基于暂态能量分析的配电网小电流接地故障区段定位方法技术

本发明专利技术公开了一种基于暂态能量分析的配电网小电流接地故障区段定位方法，该方法包括以下步骤：首先确定数字滤波器通频带范围，并在配电网的每个节点均配置一台微型PMU；利用微型PMU获取配电网各个节点的零序电压相量和零序电流相量，根据各个节点的零序电压相量和零序电流相量判断系统是否发生故障，若发生故障，则启动故障定位，读取各个微型PMU记录的三相电流信号，利用三相电流信号计算各个节点的暂态零序电流，对暂态零序电流进行处理，计算各个区段的暂态能量，根据各个区段的暂态能量确定故障区段。本发明专利技术所利用的故障特征物理含义清晰，对多分支线路的故障区段定位准确度和可靠性高，不需要投入与消弧线圈并联的中电阻或安装信号注入设备。

【技术实现步骤摘要】
基于暂态能量分析的配电网小电流接地故障区段定位方法
本专利技术属于电力系统电力线路故障定位的设计领域，尤其涉及一种基于PMU同步数据暂态能量分析的配电网小电流接地故障区段定位方法。
技术介绍
中性点非直接接地方式(中性点不接地和中性点经消弧线圈接地)是国内中压配电网最主要的中性点接地方式，其单相接地故障属于小电流接地故障。单相接地故障在配电网故障中的占比达80％以上，小电流接地故障的稳态特征微弱，而消弧线圈的补偿作用则进一步削弱了故障特征。目前故障区段定位方法还不成熟，主要包括主动式故障定位方法和被动式故障定位方法。其中主动式故障定位方法需要增加信号注入和检测设备，弧光接地故障定位效果差，并且可能扩大故障。被动式故障定位方法主要包括稳态法和暂态法。稳态法容易受到消弧线圈补偿作用的影响；暂态法与稳态法相比，利用的故障信息更丰富，可以消除消弧线圈的影响，但同时包含了全频段的波形信息，容易受到噪声干扰，准确性有待提高。在中低压配电网中，电网实时监测手段不完善也是限制实现配电网快速故障定位的重要原因之一。微型PMU是实时获取系统运行状态的重要手段，基于微型PMU构建配电网广域测量系统是当前的发展方向，在配电网继电保护、状态估计、稳定控制以及扰动识别等领域发挥着重要的作用。与传统的馈线终端单元(FTU)相比，微型PMU能够提供同步相量数据和波形数据，安装地点不局限于发电厂及变电站，并且可以应用数据主站进行全网故障信息的获取与处理，为小电流接地系统的故障区段定位提供了强有力的硬件支持。
技术实现思路
为了克服传统的定位方法故障定位精度低、识别困难、需要额外安装设备等不足，本专利技术提供了一种基于PMU同步数据暂态能量分析的配电网小电流接地故障区段定位方法。本专利技术所采用的技术方案是：一种基于暂态能量分析的配电网小电流接地故障区段定位方法，该方法包括以下步骤：(1)确定数字滤波器通频带范围，并在配电网的每个节点均配置一台微型PMU；(2)利用微型PMU获取配电网各个节点的零序电压相量和零序电流相量，根据各个节点的零序电压相量和零序电流相量判断系统是否发生故障，若发生故障，则启动故障定位，进入步骤(3)，否则循环执行步骤(2)；(3)读取各个微型PMU记录的三相电流信号，利用三相电流信号计算各个节点的暂态零序电流，利用数字滤波器对暂态零序电流进行处理，计算各个区段的暂态能量，根据所述各个区段的暂态能量确定故障区段。进一步的，所述步骤(1)中，确定数字滤波器通频带范围的步骤包括：(1-1)根据所述配电网的拓扑结构建立零序网络；(1-2)根据所述零序网络确定网络中线路距离相距最长的两点及其对应的最长距离lm；(1-3)根据所述最长距离lm计算数字滤波器的上截止频率fc2；(1-4)根据配电网的中性点接地方式确定数字滤波器的下截止频率fc1；(1-5)确定数字滤波器的通频带范围为fc1～fc2，并由此设计数字滤波器。进一步的，若配电网的中性点不接地，则所述数字滤波器的下截止频率fc1为0Hz，若配电网的中性点经消弧线圈接地，则所述数字滤波器的下截止频率fc1为150Hz。进一步的，所述上截止频率fc2的计算公式为：其中，Lp和Cp分别为单位长度线路的电感和分布电容，α为加权系数且α取0～1。进一步的，所述步骤(2)中，比较每个所述微型PMU计算得到的零序电压相量模值与0.15倍的额定线电压模值的大小，以及每个所述微型PMU计算得到的零序电流相量模值与0.1倍的额定线电流模值的大小，若零序电压相量模值大于0.15倍的额定线电压模值，且零序电流相量模值小于0.1倍的额定线电流模值，则系统发生故障，启动故障定位；否则系统未发生故障。进一步的，所述步骤(3)中，确定故障区段的步骤包括：(3-1)主站从各个所述微型PMU中读取自故障时刻开始记录的三相电流信号；(3-2)计算所述三相电流信号的平均值，得到流经各个节点的暂态零序电流；(3-3)将流经各区段父节点上的暂态零序电流减去流经各区段所有子节点上的暂态零序电流之和，得到各个区段流出的暂态对地电容电流；(3-4)利用所述数字滤波器对暂态对地电容电流进行滤波，得到各个区段的暂态对地电容电流分量；(3-5)根据暂态对地电容电流分量计算各个区段的暂态能量；(3-6)将各个区段的暂态能量的最大值与各区段的暂态能量之和相比，根据二者比值与1的大小，确定故障发生的区段。进一步的，所述将各个区段的暂态能量的最大值与各个区段的暂态能量的和相比，根据二者比值与1的大小，确定故障发生的区段的步骤包括：求出各个区段的暂态能量的最大值ESFB,m及其对应区段m；将各个区段的暂态能量的最大值ESFB,m与其余各区段的暂态能量之和相比；若大于1，则故障发生在区段m；否则，则故障发生在变电站母线处。进一步的，区段j的暂态能量ESFB,j的计算公式为：其中，iC0,j(k)为区段j的暂态对地电容电流；N为用于计算的数据个数，其大小根据采样频率与暂态过程的持续时间而定。一种基于暂态能量分析的配电网小电流接地故障区段定位装置，用于实现对配电网小电流接地故障区段定位，该装置包括：数字带通滤波器设计模块，根据配电网的拓扑结构确定数字滤波器通频带的下截止频率，根据线路的中性点接地方式确定数字滤波器通频带的上截止频率，确定数字滤波器通频带范围，设计数字带通滤波器；故障判断模块，利用微型PMU获取配电网各个节点的零序电压相量和零序电流相量，根据各个节点的零序电压相量和零序电流相量判断系统是否发生故障，若发生故障，则启动故障定位；故障定位模块，读取各个微型PMU记录的三相电流信号，利用三相电流信号计算各个节点的暂态零序电流，利用数字滤波器对暂态零序电流进行处理，计算各个区段的暂态能量，根据所述各个区段的暂态能量确定故障区段。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术采用区段的暂态对地电容电流分量、暂态能量等作为故障特征，所利用的故障特征物理含义清晰，故障区段与健全区段的故障特征量区别大，对多分支线路的故障区段定位准确度和可靠性高，并且不受中性点运行方式、接地电阻和合闸角的影响；(2)本专利技术提出的判断系统是否发生故障的判据的阈值数学关系明确，并且不需要随着网络拓扑的变化而设定，识别简单；(3)本专利技术不需要投入与消弧线圈并联的中电阻或安装信号注入设备，成本低，易于实施；(4)本专利技术仅测量暂态零序电流，避免了在相对地之间安装电压互感器，简化了分段开关的设计和施工。附图说明构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，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。图1是基于PMU同步数据暂态能量分析的配电网小电流接地故障区段定位方法流程图；图2是本专利技术实施例公开的零序网络结构图。具体实施方式下面结合附图与实施例对本专利技术作进一步说明。应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于暂态能量分析的配电网小电流接地故障区段定位方法，其特征是，包括以下步骤：(1)确定数字滤波器通频带范围，并在配电网的每个节点均配置一台微型PMU；(2)利用微型PMU获取配电网各个节点的零序电压相量和零序电流相量，根据各个节点的零序电压相量和零序电流相量判断系统是否发生故障，若发生故障，则启动故障定位，进入步骤(3)，否则循环执行步骤(2)；(3)读取各个微型PMU记录的三相电流信号，利用三相电流信号计算各个节点的暂态零序电流，利用数字滤波器对暂态零序电流进行处理，计算各个区段的暂态能量，根据所述各个区段的暂态能量确定故障区段。

【技术特征摘要】
1.一种基于暂态能量分析的配电网小电流接地故障区段定位方法，其特征是，包括以下步骤：(1)确定数字滤波器通频带范围，并在配电网的每个节点均配置一台微型PMU；(2)利用微型PMU获取配电网各个节点的零序电压相量和零序电流相量，根据各个节点的零序电压相量和零序电流相量判断系统是否发生故障，若发生故障，则启动故障定位，进入步骤(3)，否则循环执行步骤(2)；(3)读取各个微型PMU记录的三相电流信号，利用三相电流信号计算各个节点的暂态零序电流，利用数字滤波器对暂态零序电流进行处理，计算各个区段的暂态能量，根据所述各个区段的暂态能量确定故障区段。2.根据权利要求1所述的基于暂态能量分析的配电网小电流接地故障区段定位方法，其特征是，所述步骤(1)中，确定数字滤波器通频带范围的步骤包括：(1-1)根据所述配电网的拓扑结构建立零序网络；(1-2)根据所述零序网络确定网络中线路距离相距最长的两点及其对应的最长距离lm；(1-3)根据所述最长距离lm计算数字滤波器的上截止频率fc2；(1-4)根据配电网的中性点接地方式确定数字滤波器的下截止频率fc1；(1-5)确定数字滤波器的通频带范围为fc1～fc2，并由此设计数字滤波器。3.根据权利要求2所述的基于暂态能量分析的配电网小电流接地故障区段定位方法，其特征是，若配电网的中性点不接地，则所述数字滤波器的下截止频率fc1为0Hz，若配电网的中性点经消弧线圈接地，则所述数字滤波器的下截止频率fc1为150Hz。4.根据权利要求2所述的基于暂态能量分析的配电网小电流接地故障区段定位方法，其特征是，所述上截止频率fc2的计算公式为：其中，Lp和Cp分别为单位长度线路的电感和分布电容，α为加权系数且α取0～1。5.根据权利要求1所述的基于暂态能量分析的配电网小电流接地故障区段定位方法，其特征是，所述步骤(2)中，比较每个所述微型PMU计算得到的零序电压相量模值与0.15倍的额定线电压模值的大小，以及每个所述微型PMU计算得到的零序电流相量模值与0.1倍的额定线电流模值的大小，若零序电压相量模值大于0.15倍的额定线电压模值，且零序电流相量模值小于0.1倍的额定线电流模值，则系统发生故障，启动故障定位；否则系统未发生故障。6.根据权利要求1所述的基于暂态能量分析的...

【专利技术属性】
技术研发人员：张恒旭，王雪文，石访，谢伟，柳劲松，张勇，凌平，方陈，时志雄，刘舒，
申请(专利权)人：山东大学，国网上海市电力公司，华东电力试验研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37