数据，提取出各节点故障前后的电压数据以及正序电流数据；

步骤S2，计算每个节点的三相的总平均电压偏差，找到总平均电压偏差最大的节点，确定为故障节点或最接近故障的节点；

步骤S3，以三相电压降落的数值作为判据，检测故障是否为单线接地故障；

步骤S4，根据实时状态数据的正序故障电流，识别出故障的线路。

2.根据权利要求1所述的一种基于实时状态数据的广域单线接地故障检测方法，其特征在于：所述的步骤S2包括：

步骤S21，基于电网中所有节点的电压幅值，获得故障后三相的电压值V_sag，对于故障事件，三相中的至少一相的电压将等于或小于95％基准电压；

步骤S22，计算每相的电压偏差：

ΔV_i＝V_ss,i-V_sag,i i＝A,B,C

式中，ΔV_i是电压偏差，V_ss,i是故障前的节点稳态电压，V_sag,i是故障期间最低的母线电压；

步骤S23，计算节点的总平均电压偏差ΔV_t：

式中，ΔV_A，ΔV_B，ΔV_C分别是A相，B相和C相的电压偏差；

步骤S24，找到具有最大总平均电压偏差的节点F，即：

F＝arg max{ΔV_tj} j＝1,...,n

式中，n为节点总数。

3.根据权利要求1所述的一种基于实时状态数据的广域单线接地故障检测方法，其特征在于：所述的步骤S3包括：

步骤S31，根据单线接地故障事件的统计数据，建立单线接地故障的判据：

1)三相电压不平衡，其中某一相的电压明显低于其他两相的电压；

2)两个正常相的电压非常接近1p.u.，并且几乎彼此相等；

3)与其他两个正常相相比，具有接地故障的相显示出较低的电压值；

4)具有接地故障的相的典型电压范围为0至0.95p.u.，取决于故障实际位于节点的距离；如果故障位于该节点上，则电压将为0p.u.；如果故障是距离该节点较远的远程故障，电压值在0到0.95p.u之间变化；

5)没有接地故障的两个正常相的典型电压暂降范围为0.93至1.0p.u.；

步骤S31，根据上述判据，确定所发生的故障是否为单线接地故障。

4.根据权利要求1所述的一种基于实时状态数据的广域单线接地故障检测方法，其特征在于：所述的步骤S4包括：

步骤S41，将与步骤S2中确定的节点相连的线路挑选出来，组成故障线路备选集；

步骤S42，根据实时状态数据的正序故障电流，并结合单线接地故障发生后的断路器动作的实际情况，建立故障线路的判据：

1)单线接地故障导致三相断路器跳闸，正序故障电流为0p.u.；

2)单线接地故障导致混合式断路器跳闸，首先是单相断路器跳闸，然后是三相断路器跳闸，正序故障电流为0p.u.；

3)单线接地故障导致仅一相或两相断路器跳闸，正序故障电流不等于0p.u；

步骤S43，如果故障线路满足上述三种情况之一，则确定为故障线路。

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