CN113625114A - 配电网故障监测模型及监测方法 - Google Patents

配电网故障监测模型及监测方法 Download PDF

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Abstract

本申请实施例提供了一种配电网故障监测模型及监测方法，所述模型包括：第一外部电源，一端接地，另一端连接第二外部电源；所述第二外部电源，一端接地，另一端连接所述第一外部电源；第一母线和第二母线，设置在所述第一外部电源和所述第二外部电源之间，所述第一母线靠近所述第一外部电源，所述第二母线靠近所述第二外部电源；第一监测点，设置在所述第一母线处；第二监测点，设置在所述第二母线处；故障点，设置在所述第一外部电源和所述第二外部电源之间的任意位置。解决了相关技术中无法有效确定电压暂降强度以及故障位置的问题。

Description

配电网故障监测模型及监测方法
技术领域
本申请涉及电路故障监测技术领域，具体而言，涉及一种配电网故障监测模型及监测方法。
背景技术
电压暂降故障可通过电力线路在同一电压等级中传播，也可通过变压器在不同电压等级中传播。前者称为横向传播，后者称为纵向传播，对于任一电压暂降故障事件，上述两种传播形式均同时存在。
当一个节点(故障点)发生电压暂降时，可以在另一个节点 (监测点)监测到电压暂降强度，但是监测点监测到的电压暂降强度与整个配电网的拓扑结构相关，相关技术中尚无法有效确定电压暂降强度以及故障位置。
针对相关技术中，无法有效确定电压暂降强度以及故障位置的问题，目前尚未有有效的解决办法。
发明内容
本申请实施例提供了一种配电网故障监测模型及监测方法，以至少解决相关技术中无法有效确定电压暂降强度以及故障位置的问题。
在本申请的一个实施例中，提出了一种配电网故障监测模型，包括：第一外部电源，一端接地，另一端连接第二外部电源；所述第二外部电源，一端接地，另一端连接所述第一外部电源；第一母线和第二母线，设置在所述第一外部电源和所述第二外部电源之间，所述第一母线靠近所述第一外部电源，所述第二母线靠近所述第二外部电源；第一监测点，设置在所述第一母线处，用于监测流经所述第一监测点的电压和/或电流；第二监测点，设置在所述第二母线处，用于监测流经所述第二监测点的电压和/或电流；故障点，设置在所述第一外部电源和所述第二外部电源之间的任意位置。
在一实施例中，所述模型还包括：设置在所述第一母线与所述第一外部电源之间的第一等效电阻，设置在所述第二母线与所述第二外部电源之间的第二等效电阻，以及设置在所述第一母线和所述第二母线之间的第三等效电阻。
在一实施例中，所述模型还包括：用于表征所述第一母线的自身阻抗的第四等效电阻，所述第四等效电阻一端连接所述第一母线，另一端接地；用于表征所述第二母线的自身阻抗的第五等效电阻，所述第五等效电阻一端连接所述第二母线，另一端接地。
在一实施例中，所述模型还包括：用于表征所述故障点自身阻抗的第六等效电阻，用于表征所述故障点与所述第一外部电源或所述第二外部电源之间阻抗的第七等效电阻，以及，用于表征所述故障点与所述第一母线或所述第二母线之间阻抗的第八等效电阻。
在本申请的另一个实施例中，还提出了一种配电网故障监测方法，所述方法应用于上述模型，所述方法包括：根据故障点位置建立配电网故障监测模型，其中，所述故障点位置包括以下至少之一：第一外部电源和第一母线之间，第一母线和第二母线之间，第二母线和第二外部电源之间；根据第一监测点和/或第二监测点的电压，以及流经所述第一监测点和/或第二监测点的电流，确定所述故障点发生故障时产生的阻抗以及所述故障点与所述第一母线或所述第二母线之间的距离。
在一实施例中，所述根据故障点位置建立配电网故障监测模型，包括：当所述故障点位置在所述第一外部电源和所述第一母线之间时，在所述第一外部电源和所述第一母线之间设置用于表征所述故障点自身阻抗的等效电阻、用于表征所述故障点与所述第一外部电源之间阻抗的等效电阻，以及，用于表征所述故障点与所述第一母线之间阻抗的等效电阻。
在一实施例中，所述根据第一监测点和/或第二监测点的电压，以及流经所述第一监测点和第二监测点的电流，确定所述故障点发生故障时产生的阻抗以及所述故障点与所述第一母线或所述第二母线之间的距离，包括：根据所述第一监测点和/或所述第二监测点的电压，流经所述第一监测点和第二监测点的电流，确定所述故障点与所述第一母线之间的阻抗以及所述故障点与所述第一外部电源之间的阻抗，进而确定所述故障点发生故障时产生的阻抗以及所述故障点与所述第一母线的距离。
在一实施例中，所述根据故障点位置建立配电网故障监测模型，包括：当所述故障点位置在所述第二外部电源和所述第二母线之间时，在所述第二外部电源和所述第二母线之间设置用于表征所述故障点自身阻抗的等效电阻、用于表征所述故障点与所述第二外部电源之间阻抗的等效电阻，以及，用于表征所述故障点与所述第二母线之间阻抗的等效电阻。
在一实施例中，所述根据第一监测点和/或第二监测点的电压，以及流经所述第一监测点和第二监测点的电流，确定所述故障点发生故障时产生的阻抗以及所述故障点与所述第一母线或所述第二母线之间的距离，包括：根据所述第一监测点和/或所述第二监测点的电压，流经所述第一监测点和第二监测点的电流，确定所述故障点与所述第二母线之间的阻抗以及所述故障点与所述第二外部电源之间的阻抗，进而确定所述故障点发生故障时产生的阻抗以及所述故障点与所述第二母线的距离。
通过本申请实施例提供的配电网故障监测模型及监测方法，有效解决了相关技术中无法有效确定电压暂降强度以及故障位置的问题，通过等效模型的建立，根据第一监测点和/或第二监测点的电压，以及流经第一监测点和/或第二监测点的电流，可以简单有效地确定故障点发生故障时产生的阻抗以及故障点与第一母线或第二母线之间的距离。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1是根据本申请实施例的一种可选的无故障时配电网故障监测模型结构示意图；
图2是根据本申请实施例的一种可选的发生故障时配电网故障监测模型结构示意图；
图3是根据本申请实施例的一种可选的配电网故障监测方法流程图。
具体实施方式
下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。
无论是简单配电网还是复杂配电网，对于某具体的监测点而言，当系统未发生故障时，系统等效电路为如图1所示的电路。图1中 G1和G2代表第一外部电源和第二外部电源，UA为第一外部电源的电压，UB为第二外部电源的电压，ZA、ZB、Z12分别为母线1(第一母线)到电源G1、母线2(第二母线)到电源G2、母线1与母线2 之间的等效阻抗，Z1和Z2为各自连接母线的负荷总和(相当于母线 1和母线2自身的阻抗)。
如果在母线2右侧(母线2和G2之间)发生故障，假设该故障点的故障阻抗为Zf，故障点与母线2的阻抗为Z2f，故障点到电源 G2的阻抗为ZBf＝ZB-Z2f，故障期间系统的等效电路如图2所示。
在实际系统中，外部电源距离配电网母线和负荷通常较远，即 ZA和ZB相对较大(Zi>>Z12，i＝1,2,A,B)，故在故障前后可认为电源G1和G2的电压未发生变化，由图1和图2可以得到如下计算公式(1-1)-(1-8)。
UA-U1＝IAZA (0-1)
U1-U2＝I12Z12 (0-2)
U2-Uf＝I2fZ2f (0-3)
Uf-UB＝IBfZBf (0-4)
Figure BDA0003209063620000051
Figure BDA0003209063620000052
Figure BDA0003209063620000053
ZB＝ZBf+Z2f (0-8)
其中，U1、U2、I12、I2f分别为母线1和母线2的电压、流经母线1和母线2之间阻抗Z12和流经阻抗Z2f的电流。联立上述方程 (1-1)-(1-8)可得U1、U2、I12、I2f的解析式如以下公式(1-9)- (1-16)所示。
Figure BDA0003209063620000061
fx(Zf,Z2f)＝rxZf+sx(Z2f) (0-10)
Figure BDA0003209063620000062
g(Zf,Z2f)＝kZf+t(Z2f) (0-12)
Figure BDA0003209063620000063
m＝(Z1+ZA)(Z2+Z12)+Z1ZA (0-15)
n＝Z1Z2Z12+Z1Z2ZA+Z2Z12ZA (0-16)
上述解析式中，x为具体参数U1、U2、I12、I2f，其各自对应的rx、ax、bx、cx如表0-1所示。通过合并同类项处理，将U1、U2、 I12、I2f均用已知线路阻抗、电源电压及故障变量Zf和Z2f表征。实现了将监测点参数U1、U2、I12、I2f表示为故障严重程度Zf(相当于故障点的故障阻抗Zf)和故障距离Z2f(相当于故障点与母线2 的阻抗Z2f)的函数，便于分析。
表0-1各监测点电压电流系数对照表
Figure BDA0003209063620000071
为研究故障的严重程度和故障距离对监测点电压和电流的影响，本申请实施例分别单独就Zf和Z2f对相邻两监测点的电压U1、U2和电流I12、I2f进行分析。即分析故障严重程度Zf的影响时，令Z2f恒为0，分析故障距离Z2f的影响时，令Zf恒为0。
故障严重程度与电压：
Figure BDA0003209063620000072
Figure BDA0003209063620000073
实际配电网中，线路阻抗远小于负荷阻抗，即Zi>>Zj>>Z12 (i＝1,2；j＝A,B)。忽略Z12，计算式(2-2)分子的正负极性为：
Figure BDA0003209063620000074
且式(2-3)中分母(kZf+nZB)2＞0恒成立，故
Figure BDA0003209063620000081
同时
Figure BDA0003209063620000086
为正，说明母线1处的电压U1随Zf单调递增，即故障电阻越大、故障严重程度越低，U1处的电压越高。同理，可得母线2处的电压U2随Zf单调递增。
故障严重程度与电流
Figure BDA0003209063620000083
Figure BDA0003209063620000084
由式(1-14)和式(1-16)可知，k>0，n>0，将表0-1中数据 ri12带入式(2-5)，i12(Zf,0)和
Figure BDA0003209063620000085
的正负极性取决于Z1、Z2、 UA、UB的相对关系：当Z1(Z2+ZB)UA＞Z2(Z1+ZA)UB时，i12(Zf,0)的流向为图2示为正方向，且随Zf增大单调递增；反之，i12(Zf,0)的流向为图2示为反方向，i12(Zf,0)随Zf增大单调递减。
此处要注意的是，后一种情况下，虽然i12(Zf,0)随Zf增大单调递减，由于i12(Zf,0)的流向反方向，故i12(Zf,0)的绝对值增大，即反方向的电流随Zf的增加而变大。同理，可得母线2馈线电流i2f的变化规律为：当Z1Z2UA＞(Z1Z2+Z1ZA+Z2ZA)UB时，i2f(Zf,0)的流向为图2示为正方向，且随Zf增大单调递增；反之，i2f(Zf,0)的流向为图2 示为反方向，且反方向电流随Zf的增加而变大。
故障距离与电压：
Figure BDA0003209063620000091
由式(1-15)、(1-16)和表0-1可得Z12无限接近0时的参数极限值如(2-7)、(2-11)所示。
Figure BDA0003209063620000092
Figure BDA0003209063620000093
Figure BDA0003209063620000094
Figure BDA0003209063620000095
Figure BDA0003209063620000096
Figure BDA0003209063620000097
由式(2-11)可知，u1(0,Z2f)≥0恒成立，且对u1(0,Z2f)的Z2f的一阶偏导恒为正，如式(2-12)所示。由此可得，u1(0,Z2f) 恒为非负数值，且随Z2f的增大而单调递增。即，在故障严重程度不变的情况下，母线1距离故障点越近，该母线的电压越低。特别地，当故障为金属性短路且故障距离母线1的位置为0的情况下，母线1的电压也为0，即u1(0,0)＝0。同理，可推导母线u2的电压与故障距离Z2f的关系，结论与u1完全相同。
可选地，在本实施例中，本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令终端设备相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：闪存盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取器(Random Access Memory，RAM)、磁盘或光盘等。
上述本申请实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
上述实施例中的集成的单元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，可以存储在上述计算机可读取的存储介质中。基于这样的理解，本申请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全部或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存储介质中，包括若干指令用以使得一台或多台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。
在本申请的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的客户端，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
以上所述仅是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (9)

1.一种配电网故障监测模型，其特征在于，包括：
第一外部电源，一端接地，另一端连接第二外部电源；
所述第二外部电源，一端接地，另一端连接所述第一外部电源；
第一母线和第二母线，设置在所述第一外部电源和所述第二外部电源之间，所述第一母线靠近所述第一外部电源，所述第二母线靠近所述第二外部电源；
第一监测点，设置在所述第一母线处，用于监测流经所述第一监测点的电压和/或电流；
第二监测点，设置在所述第二母线处，用于监测流经所述第二监测点的电压和/或电流；
故障点，设置在所述第一外部电源和所述第二外部电源之间的任意位置。
2.根据权利要求1所述的模型，其特征在于，所述模型还包括：
设置在所述第一母线与所述第一外部电源之间的第一等效电阻，设置在所述第二母线与所述第二外部电源之间的第二等效电阻，以及设置在所述第一母线和所述第二母线之间的第三等效电阻。
3.根据权利要求1所述的模型，其特征在于，所述模型还包括：
用于表征所述第一母线的自身阻抗的第四等效电阻，所述第四等效电阻一端连接所述第一母线，另一端接地；
用于表征所述第二母线的自身阻抗的第五等效电阻，所述第五等效电阻一端连接所述第二母线，另一端接地。
4.根据权利要求1所述的模型，其特征在于，所述模型还包括：
用于表征所述故障点自身阻抗的第六等效电阻，用于表征所述故障点与所述第一外部电源或所述第二外部电源之间阻抗的第七等效电阻，以及，用于表征所述故障点与所述第一母线或所述第二母线之间阻抗的第八等效电阻。
5.一种配电网故障监测方法，其特征在于，所述方法应用于权利要求1至4任一项所述的模型，所述方法包括：
根据故障点位置建立配电网故障监测模型，其中，所述故障点位置包括以下至少之一：第一外部电源和第一母线之间，第一母线和第二母线之间，第二母线和第二外部电源之间；
根据第一监测点和/或第二监测点的电压，以及流经所述第一监测点和/或第二监测点的电流，确定所述故障点发生故障时产生的阻抗以及所述故障点与所述第一母线或所述第二母线之间的距离。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述根据故障点位置建立配电网故障监测模型，包括：
当所述故障点位置在所述第一外部电源和所述第一母线之间时，在所述第一外部电源和所述第一母线之间设置用于表征所述故障点自身阻抗的等效电阻、用于表征所述故障点与所述第一外部电源之间阻抗的等效电阻，以及，用于表征所述故障点与所述第一母线之间阻抗的等效电阻。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述根据第一监测点和/或第二监测点的电压，以及流经所述第一监测点和第二监测点的电流，确定所述故障点发生故障时产生的阻抗以及所述故障点与所述第一母线或所述第二母线之间的距离，包括：
根据所述第一监测点和/或所述第二监测点的电压，流经所述第一监测点和第二监测点的电流，确定所述故障点与所述第一母线之间的阻抗以及所述故障点与所述第一外部电源之间的阻抗，进而确定所述故障点发生故障时产生的阻抗以及所述故障点与所述第一母线的距离。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述根据故障点位置建立配电网故障监测模型，包括：
当所述故障点位置在所述第二外部电源和所述第二母线之间时，在所述第二外部电源和所述第二母线之间设置用于表征所述故障点自身阻抗的等效电阻、用于表征所述故障点与所述第二外部电源之间阻抗的等效电阻，以及，用于表征所述故障点与所述第二母线之间阻抗的等效电阻。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述根据第一监测点和/或第二监测点的电压，以及流经所述第一监测点和第二监测点的电流，确定所述故障点发生故障时产生的阻抗以及所述故障点与所述第一母线或所述第二母线之间的距离，包括：
根据所述第一监测点和/或所述第二监测点的电压，流经所述第一监测点和第二监测点的电流，确定所述故障点与所述第二母线之间的阻抗以及所述故障点与所述第二外部电源之间的阻抗，进而确定所述故障点发生故障时产生的阻抗以及所述故障点与所述第二母线的距离。
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