一种基于零序电压相邻次差分构成的平面上相邻点距离的配电网虚幻接地识别方法转让专利
申请号 : CN201310635841.5
文献号 : CN103675537B
文献日 : 2016-07-20
发明人 : 束洪春 , 曹璞璘 , 高利 , 方夏
申请人 : 昆明理工大学
摘要 :
本发明涉及一种基于零序电压相邻次差分构成的平面上相邻点距离的配电网虚幻接地识别方法，属于电力系统继电保护技术领域。本发明为当中性点经消弧线圈接地的配电网发生故障或虚幻接地时，提取故障或虚幻接地后短时窗内的配网母线零序电压数据；求取零序电压数据的一阶差分和二阶差分，以一阶差分和二阶差分构造平面，求取该平面上相邻点距离的平方和，根据相邻点距离平方和的大小对虚幻接地和单相接地故障进行判定。本发明仅需对零序电压数据进行差分、平方与求和计算，计算简单，容易实现。
权利要求 :
1.一种基于零序电压相邻次差分构成的平面上相邻点距离的配电网虚幻接地识别方法，其特征在于：当中性点经消弧线圈接地的配电网发生故障时，提取故障或虚幻接地后短时窗内的配网母线零序电压数据，求取零序电压数据的一阶差分和二阶差分，以一阶差分和二阶差分构造平面，求取该平面上相邻点距离的平方和，根据相邻点距离平方和的大小对虚幻接地和单相接地故障进行判别；
所述方法具体步骤如下：
(1)配电网线路发生单相接地故障或虚幻接地后，选线装置立即启动并录波，记录母线零序电压；
(2)提取发生故障或虚幻接地后短时窗内的零序电压数据u0(n)，计算一阶差分d[1](n)和二阶差分d[2](n)：d[1](n)＝u0(n)-u0(n-1)d[2](n)＝d[1](n)-d[1](n-1)式中，n为离散数据第n个采样点；
(3)以d[2](n)为横轴，以d[1](n)为纵轴构造相邻阶次差分平面，求取该平面上相邻点距离的平方dist2(n)2；
dist2(n)2＝[d[2](n)-d[2](n-1)]2+[d[1](n)-d[1](n-1)]2(4)对数据dist2(n)2求和，求得dist2sum：式中：N为采样点总数；
(5)判断dist2sum大小；
若dist2sum如果大于1，则为接地故障；
若dist2sum小于或等于1，则为虚幻接地。
说明书 :
一种基于零序电压相邻次差分构成的平面上相邻点距离的配
电网虚幻接地识别方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种基于零序电压相邻次差分构成的平面上相邻点距离的配电网虚幻接地识别方法，属于电力系统继电保护技术领域。
背景技术
[0002] 当中性点经消弧线圈接地的配电网正常运行时，消弧线圈通常处于过补偿状态。当系统馈线增多时，系统容性电流增大，自动调谐装置会自动跟踪电容电流的变化调节消弧线圈电感值，调节过程中系统很有可能进入全补偿状态，从而产生并联谐振过电压，谐振过电压可能会接近甚至超过单相接地故障时的中性点位移电压，这种现象称为虚幻接地。
如果中性点电压的升高是因单相接地故障引起的，应调节消弧线圈使脱谐度减小，向全补偿方向调节；若中性点电压的升高是因虚幻接地引起的，则应调节消弧线圈使其脱谐度增大，向过补偿增大的方向调节，以消除并联谐振。
如果中性点电压的升高是因单相接地故障引起的，应调节消弧线圈使脱谐度减小，向全补偿方向调节；若中性点电压的升高是因虚幻接地引起的，则应调节消弧线圈使其脱谐度增大，向过补偿增大的方向调节，以消除并联谐振。
[0003] 单相接地和虚幻接地引起的中性点位移电压在稳态数值上区别不明显，故很难通过比较中性点位移电压稳态值的大小来对虚幻接地和单相接地进行辨识。实际运行经验表明，目前有两种方法对识别虚幻接地和单相接地十分有效的。一种是在中性点电压升高后，调节消弧线圈档位，改变等效电感值，通过监测由此引起的中性点电压变化来区分二者。另一种方法是通过监测零序电压的上升斜率对二者加以区分。但上述两种方法所需时窗都较长，不利于及时发现单相接地故障。
发明内容
[0004] 本发明要解决的技术问题是提供一种基于零序电压相邻次差分构成的平面上相邻点距离的虚幻接地与单相接地故障的判别方法，克服现有识别虚幻接地和单相接地方法所需时窗较长、不利于及时发现单相接地故障的不足。
[0005] 本发明的技术方案是：一种基于零序电压相邻次差分构成的平面上相邻点距离的配电网虚幻接地识别方法，当中性点经消弧线圈接地的配电网发生故障时，提取故障或虚幻接地后短时窗内的配网母线零序电压数据，求取零序电压数据的一阶差分和二阶差分，以一阶差分和二阶差分构造平面，求取该平面上相邻点距离的平方和，根据相邻点距离平方和的大小对虚幻接地和单相接地故障进行判别。
[0006] 所述方法具体步骤如下：
[0007] (1)配电网线路发生单相接地故障或虚幻接地后，选线装置立即启动并录波，记录母线零序电压；
[0008] (2)提取发生故障或虚幻接地后短时窗内的零序电压数据u0(n)，计算一阶差分d[1](n)和二阶差分d[2](n)：
[0009] d[1](n)＝u0(n)-u0(n-1)
[0010] d[2](n)＝d[1](n)-d[1](n-1)
[0011] 式中，n为离散数据第n个采样点；
[0012] (3)以d[2](n)为横轴，以d[1](n)为纵轴构造相邻阶次差分平面，求取该平面上相邻点距离的平方dist2(n)2；
[0013] dist2(n)2＝[d[2](n)-d[2](n-1)]2+[d[1](n)-d[1](n-1)]2
[0014] (4)对数据dist2(n)2求和，求得dist2sum：
[0015]
[0016] 式中：N为采样点总数；
[0017] (5)判断dist2sum大小：
[0018] 若dist2sum如果大于1，则为接地故障；
[0019] 若dist2sum小于或等于1，则为虚幻接地。
[0020] 本发明的原理是：
[0021] 1、一阶差分和二阶差分求取：
[0022] 提取发生故障或虚幻接地后5ms的零序电压数据u0(n)，计算一阶差分d[1](n)和二阶差分d[2](n)：
[0023] d[1](n)＝u0(n)-u0(n-1) (1)
[0024] d[2](n)＝d[1](n)-d[1](n-1) (2)
[0025] 式中，n为离散数据第n个采样点；
[0026] 2、相邻阶次差分平面上相邻点距离平方和计算：
[0027] 定义在以d[2](n)为横轴，以d[1](n)为纵轴的平面上相邻点距离的平方为：
[0028] dist2(n)2＝[d[2](n)-d[2](n-1)]2+[d[1](n)-d[1](n-1)]2 (3)[0029] 对发生故障或虚幻接地后5ms的dist2(n)2进行求和，求取dist2sum
[0030]
[0031] 3、虚幻接地与单相接地故障的判别：
[0032] 当发生虚幻接地时，零序电压幅值逐渐增大，在一阶差分和二阶差分构造的映射平面上，相邻点之间的距离较小。当发生单相接地故障时，零序电压瞬时值由零突然增加至十几或几十kV，与虚幻接地情况相比，一阶差分和二阶差分形成的映射平面上相邻点之间的距离较大。可以采用如下判据进行单相接地故障和虚幻接地判别：若dist2sum>1，则判断为接地故障；若dist2sum≤1，则判断为虚幻接地。
[0033] 本发明的有益效果是：
[0034] 1、仅需对零序电压数据进行差分、平方与求和计算，计算简单，容易实现；
[0035] 2、采用5ms短时窗进行判定分析，所需时窗较短；
附图说明
[0036] 图1为本发明实施例谐振系统单相接地故障仿真模型；
[0037] 图2为本发明单相接地故障时零序电压的波形图；
[0038] 图3为本发明虚幻接地时零序电压的波形图；
[0039] 图4为本发明发生虚幻接地时，对应的dist2(n)2的波形；
[0040] 图5为本发明发生单相接地故障时，对应的dist2(n)2的波形；
[0041] 图6为本发明步骤流程图。
具体实施方式
[0042] 下面结合附图和具体实施方式，对本发明作进一步说明。
[0043] 实施例1：一种基于零序电压相邻次差分构成的平面上相邻点距离的配电网虚幻接地识别方法，当中性点经消弧线圈接地的配电网发生故障时，提取故障或虚幻接地后短时窗内的配网母线零序电压数据，求取零序电压数据的一阶差分和二阶差分，以一阶差分和二阶差分构造平面，求取该平面上相邻点距离的平方和，根据相邻点距离平方和的大小对虚幻接地和单相接地故障进行判别。
[0044] 所述方法具体步骤如下：
[0045] (1)配电网线路发生单相接地故障或虚幻接地后，选线装置立即启动并录波，记录母线零序电压；
[0046] (2)提取发生故障或虚幻接地后5ms的零序电压数据u0(n)，计算一阶差分d[1](n)和二阶差分d[2](n)：
[0047] d[1](n)＝u0(n)-u0(n-1)
[0048] d[2](n)＝d[1](n)-d[1](n-1)
[0049] 式中，n为离散数据第n个采样点；
[0050] (3)以d[2](n)为横轴，以d[1](n)为纵轴构造相邻阶次差分平面，求取该平面上相邻点距离的平方dist2(n)2；
[0051] dist2(n)2＝[d[2](n)-d[2](n-1)]2+[d[1](n)-d[1](n-1)]2
[0052] (4)对数据dist2(n)2求和，求得dist2sum：
[0053]
[0054] 式中：N为采样点总数；
[0055] (5)判断dist2sum大小：
[0056] 若dist2sum如果大于1，则为接地故障；
[0057] 若dist2sum小于或等于1，则为虚幻接地。
[0058] 实施例2：如图1所示110kV/35kV中性点经消弧线圈接地配电网系统单相接地故障仿真模型，它有6条馈线，Z字型变压器中性点通过消弧线圈串联电阻地。架空馈线L1＝15km、L3＝18km、L5＝30km，线–缆混合馈线L4＝17km，其架空馈线12km、电缆5km，电缆馈线L2＝6km、L6＝8km。其中，架空馈线为JS1杆型，LGJ－70型导线，档距80m，电缆馈线为YJV23-
35/95型电缆。该电网中的G为无限大电源；T为主变压器，变比为110kV/35kV，联结组别为YN/d11；TZ是Z字形变压器；L为消弧线圈；R为消弧线圈的阻尼电阻。馈线采用架空线路、架空线—电缆混合线路和电缆线路三种线路。
35/95型电缆。该电网中的G为无限大电源；T为主变压器，变比为110kV/35kV，联结组别为YN/d11；TZ是Z字形变压器；L为消弧线圈；R为消弧线圈的阻尼电阻。馈线采用架空线路、架空线—电缆混合线路和电缆线路三种线路。
[0059] 现假设馈线L1距离母线5km处发生A相接地故障，故障初始相角为0°，采样率设为10kHz。在该模型下，仿真得到单相接地故障时中性点零序电压值如图4所示。选取装置启动后5ms时窗的零序电压数据，求取零序电压数据的一阶差分和二阶差分，以d[2](n)为横轴，以d[1](n)为纵轴构造平面，求取该平面上相邻点距离的平方和，计算得到dist2sum＝7.83，因为dist2sum>1，所以判定为单相接地故障，与假设情况一致，判断结果正确。
[0060] 实施例2：如图1所示110kV/35kV谐振系统虚幻接地仿真模型，其参数在实施例1中做了详细说明，这里不再累述。现假设系统发生虚幻接地。在该模型下，仿真得到虚幻接地时中性点零序电压值如图5所示。选取装置启动后5ms时窗的零序电压数据，求取零序电压数据的一阶差分和二阶差分，以d[2](n)为横轴，以d[1](n)为纵轴构造平面，求取该平面上相邻点距离的平方和。
[0061] 如实施例1所述，针对该模型通过大量仿真实验，可建立判据：若dist2sum>1，则判断为接地故障；若dist2sum≤1，则判断为虚幻接地。计算得到dist2sum＝0.09，dist2sum≤1所以判定为虚幻接地，与假设情况一致，判断结果正确。
[0062] 上面结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。