一种基于线路分布参数模型的配电网故障电压暂降定位计算方法技术

本发明专利技术公开了一种基于线路分布参数模型的配电网故障电压暂降定位计算方法

【技术实现步骤摘要】
一种基于线路分布参数模型的配电网故障电压暂降定位计算方法


[0001]本专利技术属于电能质量领域，具体涉及一种基于线路分布参数模型的配电网故障电压暂降定位计算方法
。

技术介绍

[0002]电压暂降的成因主要包括短路故障
、
大型感应电机启动与变压器投切，其中针对感应电机启动和变压器投切，相关单位可通过加装一定容量的补偿设备或改变启动方式
(
如电机软启动
)
来缓解暂降所带来的危害
。
而短路故障的形式主要形式有单相接地短路
、
两相相间短路
、
两相接地短路和三相接地短路，在四种短路类型中，单相短路接地故障发生的概率最高，可达
65
％，而两相短路约占
10
％，两相短路接地约占
20
％，三相短路约占5％；它们所引起的暂降深度和持续时间不定，暂降事件的严重程度往往超出系统的可承受范围，影响系统正常运行
。
[0003]对配电网中各种短路故障的准确定位将能够有效降低电网巡线人员的工作范围
、
降低工作强度
、
提高工作效率
。
同时越快地找到故障所在位置能节省耗费的时间，为抢修留出空间，大大减少因电压暂降引起的后续停工停产损失
。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的问题是一种基于线路分布参数模型的配电网故障电压暂降定位计算方法，实现对配电网中因故障造成的暂降源位置进行准确计算，包括以下步骤：
[0005]步骤一，利用线路的分布参数模型推导出输入和输出端口
abc
三相的电压和电流关系；先利用微分方程推导出输入和输出端口正序
、
负序和零序电压和电流的关系；然后采用反对称变换，得到输入和输出端口
abc
三相的电压和电流，即得到暂降源处电压同测量点电压和电流的关系；
[0006]步骤二，建立配电网接地故障造成的电压暂降源准确定位模型；利用故障点处的电压和电流形成的边界条件，结合步骤一的推导，得到关于暂降源位置的一个5次解析多项式；
[0007]步骤三，建立配电网相间故障造成的电压暂降源准确定位模型；利用故障点处的电压和电流形成的边界条件，结合步骤一的推导，得到关于暂降源位置的一个5次多项表达式；
[0008]步骤四，求解关于不同故障类型对应的5次表达式；只有当解为正实数且小于线路的长度时，才能获得正确的解
。
[0009]与现有技术相比，本专利技术的有益效果表现在：
[0010]本专利技术根据接地故障和相间故障故障模型，推导出故障暂降源的具体位置
。
本专利技术提出了适用于配电网不对称故障引起的暂降源定位计算方法，弥补了国内外对于准确定位不对称故障准确定位的空白，有利于实现电压暂降源的定位，能够为电网的长期维护与
管理带来指导经验，提高我国电网的先进管理水平
。
附图说明
[0011]图1是配电网电压暂降源定位示意图
。
[0012]图2是线路长度为
dx
的电路模型
。
[0013]图3是接地故障的一般模型
。
[0014]图4是两相相间故障模型
。
具体实施方式
[0015]为了使本
的人员能更好地理解本专利技术技术方案，下面结合附图和实施方式对本专利技术作进一步的详细说明
。
[0016]本专利技术提出的一种基于线路分布参数模型的配电网故障电压暂降定位计算方法，实现对配电网中因故障造成的暂降源位置进行准确计算，主要包括如下步骤：
[0017]步骤一，利用线路的分布参数模型推导出输入和输出端口
abc
三相的电压和电流关系
。
其中，先利用微分方程推导出输入和输出端口正序
、
负序和零序电压和电流的关系
。
然后，采用反对称变换，可以得到输入和输出端口
abc
三相的电压和电流，即可以得到暂降源处电压同测量点电压和电流的关系，而后两者是暂降源到测量点间距离的函数
。
具体步骤为：
[0018]考虑到线路电容效应的影响，可以将基于线路的分布参数模型来分别推导配电网发生电压暂降时计算暂降源准确位置的公式
。
这里配电网某段线路
i
‑
j
发生短路故障为例进行分析，等效示意图如附图1所示
。
[0019]考虑线路的分布参数模型，则每段线路可以等效成无穷多个线路微元级联而成，每个线路微元长度等于
dx
，如附图2所示
。
[0020]根据电路理论相关知识，可以得到式
(1)
如下：
[0021][0022]式中，
dU
表示单位线路长度的串联阻抗压降；
dI
表示单位线路长度的电容电流；
z
表示每公里线路的串联阻抗矩阵；
y
表示每公里线路的并联导纳矩阵
。
[0023]对于公式
(1)
，继续对
x
求导，进一步得到式
(2)。
由于三相电路相互耦合，每相的电压不仅与该相中的电流有关，其余相的电流同样会影响到该相电压分布
。
相间的互耦效应可以利用互阻抗来表示
。
可以通过使用对称分量法消除互阻抗，使方程解耦
。
基于此，式
(2)
被转换为对称分量的微分方程
(4)
和
(5)。
[0024][0025][0026][0027][0028]式
(3)
中的
T
矩阵表示对称分量的反变换矩阵，式
(4)
中的
TzyT
‑1和
(5)
中的
TyzT
‑1都是对角矩阵，二者相等，矩阵的对角元素分别是
z
+
y
+
、z
‑
y
‑
和
z0y0，值得一提的是，上标中
+,
‑
,0
分别表示正序
、
负序和零序
。
因此，通过联立式
(4)
和
(5)
，可得式
(6)
，用于计算线路首端正序
、
负序和零序的电压电流
。
[0029][0030]式
(6)
中，
l
表示线路总长度；
U
j
表示线路末端节点电压；
I
j
表示线路末端的电流
。
γ
和
z
c
定义如下：
本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于线路分布参数模型的配电网故障电压暂降定位计算方法，实现对配电网中因故障造成的暂降源位置进行准确计算，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，利用线路的分布参数模型推导出输入和输出端口
abc
三相的电压和电流关系；先利用微分方程推导出输入和输出端口正序
、
负序和零序电压和电流的关系；然后采用反对称变换，得到输入和输出端口
abc
三相的电压和电流，即得到暂降源处电压同测量点电压和电流的关系；步骤二，建立配电网接地故障造成的电压暂降源准确定位模型；利用故障点处的电压和电流形成的边界条件，结合步骤一的推导，得到关于暂降源位置的一个5次解析多项式；步骤三，建立配电网相间故障造成的电压暂降源准确定位模型；利用故障点处的电压和电流形成的边界条件，结合步骤一的推导，得到关于暂降源位置的一个5次多项表达式；步骤四，求解关于不同故障类型对应的5次表达式；只有当解为正实数且小于线路的长度时，才能获得正确的解
。2.
如权利要求1所述的一种基于线路分布参数模型的配电网故障电压暂降定位计算方法，其特征在于，步骤一具体步骤如下：配电网某段线路
i
‑
j
发生短路故障，则每段线路等效成无穷多个线路微元级联而成，每个线路微元长度等于
dx
，得到式
(1)
如下：式中，
dU
表示单位线路长度的串联阻抗压降；
dI
表示单位线路长度的电容电流；
z
表示每公里线路的串联阻抗矩阵；
y
表示每公里线路的并联导纳矩阵；对于公式
(1)
，继续对
x
求导，进一步得到式
(2)
；式
(2)
被转换为对称分量的微分方程
(4)
和
(5)
；；；；式
(3)
中的
T
矩阵表示对称分量的反变换矩阵，式
(4)
中的
TzyT
‑1和
(5)
中的
TyzT
‑1都是对角矩阵，二者相等，矩阵的对角元素分别是
z
+
y
+
、z
‑
y
‑
和
z0y0，上标中
+,
‑
,0
分别表示正序
、
负序和零序；通过联立式
(4)
和
(5)
，得式
(6)
，用于计算线路首端正序
、
负序和零序的电压电
流；式
(6)
中，
l
表示线路总长度；
U
j
表示线路末端节点电压；
I
j
表示线路末端的电流；
γ
和
z
c
定义如下：同理，若暂降源距离线路首端的距离为
x
，得式
(8)
，用于计算暂降源所在位置的正序
、
负序和零序电压；式
(8)
中
U
F
是暂降源处的电压；通过计算暂降源处电压的对称分量并使用式
(9)
获得暂降源处的相电压，式
(8)
中
U
F
与线路首端的电压电流以及参数
A
mn
、B
mn
(m,n
＝
1,2,3)
有关；参数
A
mn
、B
mn
通过式
(10)
计算；计算；对于式
(10)
，取
cosh(
γ
x)
和
sinh(
γ
x)
的泰勒展开式前三项作近似处理，如式
(11)
，则参数
A
mn
和
B
mn
进一步用式
(12)、(13)
表示；
由此，将式
(12)、(13)
代入式
(10)
，算得暂降源处的三相电压
U
Fa
、U
Fb
、U
Fc
，三者均用关于故障距离
x
的5次多项式来表示；因此暂降源处电压
U
F
用式
(14)
表示；
U
F
＝
k0+k1x+k2x2+k3x3+k4x4+k5x
5 (14)
式
(14)
中
U
F
及参数
k0‑
k5均为三相向量，参数
k0‑
k5通过式
(15)
计算；
3.
如权利要求2所述的一种基于线路分布参数模型的配电网故障电压暂降定位计算方法，其特征在于，步骤二具体步骤如下：当3相都故障时且接地电阻为零时即为对称的三相故障；故障点电压通过使用式
(16)
来计算；由此，通过式
(17)
计算
m
相
(m
＝
a
，

【专利技术属性】
技术研发人员：吴义纯，刘少华，李勇汇，秦晓佳，黄洁，贺丹丹，齐佩雯，张鹤鸣，许饶琪，李伟，门富媛，田彦，宋晓皖，邹思繁，徐结红，马娟，
申请(专利权)人：安徽电气工程职业技术学院国家电网有限公司武汉大学，
类型：发明
国别省市：