CN112526396A - 多回线接地故障分析方法、装置、电子设备及存储介质 - Google Patents

多回线接地故障分析方法、装置、电子设备及存储介质 Download PDF

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CN112526396A CN202011415545.0A CN202011415545A CN112526396A CN 112526396 A CN112526396 A CN 112526396A CN 202011415545 A CN202011415545 A CN 202011415545A CN 112526396 A CN112526396 A CN 112526396A
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刘志勇
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Abstract

本发明公开了一种多回线接地故障分析方法、装置、电子设备及存储介质。该包括：通过对称分量法和多口网络理论，建立故障的复合序网图；根据复合序网图，建立故障点回路电流方程；根据故障点电压各序分量关系，建立故障边界条件方程；根据故障点回路电流方程和故障边界条件方程，求得故障线各序电流及故障点零序电压。本发明实现了多回线接地的故障分析，通过计算分析故障点的零序电压可以对保护线路进行配置和改进，实现更快的检测出微网中出现的多回线复杂故障。

Description

多回线接地故障分析方法、装置、电子设备及存储介质
技术领域
本发明实施例涉及多回线接地故障分析技术，尤其涉及一种多回线接地故障分析方法、装置、电子设备及存储介质。
背景技术
小水电是一种比较常见的分布式电源，容量一般在50MW以下。常见于用电量较小的乡村、山区等地区。可作为微电网中的电源使用，也可对大电网的供电进行补充。
然而，由于小水电微网一般分布在乡村或山区，微网线路易发生故障。且小水电微网一般采用中性点非直接接地运行方式，当一点发生单相接地故障后，其他两相对地电压升高，由于小水电微网的绝缘等级较差，易造成其他地点再次发生接地短路，造成多回线异地接地故障。
发明内容
本发明提供一种多回线接地故障分析方法、装置、电子设备及存储介质，以实现多回线接地故障分析。
第一方面，本发明实施例提供了一种多回线接地故障分析方法，该方法包括：
通过对称分量法和多口网络理论，建立故障的复合序网图；
根据复合序网图，建立故障点回路电流方程；
根据故障点电压各序分量关系，建立故障边界条件方程；
根据所述故障点回路电流方程和所述故障边界条件方程，求得故障线各序电流及故障点零序电压。
可选的，所述通过对称分量法和多口网络理论，建立故障的复合序网图包括：
根据多口网络理论，在故障点处引入理想变压器；
根据故障相设置理想变压器变比，并形成复合序网图。
可选的，所述根据复合序网图，建立故障点回路电流方程包括：根据从系统电源到各故障点的电压和电流关系，得到故障线各序电流的回路电流方程。
可选的，所述根据故障点电压各序分量关系，建立故障边界条件方程包括：根据故障点处各序电压之和为零的特性，得到故障的边界条件方程。
可选的，所述根据所述故障点回路电流方程和所述故障边界条件方程，求得故障线各序电流及故障点零序电压包括：根据所述故障点回路电流方程和所述故障边界条件方程，形成计算矩阵，将各发电机电压及系统电压代入所述计算矩阵，求得故障线各序电流及故障点零序电压。
可选的，在所述求得故障线零序电流及故障点零序电压之后，还包括：利用仿真软件搭建多回线故障模型进行仿真得出故障线零序电流及故障点零序电压，并与所述多回线接地故障分析方法计算出的故障线零序电流及故障点零序电压进行比较，得出计算误差。
可选的，所述各序电流包括：正序电流、负序电流和零序电流。
第二方面，本发明实施例还提供了一种多回线接地故障分析装置，该装置包括：
复合序网图建立模块，用于通过对称分量法和多口网络理论，建立故障的复合序网图；
回路电流方程建立模块，用于根据复合序网图，建立故障点回路电流方程；
故障边界方程建立模块，用于根据故障点电压各序分量关系，建立故障边界条件方程；
电流及电压计算模块，用于根据所述故障点回路电流方程和所述故障边界条件方程，求得故障线各序电流及故障点零序电压。
第三方面，本发明实施例还提供了一种多回线接地故障分析电子设备，其特征在于，包括：处理器，所述处理器用于在执行计算机程序时实现如第一方面所述的多回线接地故障分析方法。
第四方面，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如第一方面所述的多回线接地故障分析方法。
本发明通过建立故障的复合序网图，并根据复合序网图和电压电流关系建立故障点回路电流方程和故障边界条件方程，从而求得故障线各序电流及故障点的零序电压，实现对多回线接地故障进行计算分析，以便对微网的保护线路进行改进，并且可以更快的检测出微网中出现的多回线复杂故障，避免引起更多的故障。因此，本实施例的技术方案解决了小水电微网容易造成多回线接地故障的问题，达到了对多回线接地故障进行计算分析，以便根据分析结果对微网的保护线路进行改进的效果。
附图说明
图1是本发明实施例一提供的一种多回线接地故障分析方法的流程图；
图2是本发明实施例二提供的一种多回线接地故障分析方法的流程图；
图3是本发明实施例二提供的一种多回线接地故障的模型图；
图4是本发明实施例二提供的一种多回线接地故障的复合序网图；
图5是本发明实施例三中的一种多回线接地故障分析装置的结构示意图；
图6是本发明实施例四中的一种多回线接地故障分析电子设备的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
实施例一
图1为本发明实施例一提供的一种多回线接地故障分析方法的流程图，本实施例可适用于多回线接地故障分析的情况，该方法可以由多回线接地故障分析装置来执行，具体包括如下步骤：
S110、通过对称分量法和多口网络理论，建立故障的复合序网图。
其中，对称分量法(method of symmetrical components)是电工中分析对称系统不对称运行状态的一种基本方法。广泛应用于三相交流系统参数对称、运行工况不对称的电气量计算。例如，当三相对称网络中出现单相接地故障时，在三相对称网络中会出现局部不对称情况，利用对称分量法可以分析计算三相网络中不对称电气量，电气量可以是电压或电流等。多口网络理论在电力网络、电子电路、故障诊断等方面都有重要的实用技术。利用多口网络理论可以对复杂电路进行重组和简化，使得计算更加简单方便。结合对称分量法和多口网络理论，根据各种不对称故障的边界条件,可以把正序、负序和零序三个序网联成一个复合序网。复合序网既可以反映三个序网的回路方程,又能满足该不对称故障的边界条件。根据复合序网更容易建立故障电流和电压的关系方程，可以直观地求得故障电流和电压的各序分量。因此，通过建立故障的复合序网图即可对故障点的电流和电压进行计算分析，为微网复杂接地故障的零序电流保护和零序电压保护的整定、配置和改进提供理论参考，有利于更快地反映微网中出现的多回线复杂故障。
S120、根据复合序网图，建立故障点回路电流方程。
其中，复合序网图可以直观的表达多回线的电路结构和电流的走向，因此，根据复合序网图中电流的分布就可以建立故障点的回路电流方程。建立故障点的回路电流方程可以获得电路回路间各序电压和各序电流的关系，方便对故障点电压和电流的计算分析。
S130、根据故障点电压各序分量关系，建立故障边界条件方程。
具体的，根据故障点的正序电压、负序电压和零序电压之间的关系，以及电压和电流的关系，可以建立故障边界条件方程。
S140、根据故障点回路电流方程和故障边界条件方程，求得故障线各序电流及故障点零序电压。
具体的，联合故障点的回路电流方程和故障边界条件方程，并结合电源电压可以计算出故障线上的各序电流和故障点的零序电压。其中，零序电压是三相线路中一相或者两相接地产生的，故障点的零序电压最高，系统中距离故障点越远处的零序电压就越低。因此，计算分析故障点的零序电压有利于对保护线路进行配置和改进，实现更快的检测出微网中出现的多回线复杂故障。
本实施例的技术方案，通过建立故障的复合序网图，并根据复合序网图和电压电流关系建立故障点回路电流方程和故障边界条件方程，从而求得故障线各序电流及故障点的零序电压，实现对多回线接地故障进行计算分析，以便对微网的保护线路进行改进，并且可以更快的检测出微网中出现的多回线复杂故障，避免引起更多的故障。因此，本实施例的技术方案解决了小水电微网容易造成多回线接地故障的问题，达到了对多回线接地故障进行计算分析，以便根据分析结果对微网的保护线路进行改进的效果。
在上述技术方案的基础上，各序电流包括：正序电流、负序电流和零序电流。其中，在ABC三相电路中，当发生单相接地故障时，就会出现正序电流、负序电流和零序电流。正序电流是指三相中A相与B相之间的相位相差-120°，B相与C相之间的相位相差-120°，C相与A相之间的相位相差-120°时的电流；负序电流是指三相中A相与B相之间的相位相差120°，B相与C相之间的相位相差120°，C相与A相之间的相位相差120°时的电流；零序电流是指ABC三相之间的相位相同时的电流。在三相电路中，三相电流的相量和等于零，但是当电路中发生故障时，回路中有漏电电流流过，这时三相电流相量和不等零，因此，可以通过计算正序电流、负序电流和零序电流来对故障线路进行分析。
实施例二
图2为本发明实施例二提供的一种多回线接地故障分析方法的流程图，本实施例可适用于多回线接地故障分析的情况，该方法可以由多回线接地故障分析装置来执行，具体包括如下步骤：
S210、根据多口网络理论，在故障点处引入理想变压器；根据故障相设置理想变压器变比，并形成复合序网图。
其中，理想变压器是一个端口的电压与另一个端口的电压成正比，且没有功率损耗的一种互易无源二端口网络。它是根据铁心变压器的电气特性抽象出来的一种理想电路元件。根据对称分量法和多口网络理论，在故障点引入理想变压器，建立复合序网图。建立复合序网图可以直观的表示线路中电压和电流的关系，方便进行电压和电流的计算分析。
示例性的，图3是本发明实施例二提供的一种多回线接地故障的模型图，以如图3所示两点单相接地短路为例，建立复合序网图如图4所示，图4是本发明实施例二提供的一种多回线接地故障的复合序网图。如图3所示，在多回线网络中，主网10经过变压器T1到多回线的母线20，从母线20分成多条馈线40，在馈线40上靠近母线20还设置有多个智能设备30，最后在馈线40远离母线20的末端接多个负载50。图3中馈线41上的G1和馈线42上G2为两个接入微网的小水电发电机，馈线41上的f1和馈线42上的f2为两个单相接地故障点，f1处的故障相为B相，f2处的故障相为C相。
图4中，参数的上标“(1)”、“(2)”和“(0)”分别表示正序、负序和零序；ZS为系统等值阻抗，US为故障前系统和母线相电压；If1、If2、Uf1和Uf2分别为故障点的电流和电压；IL1和IL2为母线出口处馈线电流；UG1和UG2为小水电发电机输出电压；ZL1、ZL1_1、ZL1_2、和
Figure BDA0002818620650000081
分别为馈线L1中故障点上游、小水电G1上游、小水电G1到故障点及故障点下游的线路阻抗，且
Figure BDA0002818620650000082
ZL2、ZLD2_1、ZLD2_2和ZLD2分别为馈线L2中故障点上游、小水电G2到故障点、小水电G2下游及故障点下游的线路阻抗，且
Figure BDA0002818620650000083
Rf1和Rf2分别为故障点f1和f2的过渡电阻；移相系数r＝ej120，各箭头方向表示各电流的参考方向。
S220、根据从系统电源到各故障点的电压和电流关系，得到故障线各序电流的回路电流方程。
具体的，根据建立的复合序网图，以及从系统电源到各故障点的电压和电流关系，可以建立故障线各序电流的回路电流方程。
例如，根据图4的复合序网图建立回路电流方程：
Figure BDA0002818620650000084
式中，微网中的正序和负序阻抗参数视为相等，统一用上标“(1)”表示；K1和K2为两个恒定系数，K1和K2的值如下所示：
Figure BDA0002818620650000085
S230、根据故障点处各序电压之和为零的特性，得到故障的边界条件方程。
具体的，在故障点处正序电压之和为零，负序电压之和为零，例如，根据图4中的复合序网图，可以得到：
Figure BDA0002818620650000091
Figure BDA0002818620650000092
根据故障点处各序电压之和为零的特性，并结合复合序网图中电压和电流的关系就可以得到故障的边界条件方程，例如，根据图4中的复合序网图，可以得到故障的边界条件方程如下所示：
Figure BDA0002818620650000093
式中，微网中的正序和负序阻抗参数视为相等，统一用上标“(1)”表示，K3和K4为两个恒定系数，K3和K4的值如下所示：
Figure BDA0002818620650000094
S240、根据故障点回路电流方程和故障边界条件方程，形成计算矩阵，将各发电机电压及系统电压代入计算矩阵，求得故障线各序电流及故障点零序电压。
具体的，得到故障点回路电流方程和故障边界条件方程后，将式(1)、式(2)、式(5)、式(6)整理成矩阵，并将各发电机电压及系统电压代入计算矩阵，进行计算即可求得故障线各序电流及故障点零序电压。从而实现对多回线接地故障进行计算分析，以便对微网的保护线路进行改进，并且可以更快的检测出微网中出现的多回线复杂故障，避免引起更多的故障。
S250、利用仿真软件搭建多回线故障模型进行仿真得出故障线零序电流及故障点零序电压，并与多回线接地故障分析方法计算出的故障线零序电流及故障点零序电压进行比较，得出计算误差。
示例性的，利用仿真软件搭建如图3所示的多回线故障模型，仿真软件例如可以是PSCAD(Power Systems Computer Aided Design，电磁暂态仿真软件)，利用仿真软件搭建多回线故障模型，并对模型的各项参数进行设置，模型各项参数例如可以如表1、表2、表3所示。
表1系统数据
Figure BDA0002818620650000101
表2线路参数
Figure BDA0002818620650000102
表3小水电数据
Figure BDA0002818620650000103
根据表1、表2、表3的参数利用仿真软件对多回线故障模型进行仿真，利用多回线接地故障分析方法在相同的参数设置下对多回线故障模型进行计算，将仿真的结果与利用多回线接地故障分析方法计算的结果进行对比，并计算出利用多回线接地故障分析方法计算的相对误差。对比结果如表4所示。
表4结果对比和误差计算
Figure BDA0002818620650000111
由表4可知，由利用多回线接地故障分析方法计算出的零序电流和零序电压幅值的相对误差均低于3％，相角的相对误差均低于10％。因此，利用多回线接地故障分析方法计算出的结果满足小水电微网保护整定和配置的要求。
本实施例的技术方案，通过建立故障的复合序网图，并根据复合序网图和电压电流关系建立故障点回路电流方程和故障边界条件方程，从而求得故障线各序电流及故障点的零序电压，并利用仿真软件在相同参数下的仿真结果与利用多回线接地故障分析的计算结果进行对比，结果显示利用多回线接地故障分析计算的零序电流和零序电压幅值的相对误差均低于3％，相角的相对误差均低于10％。本实施例的技术方案实现了有效的对多回线接地故障进行计算分析，以便对微网的保护线路进行改进，并且可以更快的检测出微网中出现的多回线复杂故障，避免引起更多的故障。因此，本实施例的技术方案解决了小水电微网容易造成多回线接地故障的问题，达到了对多回线接地故障进行计算分析，以便根据分析结果对微网的保护线路进行改进的效果。
实施例三
图5是本发明实施例三中的一种多回线接地故障分析装置的结构示意图，本实施例可适用于多回线接地故障分析的情况，参见图5，该装置包括：
复合序网图建立模块310，用于通过对称分量法和多口网络理论，建立故障的复合序网图；
回路电流方程建立模块320，用于根据复合序网图，建立故障点回路电流方程；
故障边界方程建立模块330，用于根据故障点电压各序分量关系，建立故障边界条件方程；
电流及电压计算模块340，用于根据故障点回路电流方程和故障边界条件方程，求得故障线各序电流及故障点零序电压。
可选的，误差计算模块350，用于利用仿真软件搭建多回线故障模型进行仿真得出故障线零序电流及故障点零序电压，并与多回线接地故障分析方法计算出的故障线零序电流及故障点零序电压进行比较，得出计算误差。
本实施例提供的多回线接地故障分析装置为实现上述实施例的多回线接地故障分析方法，本实施例提供的多回线接地故障分析装置实现原理和技术效果与上述实施例类似，此处不再赘述。
实施例四
图6为实施例四提供的一种多回线接地故障分析电子设备的结构示意图，如图6所示，该多回线接地故障分析电子设备包括处理器60、存储器61和通信接口62；多回线接地故障分析电子设备中处理器60的数量可以是一个或多个，图6中以一个处理器60为例；多回线接地故障分析电子设备中的处理器60、存储器61、通信接口62可以通过总线或其他方式连接，图6中以通过总线连接为例。总线表示几类总线结构中的一种或多种，包括存储器总线或者存储器控制器，外围总线，图形加速端口，处理器或者使用多种总线结构中的任意总线结构的局域总线。
存储器61作为一种计算机可读存储介质，可设置为存储软件程序、计算机可执行程序以及模块，如本发明实施例中的方法对应的程序指令/模块。处理器60通过运行存储在存储器61中的软件程序、指令以及模块，从而执行多回线接地故障分析电子设备的至少一种功能应用以及数据处理，即实现上述的方法。
存储器61可包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序；存储数据区可存储根据多回线接地故障分析电子设备的使用所创建的数据等。此外，存储器61可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。在一些实例中，存储器61可包括相对于处理器60远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至多回线接地故障分析电子设备。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
通信接口62可设置为数据的接收与发送。
本发明实施例还提供了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，该计算机程序被处理器执行时实现如本发明任意实施例所提供的多回线接地故障分析方法，该方法包括：
通过对称分量法和多口网络理论，建立故障的复合序网图；
根据复合序网图，建立故障点回路电流方程；
根据故障点电压各序分量关系，建立故障边界条件方程；
根据故障点回路电流方程和故障边界条件方程，求得故障线各序电流及故障点零序电压。
当然,本发明实施例所提供的一种包含计算机可执行指令的存储介质,其计算机可执行指令不限于如上所述的方法操作,还可以执行本发明任意实施例所提供的多回线接地故障分析方法中的相关操作。
通过以上关于实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，本发明可借助软件及必需的通用硬件来实现，当然也可以通过硬件实现，但很多情况下前者是更佳的实施方式。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可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如计算机的软盘、只读存储器(Read-Only Memory,ROM)、随机存取存储器(RandomAccess Memory,RAM)、闪存(FLASH)、硬盘或光盘等，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的方法。
值得注意的是，上述多回线接地故障分析装置的实施例中，所包括的各个单元和模块只是按照功能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各功能单元的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种多回线接地故障分析方法，其特征在于，包括：
通过对称分量法和多口网络理论，建立故障的复合序网图；
根据复合序网图，建立故障点回路电流方程；
根据故障点电压各序分量关系，建立故障边界条件方程；
根据所述故障点回路电流方程和所述故障边界条件方程，求得故障线各序电流及故障点零序电压。
2.根据权利要求1所述的多回线接地故障分析方法，其特征在于，所述通过对称分量法和多口网络理论，建立故障的复合序网图包括：
根据多口网络理论，在故障点处引入理想变压器；
根据故障相设置理想变压器变比，并形成复合序网图。
3.根据权利要求1所述的多回线接地故障分析方法，其特征在于，所述根据复合序网图，建立故障点回路电流方程包括：根据从系统电源到各故障点的电压和电流关系，得到故障线各序电流的回路电流方程。
4.根据权利要求1所述的多回线接地故障分析方法，其特征在于，所述根据故障点电压各序分量关系，建立故障边界条件方程包括：根据故障点处各序电压之和为零的特性，得到故障的边界条件方程。
5.根据权利要求1所述的多回线接地故障分析方法，其特征在于，所述根据所述故障点回路电流方程和所述故障边界条件方程，求得故障线各序电流及故障点零序电压包括：根据所述故障点回路电流方程和所述故障边界条件方程，形成计算矩阵，将各发电机电压及系统电压代入所述计算矩阵，求得故障线各序电流及故障点零序电压。
6.根据权利要求1所述的多回线接地故障分析方法，其特征在于，在所述求得故障线零序电流及故障点零序电压之后，还包括：利用仿真软件搭建多回线故障模型进行仿真得出故障线零序电流及故障点零序电压，并与所述多回线接地故障分析方法计算出的故障线零序电流及故障点零序电压进行比较，得出计算误差。
7.根据权利要求1所述的多回线接地故障分析方法，其特征在于，所述各序电流包括：正序电流、负序电流和零序电流。
8.一种多回线接地故障分析装置，其特征在于，包括：
复合序网图建立模块，用于通过对称分量法和多口网络理论，建立故障的复合序网图；
回路电流方程建立模块，用于根据复合序网图，建立故障点回路电流方程；
故障边界方程建立模块，用于根据故障点电压各序分量关系，建立故障边界条件方程；
电流及电压计算模块，用于根据所述故障点回路电流方程和所述故障边界条件方程，求得故障线各序电流及故障点零序电压。
9.一种多回线接地故障分析电子设备，其特征在于，包括：处理器，所述处理器用于在执行计算机程序时实现如权利要求1-7中任一所述的多回线接地故障分析方法。
10.一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-7中任一所述的多回线接地故障分析方法。
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