CN115589063A - 一种基于趋势累积效应的配电网异常状态监测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于趋势累积效应的配电网异常状态监测方法及装置，该方法实时采集配电网零序电流I0和零序电压U0，并对采集到的数据依次进行数据录波和零漂与校准处理，然后根据零漂与校准处理后的积分结果进行增长趋势累计判断、冗余上升趋势累计判断、递减趋势累计判断、反复过零判断，并依据判断结果进行相应故障处理。通过对异常状态前后零序功率的趋势进行周期滑窗累积，根据累积的趋势情况对配电网的接地情况进行判断，能够避免了暂态分量、特别是高阻接地下的小信号分量难以识别的问题，有效提高配电网异常状态判断的准确性。

Description

一种基于趋势累积效应的配电网异常状态监测方法及装置

技术领域

本发明属于配电网监测技术领域，尤其涉及一种基于趋势累积效应的配电网异常状态监测方法及装置。

背景技术

目前，电力系统配电网体量巨大，线路众多，农村配电网中以架空线路为主，城市配电网中以电缆线路为主。但是无论是架空线路还是电缆线路，均由于自身配网属性使其具有分布广泛、多样化和复杂化等重要特点；而且由于配电网中主要以中性点消弧线圈和小电阻接地系统为多，加上其广泛性和复杂性，使配电网的单相接地故障成为发生频次最多的故障类型。

同时，申请人发现：在单相接地故障发生时，伴随着零序电流和零序电压的变化。但是，具体数量通常受接地阻抗大小的影响而并不能保障零序电流和零序电压会迅速上升到极大的数值。特别是在草地、水泥地、沥青地面以及树木接地等情况时，不同类型的接地故障造成了零序电流变化并不巨大，尤其是发生高阻抗接地时，零序电压和零序电流变化有限。然而，现有依靠零序电流和零序电压过量进行单相接地的判断，已经远远不能满足当前配电网单相接地故障监测。因此采用一定的算法策略，对高阻抗接地下的配电网异常状态进行监测，一旦发生故障进行预警，成为一种必要的手段。

当接地故障发生时，单相接地点位置可将等效为一个零序电源，此时中性点处的消弧线圈或者小电阻成为零序电源的负荷，而在接地点电源侧观察，零序功率应该为负。但是，在实际应用中，受到采样误差、接地暂态变化、接地信号中谐波分量和暂态分量的影响，并不能简单以零序功率的正负进行约束；同时，在弧光接地过程中，受到暂态信号的影响更为严重，这都导致了单纯靠零序功率的符号进行判断时容易误判。

发明内容

为解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种基于趋势累积效应的配电网异常状态监测方法及装置。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

第一方面，本发明所述的一种基于趋势累积效应的配电网异常状态监测方法，实时采集配电网零序电流I0和零序电压U0，并对采集到的数据依次进行数据录波和零漂与校准处理，然后根据零漂与校准处理后的积分结果进行增长趋势累计判断、冗余上升趋势累计判断、递减趋势累计判断、反复过零判断，并依据判断结果进行相应故障处理，通知电网运维人员需要查找界内区间，或者，通知电网运维人员有故障发生，需要进行故障点排查。

本发明所述配电网异常状态监测方法通过对异常状态前后零序功率的趋势进行周期滑窗累积，根据累积的趋势情况对配电网的接地情况进行判断，能够避免了暂态分量、特别是高阻接地下的小信号分量难以识别的问题，有效提高配电网异常状态判断的准确性。

进一步地，所述基于趋势累积效应的配电网异常状态监测方法具体包括：

S1.实时采集配电网零序电流I0和零序电压U0；

S2.数据录波：当零序电流I0和零序电压U0发生突变或者过量变化时，记录该突变或者过量变化时刻的多个数据波形；

S3.零漂与校准处理：对记录的数据波形进行采样，并对采样数据进行积分运算，得到多个积分结果，然后对所述积分结果进行零漂与校准处理；

S4.增长趋势累计判断：根据零漂与校准处理后的积分结果的积分值，计算相邻两个滑窗周期内积分结果的积分差，再根据积分差判断、累计增长趋势；

冗余上升趋势累计判断：根据增长趋势累计判断过程中得到的积分差和积分值，判断、累计冗余上升趋势；

递减趋势累计判断：根据增长趋势累计判断过程中得到的积分差和积分值判断、累计递减趋势；

反复过零判断：根据每次采样全数据窗口内相邻两个滑窗周期积分结果的积分值，判断是否反复过零；

S5.故障处理：根据S4的判断结果进行相应故障处理，当正增长趋势有效时，判定发生非界内接地状态，通知电网运维人员需要查找界内区间；当冗余上升趋势有效时，判定发生非界内接地状态，通知电网运维人员需要查找界内区间；当递减趋势有效时，判定发生界内接地状态，输出告警信号，通知电网运维人员有故障发生，需要进行故障点排查；当反复过零时，判定发生非界内接地状态，通知电网运维人员需要查找界内区间。

进一步地，所述零漂与校准处理中积分运算的公式如下：

S＝∫I0(t)*U0(t)dt

式中S表示积分结果，t表示采样时刻，dt表示积分步长。

进一步地，在数据录波中记录的数据波形为突变或者过量变化时刻的前m个数据波形和后n个数据波形。

进一步地，在零漂与校准处理中对记录数据波形的采样频率为fs，则录波数据共有(m+n)*0.02*fs个数据点，从0.02*fs数据点开始，以fs/50个数据点长度为积分窗，对每个积分窗内所有数据点进行积分运算，得到(m+n-1)*0.02*fs个积分结果；对所述积分结果进行零漂与校准处理具体为：取前(m-2)0.02*fs个积分结果进行求平均值，当平均值＜0时，对(m+n-1)*0.02*fs个积分结果都减去平均值；当平均值＞积分正向判定值时，对(m+n-1)*0.02*fs个积分结果全部减去平均值与积分正向判定值的差；其他情况维持积分结果不变。

进一步地，在增长趋势累计判断中，所述根据积分差判断、累计增长趋势具体为：当积分差＞0时，正增长计数器加1，否则正增长计数器归零，当该滑窗期内正增长计数器的数值＞fs/25时判定正增长趋势有效。

进一步地，在冗余上升趋势累计判断中，所述根据增长趋势累计判断过程中得到的积分差和积分值，判断、累计冗余上升趋势具体为：当积分差＞0且积分值＞0，且冗余上升计数器＜fs/50*0.1时，冗余上升计数器加1，否则冗余上升计数器归零；在冗余上升计数器≥fs/50*0.1后，当积分差＞0时，冗余上升计数器加1，当积分差＜0时，如果该积分结果的积分值比fs/50*0.1个数的积分值大，则冗余上升计数器仍旧加1；上述部分条件都不满足时，冗余上升计数器归零；当滑窗周期内冗余上升计数器＞fs/25时判定冗余上升趋势有效。

进一步地，在递减趋势累计判断中，所述根据增长趋势累计判断过程中得到的积分差和积分值判断、累计递减趋势具体为：当积分差＜0且积分值＜0时，负增长计数器加1，否则负增长计数器归零，当该滑窗期内负增长计数器的数值＞fs/25时判定负增长趋势有效。

进一步地，在反复过零判断中，当相邻两个滑窗周期内积分结果的积分值之积≤0时，过零计数器加1；当全数据窗口内过零计数器的数值大于2时，判定反复过零。

第二方面，本发明还提供了一种基于趋势累积效应的配电网异常状态监测装置，该装置在运行时执行上述配电网异常状态监测方法，包括有零序电流电压采集单元、数据录波模块、零漂与校准处理模块、增长趋势累计判断模块、冗余上升趋势累计判断模块、递减趋势累计判断模块、反复过零判断模块以及故障处理模块。

上述第二方面中的各个方面以及各个方面可能达到的技术效果请参照上述针对第一方面或第一方面中的各种可能方案可以达到的技术效果说明，这里不再重复赘述。

附图说明

图1是本发明所述基于趋势累积效应的配电网异常状态监测方法的流程示意图；

图2是本发明所述基于趋势累积效应的配电网异常状态监测装置的结构示意图。

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。

本发明实施例所述的一种基于趋势累积效应的配电网异常状态监测方法，实时采集配电网零序电流I0和零序电压U0，并对采集到的数据依次进行数据录波和零漂与校准处理，然后根据零漂与校准处理后的积分结果进行增长趋势累计判断、冗余上升趋势累计判断、递减趋势累计判断、反复过零判断。

如图1中所示，所述基于趋势累积效应的配电网异常状态监测方法具体包括以下步骤：

步骤S1.实时采集配电网零序电流I0和零序电压U0。

步骤S2.数据录波：当步骤S1实时采集的配电网零序电流I0和零序电压U0发生突变或者过量变化时，记录该突变或者过量变化时刻的多个数据波形。

具体为：在零序电流I0和零序电压U0发生突变或者过量变化时，记录的数据波形为突变或者过量变化时刻的前m个数据波形和后n个数据波形；其中，m和n是用户自定义的，比如：配电网里面的常见录波要求为故障时刻前4后8个数据波形，或者前8后12个数据波形，即当采集到某个时刻突变超过定值或者模拟量超过定值，在该超过定值的时刻起，记录这一时刻前面的4个或8个周期的数据波形，以及这一时刻后面的8个或12个周期的数据波形。

步骤S3.零漂与校准处理：对步骤S2记录的数据波形进行采样，并对采样数据进行积分运算，得到多个积分结果，以便后续能够进行趋势判断，然后对所述积分结果进行零漂与校准处理，使积分结果处于0到积分正向判定值之间，有利于后续的趋势判断(因为正常情况下积分结果是正数且处于0到积分正向判定值之间，但是受到采集干扰、零漂等影响，使积分结果可能处于小于零或者大于积分正向判定值)；其中，所述积分运算的公式如下：

S＝∫I0(t)*U0(t)dt

式中S表示积分结果，t表示采样时刻，dt表示积分步长。

所述零漂与校准处理是指计算多个积分结果的平均值，若该平均值小于0时，将该多个积分结果均减去平均值，使积分结果提高至大于0的位置；若该平均值大于积分正向判定值时，将该多个积分结果均减去平均值与积分正向判定值之差，使积分结果降低至积分正向判定值以下；除此之外积分结果均不变。

在一种可能实施的方案中，在零漂与校准处理中对记录数据波形的采样频率为fs(该fs≥6.8kHz，因发生间歇性弧光接地时，间歇性弧光电流的峰值部分时间很短，如果采样率不够高，则会发生零序电流I0无法准确采集，从而造成后续各个趋势判断失效)，则录波数据共有(m+n)*0.02*fs个数据点，从0.02*fs数据点开始，以fs/50个数据点长度为积分窗，对每个积分窗内所有数据点进行积分运算，得到(m+n-1)*0.02*fs个积分结果，即：从当前及其前面的fs/50-1个点得到当前点的积分点。从第1到fs/50个数据点，可以积分得到第一个积分点，共可以得到(m+n-1)*0.02*fs个积分结果；然后对积分结果进行零漂与校准处理，具体为：取前(m-2)0.02*fs个积分结果进行求平均值，当平均值＜0时，对(m+n-1)*0.02*fs个积分结果都减去平均值；当平均值＞积分正向判定值时，对(m+n-1)*0.02*fs个积分结果全部减去平均值与积分正向判定值的差；其他情况维持积分结果不变。

步骤S4.增长趋势累计判断：根据步骤S3零漂与校准处理后的积分结果的积分值，计算相邻两个滑窗周期内积分结果的积分差，再根据积分差判断、累计增长趋势，具体可以为：当积分差＞0时，正增长计数器加1，否则正增长计数器归零，当该滑窗期内正增长计数器的数值＞fs/25时判定正增长趋势有效；

冗余上升趋势累计判断：根据增长趋势累计判断过程中得到的积分差和积分值，判断、累计冗余上升趋势，具体可以为：当积分差＞0且积分值＞0，且冗余上升计数器＜fs/50*0.1时，冗余上升计数器加1，否则冗余上升计数器归零；在冗余上升计数器≥fs/50*0.1后，当积分差＞0时，冗余上升计数器加1，当积分差＜0时，如果该积分结果的积分值比fs/50*0.1个数的积分值大，则冗余上升计数器仍旧加1；上述部分条件都不满足时，冗余上升计数器归零；当滑窗周期内冗余上升计数器＞fs/25时判定冗余上升趋势有效；

递减趋势累计判断：根据增长趋势累计判断过程中得到的积分差和积分值判断、累计递减趋势，具体可以为：当积分差＜0且积分值＜0时，负增长计数器加1，否则负增长计数器归零，当该滑窗期内负增长计数器的数值＞fs/25时判定负增长趋势(递减趋势)有效；

反复过零判断：根据每次采样全数据窗口内相邻两个滑窗周期积分结果的积分值，判断是否反复过零，具体可以为：当相邻两个滑窗周期内积分结果的积分值之积≤0时，过零计数器加1；当全数据窗口内过零计数器的数值大于2时，判定反复过零；

步骤S5.故障处理：根据步骤S4的判断结果进行相应故障处理；具体为：当正增长趋势有效时，判定发生非界内接地状态，通知电网运维人员需要查找界内区间；当冗余上升趋势有效时，判定发生非界内接地状态，通知电网运维人员需要查找界内区间；当递减趋势有效时，判定发生界内接地状态，输出告警信号，通知电网运维人员有故障发生，需要进行故障点排查；当反复过零时，判定发生非界内接地状态，通知电网运维人员需要查找界内区间。

本发明所述的一种基于趋势累积效应的配电网异常状态监测方法通过对异常状态前后零序功率的趋势进行周期滑窗累积，根据累积的趋势情况对配电网的接地情况进行判断，能够避免了暂态分量、特别是高阻接地下的小信号分量难以识别的问题，有效提高配电网异常状态判断的准确性。具体表现为：

(1)本发明通过积分计算能量的趋势累积效应，将趋势划分不同类型，通过类型进行处理，避免了单纯依靠能量的符号进行判断，造成拒动或者误动的问题。

(2)本发明通过趋势累积，避免了暂态某一瞬时变量对整个判断过程的影响，积分之后的趋势包含了积分周期内的全部过程，从而减少的误动的情况，特别是避免了瞬时因素对整个判断的影响。

如图2所示，本发明还提供了一种基于趋势累积效应的配电网异常状态监测装置，包括有零序电流电压采集单元100、数据录波模块200、零漂与校准处理模块300、增长趋势累计判断模块400、冗余上升趋势累计判断模块500、递减趋势累计判断模块600、反复过零判断模块700以及故障处理模块800，该装置在运行时执行本发明上述配电网异常状态监测方法。

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 (10)

1.一种基于趋势累积效应的配电网异常状态监测方法，其特征在于，实时采集配电网零序电流I0和零序电压U0，并对采集到的数据依次进行数据录波和零漂与校准处理，然后根据零漂与校准处理后的积分结果进行增长趋势累计判断、冗余上升趋势累计判断、递减趋势累计判断、反复过零判断，并依据判断结果进行相应故障处理，通知电网运维人员需要查找界内区间，或者，通知电网运维人员有故障发生，需要进行故障点排查。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，具体包括：

S1.实时采集配电网零序电流I0和零序电压U0；

S2.数据录波：当零序电流I0和零序电压U0发生突变或者过量变化时，记录该突变或者过量变化时刻的多个数据波形；

S3.零漂与校准处理：对记录的数据波形进行采样，并对采样数据进行积分运算，得到多个积分结果，然后对所述积分结果进行零漂与校准处理；

S4.增长趋势累计判断：根据零漂与校准处理后的积分结果的积分值，计算相邻两个滑窗周期内积分结果的积分差，再根据积分差判断、累计增长趋势；

冗余上升趋势累计判断：根据增长趋势累计判断过程中得到的积分差和积分值，判断、累计冗余上升趋势；

递减趋势累计判断：根据增长趋势累计判断过程中得到的积分差和积分值判断、累计递减趋势；

反复过零判断：根据每次采样全数据窗口内相邻两个滑窗周期积分结果的积分值，判断是否反复过零；

S5.故障处理：根据S4的判断结果进行相应故障处理，当正增长趋势有效时，判定发生非界内接地状态，通知电网运维人员需要查找界内区间；当冗余上升趋势有效时，判定发生非界内接地状态，通知电网运维人员需要查找界内区间；当递减趋势有效时，判定发生界内接地状态，输出告警信号，通知电网运维人员有故障发生，需要进行故障点排查；当反复过零时，判定发生非界内接地状态，通知电网运维人员需要查找界内区间。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述零漂与校准处理中积分运算的公式如下：

S＝∫I0(t)*U0(t)dt

式中S表示积分结果，t表示采样时刻，dt表示积分步长。

4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，在数据录波中记录的数据波形为突变或者过量变化时刻的前m个数据波形和后n个数据波形。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在零漂与校准处理中对记录数据波形的采样频率为fs，则录波数据共有(m+n)*0.02*fs个数据点，从0.02*fs数据点开始，以fs/50个数据点长度为积分窗，对每个积分窗内所有数据点进行积分运算，得到(m+n-1)*0.02*fs个积分结果；对所述积分结果进行零漂与校准处理具体为：取前(m-2)0.02*fs个积分结果进行求平均值，当平均值＜0时，对(m+n-1)*0.02*fs个积分结果都减去平均值；当平均值＞积分正向判定值时，对(m+n-1)*0.02*fs个积分结果全部减去平均值与积分正向判定值的差；其他情况维持积分结果不变。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在增长趋势累计判断中，所述根据积分差判断、累计增长趋势具体为：当积分差＞0时，正增长计数器加1，否则正增长计数器归零，当该滑窗期内正增长计数器的数值＞fs/25时判定正增长趋势有效。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在冗余上升趋势累计判断中，所述根据增长趋势累计判断过程中得到的积分差和积分值，判断、累计冗余上升趋势具体为：当积分差＞0且积分值＞0，且冗余上升计数器＜fs/50*0.1时，冗余上升计数器加1，否则冗余上升计数器归零；在冗余上升计数器≥fs/50*0.1后，当积分差＞0时，冗余上升计数器加1，当积分差＜0时，如果该积分结果的积分值比fs/50*0.1个数的积分值大，则冗余上升计数器仍旧加1；上述部分条件都不满足时，冗余上升计数器归零；当滑窗周期内冗余上升计数器＞fs/25时判定冗余上升趋势有效。

8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在递减趋势累计判断中，所述根据增长趋势累计判断过程中得到的积分差和积分值判断、累计递减趋势具体为：当积分差＜0且积分值＜0时，负增长计数器加1，否则负增长计数器归零，当该滑窗期内负增长计数器的数值＞fs/25时判定负增长趋势有效。

9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在反复过零判断中，当相邻两个滑窗周期内积分结果的积分值之积≤0时，过零计数器加1；当全数据窗口内过零计数器的数值大于2时，判定反复过零。

10.一种基于趋势累积效应的配电网异常状态监测装置，其特征在于，该装置运行时执行上述权利要求1-9中任一所述配电网异常状态监测方法，包括有零序电流电压采集单元、数据录波模块、零漂与校准处理模块、增长趋势累计判断模块、冗余上升趋势累计判断模块、递减趋势累计判断模块、反复过零判断模块以及故障处理模块。

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