基于模型参数识别的小电流接地选线方法技术

一种基于模型参数识别法的小电流接地选线方法。其特点是采用了模型参数识别的方法：对小电流系统中每条线路建立其背侧故障下的数学模型，当系统发生单相接地故障时，利用实时测得的零序电压电流数据用最小二乘法求解模型参数，借助得到的线路对地电容判断实际发生故障是否符合所建立的模型，进一步识别出故障线路。本方法原理简单明了，模型适用时间长，充分利用了故障暂态分量，故障特征识别灵敏，选线判据裕度大，提高了保护选线的精度和可靠性，并且耐过渡电阻能力强，不受消弧线圈和间歇电弧影响。每条线路可以独立进行选线，不需要群体比较，可以和馈线保护合为一体，满足配电自动化要求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电力系统继电保护领域，特别涉及一种。
技术介绍
在我国，电压等级在3-66kV的配电网络数量众多，广泛分布于电厂用电，二次变电站和大型厂矿的高压供电系统中，为我国社会稳定，工农业经济建设等方面发挥着极其重要的作用。我国配电网大多采用中性点不接地或经消弧线圈接地(即小电流接地)的运行方式。在这种系统发生单相接地故障(一般占70％以上)时，由于故障点的电流很小，电弧不稳定等原因，接地选线的问题一直没有得到圆满的解决。近年来，在电厂用电，二次变电站和大型厂矿的高压供电系统中发生了电缆爆炸，PT烧毁，甚至烧毁母线，造成电厂机组停运，工艺流程中断等恶性事故，对安全生产影响极大。我国从1958年开始研究此问题，相继提出了多种选线方法，基于不同的选线原理已经推出了几代产品，但实际应用中的效果并不理想。(肖白，束洪春，高峰.小电流接地系统单相接地故障选线方法综述继电器，2001，29(4)16-20)目前已提出的检测方法主要有基波零序电流方向、五次谐波电流方向、暂态电流首半波方向等。传统的以基频零序电流电压为特征的接地选线方法，主要是依靠群体比较电流的大小和方向。由于受线路参数，过渡电阻及其消弧线圈的影响，接地故障电流变化很大，尤其是高阻接地或消弧线圈全补偿的时候，接地电流很小，幅值和方向的测量困难，影响保护精度，灵敏度不高。基于零序及其5次以上谐波的方法虽然不受消弧线圈的影响，但故障信号中谐波分量小，灵敏度受到很大限制。而且，这种方法都需要比较各条支路电流的大小和方向，所以很难与馈线保护合为一体，不能满足配电自动化的要求。单相接地时，接地电容电流的暂态分量往往比稳态值大十几到几十倍，基于暂态信号的选线方法灵敏度较高且不受消弧线圈的影响，但现有方法大都有待完善。首半波法其极性关系成立时间极短(远小于暂态过程)，检测可靠性不高，而且在相电压过零时故障，首半波电流的暂态分量很小，以及过渡电阻的影响，该方法可能失效。基于小波变换的选线方法利用了故障电压和电流瞬时过程的特征量，具备了快速性和精确性，但易受外界电磁干扰和过渡电阻的影响。基于暂态零序电流特定分量方向比较的选线算法，虽然不受消弧线圈影响，但在故障过程(尤其是间歇电弧接地)中，故障线和健全线的方向参量的区别并不是时时存在。其他如利用人工神经网络(ANN)模式识别方法虽然有一定的自适应和容错性，但一方面得出结果的精度依赖于提供的样本的数量和完备性，另一方面训练样本需要大量的时间，这两点对一定规模的配电网是很难满足的。随着近些年来数字信号处理技术的发展，人们对暂态信号的选线方法研究大都集中在小波工具的使用上，但对基于配电线路本身电路模型特征的分析和利用上还缺乏研究。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种选线判据裕度大，检测可靠性和灵敏度高，不受消弧线圈影响，耐过渡电阻能力强，不需进行群体比较，选线各线路独立进行，可以和馈线保护合为一体，满足自动化要求，即使是间歇电弧接地造成的持续高频振荡过程仍然适用，保证了故障信号长期的有效性，使暂态信号得以充分利用的。为达到上述目的，本专利技术采用的选线方法为1)建立模型在一个具有多条出线的中性点不接地系统中，将线路等效成两端接地电容量值不等的∏模型，假设线路i背侧发生单相接地故障，根据此时零序电流电压关系，得u(k)=R0i(k)-R0C1-3u(k)+4u(k+1)-u(k+2)2T+L0-3i(k)+4i(k+1)-i(k+2)2T]]>-L0C1(u(k)-2u(k+1)+u(k+2))T2+1C2T(12i(k)+Σm=1k-1i(m))-C1C2u(k)]]>其中R0，L0，C1，C2分别为该线路的零序电阻，电感和电容值，u(k)，i(k)分别为故障发生后第k个采样点的零序电压和零序电流，T为采样间隔，同理，即可对系统每条线路建立模型；2)模型识别与判定模型中各电压电流量u(k)，i(k)均为已知，未知量为四个线路参数R0，L0和C1，C2，由f(R0，L0，C1，C2)＝0的方程，连续取六个采样点的数据，联立就可得到一个非线形方程组，采用最小二乘意义下的参数估计值求解这个非线形方程组即得待求的电容值C1；得到线路电容的参数估计值C1后，即可进行线路发生故障的模型识别，其具体选线方法为a)若线路电容参数平均值C为负，即C‾=1NΣk=1NC(k)<0]]>(1)若本线为超短线路，检测电容C(k)＞0的个数n；设m为电容总个数，若n≥klm，kl＜0.5为可靠系数，则本线为健全线路，否则为故障线路；(2)若本线非超短线路，所发生故障肯定不符合所建立模型，可直接判本线为故障线；其中C(k)是所得的电容参数序列；b)若线路电容平均值C为正，但C值变化剧烈，则认为所发生故障不符合所建立模型，判为本线故障，即C＞0且1mΣm=1m|C(k)-C‾||C‾|>σ]]> c)若以上两个条件均不满足，则判本线为健全线路；d)当所有线路判为健全线时，则母线为故障线路。对小电流系统中每条线路均建立其背侧故障下的数学模型，利用实时测得的零序电压电流数据用最小二乘法得到模型参数，依据得到的线路对地电容判断实际发生故障是否符合所建立的模型，进一步识别出故障线路。附图说明图1为单相接地故障系统零序网络图；图2为小电流接地系统线路背侧故障零序网络等效图；图3为∏型模型线路零序电流幅频特性图，其中横坐标为角频率纵坐标为幅值和相位；图4为中性点不接地系统故障线和健全线路计算电容波形对比图，其中横坐标为时间，纵坐标为计算电容值；图5为中性点经消弧线圈接地系统故障线路和健全线路计算电容波形对比图，其中横坐标为时间，纵坐标为计算电容值；图6为现场录波故障数据的零序电流电压波形图，其中横坐标为时间，纵坐标为电流电压量；图7为现场录波数据的健全线路和故障线路计算电容波形对比图，其中横坐标为时间，纵坐标为计算电容值；图8为选线流程图。具体实施例方式下面结合附图对本专利技术作进一步详细说明。1)建立模型一个具有多条出线的中性点不接地系统，把线路等效成∏型模型，考虑线路末端负荷变压器等元件的影响，将其等效成一个具体量值未知的接地电容，所以线路集中参数模型两侧的接地电容值并不相等。假设线路i背侧发生单相接地故障，根据此时零序电流电压关系，得到如下关系u0=R0(i0-C1du0dt)+L0ddt(i0-C1du0dt)+1C2∫0i(i0-C1du0dt)dt----(1)]]>其中R0，L0，C1，C2分别为该线路的零序电阻，电感和电容值。u0，i0分别表示保护安装处实时测得的母线零序电压和流过线路的零序电流值。这是一个时域的微积分方程，将微分和积分分别用数值微分公式，复化梯形积分公式代替，可得u(k)=R0i(k)-R0C1-3u(k)+4u(k+1)-u(k+2)2T+L0-3i(k)+4i(k+1)-i(k+2)2T]]>-L0C1(u(k)-2u(k+1)+u(k+2))T2+1C2T(12i(k)+&Si本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于模型参数识别的小电流接地选线方法，其特征在于：１）建立模型在一个具有多条出线的中性点不接地系统中，将线路等效成两端接地电容量值不等的∏模型，假设线路ｉ背侧发生单相接地故障，根据此时零序电流电压关系，得：＊＊＊ 其中Ｒ↓［０］，Ｌ↓［０］，Ｃ↓［１］，Ｃ↓［２］分别为该线路的零序电阻，电感和电容值，ｕ（ｋ），ｉ（ｋ）分别为故障发生后第ｋ个采样点的零序电压和零序电流，Ｔ为采样间隔，同理，即可对系统每条线路建立模型；２）模型识别与判定　 　模型中各电压电流量ｕ（ｋ），ｉ（ｋ）均为已知，未知量为四个线路参数Ｒ↓［０］，Ｌ↓［０］和Ｃ↓［１］，Ｃ↓［２］，由ｆ（Ｒ↓［０］，Ｌ↓［０］，Ｃ↓［１］，Ｃ↓［２］）＝０的方程，连续取六个采样点的数据，联立就可得到一个非线形方程组， 采用最小二乘意义下的参数估计值求解这个非线形方程组即得待求的电容值Ｃ↓［１］；得到线路电容的参数估计值Ｃ↓［１］后，即可进行线路发生故障的模型识别，其具体选线方法为：ａ）若线路电容参数平均值＊为负，即：＊＝１／Ｎ＊Ｃ （ｋ）＜０（１）若本线为超短线路，检测电容Ｃ（ｋ）＞０的个数ｎ；设ｍ为电容总个数，若ｎ≥ｋ↓［１］ｍ，ｋ↓［１］＜０．５为可靠系数，则本线为健全线路，否则为故障线路；（２）若本线非超短线路，所发生故障肯定不符合所建立模型，可 直接判本线为故障线；其中Ｃ（ｋ）是所得的电容参数序列；ｂ）若线路电容平均值＊为正，但＊值变化剧烈，则认为所发生故障不符合所建立模型，判为本线故障，即：＊＞０且＊＞σｃ）若以上两个条件均不满足，则判本线为健全线 路；ｄ）当所有线路判为健全线时，则母线为故障线路。...

【技术特征摘要】
1.一种基于模型参数识别的小电流接地选线方法，其特征在于1)建立模型在一个具有多条出线的中性点不接地系统中，将线路等效成两端接地电容量值不等的∏模型，假设线路i背侧发生单相接地故障，根据此时零序电流电压关系，得u(k)=R0i(k)-R0C1-3u(k)+4u(k+1)-u(k+2)2T+L0-3i(k)+4i(k+1)-i(k+2)2T]]>-L0C1(u(k)-2u(k+1)+u(k+2))T2+1C2T(12i(k)+Σm=1k-1i(m))-C1C2u(k)]]>其中R0，L0，C1，C2分别为该线路的零序电阻，电感和电容值，u(k)，i(k)分别为故障发生后第k个采样点的零序电压和零序电流，T为采样间隔，同理，即可对系统每条线路建立模型；2)模型识别与判定模型中各电压电流量u(k)，i(k)均为已知，未知量为四个线路参数R0，L0和C1，C2，由f(R0，L0，C1，C2)＝0的方程，连续取六个采样点的数据，联立就可得到一个非线形方程组...

【专利技术属性】
技术研发人员：索南加乐，张超，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：87[中国|西安]