CN117277246A - 一种有源无源结合的配电网接地故障自适应熄弧方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种有源无源结合的配电网接地故障自适应熄弧方法，涉及继电保护领域，该方法包括：基于针对配电网采集的对地参数，确定目标故障相；根据所述目标故障相的目标电源电动势、目标对地泄露电阻以及目标对地电容确定补偿电流；基于所述补偿电流向所述配电网的中性点进行电流注入；基于所述配电网中母线的零序电压确定并执行消弧方案，所述消弧方案包括电压消弧以及电流消弧，所以，有效解决了相关技术中消弧方法具有固定工作场景，难以针对多故障场景快速响应的技术问题，实现了根据场景需求快速响应对应消弧模式的技术效果。
Description
技术领域
本申请涉及继电保护领域，尤其涉及一种有源无源结合的配电网接地故障自适应熄弧方法。
背景技术
随着经济的快速发展和城市的规模越来越大，在配电网线路中，电缆线路所占的比例越来越高，发生单相接地故障时，由于系统对地电容的显著增加，将产生较大的接地电流，电弧难以自行熄灭，长期运行很容易烧毁设备和线路，严重时形成发展性故障或导致山火。
在相关技术中，针对配电网接地故障的消弧方法，按照控制对象可划分为电压型消弧以及电流型消弧。其中电压型消弧是把故障相电压钳制为零，更加适用于高阻接地故障，对金属性接地故障消弧效果不理想。而电流型消弧是把故障点电流降为零，适用于低阻故障，对高阻故障效果不理想。
在现实工况中，故障场景一般较为复杂，相关技术中的消弧方法难以在多种故障场景下实现自适应消弧。
例如，电力系统自动化期刊的第41卷第8期，其公布了一种适应线路参数及负载变化的配电网柔性优化消弧方法，结合了电压消弧和电流消弧的优点，解决了单一消弧方法的不足，但其未考虑不平衡零序电压的影响，故障点电流并未被抑制为0，仍存在较大残流，导致无法成功消弧。
发明内容
本申请实施例通过提供一种有源无源结合的配电网接地故障自适应熄弧方法，解决了相关技术中消弧方法具有固定工作场景，难以针对多故障场景快速响应的技术问题，实现了根据场景需求快速响应对应消弧模式的技术效果。
本申请实施例提供了一种有源无源结合的配电网接地故障自适应熄弧方法，所述有源无源结合的配电网接地故障自适应熄弧方法包括：
基于针对配电网采集的对地参数，确定目标故障相；
根据所述目标故障相的目标电源电动势、目标对地泄露电阻以及目标对地电容确定补偿电流；
基于所述补偿电流向所述配电网的中性点进行电流注入；
基于所述配电网中母线的零序电压确定并执行消弧方案，所述消弧方案包括电压消弧以及电流消弧。
可选地，所述基于针对配电网采集的对地参数，确定目标故障相的步骤包括：
获取所述配电网中每条馈线的所述对地参数；
根据所述对地参数确定所述馈线的额定相电压幅值以及零模电压；
根据所述零模电压以及所述额定相电压幅值确定所述目标故障相。
可选地，所述根据所述零模电压以及所述额定相电压幅值确定所述目标故障相的步骤包括：
当所述零模电压大于或者等于所述额定相电压幅值的百分之十五时，基于所述对地参数确定的暂态特征，确定所述目标故障相；
否则，执行所述获取所述配电网中每条馈线的所述对地参数的步骤。
可选地，所述根据所述目标故障相的目标电源电动势、目标对地泄露电阻以及目标对地电容确定补偿电流的步骤包括：
当所述配电网中三相的所述对地参数对称，确定所述目标电源电动势与所述目标对地泄露电阻的第一乘积；
确定所述目标电源电动势与所述目标对地电容的第二乘积；
根据所述第一乘积和所述第二乘积确定所述补偿电流。
可选地，所述基于所述补偿电流向所述配电网的中性点进行电流注入的步骤之前，包括：
当所述配电网中三相的所述对地参数不对称，根据所述对地参数确定所述配电网的三相电源电动势、中性点电压、三相对地泄漏电阻、三相对地电容，以及所述目标故障相的接地故障过渡电阻；
根据所述三相电源电动势、所述中性点电压、所述三相对地泄漏电阻、所述三相对地电容，以及所述接地故障过渡电阻确定所述补偿电流。
可选地，所述基于所述配电网中母线的零序电压确定并执行消弧方案的步骤之前，包括：
根据所述对地参数确定所述目标故障相的故障点残留以及附加激励电压；
根据所述故障点残留、所述附加激励电压以及所述目标电源电动势确定边界整定值。
可选地，所述基于所述配电网中母线的零序电压确定并执行消弧方案的步骤包括：
当所述零序电压大于或者等于边界整定值，基于所述目标电源电动势以及所述配电网的三相对地泄漏电阻、三相对地电容确定初补偿后的第二中性点电压；
根据历史对地参数确定初补偿前的第一中性点电压；
根据所述第一中性点电压、所述第二中性点电压以及所述补偿电流，确定修正电流；
根据所述修正电流对所述中性点执行电流消弧。
可选地，所述基于所述配电网中母线的零序电压确定并执行消弧方案的步骤包括：
当所述零序电压不大于边界整定值，基于所述目标电源电动势以及所述配电网的三相对地泄漏电阻、三相对地电容确定注入电流；
基于所述注入电流向所述中性点执行电压消弧。
本发明公开的方法考虑了配电网实际存在的电气参数不平衡问题，精确计算了指令电流，可对接地故障电弧进行自适应熄灭，本发明所公开的方法更贴近配电网运行的实际工况，普适性较强。
此外，本申请还提出一种有源无源结合的配电网接地故障自适应熄弧设备，所述有源无源结合的配电网接地故障自适应熄弧设备包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的有源无源结合的配电网接地故障自适应熄弧程序，所述处理器执行所述有源无源结合的配电网接地故障自适应熄弧程序时实现如上所述的有源无源结合的配电网接地故障自适应熄弧方法的步骤。
此外，本申请还提出一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有有源无源结合的配电网接地故障自适应熄弧程序，所述有源无源结合的配电网接地故障自适应熄弧程序被处理器执行时实现如上所述的有源无源结合的配电网接地故障自适应熄弧方法的步骤。
本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
由于采用了基于针对配电网采集的对地参数，确定目标故障相；根据所述目标故障相的目标电源电动势、目标对地泄露电阻以及目标对地电容确定补偿电流；基于所述补偿电流向所述配电网的中性点进行电流注入；基于所述配电网中母线的零序电压确定并执行消弧方案，所述消弧方案包括电压消弧以及电流消弧，所以，有效解决了相关技术中消弧方法具有固定工作场景，难以针对多故障场景快速响应的技术问题，实现了根据场景需求快速响应对应消弧模式的技术效果。
附图说明
图1为本申请有源无源结合的配电网接地故障自适应熄弧方法实施例一的流程示意图；
图2为本申请有源无源结合的配电网接地故障自适应熄弧方法实施例三中步骤S310-330的流程示意图；
图3为本申请有源无源结合的配电网接地故障自适应熄弧方法实施例四中步骤S1-S2的流程示意图；
图4为本申请有源无源结合的配电网接地故障自适应熄弧方法实施例四中故障相电压波形图的示意图；
图5为本申请有源无源结合的配电网接地故障自适应熄弧方法实施例四中故障相电流波形图的示意图；
图6为本申请有源无源结合的配电网接地故障自适应熄弧方法实施例五中的配电网消弧的流程示意图；
图7为本申请有源无源结合的配电网接地故障自适应熄弧方法实施例五中10kV配电网仿真拓扑的示意图；
图8为本申请有源无源结合的配电网接地故障自适应熄弧设备实施例涉及的硬件结构示意图。
具体实施方式
在相关技术中，电缆线路所占的比例越来越高，发生单相接地故障时，由于系统对地电容的显著增加，将产生较大的接地电流，电弧难以自行熄灭，长期运行很容易烧毁设备和线路，严重时形成发展性故障或导致山火。根据目前的研究，配电网单相接地故障会导致电弧故障，而电弧故障很难在暂态过程中就发生熄灭，长时间运行易造成设备和绝缘的损坏，严重时会造成火灾或发展为永久性故障。目前针对配电网接地故障的消弧方法根据控制对象可以分为电压型消弧和电流型消弧，电压型消弧是把故障相电压钳制为零，电流型消弧是把故障点电流降为零。两种消弧方法各有利弊，电压型消弧更加适用于高阻接地故障，对金属性接地故障消弧效果不理想；电流型消弧适用于低阻故障，对高阻故障效果不理想，其更多与有源变流器搭配使用，造价高。为了应对不同故障工况，可以把电压消弧和电流消弧结合起来，实现两种消弧方法优势互补，保障配电网安全、可靠运行本申请实施例采用的主要技术方案是：在配电网正常运行时，测量各馈线对地参数；实时获取配电网中母线三相电压和零序电压信号；判断是否发生接地故障；随调试消弧装置实时监测中性点电流并调整补偿；在检测到发生单相接地故障时，先投入电流型消弧并监测母线零序电压，若母线零序电压小于整定值，进行故障相辨识并针对故障相投入电压消弧直至故障相电压降为零；若母线零序电压不小于整定值，则中性点继续投入电流消弧从而实现了熄弧性能灵敏性强、速动性快、可靠性高的技术效果。
本申请实施例解决了单一的熄弧方法受线路参数和负载影响而导致熄弧效果不佳的问题。
本申请实施例以母线零序电压作为熄弧切换的条件，易实现且能可靠控制。
本申请实施例考虑不平衡电压影响，有效提高熄弧效果，参考电流计算方法简单。
本申请实施例提供一种低成本、高可靠性的消弧方法，不依赖于高采样率设备、不依赖于复杂电气信息量，所需数据量小，系统配置灵活，可实现低采样率下的不稳定电弧可靠熄弧，具有较强的工程实用性，可有效提高中压配电网运行可靠性。
为了更好地理解上述技术方案，下面将参照附图更详细地描述本申请的示例性实施例。虽然附图中显示了本申请的示例性实施例，然而应当理解，能够以各种形式实现本申请而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本申请，并且能够将本申请的范围完整地传达给本领域的技术人员。
实施例一
本申请实施例一公开了一种有源无源结合的配电网接地故障自适应熄弧方法，参照图1，所述有源无源结合的配电网接地故障自适应熄弧方法包括：
步骤S110，基于针对配电网采集的对地参数，确定目标故障相。
在本实施例中，配电网可选为三相四线的交流电系统，即四条馈线。对地参数为通
过设置在交流电系统中的传感器采集的数据，包括但不限于配电网中的三相电压、中性点
对地电压，三相对地总电容、、，以及三相对地电导、、。目标故障相是指
出现接地故障的馈线对应的三相电中的某一相。
作为一种可选实施方式，实时采集配电网中每条馈线的对地参数，即A、B、C三相以
及中性线，采集后将对地参数与采集时间进行储存。根据实时采集的对地参数，对配电网三
相电压、中性点对地电压进行采样，通过测量得出三相对地总电容分别为、、，三
相对地电导分别为、、，实时监测对地参数并保存。通过母线上的电压互感器采集
母线三相电压和中性点对地电压，实时监测并保存。然后根据采集的对地参数确定额定相
电压幅值以及零模电压，根据零模电压和额定相电压幅值的比值，判断三相是否发生了接
地故障，并且根据符合条件的额定相电压幅值确定对应的馈线，即目标故障相。
在本实施例中，额定相电压幅值是指电力系统中交流电的额定电压大小，通常以有效值表示。在三相交流电系统中，额定相电压幅值是指每个相的额定电压大小，通常表示为U。例如，对于一个额定相电压为220V的三相交流电系统，每个相的电压幅值为220V。额定相电压幅值是电力系统设计和运行中的重要参数，用于确定电力设备的额定电压等级和保护装置的额定电压范围。零模电压是指在三相交流电系统中，三相电压之间的共模电压，也称为零序电压或中性电压。在正常情况下，三相电压应该是平衡的，即三相电压的幅值和相位都相等。然而，由于系统中的不平衡负载、接地故障或其他因素，可能会导致三相电压不平衡，即三相电压的幅值或相位不相等。
示例性的，当三相电压不平衡时，会产生零模电压。零模电压是指三相电压之间的共模电压，即三相电压的瞬时值之和除以3，其幅值取决于三相电压不平衡的程度。确定零模电压以及零模电压的采集时间，获取额定相电压幅值为220伏，根据三相电压的瞬时值之和除以3得到的值，与220伏的比值，确定是否发生接地故障。
步骤S120，根据所述目标故障相的目标电源电动势、目标对地泄露电阻以及目标对地电容确定补偿电流。
作为一种可选实施方式，假设目标故障相为A，目标故障相的目标电源电动势、目
标对地泄露电阻以及目标对地电容根据对地参数进行确定，为实现熄弧，有，此时
故障点电流，因此根据目标故障相的目标电源电动势、目标对地泄露电阻以及目标对
地电容计算出补偿电流，其中EA为目标故障相的目标电源电动势，UN是中性点电压。而则分别为中性点电压的均值，以及目标电源电动势的均值。
步骤S130，基于所述补偿电流向所述配电网的中性点进行电流注入。
在本实施例中，在本实施例中，电流型消弧是主要用于直流电路或低压交流电路中。它通过将电弧的能量转化为电流的方式来消除电弧。在电流型消弧中，当电弧发生时，一个额外的电流源被引入电弧区域。这个电流源通常是一个较大的电感器或电容器，通过与电弧串联或并联连接，形成一个电弧电路。当电弧电路中的电流开始流动时，它会与电弧产生相抵消的作用，从而将电弧能量转化为电流能量。电流型消弧的原理是通过电流的作用来抑制电弧的维持，从而使电弧能够迅速熄灭。当电弧电路中的电流达到一定程度时，电弧的电流值会超过电弧的维持电流，导致电弧熄灭。而本实施例中的补偿电流即额外的电流源。
在确定了补偿电流后，基于确定的补偿电流向配电网的中性点进行电流注入，以消除电弧。
步骤S140，基于所述配电网中母线的零序电压确定并执行消弧方案，所述消弧方案包括电压消弧以及电流消弧。
在本实施例中，由于单一的电压消弧或者电流消弧方案不能适配复杂场景需求，因此在通过补偿电流对配电网进行初补偿后，根据补偿后的对地参数确定边界整定值，并根据母线的零序电压与边界整定值的数值关系，确定进一步的消弧方案是电压消弧或者电流消弧。
作为一种可选实施方式，获取边界整定值以及母线的零序电压，根据界整定值以及母线的零序电压的数值关系判定母线零序电压是否处于电流消弧死区。电流消弧死区是指在电力系统中，当电流通过零值时，由于电力设备的特性，可能无法正常断开电流，导致电流无法及时消失。这种情况下，电流会在零值附近持续流动，形成一个死区。若监测到母线零序电压属于电流消弧死区，则进行故障相辨识并针对故障相投入电压消弧直至故障相电压降为零；若母线零序电压不属于电流消弧死区，则确定修正电流，并根据修正电流继续投入电流消弧。
由于采用了基于针对配电网采集的对地参数，确定目标故障相；根据所述目标故障相的目标电源电动势、目标对地泄露电阻以及目标对地电容确定补偿电流；基于所述补偿电流向所述配电网的中性点进行电流注入；基于所述配电网中母线的零序电压确定并执行消弧方案，所述消弧方案包括电压消弧以及电流消弧，所以，有效解决了相关技术中消弧方法具有固定工作场景，难以针对多故障场景快速响应的技术问题，实现了根据场景需求快速响应对应消弧模式的技术效果。
基于实施例一，本申请实施例二提出一种有源无源结合的配电网接地故障自适应熄弧方法，步骤S110包括：
步骤S210，获取所述配电网中每条馈线的所述对地参数。
在本实施例中，测量各馈线对地参数，对配电网三相电压、中性点对地电压进行采
样：通过测量得出三相对地总电容分别为、、，三相对地电导分别为、、，
实时监测对地参数并保存。通过母线上的电压互感器采集母线三相电压和中性点对地电
压，实时监测并保存。即采集对地参数时，将对地参数和采集时间关联存储，以生成各个对
地参数和采集时间的关联关系。
步骤S220，根据所述对地参数确定所述馈线的额定相电压幅值以及零模电压。
在本实施例中，根据对地参数确定每条馈线在每个采集时间对应的额定相电压幅值，并根据每条馈线的电压值之和，确定零模电压。
步骤S230，根据所述零模电压以及所述额定相电压幅值确定所述目标故障相。
在本实施例中，当零模电压和额定相电压幅值两者的比值符合预设条件时，判定配电网出现了单相接地故障，基于三相电压的暂态特征进行故障相的辨识。
作为一种可选实施方式，通过比较三相电压信号的峰值大小，来确定故障相。当故障发生在某一相时，该相的电压峰值会出现明显的下降，与其他两相相比较，可以辨识出故障相。
作为另一种可选实施方式，通过计算三相电压信号的正序、负序和零序分量，来判断故障相。当故障发生时，正序分量会发生变化，可以通过比较正序分量的大小来确定故障相。
作为另一种可选实施方式，通过计算三相电压信号的瞬时功率，来判断故障相。当故障发生时，故障相的瞬时功率会发生明显的变化，可以通过比较瞬时功率的大小来确定故障相。
可选地，步骤S230包括：
步骤S231，当所述零模电压大于或者等于所述额定相电压幅值的百分之十五时，基于所述对地参数确定的暂态特征，确定所述目标故障相；
步骤S231，否则，执行所述获取所述配电网中每条馈线的所述对地参数的步骤。
作为一种可选实施方式，在确定零模电压以及额定相电压幅值后，若，
则线路发生接地故障；若，则线路没有发生接地故障。继续执行采集对地参数的
步骤，其中，为额定相电压幅值，为零模电压。
在本实施例中，当发生故障时，故障电流和电压会出现瞬态变化。这些瞬态变化可以通过对三相电压信号进行分析来检测和辨识故障相。进而快速确定目标故障相，并执行电流注入以实现消弧。
基于实施例一，本申请实施例三提出一种有源无源结合的配电网接地故障自适应熄弧方法，参照图2，步骤S120包括：
步骤S310，当所述配电网中三相的所述对地参数对称，确定所述目标电源电动势与所述目标对地泄露电阻的第一乘积；
步骤S320，确定所述目标电源电动势与所述目标对地电容的第二乘积；
步骤S330，根据所述第一乘积和所述第二乘积确定所述补偿电流。
作为一种可选实施方式，确定目标电源电动势与目标对地泄露电阻的第一乘积，根据配电网的参数和拓扑结构，计算目标电源电动势与目标对地泄露电阻之间的乘积。这个乘积可以表示电流型消弧所需的电流源的容量。确定目标电源电动势与目标对地电容的第二乘积，根据配电网的参数和拓扑结构，计算目标电源电动势与目标对地电容之间的乘积。这个乘积可以表示电流型消弧所需的电流源的响应时间。根据第一乘积和第二乘积确定补偿电流，将第一乘积和第二乘积进行比较和综合分析，确定适当的补偿电流大小。补偿电流的作用是通过与电弧串联或并联连接，与电弧产生相抵消的作用，从而将电弧能量转化为电流能量。基于补偿电流对配电网执行电流型消弧：将确定的补偿电流引入电弧区域，与电弧产生相抵消的作用，使电弧能够迅速熄灭。
可选地，步骤S130之前，还包括：
步骤S340，当所述配电网中三相的所述对地参数不对称，根据所述对地参数确定所述配电网的三相电源电动势、中性点电压、三相对地泄漏电阻、三相对地电容，以及所述目标故障相的接地故障过渡电阻；
步骤S350，根据所述三相电源电动势、所述中性点电压、所述三相对地泄漏电阻、所述三相对地电容，以及所述接地故障过渡电阻确定所述补偿电流。
作为一种可选实施方式，根据配电网的参数和拓扑结构，计算三相电源电动势。由于对地参数不对称，三相电源电动势可能不完全相等。确定中性点电压，根据配电网的参数和拓扑结构，计算中性点电压。中性点电压是三相电源电动势的平均值。确定三相对地泄漏电阻和三相对地电容，根据配电网的参数和拓扑结构，计算三相对地泄漏电阻和三相对地电容。这些参数反映了配电网中的对地性能。确定目标故障相的接地故障过渡电阻，根据实际故障情况和测量数据，确定目标故障相的接地故障过渡电阻。这个参数表示故障相与地之间的电阻。通过基尔霍夫第一定律的注入电流方程式确定补偿电流，根据三相电源电动势、中性点电压、三相对地泄漏电阻、三相对地电容以及目标故障相的接地故障过渡电阻，使用基尔霍夫第一定律的注入电流方程式计算补偿电流。注入电流方程式是基于电流的守恒原理，可以用来计算补偿电流。
示例性的，根据配电网的参数和拓扑结构，计算每个相的电源电动势。假设三相电源电动势分别为Ea、Eb和Ec。计算三相电源电动势的平均值，即中性点电压Un = (Ea + Eb+ Ec) / 3。根据配电网的参数和拓扑结构，计算每个相的对地泄漏电阻和对地电容。假设三相对地泄漏电阻分别为Ra、Rb和Rc，三相对地电容分别为Ca、Cb和Cc。根据实际故障情况和测量数据，确定目标故障相的接地故障过渡电阻Rf。根据三相电源电动势、中性点电压、三相对地泄漏电阻、三相对地电容以及目标故障相的接地故障过渡电阻，使用基尔霍夫第一定律的注入电流方程式计算补偿电流。补偿电流Iin=(Ea - Un) / (Ra + (1 / jωCa))+ (Eb - Un) / (Rb + (1 / jωCb)) + (Ec - Un) / (Rc + (1 / jωCc)) - Un / (Rf+ (1 / jωCf))。其中，j是虚数单位，ω是角频率。
作为本实施例的一个示例，假定故障相为A相，对配电网中性点使用基尔霍夫第一定律的注入电流方程式如下：
；
其中，，，为配电网三相电源电动势，为配电网中性点电压，为消弧线
圈，，，为配电网三相对地泄漏电阻。，，为配电网三相对地电容，为接地
故障过渡电阻。
当三相参数对称，即，配电网中的线路进行了完全换位有：，，则整理得：
；
；
因此，为实现熄弧，有，此时故障点电流。
。
式中，为角频率，为次谐波下的角频率，j是虚数单位，为中性点电压，为
相对地泄漏电阻，为相对地电容，为消弧线圈电感，为谐波的中性点电压，本实施例中
的参数都由对地参数确定。即当三相参数对称时，根据目标电源电动势、目标对地泄露电
阻、目标对地电容、角频率、虚数单位以及消弧线圈确定补偿电流。
基于实施例一，本申请实施例四提出一种有源无源结合的配电网接地故障自适应熄弧方法，参照图3，步骤S140之前，包括：
步骤S1，根据所述对地参数确定所述目标故障相的故障点残留以及附加激励电压。
步骤S2，根据所述故障点残留、所述附加激励电压以及所述目标电源电动势确定边界整定值。
在本实施例中，通过边界整定值和母线的零序电压，来判断初补偿后执行电流消弧或者电压消弧。
作为一种可选实施方式，基于获取的对地参数，确定目标故障相的故障点残留以及附加激励电压，确定每条馈线的导纳参数，确定目标故障相的目标电源电动势；根据目标故障相的故障点残留、附加激励电压、每条馈线的导纳参数以及目标故障相的目标电源电动势，确定边界整定值。
示例性的，判断母线零序电压是否小于边界整定值；整定值的计算式如下：
；
其中，是判定熄弧的整定值，故障点的附加激励电压，为故障线路总导
纳，为非故障线路总导纳，为故障点残流。为使接地电弧可靠熄灭，考虑分析交流电弧
熄灭的原因，得出为减小故障点残流，促进电弧自行熄灭，故障点残流极限值允许值一般为
5至10A。此外，根据规程，在配电网正常运行时，线路压降，即，代入线路的
导纳参数+，求出零序电压的临界值，作为电流型消弧与电压型消弧的转换条件。
可选地，步骤S140包括：
步骤S410，当所述零序电压大于或者等于边界整定值，基于所述目标电源电动势以及所述配电网的三相对地泄漏电阻、三相对地电容确定初补偿后的第二中性点电压。
在本实施例中，当零序电压大于或者等于边界整定值，判定零序电压属于电流消弧死区。即进行电压消弧动作。初补偿是指步骤S130的电流补偿动作。根据初补偿之后的对地参数确定接下来使用电压消弧或者电流消弧，极大地提升了消弧方案的灵活性以及消弧效率。
在电力系统中，母线是指供电和接收电能的主要导线，通常是一条粗大的导线或导轨，用于连接发电机、变压器、开关设备和负载等电力设备。母线的零序电压是指母线上的三相电压的零序分量，即三相电压的矢量和的模值。在正常情况下，母线的零序电压应为零，表示没有任何对地故障或不平衡情况。电流消弧是指在电力系统中，当出现故障或短路时，通过采取措施将故障电流迅速降低到安全范围内，以保护设备和系统的安全运行。电流消弧通常通过使用保护装置，如断路器、隔离开关等，或控制策略，如接地开关、补偿装置等来实现。
死区是指在电流消弧过程中，为了避免频繁的开关操作和保护装置的误动作，设定的一个电流范围，在该范围内的电流变化被认为是无效的，不会触发保护装置的动作。死区的设置可以防止过于频繁的开关操作，同时保证对故障电流的快速响应和保护。
步骤S420，根据历史对地参数确定初补偿前的第一中性点电压。
在本实施例中，第一中性点电压是指初补偿之前的，中性点的电压，第二中性点电压是指初补偿之后，中性点的电压。由于采集的对地参数以及采集时间都关联存储，因此可以生成对应的历史对地参数。
步骤S430，根据所述第一中性点电压、所述第二中性点电压以及所述补偿电流，确定修正电流；
步骤S440，根据所述修正电流对所述中性点执行电流消弧。
作为一种可选实施方式，根据上一步计算得到的补偿电流，对配电网进行初补偿，以进行电流消弧。获取边界整定值和零序电压，通过历史数据和实时监测，获取配电网的边界整定值和母线的零序电压。假设边界整定值为U0_max，零序电压为U0。确定初补偿后的第二中性点电压，根据目标电源电动势、三相对地泄漏电阻和三相对地电容，计算初补偿后的第二中性点电压Un2。假设第二中性点电压为Un2。确定初补偿前的第一中性点电压，根据历史数据，确定初补偿前的第一中性点电压Un1。确定修正电流，根据第一中性点电压、第二中性点电压和补偿电流，计算修正电流Ic1。修正电流Ic1 = (Un2 - Un1) / (1 / jωCn) -Ic。其中，Cn为中性点电容，ω为角频率。根据修正电流，对中性点进行电流消弧。
示例性的，考虑到不平衡电压的影响，要注入的电流为：。
所以在发生单相接地故障后，需要注入的电流为：。
在检测到发生单相接地故障后，此时的中性点电压，即第一中性点电压为：
。
在注入一个小电流后，第二中性点电压为：
。
联立后，修正后的注入电流可表示为：
。
其中，Ii即为修正电流。基于修正电流继续投入电流型消弧方法。
可选地，步骤S140还包括：
步骤S450，当所述零序电压不大于边界整定值，基于所述目标电源电动势以及所述配电网的三相对地泄漏电阻、三相对地电容确定注入电流；
步骤S460，基于所述注入电流向所述中性点执行电压消弧。
作为一种可选实施方式，判断零序电压是否大于边界整定值：通过监测配电网的母线的零序电压，判断其是否大于边界整定值U0_max。如果零序电压小于或等于边界整定值，即处于电流消弧死区，则需要进行电压消弧。确定注入电流，根据目标电源电动势、配电网的三相对地泄漏电阻和三相对地电容，计算注入电流。注入电流的目的是通过注入适当的电流来消弧，使得中性点电压降低到安全范围内。根据计算得到的注入电流，将其注入中性点，以实现电压消弧。注入的电流可以通过补偿装置或接地开关等设备来实现。
示例性的，若母线零序电压属于电流消弧死区，则进行故障相识别并针对故障相投入电压型消弧至故障相电压降为零，注入电流表达式如下：
；
整理得：
；
，假设配电网三相参数对称：；
；
要实现熄弧，即钳制故障相电压为0，此时；
；
式中，，，分别为三相对地导纳，，，，为中性点对地导纳，，为电压角频率，表示相位相差120度。
即根据配电网的三相对地泄漏电阻、三相对地电容、虚数单位以及电压角频率分别确定三相对地导纳，然后根据消弧线圈、虚数单位以及电压角频率确定中性点对地导纳，最后根据三相对地导纳、中性点对地导纳以及目标故障相的目标电源电动势，确定注入电流。根据注入电流对中性点执行电压消弧。
如图4所示，图4是本实施例中执行消弧方案时故障点电压的一个示例，基于采集时间以及采集的电压生成图4中的横坐标轴以及纵坐标轴，当处于电流消弧时刻之前时使用电流消弧，直至母线的零序电压处于电流消弧死区，此时转为电压消弧，直至电压为零，完成消弧。
如图5所示，图5是图4是本实施例中执行消弧方案时故障点电流的一个示例，基于采集时间以及采集的电流生成图4中的横坐标轴以及纵坐标轴，当处于电流消弧时刻之前时使用电流消弧，直至母线的零序电压处于电流消弧死区，此时转为电压消弧，直至电流为零，完成消弧。
由于采用了当所述零序电压大于或者等于边界整定值，基于第一中性点电压、所述第二中性点电压以及所述补偿电流，确定修正电流；根据所述修正电流对所述中性点执行电流消弧；当所述零序电压不大于边界整定值，基于所述目标电源电动势以及所述配电网的三相对地泄漏电阻、三相对地电容确定注入电流；基于所述注入电流向所述中性点执行电压消弧。有效解决了相关技术中电压消弧以及电流消弧只能部署一种，导致实际消弧时响应速度慢的技术问题，进而实现了根据实际配电网参数快速响应消弧方案，并灵活配置电流消弧以及电压消弧的技术效果。
基于实施例一，本申请实施例五提出一种有源无源结合的配电网接地故障自适应熄弧方法，测量各馈线对地参数；实时获取配电网中母线三相电压和零序电压信号；判断是否发生接地故障；在检测到发生单相接地故障后，先投入电流型消弧方法并监测母线零序电压，将监测母线零序电压与零序电压整定值进行比较选择消弧方法。实现架空线路、电缆线路、架空—电缆混合线路单相接地故障可靠熄弧，检测结果灵敏度高，可靠性高。
具体地，参照图6，在配电网正常运行时，测量各馈线对地参数；实时获取配电网中母线三相电压和零序电压信号；判断是否发生接地故障，当发生接地故障，调试消弧装置实时监测中性点电流并调整补偿；在检测到发生单相接地故障时，先投入电流型消弧并监测母线零序电压，若母线零序电压小于整定值，进行故障相辨识并针对故障相投入电压消弧直至故障相电压降为零；若母线零序电压不小于整定值，则中性点继续投入电流消弧，直至电弧熄灭，配电网正常运行。
在本实施例中，根据配电网的实际运行搭建配电网电弧仿真模型。首先利用PSCAD或者EMTDC建立如图7所示的配电网仿真模型，110kV/10kV的变电所共有六回出线，架空线路有4条，分别是L1=14km、L2=15km、L4=14km、L6=12km，纯电缆线路有2条，分别是L3=15km、L5=15km。其中，架空线路的正序阻抗为：R1=0.45Ω/km，L1=1.172mH/km，C1=6.1nF/km，零序阻抗为：R0=0.7Ω/km，L0=3.91mH/km，C0=3.8nF/km；电缆馈线的正序阻抗为：R1=0.075Ω/km，L1=0.254mH/km，C1=318nF/km，零序阻抗为：R0=0.102Ω/km，L0=0.892mH/km，C0=212nF/km。该配电系统的中性点经消弧线圈接地，并在仿真模型中设置单相接地故障，故障点设置在馈线L3离首段母线8m处，故障初始角均为90°，过渡电阻为200Ω。并基于该配电网电弧仿真模型为初始数据，仿真执行本申请实施例中的各个有源无源结合的配电网接地故障自适应熄弧方法，并根据执行结果对模型进行迭代更新。
本申请还提出一种有源无源结合的配电网接地故障自适应熄弧设备，参照图8，图8为本申请实施例方案涉及的硬件运行环境的有源无源结合的配电网接地故障自适应熄弧设备结构示意图。
如图8所示，该有源无源结合的配电网接地故障自适应熄弧设备可以包括：处理器1001，例如中央处理器（Central Processing Unit，CPU），通信总线1002、用户接口1003，网络接口1004，存储器1005。其中，通信总线1002用于实现这些组件之间的连接通信。用户接口1003可以包括显示屏（Display）、输入单元比如键盘（Keyboard），可选用户接口1003还可以包括标准的有线接口、无线接口。网络接口1004可选的可以包括标准的有线接口、无线接口（如无线保真（WIreless-FIdelity，WI-FI）接口）。存储器1005可以是高速的随机存取存储器（Random Access Memory，RAM）存储器，也可以是稳定的非易失性存储器（Non-Volatile Memory，NVM），例如磁盘存储器。存储器1005可选的还可以是独立于前述处理器1001的存储装置。
本领域技术人员可以理解，图8中示出的结构并不构成对有源无源结合的配电网接地故障自适应熄弧设备的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。
可选地，存储器1005与处理器1001电性连接，处理器1001可用于控制存储器1005的运行，还可以读取存储器1005中的数据以实现有源无源结合的配电网接地故障自适应熄弧。
可选地，如图8所示，作为一种存储介质的存储器1005中可以包括操作系统、数据存储模块、网络通信模块、用户接口模块以及有源无源结合的配电网接地故障自适应熄弧程序。
可选地，在图8所示的有源无源结合的配电网接地故障自适应熄弧设备中，网络接口1004主要用于与其他设备进行数据通信；用户接口1003主要用于与用户进行数据交互；本申请有源无源结合的配电网接地故障自适应熄弧设备中的处理器1001、存储器1005可以设置在有源无源结合的配电网接地故障自适应熄弧设备中。
如图8所示，所述有源无源结合的配电网接地故障自适应熄弧设备通过处理器1001调用存储器1005中存储的有源无源结合的配电网接地故障自适应熄弧程序，并执行本申请实施例提供的有源无源结合的配电网接地故障自适应熄弧方法的相关步骤操作：
基于针对配电网采集的对地参数，确定目标故障相；
根据所述目标故障相的目标电源电动势、目标对地泄露电阻以及目标对地电容确定补偿电流；
基于所述补偿电流向所述配电网的中性点进行电流注入；
基于所述配电网中母线的零序电压确定并执行消弧方案，所述消弧方案包括电压消弧以及电流消弧。
可选地，处理器1001可以调用存储器1005中存储的有源无源结合的配电网接地故障自适应熄弧程序，还执行以下操作：获取所述配电网中每条馈线的所述对地参数；
根据所述对地参数确定所述馈线的额定相电压幅值以及零模电压；
根据所述零模电压以及所述额定相电压幅值确定所述目标故障相。
可选地，处理器1001可以调用存储器1005中存储的有源无源结合的配电网接地故障自适应熄弧程序，还执行以下操作：当所述零模电压大于或者等于所述额定相电压幅值的百分之十五时，基于所述对地参数确定的暂态特征，确定所述目标故障相；
否则，执行所述获取所述配电网中每条馈线的所述对地参数的步骤。
可选地，处理器1001可以调用存储器1005中存储的有源无源结合的配电网接地故障自适应熄弧程序，还执行以下操作：当所述配电网中三相的所述对地参数对称，确定所述目标电源电动势与所述目标对地泄露电阻的第一乘积；
确定所述目标电源电动势与所述目标对地电容的第二乘积；
根据所述第一乘积和所述第二乘积确定所述补偿电流。
可选地，处理器1001可以调用存储器1005中存储的有源无源结合的配电网接地故障自适应熄弧程序，还执行以下操作：当所述配电网中三相的所述对地参数不对称，根据所述对地参数确定所述配电网的三相电源电动势、中性点电压、三相对地泄漏电阻、三相对地电容，以及所述目标故障相的接地故障过渡电阻；
根据所述三相电源电动势、所述中性点电压、所述三相对地泄漏电阻、所述三相对地电容，以及所述接地故障过渡电阻确定所述补偿电流。
可选地，处理器1001可以调用存储器1005中存储的有源无源结合的配电网接地故障自适应熄弧程序，还执行以下操作：根据所述对地参数确定所述目标故障相的故障点残留以及附加激励电压；
根据所述故障点残留、所述附加激励电压以及所述目标电源电动势确定边界整定值。
可选地，处理器1001可以调用存储器1005中存储的有源无源结合的配电网接地故障自适应熄弧程序，还执行以下操作：当所述零序电压大于或者等于边界整定值，基于所述目标电源电动势以及所述配电网的三相对地泄漏电阻、三相对地电容确定初补偿后的第二中性点电压；
根据历史对地参数确定初补偿前的第一中性点电压；
根据所述第一中性点电压、所述第二中性点电压以及所述补偿电流，确定修正电流；
根据所述修正电流对所述中性点执行电流消弧。
可选地，处理器1001可以调用存储器1005中存储的有源无源结合的配电网接地故障自适应熄弧程序，还执行以下操作：当所述零序电压不大于边界整定值，基于所述目标电源电动势以及所述配电网的三相对地泄漏电阻、三相对地电容确定注入电流；
基于所述注入电流向所述中性点执行电压消弧。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例，或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备（系统）和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框，以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
应当注意的是，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的部件或步骤。位于部件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的部件。本申请可以借助于包括有若干不同部件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二，以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。
尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种有源无源结合的配电网接地故障自适应熄弧方法，其特征在于，所述有源无源结合的配电网接地故障自适应熄弧方法包括：
基于针对配电网采集的对地参数，确定目标故障相；
根据所述目标故障相的目标电源电动势、目标对地泄露电阻以及目标对地电容确定补偿电流；
基于所述补偿电流向所述配电网的中性点进行电流注入；
基于所述配电网中母线的零序电压确定并执行消弧方案，所述消弧方案包括电压消弧以及电流消弧。
2.如权利要求1所述的有源无源结合的配电网接地故障自适应熄弧方法，其特征在于，所述基于针对配电网采集的对地参数，确定目标故障相的步骤包括：
获取所述配电网中每条馈线的所述对地参数；
根据所述对地参数确定所述馈线的额定相电压幅值以及零模电压；
根据所述零模电压以及所述额定相电压幅值确定所述目标故障相。
3.如权利要求2所述的有源无源结合的配电网接地故障自适应熄弧方法，其特征在于，所述根据所述零模电压以及所述额定相电压幅值确定所述目标故障相的步骤包括：
当所述零模电压大于或者等于所述额定相电压幅值的百分之十五时，基于所述对地参数确定的暂态特征，确定所述目标故障相；
否则，执行所述获取所述配电网中每条馈线的所述对地参数的步骤。
4.如权利要求1所述的有源无源结合的配电网接地故障自适应熄弧方法，其特征在于，所述根据所述目标故障相的目标电源电动势、目标对地泄露电阻以及目标对地电容确定补偿电流的步骤包括：
当所述配电网中三相的所述对地参数对称，确定所述目标电源电动势与所述目标对地泄露电阻的第一乘积；
确定所述目标电源电动势与所述目标对地电容的第二乘积；
根据所述第一乘积和所述第二乘积确定所述补偿电流；
补偿电流方程式如下：
;
简化为：;
式中，为角频率，/>为/>次谐波下的角频率，j是虚数单位，/>为中性点电压，/>为相对地泄漏电阻，/>为相对地电容，/>为消弧线圈电感，/>为谐波的中性点电压，/>，/>，/>为配电网三相电源电动势，/>为配电网中性点电压，/>为消弧线圈，/>，/>，/>为配电网三相对地泄漏电阻，/>，/>，/>为配电网三相对地电容，/>为接地故障过渡电阻。
5.如权利要求1所述的有源无源结合的配电网接地故障自适应熄弧方法，其特征在于，所述基于所述补偿电流向所述配电网的中性点进行电流注入的步骤之前，包括：
当所述配电网中三相的所述对地参数不对称，根据所述对地参数确定所述配电网的三相电源电动势、中性点电压、三相对地泄漏电阻、三相对地电容，以及所述目标故障相的接地故障过渡电阻；
根据所述三相电源电动势、所述中性点电压、所述三相对地泄漏电阻、所述三相对地电容，以及所述接地故障过渡电阻确定所述补偿电流。
6.如权利要求1所述的有源无源结合的配电网接地故障自适应熄弧方法，其特征在于，所述基于所述配电网中母线的零序电压确定并执行消弧方案的步骤之前，包括：
根据所述对地参数确定所述目标故障相的故障点残留以及附加激励电压；
根据所述故障点残留、所述附加激励电压以及所述目标电源电动势确定边界整定值。
7.如权利要求1所述的有源无源结合的配电网接地故障自适应熄弧方法，其特征在于，所述基于所述配电网中母线的零序电压确定并执行消弧方案的步骤包括：
当所述零序电压大于或者等于边界整定值，基于所述目标电源电动势以及所述配电网的三相对地泄漏电阻、三相对地电容确定初补偿后的第二中性点电压；
根据历史对地参数确定初补偿前的第一中性点电压；
根据所述第一中性点电压、所述第二中性点电压以及所述补偿电流，确定修正电流；
根据所述修正电流对所述中性点执行电流消弧；
考虑到不平衡电压的影响，要注入的电流为：；
所以在发生单相接地故障后，需要注入的电流为：；
在检测到发生单相接地故障后，此时的中性点电压，即第一中性点电压为：
;
在注入一个小电流后，第二中性点电压为：
;
联立后，修正后的注入电流可表示为：
。
8.如权利要求1所述的有源无源结合的配电网接地故障自适应熄弧方法，其特征在于，所述基于所述配电网中母线的零序电压确定并执行消弧方案的步骤包括：
当所述零序电压不大于边界整定值，基于所述目标电源电动势以及所述配电网的三相对地泄漏电阻、三相对地电容确定注入电流；
基于所述注入电流向所述中性点执行电压消弧。
9.一种有源无源结合的配电网接地故障自适应熄弧设备，其特征在于，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的有源无源结合的配电网接地故障自适应熄弧程序，所述处理器执行所述有源无源结合的配电网接地故障自适应熄弧程序时实现如权利要求1至8任一项所述的有源无源结合的配电网接地故障自适应熄弧方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有有源无源结合的配电网接地故障自适应熄弧程序，所述有源无源结合的配电网接地故障自适应熄弧程序被处理器执行时实现如权利要求1至8任一项所述的有源无源结合的配电网接地故障自适应熄弧方法的步骤。
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| CN202311521276.XA Active CN117277246B (zh) | 2023-11-15 | 2023-11-15 | 一种有源无源结合的配电网接地故障自适应熄弧方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
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| CN (1) | CN117277246B (zh) |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011015504A (ja) * | 2009-06-30 | 2011-01-20 | Central Res Inst Of Electric Power Ind | 消弧リアクトルのタップ設定方法及びそのタップ設定装置並びにそのタップ設定プログラム |
| CN105610147A (zh) * | 2016-03-24 | 2016-05-25 | 福州大学 | 一种基于三相级联h桥变流器的配电网接地故障消弧方法 |
| CN106602540A (zh) * | 2016-12-06 | 2017-04-26 | 国网山东省电力公司莱芜供电公司 | 一种适用于中压配电网单相接地故障的有源电压消弧法 |
| CN109672164A (zh) * | 2019-02-22 | 2019-04-23 | 国网湖北省电力有限公司电力科学研究院 | 一种消弧线圈并联小电阻配电网接地故障处理方法 |
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| CN113097989A (zh) * | 2021-04-16 | 2021-07-09 | 长沙理工大学 | 一种柔性接地配电网故障复合消弧方法 |
| CN115622015A (zh) * | 2022-09-27 | 2023-01-17 | 西安西瑞控制技术股份有限公司 | 基于故障后配电网对地参数测量的有源消弧方法 |
-
2023
- 2023-11-15 CN CN202311521276.XA patent/CN117277246B/zh active Active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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