一种配电网单相接地故障后对地参数实时测量算法制造技术

本发明专利技术公开了一种配电网单相接地故障后对地参数实时测量算法，方案如下：1.对配电网三相电源电压以及零序电压进行实时采样，监测单相接地故障的发生与否，并在故障后进行选相操作。2.当配电网单相接地故障发生以后，向电网注入非工频特征信号，列写时域微分方程并利用三角函数公式将电压电流信号中的工频分量滤除，构建只含有特征分量的微分方程，通过拟合计算故障后配电网三相对地电容和过渡电阻。本发明专利技术所述的对地参数测量算法，不受配电网结构变化和消弧线圈支路参数已知与否的影响，能够反映并实时跟踪故障后配电网结构的变化，能够为有源电流消弧提供实时准确的补偿电流指令参考，进而实现配电网单相接地故障的快速熄弧。弧。弧。

【技术实现步骤摘要】
一种配电网单相接地故障后对地参数实时测量算法


[0001]本专利技术属于配电网单相接地故障有源消弧领域，具体涉及一种配电网单相接地故障后对地参数实时测量算法。

技术介绍

[0002]我国中低压配电网普遍采用中性点经消弧线圈接地等小电流接地方式，但随着我国中低压配电网中电缆和非线性负荷的大规模接入，单相接地故障电流的有功分量显著增大。而经消弧线圈接地的中性点接地方式无法补偿接地故障电流中的有功分量，导致故障点处的电弧无法自行熄灭，会产生弧光接地过电压等严重后果，这不仅威胁工作人员的人身安全，而且可能造成大面积停电等事故，严重影响电网的安全稳定运行。针对传统无源消弧方法无法补偿有功电流的缺陷，国内外学者分别提出了有源电压消弧和有源电流消弧的概念，其中有源电压电弧一般采用将故障相母线对地电压限制为零的方法，但对于低阻接地故障，负荷电流交大、故障点距母线距离较远时，故障点处电压与故障相母线电压并不相等，这使得有源电压消弧方法面对低阻接地故障时消弧效果不佳；而有源电流消弧通过计算配电网对地参数求取逆变器补偿电流指令，在低阻故障时也能实现故障电流的全补偿，但是其十分依赖对地参数测量的速度和准确性。现有的对地参数测量方案一般选择在故障前进行，通过在中性点注入工频或非工频电流信号并检测对应频率下零序电压电流来计算对地参数，该方案在故障前向电网施加扰动不仅会影响电网的正常运行状态，而且无法反映故障后配电网结构与参数的变化，制约了有源电流消弧的应用。

技术实现思路

[0003]本专利技术提出一种配电网单相接地故障后对地参数实时测量算法，以克服现有技术存在的有源电流消弧对地参数测量的速度和准确性不高，无法反映故障后配电网结构与参数的变化的问题。
[0004]为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种配电网单相接地故障后对地参数实时测量算法，包括以下步骤：
[0005]步骤1：对三相电源电压和零序电压进行采样，监测单相接地故障的发生与否；
[0006]步骤2：检测到单相接地故障发生后，通过有效消弧装置主动地向配电网中性点注入非工频特征信号，测量逆变器注入电流、消弧线圈支路电流及中性点电压，根据配电网的对地等效电路列写时域微分方程，利用数字滤波算法滤除所测电气量中的工频分量，构建只含有特征分量的微分方程，通过最小二乘拟合算法计算故障后配电网三相对地电容和过渡电阻；
[0007]步骤3：根据步骤2得到的配电网对地参数以及选相结果，计算有源逆变器向中性点注入的工频电流指令值，实现配电网接地故障电流的全补偿。
[0008]进一步的，上述步骤2中，检测到单相接地故障发生后，通过有源消弧装置主动向配电网中性点注入非工频特征信号，根据配电网的对地等效电路列写时域微分方程，具体
表达式如下：
[0009][0010]上式中，i0为系统零序电流，u0为配电网中性点处的电压，u
f
为系统等效零序电压源，C
∑
为配电网各馈线对地电容之和，R
f
为故障支路的过渡电阻；
[0011]进一步的，上述步骤2中，构建只含有非工频特征分量的微分方程的具体方法如下：
[0012]第k个采样点的微分方程如下：
[0013][0014]第k+1个采样点的微分方程如下：
[0015][0016]第k+1个采样点的微分方程如下：
[0017][0018]其中，i0(k)，u0(k)为第k个采样点电流、电压互感器的测量结果，U
f
为系统等效零序电压源的幅值，ω为工频所对应的角频率，Δt为相邻采样点之间的时间间隔。i0(k+1)，u0(k+1)为第k+1个采样点电压电流互感器的测量结果,i0(k
‑
1)，u0(k
‑
1)为第k
‑
1个采样点电压电流互感器的测量结果；
[0019]将第k
‑
1和第k+1个采样点的微分方程相加并除以2cos(ωΔt)可得：
[0020][0021]将上式与第k个采样点的微分方程做差得到只含有非工频分量的微分方程：
[0022]进一步的，上述步骤2中，采用五点数值微分公式计算采样点处的导数值，即：
[0023]进一步的，上述步骤3中，补偿电流指令值I
m
的计算方法为：
[0024][0025]上式中，E
i
为故障相电源电压，i＝A,B,C，R
h
为消弧线圈支路的阻尼电阻， L
p
为消
弧线圈的电感，C
∑
为配电网对地电容之和，
[0026]R
h
、L
p
的计算方式如下：
[0027](2)列写时域微分方程；
[0028][0029](2)依据步骤2中构建只含有非工频分量微分方程的方法构建只含有阻尼电阻和消弧线圈电感的微分方程，通过函数拟合得到消弧线圈电感L
p
与消弧线圈阻尼电阻R
h
。
[0030]与现有配电网有源消弧技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0031]1、本专利技术采用参数识别的思想，在时域构建只含有注入特征分量的微分方程，进而对故障后配电网的对地电容和过渡电阻进行识别，在消弧线圈支路的电感和阻尼电阻未知的情况下也可对其进行计算。
[0032]2、本专利技术在故障后主动注入探测信号并测量配电网的对地参数，不仅避免了传统方案在故障前注入信号给系统带来的影响，而且能够反映并实时跟踪故障后配电网结构的变化。
[0033]3、本专利技术只需半周波甚至四分之一周波的采样点数据即可实现系统对地参数的准确求取，不受配电网结构变化和消弧线圈支路参数已知与否的影响，快速准确地跟踪故障后配电网参数的变化，为逆变器的补偿电流指令提供参考，进而实现配电网单相接地故障的快速熄弧。
[0034]4、在步骤二中，采用五点数值微分公式计算采样点处的导数值，这是由于公式微分方程中含有电压采样值的导数项，故在多元函数拟合时需要计算采样点处零序电压的偏导数值。该公式为一阶导数的五点数值微分公式，相较于三点数值微分公式，其截断误差更小，计算精度更高。
附图说明
[0035]图1为本专利技术实施例所述的配电网有源消弧拓扑结构图；
[0036]图2为本专利技术实施例所述的配电网单相接地故障后对地等效电路图；
[0037]图3为本专利技术实施例所述算法流程图；
[0038]图4为过渡电阻为50Ω时本专利技术中拟合算法的结果可视化图；
[0039]图5过渡电阻为50Ω时经本专利技术方法算法补偿后的故障点电流波形图。
具体实施方式
[0040]下面结合附图对本专利技术作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本专利技术的技术方案，而不能以此来限制本专利技术的保护范围。
[0041]本专利技术所述一种配电网单相接地故障后对地参数实时测量算法，该方法在故障后通过配电网中性点向配网中注入非工频本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种配电网单相接地故障后对地参数实时测量算法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：对三相电源电压和零序电压进行采样，监测单相接地故障的发生与否；步骤2：检测到单相接地故障发生后，通过有效消弧装置主动地向配电网中性点注入非工频特征信号，测量逆变器注入电流、消弧线圈支路电流及中性点电压，根据配电网的对地等效电路列写时域微分方程，利用数字滤波算法滤除所测电气量中的工频分量，构建只含有特征分量的微分方程，通过最小二乘拟合算法计算故障后配电网三相对地电容和过渡电阻；步骤3：根据步骤2得到的配电网对地参数以及选相结果，计算有源逆变器向中性点注入的工频电流指令值，实现配电网接地故障电流的全补偿。2.根据权利要求1所述的一种配电网单相接地故障后对地参数实时测量算法，其特征在于，所述步骤2中，检测到单相接地故障发生后，通过有源消弧装置主动向配电网中性点注入非工频特征信号，根据配电网的对地等效电路列写时域微分方程，具体表达式如下：上式中，i0为系统零序电流，u0为配电网中性点处的电压，u
f
为系统等效零序电压源，C
∑
为配电网各馈线对地电容之和，R
f
为故障支路的过渡电阻；3.根据权利要求2所述的一种配电网单相接地故障后对地参数实时测量算法，其特征在于，所述步骤2中，构建只含有非工频特征分量的微分方程的具体方法如下：第k个采样点的微分方程如下：第k+1个采样点的微分方程如下：第k+1个采样点的微分方程如下：其中，i0(k)，u0(k)为第k个采样点电流、电压互感器的测量结果，U
f
为系统等...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷智荣，王志成，任小虎，张小宁，赵航，汪俊峰，党长富，李聪，贠保记，
申请(专利权)人：西安西瑞控制技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：