一种中性点小电阻接地配电网单相接地故障区间辨识方法技术

本发明专利技术提出的是一种中性点小电阻接地配电网单相接地故障区间辨识方法，该方法包括：1、根据故障定位启动判据，确定是否进行故障定位；2、提取各测量点的零序电流幅值并计算零序电流幅值差；3、选用相邻两测量点的零序电流幅值差作为密度空间聚类算法的输入；4、利用线路中单相接地故障时出现的最大过渡电阻及系统中最短的故障区间为基准设置DBSCAN半径参数；5、利用DBSCAN对健全区间及故障区间进行辨识分类。本发明专利技术的优点：1）本发明专利技术能够对小电阻接地系统下实现故障定位；2）本发明专利技术具有较高的定位精度，不受故障初相角、噪声等因素的影响，可靠性较高。靠性较高。靠性较高。

【技术实现步骤摘要】
一种中性点小电阻接地配电网单相接地故障区间辨识方法


[0001]本专利技术涉及一种中性点小电阻接地配电网单相接地故障区间辨识方法，属于电网故障定位


技术介绍

[0002]伴随配电网电缆化率的不断提升，配电网电容电流由原来几十安培级上升到几百安培级，单相接地故障时电容电流补偿实现困难，灭弧效果不明显，配电网的中性点接地方式逐渐改造为小电阻接地方式，小电阻接地系统发生故障后，不管是金属性接地、高阻接地，都要求能快速故障定位，便于故障的查找、隔离和处理，快速恢复送电，提高供电可靠性。
[0003]现有区段定位方法中并没有针对小电阻接地系统下故障定位方法的具体分析与讨论，现有方法在小电阻接地系统下是否依然可以进行精确定位尚有待验证；此外，如何与配网自动化相结合，减少量测设备的安装，提高信息的利用率，减少同步性及通信等问题对小电阻接地系统下故障定位的影响是亟待解决的问题。
[0004]鉴于此，在小电阻接地配电网中，精准的配电网故障定位技术，对于加快故障处理和供电恢复速度，为保护跳闸提供策略支持、减少因故障造成的停电损失、保障电力系统的稳定以及用电设备的安全具有重要意义。

技术实现思路

[0005]本专利技术提出的是一种中性点小电阻接地配电网单相接地故障区间辨识方法，其目的旨在解决现有技术无法在小电阻接地系统下实现故障定位的问题。
[0006]本专利技术的技术解决方案：一种中性点小电阻接地配电网单相接地故障区间辨识方法，该方法包括：1、根据故障定位启动判据，确定是否进行故障定位；2、提取各测量点的零序电流幅值并计算零序电流幅值差；3、选用相邻两测量点的零序电流幅值差作为密度空间聚类算法(DBSCAN)的输入；4、利用线路中单相接地故障时出现的最大过渡电阻及系统中最短的故障区间为基准设置DBSCAN半径参数；5、利用DBSCAN对健全区间及故障区间进行辨识。
[0007]进一步地，所述根据故障定位启动判据，确定是否进行故障定位，具体流程包括如下：(a)各出线首端测量设备实时测量三相电流、三相电压，并计算零序电流、零序电压；(b)以五个采样点为一个数据窗，判断一个数据窗中，是否存在连续三个采样点的零序电流、零序电压满足公式（1）所示条件：
ꢀꢀꢀꢀꢀ
（1）；式（1）中，、为时刻的零序电流、零序电压的瞬时值，、为时刻在前一个周期所对应的零序电流、零序电压的瞬时值，以0.02秒为一个周期，、均为判断常量； (c)从时刻开始，若有连续三个数据窗满足公式（1）则可判断时刻为故障时刻，故障定位启动；若不满足，则可判断在该段时间内，无故障发生，不进行故障定位。
[0008]进一步地，所述提取各测量点的零序电流幅值并计算零序电流幅值差，包括计算故障区间零序电流幅值差和计算健全区间零序电流幅值差；所述计算健全区间零序电流幅值差包括计算故障点上游区间L
1n
‑
1(n+1)
的零序电流相量差和计算故障点下游区间L
3n
‑
3(n+1)
的零序电流相量差，所述计算故障区间零序电流幅值差具体包括计算故障区间L
3(n
‑
1)
‑ꢀ
3n
首末端的零序电流相量差；典型的配电网拓扑如附图2所示，对分布式测量装置按照其位置进行编号mn，m代表当前分布式测量装置在系统中所在支路编号，n代表其在所在支路上的沿线排序序号，假设在L3线路上发生单相接地故障，故障点为f。
[0009]进一步地，所述计算故障点上游区间L
1n
‑
1(n+1)
的零序电流相量差，具体如公式（2）：
ꢀꢀꢀꢀ
（2）；上式中，为故障点上游区间L
1n
‑
1(n+1)
的零序电流相量差，、分别为1n、1(n+1)节点距离故障点的距离。
[0010]进一步地，所述计算故障点下游区间L
3n
‑
3(n+1)
的零序电流相量差，具体如公式（3）：
ꢀꢀꢀ
（3）；上式中， 是故障点下游区间L
3n
‑
3(n+1)
的零序电流相量差， 、分别为3n、3(n+1)节点距离故障点的距离。
[0011]进一步地，对于故障区间L
3(n
‑
1)
‑ꢀ
3n
而言，所述故障区间L
3(n
‑
1)
‑ꢀ
3n
首末端的零序电流相量差为区间L
3(n
‑
1)
‑ꢀ
f
部分的零序电流和区间L
f
‑ꢀ
3n
部分的零序电流之和，具体如公式（4）：（4）；上式中是故障区间L
3(n
‑
1)
‑ꢀ
3n
首末端的零序电流相量差，、分别为3(n
‑
1)、3n节点距离故障点的距离，与分别为流过接地小电阻和线路n的零序电流。
[0012]以上各式中，为线路首端的零序电压，为故障线路的零序阻抗。
[0013]进一步地，所述故障区间进行辨识的判据为：选用相邻两测量点的零序电流幅值差作为故障区间辨识的判据，并定义故障区间定位函数，具体如公式（5）：
ꢀꢀꢀꢀꢀ
（5）；其中，、分别表示分布式测量装置mn与m（n+1）的零序电流，则表示相邻两测量点的零序电流幅值差，对于故障线路而言，零序电流幅值差会在故障区间处出现激增，其余各区间其零序电流幅值差都极小，具体判断方法为：若零序电流幅值差大于常数K，则为故障区间，否则为健全区间；所述常数K的取值根据实际线路的拓扑结构，提前通过仿真确定。
[0014]进一步地，所述密度空间聚类算法（DBSCAN）需要预先设置半径参数以及最小数目MinPts，以健全线路的零序电流幅值差的最小值为基准设置半径参数，最小数目MinPts设置为3，即在邻域中有3个数据点即为健全区间，不符合的即为故障区间。
[0015]进一步地，所述利用DBSCAN对健全区间及故障区间进行辨识分类，具体包括：(a)利用快速傅里叶变换提取各测量点的零序电流幅值，并存储于矩阵中，具体如公式（6）：
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（6）；(b)计算中相邻两元素的零序电流幅值差，并将其存储于矩阵中，具体如公式（7）：
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（7）；(c)剔除含线路末端测量点计算的数据，形成矩阵D
2m
；(d)利用线路中单相接地故障时可能出现的最大过渡电阻及系统中最短的故障区段设置DBSCAN中半径参数；(e)利用DBSCAN对矩阵D
2m
中数据进行分类，若该分类结果中有区段被标记为故障区段，则作为定位结果输出；否则，则判断故障发生于母线或线路末端，利用中被剔除的数据再次进行DBSCAN分类；(f)若二次分类中存有区段被标记为故障区段，则判断故障发生于线路末端本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种中性点小电阻接地配电网单相接地故障区间辨识方法，其特征是包括：1、根据故障定位启动判据，确定是否进行故障定位；2、提取各测量点的零序电流幅值并计算零序电流幅值差；3、选用相邻两测量点的零序电流幅值差作为密度空间聚类算法的输入；4、利用线路中单相接地故障时出现的最大过渡电阻及系统中最短的故障区间为基准设置DBSCAN半径参数；5、利用DBSCAN对健全区间及故障区间进行辨识分类。2.根据权利要求1所述的一种中性点小电阻接地配电网单相接地故障区间辨识方法，其特征是所述根据故障定位启动判据，确定是否进行故障定位，具体包括如下：(a)各出线首端测量设备实时测量三相电流、三相电压，并计算零序电流、零序电压；(b)以五个采样点为一个数据窗，判断一个数据窗中，是否存在连续三个采样点的零序电流、零序电压满足公式（1）所示条件：
ꢀꢀꢀꢀꢀ
（1）；式（1）中，、为时刻的零序电流、零序电压的瞬时值，、为时刻在前一个周期所对应的零序电流、零序电压的瞬时值，以0.02秒为一个周期，、均为判断常量； (c)从时刻开始，若有连续三个数据窗满足公式（1）则可判断时刻为故障时刻，故障定位启动；若不满足，则可判断在该段时间内，无故障发生，不进行故障定位。3.根据权利要求1所述的一种中性点小电阻接地配电网单相接地故障区间辨识方法，其特征是所述提取各测量点的零序电流幅值并计算零序电流幅值差，包括计算故障区间零序电流幅值差和计算健全区间零序电流幅值差；所述计算健全区间零序电流幅值差包括计算故障点上游区间L
1n
‑
1(n+1)
的零序电流相量差和计算故障点下游区间L
3n
‑
3(n+1)
的零序电流相量差，所述计算故障区间零序电流幅值差具体包括计算故障区间L
3(n
‑
1)
‑ꢀ
3n
首末端的零序电流相量差。4.根据权利要求3所述的一种中性点小电阻接地配电网单相接地故障区间辨识方法，其特征是所述计算故障点上游区间L
1n
‑
1(n+1)
的零序电流相量差，具体如公式（2）：
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（2）；上式中，为故障点上游区间L
1n
‑
1(n+1)
的零序电流相量差，、分别为1n、1(n+1)节点距离故障点的距离，为线路首端的零序电压，为故障线路的零序阻抗。5.根据权利要求3所述的一种中性点小电阻接地配电网单相接地故障区间辨识方法，其特征是所述计算故障点下游区间L
3n
‑
3(n+1)
的零序电流相量差，具体如公式（3）：
ꢀꢀꢀ
（3）；上式中， 是故障点下游区间L
3n
‑
3(n+1)
的零序电流相量差， 、分别为3n、3(n+1)节点距离故障点的距离，为线路首端的零序电压，为故障线路的零序阻抗。6.根据权利要求3所述的一种中性点小电阻接地配电网单相接地故障区间辨识方法，其特征是所述故障区间L
3(n
‑
1...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩少华，张琪媛，毛王清，李昊洋，葛萱，王晗雯，
申请(专利权)人：宿迁阳光送变电工程有限公司国网江苏省电力有限公司国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：