CN115078901A - 一种配电网单相接地故障识别方法及识别装置 - Google Patents

一种配电网单相接地故障识别方法及识别装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种配电网单相接地故障识别方法及识别装置，该识别方法包括：S1.滤波及角度回归计算，通过采集配电网各相的相电流计算得到各相的相位差，再根据相位差进行校对回归，得到各相相电流的校对回归后波形，避免了各类型谐波对电流关联系数的影响；S2.多关联系数计算，计算各相相电流的校对回归后波形之间的关联系数和与零序电流波形之间的关联系数；S3.滑窗复检判断，在滑窗周期内结合各相相电流的校对回归后波形之间的关系联系数和与零序电流波形之间的关联系数，进行配电网发生单相接地故障判定，降低了扰动下误判的概率。因此，通过本配电网单相接地故障识别方法能够提高了单相接地故障识别的准确性。

Description

一种配电网单相接地故障识别方法及识别装置
技术领域
本发明属于电力系统继电保护技术领域，尤其涉及一种配电网单相接地故障识别方法及识别装置。
背景技术
电力系统的配电网是体量最大、线路最多、构成最复杂、故障发生概率较多的输电网络。从农村配电网、城市配电网、铁路配电网等构成类型多样化。
同时申请人发现：当配电网发生接地故障时存在过渡电阻故障、间歇性弧光故障、金属接地故障等多种类型，故障类型复杂且容易受到干扰，具体如下：
(1)电网中含有大量背景谐波以及负荷谐波，谐波电流难以完全对称，不对称的谐波电流造成了传统判断单相接地的准确性。
(2)单相接地时间歇性弧光故障发生时，弧光电流短暂，难以靠一般的计算既保证准确度有保证灵敏度实现弧光识别。
(3)单一判据在扰动情况下，容易产生误判。
因此，不难看出现有技术方案还存在诸多不足之处。
发明内容
为解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种单相接地故障识别准确的配电网单相接地故障识别方法及识别装置。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
第一方面，本发明所述的一种配电网单相接地故障识别方法，包括：
S1.滤波及角度回归计算，通过采集配电网各相的相电流计算得到各相的相位差，再根据相位差进行校对回归，得到各相相电流的校对回归后波形；
S2.多关联系数计算，计算各相相电流的校对回归后波形之间的关联系数和与零序电流波形的关联系数；
S3.滑窗复检判断，在滑窗周期内结合各相相电流的校对回归后波形之间的关系联系数和与零序电流波形之间的关联系数，进行配电网发生单相接地故障判定。
在一种可能的设计中，所述滤波及角度回归计算，具体包括：
S101.采集配电网各相的相电流；
S102.对采集的相电流进行分别锁相，再利用锁相得到各个相电流的相位角，并生成与电流频率相位一致的正弦和余弦；
S103.将采集的每个相电流分别乘以各自锁相得到的正弦和余弦，得到每个相电流的两个分量；
S104.从得到每个相电流的两个分量中分别提取出直流分量，将每个相电流提取的两个直流分量分别乘以2倍的单相正弦和余弦后相加，得到每个相电流滤波后的波形；
S105.计算每个相电流滤波前后波形的相位差，并根据该相位差对相应相电流的滤波后波形进行校对回归，得到各个相电流的校对回归后波形。
在一种可能的设计中，所述校对回归具体为：对滤波后波形加上相位差，使滤波前后波形保持同相位。
在一种可能的设计中，所述多关联系数计算具体为：按照以下公式计算各相相电流的校对回归后波形之间的关联系数和各相相电流的校对回归后波形与零序电流波形之间的关联系数；
Figure BDA0003670927550000031
式中PXY为X(k)和Y(k)之间的关联系数，X和Y表示两个不同相相电流的校对回归后波形和零序电流波形，k为当前采样点所在的位置，f为识别装置的采样频率。
在一种可能的设计中，所述滑窗复检判断具体包括：
S301.滑窗周期定义；
S302.在滑窗周期内，当各相相电流的校对回归后波形之间的关联系数中有且只有2个关联系数小于第一设定值，且小于该第一设定值的关联系数的共有相对应的与零序电流波形之间的关联系数大于第二设定值时开始计时，否则计时归零；
S303.记录在滑窗周期内计时时间大于第三设定值的计时个数；
S304.当计时持续时间超过第四设定值或者记录的计时个数超过第五设定值时，判定配电网发生单相接地故障。
在一种可能的设计中，所述滑窗周期定义，具体为：以2*f/50为一个滑窗周期，f为采样频率。
在一种可能的设计中，所述第一设定值为0.3，所述第二设定值为0.5，所述第三设定值为2ms，所述第四设定值为20ms，所述第五设定值为2。
第二方面，本发明还提供了一种配电网单相接地故障识别装置，包括：
滤波及角度回归计算模块，用于通过采集配电网各相的相电流计算得到各相的相位差，再根据相位差进行校对回归，得到各相相电流的校对回归后波形；
多关联系数计算模块，用于计算各相相电流的校对回归后波形之间的关联系数和与零序电流波形的关联系数；
以及滑窗复检判断模块，用于在滑窗周期内结合各相相电流的校对回归后波形之间的关系联系数和与零序电流波形之间的关联系数，进行配电网发生单相接地故障判定。
本发明主要具有以下有益效果：
(1)本发明所述识别方法通过滤波及角度回归计算对各相电流分别锁相和滤波，瞬时提取基波分量，并通过角度回归与初始值进行相位校准，避免了各类型谐波对电流关联系数的影响，从而提高了单相接地故障识别的准确性。
(2)本发明所述识别方法通过多关联系数计算中对各相相电流的校对回归后波形之间的关联系数和各相相电流的校对回归后波形与零序电流波形之间的关联系数的计算，以及在滑窗复检判断中利用故障下各相相电流的校对回归后波形之间的关联系数的降低和各相相电流的校对回归后波形与零序电流波形之间的关联系数的非关联性复合判据，有效降低了扰动下误判的概率。
本发明所述配电网单相接地故障识别装置中各个方面以及各个方面可能达到的技术效果与配电网单相接地故障识别方法相同，这里不再重复赘述。
附图说明
图1是本发明配电网单相接地故障识别方法的流程示意图；
图2是本发明配电网单相接地故障识别方法中滤波及角度回归计算的流程示意图；
图3是本发明配电网单相接地故障识别方法中滑窗复检判断的流程示意图；
图4是本发明配电网单相接地故障识别装置的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1中所示，本发明实施例所述的配电网单相接地故障识别方法，包括：
步骤S1.滤波及角度回归计算，通过采集配电网各相的相电流计算得到各相的相位差，再根据相位差进行校对回归，得到各相相电流的校对回归后波形。如图2所示具体包括：
步骤S101.采集配电网各相的相电流；
步骤S102.对采集的相电流进行分别锁相，再利用锁相得到各个相电流的相位角，并生成与电流频率相位一致的正弦和余弦；
步骤S103.将采集的每个相电流分别乘以各自锁相得到的正弦和余弦，得到每个相电流的两个分量；
步骤S104.从得到每个相电流的两个分量中分别提取出直流分量(具体可以通过利用数字低通滤波器LPF从相电流的两个分量中分别提取出直流分量)，将每个相电流提取的两个直流分量分别乘以2倍的单相正弦和余弦后相加，得到每个相电流滤波后的波形；
步骤S105.计算每个相电流滤波前后波形的相位差，并根据该相位差对相应相电流的滤波后波形进行校对回归，得到各个相电流的校对回归后波形；其中所述校对回归具体可以为：对滤波后波形加上相位差，使滤波前后波形保持同相位。
例如：该配电网包括A、B、C三相，所述滤波及角度回归计算的过程具体为：
(1)采集相电流IA、IB、IC；
(2)对IA、IB、IC进行分别锁相，该锁相的方法为现有技术，在此不再赘述；
(3)利用(2)锁相得到的相位角，并生成与电流频率相位一致的正弦和余弦；
(4)对IA分别乘以IA锁相得到的正弦、余弦；
(5)对(4)计算得到的两个分量，利用数字低通滤波器LPF提取其中的直流分量；
(6)对(5)提取的两个直流分量分别乘以2倍的单相正弦、余弦；
(7)对(5)计算结果进行相加，得到了滤波后的波形IA’；
(8)计算滤波前后波形IA与IA’相位差，比如：对IA锁相，IA与IA’的相角相减就得到了相位差，或者计算IA与IA’的过零点，两个过零点相差的时间根据采样时间就得到了相位差；
(9)根据(8)计算的相位差对滤波后的IA’进行校对回归(即对滤波后的IA’加上(8)的相位差，使滤波后的IA’与滤波前的IA保持同相位)，得到相电流IA的校对回归后波形IA″；
同理，通过(3)～(9)的步骤分别得到相电流IB和IC的校对回归后波形IB”和IC”。
本发明通过滤波及角度回归计算对各相电流分别锁相和滤波，瞬时提取基波分量，并通过角度回归与初始值进行相位校准，避免了各类型谐波对电流关联系数的影响，从而提高了单相接地故障识别的准确性。
步骤S2.多关联系数计算，计算各相相电流的校对回归后波形之间的关联系数和与零序电流波形的关联系数。具体为：按照以下公式计算各相相电流的校对回归后波形之间的关联系数和各相相电流的校对回归后波形与零序电流波形之间的关联系数；
Figure BDA0003670927550000081
式中PXY为X(k)和Y(k)之间的关联系数，X和Y表示两个不同相相电流的校对回归后波形和零序电流波形，k为当前采样点所在的位置，f为识别装置的采样频率。
例如：在上述例子完成滤波及角度回归计算的基础上，所述多关联系数计算的过程具体为：
(1)按照公式
Figure BDA0003670927550000082
求解校对回归后波形IA”和IB”之间的关联系数PIA”IB”，其中k表示当前采样点所在的位置，f表示识别装置的采样频率；
(2)同理，求解校对回归后波形IB”和IC”、IC”和IA”的相关联系数PIB”IC”和PIC”IA”，以及校对回归后波形IA”、IB”和IC”与零序电流波形IO之间的关联系数PIA”IO、PIB”IO和PIC”IO，其中IO为采集的零序电流波形。
步骤S3.滑窗复检判断，在滑窗周期内结合各相相电流的校对回归后波形之间的关系联系数和与零序电流波形之间的关联系数，进行配电网发生单相接地故障判定；其中滑窗是指对窗口期内的数据进行滚动判断，当前采样点及其之前共有1000个采样数据点，滑窗周期为400，则第1-400为一个滑窗周期，第2-401点为第二个滑窗周期，依次类推，换到实际计算应用中即始终计算当前点及其滑窗周期-1个点的数据，实现滚动滑窗。如图3所示具体包括：
步骤S301.滑窗周期定义，具体可以为：以2*f/50为一个滑窗周期，f为采样频率；
步骤S302.在滑窗周期内，若各相的关联系数有且只有2个关联系数小于第一设定值，且小于该第一设定值的关联系数共有相对应的与零序电流波形之间的关联系数大于第二设定值时开始计时，否则计时归零；通过将与零序电流波形之间的关联系数作为复合条件，能够进一步提高故障识别的准确性，因为在相接地故障发生时，由于接地电流的存在且接地电流流过了故障相，使与故障相相关联的系数降低，而故障相的相零关联系数升高。
其中所述第一设定值可以为0.3，所述第二设定值可以为0.5；所述共有相是指2个关联系数共同对应的相，比如：小于第一设定值的关联系数为PIA”IB”和PIB”IC”，即AB相电流关联系数和BC相电流关联系数小于第一设定值，则其共有相为B相。
步骤S303.记录在滑窗周期内计时时间大于第三设定值的计时个数，其中所述第三设定值为2ms，使在滑窗周期内发生间歇性弧光接地的情况也能够识别，进一步提高故障识别准确性；
步骤S304.当计时持续时间超过第四设定值或者记录的计时个数超过第五设定值时，判定配电网发生单相接地故障；其中所述第四设定值为20ms，所述第五设定值为2。
本发明通过多关联系数计算中对各相相电流的校对回归后波形之间的关联系数和各相相电流的校对回归后波形与零序电流波形之间的关联系数的计算，以及在滑窗复检判断中利用故障下各相相电流的校对回归后波形之间的关联系数的降低和各相相电流的校对回归后波形与零序电流波形之间的关联系数的非关联性复合判据，有效降低了扰动下误判的概率。
基于同一发明构思，本发明还提供了一种配电网单相接地故障识别装置，如图4所示，所述配电网单相接地故障识别装置包括滤波及角度回归计算模块100、多关联系数计算模块200和滑窗复检判断模块300。其中，所述滤波及角度回归计算模块100主要用于通过采集配电网各相的相电流计算得到各相的相位差，再根据相位差进行校对回归，得到各相相电流的校对回归后波形；所述多关联系数计算模块200主要用于计算各相相电流的校对回归后波形之间的关联系数和与零序电流波形的关联系数；所述滑窗复检判断模块300，用于在滑窗周期内结合各相相电流的校对回归后波形之间的关系联系数和与零序电流波形之间的关联系数，进行配电网发生单相接地故障判定。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种配电网单相接地故障识别方法，其特征在于，包括：
S1.滤波及角度回归计算，通过采集配电网各相的相电流计算得到各相的相位差，再根据相位差进行校对回归，得到各相相电流的校对回归后波形；
S2.多关联系数计算，计算各相相电流的校对回归后波形之间的关联系数和与零序电流波形之间的关联系数；
S3.滑窗复检判断，在滑窗周期内结合各相相电流的校对回归后波形之间的关系联系数和与零序电流波形之间的关联系数，进行配电网发生单相接地故障判定。
2.根据权利要求1所述的识别方法，其特征在于，所述滤波及角度回归计算，具体包括：
S101.采集配电网各相的相电流；
S102.对采集的相电流进行分别锁相，再利用锁相得到各个相电流的相位角,并生成与电流频率相位一致的正弦和余弦；
S103.将采集的每个相电流分别乘以各自锁相得到的正弦和余弦，得到每个相电流的两个分量；
S104.从得到每个相电流的两个分量中分别提取出直流分量，将每个相电流提取的两个直流分量分别乘以2倍的单相正弦和余弦后相加，得到每个相电流滤波后的波形；
S105.计算每个相电流滤波前后波形的相位差，并根据该相位差对相应相电流的滤波后波形进行校对回归，得到各个相电流的校对回归后波形。
3.根据权利要求2所述的识别方法，其特征在于，所述校对回归具体为：对滤波后波形加上相位差，使滤波前后波形保持同相位。
4.根据权利要求1或2或3所述的识别方法，其特征在于，所述多关联系数计算具体为：按照以下公式计算各相相电流的校对回归后波形之间的关联系数和各相相电流的校对回归后波形与零序电流波形之间的关联系数；
Figure FDA0003670927540000021
式中PXY为X(k)和Y(k)之间的关联系数，X和Y表示两个不同相相电流的校对回归后波形和零序电流波形，k为当前采样点所在的位置，f为识别装置的采样频率。
5.根据权利要求1或2或3所述的识别方法，其特征在于，所述滑窗复检判断具体包括：
S301.滑窗周期定义；
S302.在滑窗周期内，当各相相电流的校对回归后波形之间的关联系数中有且只有2个关联系数小于第一设定值，且小于该第一设定值的关联系数的共有相对应的与零序电流波形之间的关联系数大于第二设定值时开始计时，否则计时归零；
S303.记录在滑窗周期内计时时间大于第三设定值的计时个数；
S304.当计时持续时间超过第四设定值或者记录的计时个数超过第五设定值时，判定配电网发生单相接地故障。
6.根据权利要求5所述的识别方法，其特征在于，所述滑窗周期定义，具体为：以2*f/50为一个滑窗周期，f为采样频率。
7.根据权利要求5所述的识别方法，其特征在于，所述第一设定值为0.3，所述第二设定值为0.5，所述第三设定值为2ms，所述第四设定值为20ms，所述第五设定值为2。
8.一种配电网单相接地故障识别装置，其特征在于，包括：
滤波及角度回归计算模块，用于通过采集配电网各相的相电流计算得到各相的相位差，再根据相位差进行校对回归，得到各相相电流的校对回归后波形；
多关联系数计算模块，用于计算各相相电流的校对回归后波形之间的关联系数和与零序电流波形的关联系数；
以及滑窗复检判断模块，用于在滑窗周期内结合各相相电流的校对回归后波形之间的关系联系数和与零序电流波形之间的关联系数，进行配电网发生单相接地故障判定。
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