单回线零序电流分布特征关系的故障区段识别方法及系统

1.本发明属于配电网故障区段识别领域，具体为单回线零序电流分布特征关系的故障区段识别方法及系统。


背景技术：

2.我国配电网多采用中性点非有效接地运行方式，线路分支多、线路长度较短、电网结构复杂、电压等级低使得故障区段定位一直是智能电网研究的热点和难点。其单相接地故障占电网故障总数的80％左右，如果不及时处理，很容易发展为两、三相接地故障，造成大面积停电。因此，系统发生单相接地故障后快速、准确地选出故障馈线和故障区段对电网安全运行、提高供电可靠性、减少停电损失具有重要意义。
3.目前，在小电流接地系统的配电网中，故障选线和故障区段定位的可靠性有待提高。现有选线和区段定位方法有暂态行波法、瞬时功率法、零序导纳法、注入法等，但实际电网中影响正确选线和区段定位的因素多样，每一种方法的适用性都有限，因而到目前为止故障选线和区段定位问题仍然是研究和工程应用中的热点及难点。根据用户重要程度的等级，可将配电网馈线划分为关键馈线与非关键馈线，现有选线和区段定位方法大多集中式利用全网测量点信息来实现，无法做到全网测量点信息的高效利用。因此，针对配电网的关键馈线，如何合理高效地仅利用自身线路的有限测量点信息，来进行选线和区段定位的问题有待解决。


技术实现要素：

4.为了解决上述背景技术中所提难题，本发明提出单回线零序电流分布特征关系的故障区段识别方法及系统。
5.为了实现上述技术目的，达到上述技术效果。首先，本发明提出单回线零序电流分布特征关系的故障区段识别方法，其包括以下步骤：
6.(1)针对关键馈线，布置零序电流测量点和边缘节点并编号，在线监测母线零序电压，判断是否发生接地故障；
7.其中，零序电流测量点的布置原则为：针对配电网的关键线路，线路首、末端和线路分支处必须布置零序电流测量点，线路上测量点的布置间隔不超过2km；
8.其中，边缘节点的布置原则为：定义线路分支处将关键馈线划分为不同的区域，每个区域布置一个边缘节点；
9.其中，在线监测配电网母线零序电压是否越限，其门限值设定应躲避系统三相不平衡度达10％所带来的影响，当零序电压超过所设门限值时，判断为发生接地故障。
10.(2)故障录波装置获取关键馈线各测量点的零序电流原始波形并滤波，上传给本地边缘节点；
11.其中，当系统判定发生接地故障时，不同区域故障录波装置获取的各测量点零序电流波形上传给本地边缘节点，否则不上传。
12.(3)各个边缘节点提取故障后1s的信号波形，并利用fft提取工频分量计算各测量点零序电流的幅值；
13.其中，各个边缘节点利用fft提取工频分量计算所在区域内所有测量点的零序电流幅值(i为测量点编号，i＝1、2、3
…
)。
14.(4)所有边缘节点将幅值信息上传给主站，主站根据零序电流幅值沿线分布特征判断故障区段或发出预警信号。
15.其中，零序电流幅值沿线分布特征为：无论健全馈线还是故障馈线，零序电流沿线线性分布在整条线路上，其分布规律为，
16.(a)健全馈线各点零序电流幅值：
[0017][0018]
式中，x为与母线之间的距离；ic为健全馈线自身对地电容电流；k为线路单位长度的对地电容电流的值。
[0019]
(b)故障馈线各点零序电流幅值：
[0020][0021]
式中，i
∑_c
为中性点不接地系统的所有健全馈线对地电容电流之和(当中性点为消弧线圈接地方式时，该值为所有健全馈线对地电容电流和中性点电流之和)；i'c为故障点下游线路自身对地电容电流。
[0022]
其中，根据零序电流幅值沿线分布特征判断故障区段的具体步骤如下：
[0023]
(a)主站计算不同区域边缘节点所上传的测量点零序电流幅值的pearson线性相关系数：
[0024][0025]
式中，j为边缘节点的编号，(j＝1、2、3
…
)；xi为边缘节点j所在区域内的测量点到母线的距离，(i为测量点编号，i＝1、2、3
…
)；为边缘节点j所在区域内所有测量点到母线距离的平均值；为边缘节点j所在区域内所有测量点的零序电流幅值平均值。
[0026]
(b)根据相关系数的大小判断故障区域：
[0027][0028]
(c)找到故障区域内零序电流幅值最大值所对应的测量点i，则故障区段判定为测量点i与测量点i+1之间。
[0029]
其中，当根据零序电流幅值沿线分布特征没有找到故障区域，即关键馈线判定为健全馈线时，则发出预警信号警告故障发生在非关键馈线上。
[0030]
然后，本发明提供了单回线零序电流分布特征关系的故障区段识别系统，包括：量测单元、边缘计算单元、主站。其中：
[0031]
量测单元，用于采集关键馈线各测量点的零序电流原始信号并对其进行滤波；
[0032]
边缘计算单元，用于提取故障后1s的信号波形，并利用fft提取工频分量计算各测量点零序电流的幅值；
[0033]
主站，用于基于边缘计算单元上传的信息，根据零序电流幅值沿线分布特征判断故障区段或发出预警信号。
[0034]
与现有技术相比，本发明的有益效果：
[0035]
本发明公开的单回线零序电流分布特征关系的故障区段识别方法及系统，其针对不接地、消弧线圈接地方式配电网的关键馈线布置零序电流测量点，当故障位置位于关键馈线时，仅需线路自身的测量点信息便可识别出故障区段，该方法简单易行，所需采样频率较低，具有较高的实用性。
附图说明
[0036]
图1为单回线零序电流分布特征关系的故障区段识别方法流程图；
[0037]
图2为10kv中性点不接地配电网测量点与边缘节点布置拓扑图。
具体实施方式
[0038]
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
[0039]
本发明提出单回线零序电流分布特征关系的故障区段识别方法，其整体流程如图1所示，包括如下步骤：
[0040]
(1)如图2所示，针对关键馈线，布置零序电流测量点和边缘节点并编号，在线监测母线零序电压，判断是否发生接地故障；
[0041]
(2)故障录波装置获取关键馈线各测量点的零序电流原始波形并滤波，当系统判定发生接地故障时，上传给本地边缘节点，否则不上传；
[0042]
(3)各个边缘节点提取故障后1s的信号波形，并利用fft提取工频分量计算各测量点零序电流的幅值；
[0043]
(4)所有边缘节点将幅值信息上传给主站，主站计算不同区域边缘节点所上传的测量点零序电流幅值的pearson线性相关系数，从而根据相关系数的大小判断故障区域，在故障区域内确定零序电流幅值最大值所对应的测量点i，则故障区段判定为测量点i与测量点i+1之间。若没有找到故障区域，即关键馈线判定为健全馈线时，则发出预警信号警告故障发生在非关键馈线上
[0044]
本发明提供了单回线零序电流分布特征关系的故障区段识别系统，包括：量测单元、边缘计算单元、主站。其中：
[0045]
量测单元，用于采集关键馈线各测量点的零序电流原始信号并对其进行滤波；
[0046]
边缘计算单元，用于提取故障后1s的信号波形，并利用fft提取工频分量计算各测量点零序电流的幅值；
[0047]
主站，用于基于边缘计算单元上传的信息，根据零序电流幅值沿线分布特征判断故障区段或发出预警信号。
[0048]
算例验证：
[0049]
为了验证本发明的可靠性和有效性，本发明基于pscad/emtdc构建如图2所示的10kv中性点不接地配电网仿真模型。该仿真系统关键馈线包含17个零序电流测量点，16个
架空线路区段，5个边缘节点，其具体数据见表1所示。分别在区段02～03、区段05～06、区段08～09、区段12～13、区段15～16设置a相接地故障，故障过渡电阻为100ω，仿真采样频率设置为3.2khz，其故障区段识别结果如下表2所示。结果发现，本发明适用于具有多分支线路的配电网关键馈线，其故障区段识别结果均正确，该方法简单易行，所需采样频率较低，具有较高的实用性。
[0050]
表1配电网线路数据
[0051][0052]
表2不同区段故障下的故障区段识别结果
[0053][0054]
以上所述仅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，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。