【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及配电网故障检测及保护，具体涉及多场景下三要素配电网单相接地电弧建模分析方法及系统。
技术介绍
1、配电网单相接地故障发生概率在故障类型中，占比较高。单相接地不仅影响了用户的正常供电，而且可能产生过电压，烧坏设备，甚至引起相间短路而扩大事故。单相接地保护跳闸技术可以有效阻断故障电弧，大幅降低故障引发山火的概率，是当前四川配电网防山火的主要技术手段。因此，配电网防山火成效严重依赖单相接地保护性能的好坏，而通过高效快速的科学检测来遴选优秀产品、发现设备逻辑和性能问题、保障设备生产制造性能一致性、缓解现场安装调试的紧迫时限要求，以及有效杜绝设备带病入网，是确保单相接地保护设备运行性能的关键手段。
2、实际现场中单相接地故障一般伴随有电弧现象，因此当前学者主流研究多关注电弧建模，并取得了较好的进展，如mayr模型、cassie模型和控制论模型等，但这类模型应用都有一定的前提条件，如mayr模型将弧道耗散功率视作常量、cassie模型假定弧道场强保持恒定以及控制论模型在两者基础上作了改进，但是这类模型都重点关注于电弧建模，而忽视了伴随电弧的故障本质，即故障除了包含电弧以外，还含有故障介质等。
3、因此，当前配电网单相接地故障电弧模型难以准确描述配电网接地故障的多种要素，不能很好的贴合物理实际。
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题是当前配电网单相接地故障电弧模型难以准确描述配电网接地故障的多种要素，不能很好的贴合物理实际。
2、本专利
3、本专利技术通过下述技术方案实现：
4、第一方面，本专利技术提供了多场景下三要素配电网单相接地电弧建模分析方法，该方法包括：
5、根据配电网接地故障的介质类型，通过数学拟合方式构建配电网典型场景下的不同介质的电阻模拟数学模型；
6、根据配电网接地电弧的现场试验数据，分析故障支路的弧道电压、弧道电流和弧道电阻之间的非线性关联关系，构建基于多参数调控的非线性电弧电导数学模型；现场试验数据包括弧道电流、弧道间隙长度和弧隙击穿场强；
7、根据故障支路的接地点大地等效电阻，构建基于球隙接地点等效电阻等效模型；
8、根据电阻模拟数学模型、基于多参数调控的非线性电弧电导数学模型和基于球隙接地点等效电阻等效模型，形成基于介质、电弧和大地三者串联结合的接地故障数学表征模型。
9、进一步地，配电网接地故障的介质类型包括刺槐介质、杠柳介质和杂草介质。
10、进一步地，不同介质的电阻模拟数学模型包括基于刺槐介质的电阻模拟数学模型、基于杠柳介质的电阻模拟数学模型和基于杂草介质的电阻模拟数学模型。
11、进一步地，基于刺槐介质的电阻模拟数学模型为：式中：ra为接地故障刺槐介质随时间演变的电阻；t为时间；α、β为控制介质刺槐电阻形态演变的调控参数；n为大于零的正数，代表刺槐介质随时间衰变的趋势程度，主要指刺槐介质在受到配电线路电压作用下其内部含水率、干密度变化的影响；t1为代表衰变到稳态的截止时间；ra1为经过间隔为t1后刺槐介质的稳定电阻。
12、进一步地，基于杠柳介质的电阻模拟数学模型为：式中：rb为接地故障杠柳介质随时间演变的电阻；t为时间；rb0为杠柳介质接地故障时初始电阻，主要与杠柳介质本体有关；m为代表杠柳介质随时间衰变的趋势系数，为大于零的正数；rb1经过间隔为t1后杠柳介质的稳定电阻；t1为衰变到稳态的截止时间。
13、进一步地，基于杂草介质的电阻模拟数学模型为：rc＝rcs+rcg*n(0，σ2)；式中：rc为接地故障时杂草介质随时间演变的电阻；rcs为杂草介质本体电阻；rcg为引入波动干扰的影响因子；n(0，σ2)为服从均值为0，标准差为σ的正态分布。
14、进一步地，基于多参数调控的非线性电弧电导数学模型为：式中：g为电弧的弧道电导；gs为稳态时的电弧弧道电导；τs为时间常数；a为大于零的正数，取值介于1.2至1.8之间；b为小于零的负数，取值介于-0.2至-0.6之间；θ为一个取值较小的常量系数；iarc为电弧弧道电流；vsc为电弧弧隙每厘米压降，即弧隙击穿场强；lgap为弧道间隙长度；is代表小电流接地故障下稳态电流幅值。
15、进一步地，基于介质、电弧、大地三者串联结合的接地故障数学表征模型为：式中，rkind为配电网接地故障的介质随时间演变的电阻；该量取决于配电网接地故障的介质类型，在本专利技术中所提的三种典型场景，对于刺槐介质，rkind＝ra，对于杠柳介质，rkind＝rb和对于杂草介质，rkind＝rc；g为电弧的弧道电导；rg为流经故障点后的大地等效接地电阻。
16、第二方面，本专利技术又提供了多场景下三要素配电网单相接地电弧建模分析系统，该系统用于实现上述的多场景下三要素配电网单相接地电弧建模分析方法；该系统包括：
17、介质电阻模型构建单元，用于根据配电网接地故障的介质类型，通过数学拟合方式构建配电网典型场景下的不同介质的电阻模拟数学模型；
18、电弧电导模型构建单元，用于根据配电网接地电弧的现场试验数据，分析故障支路的弧道电压、弧道电流和弧道电阻之间的非线性关联关系，构建基于多参数调控的非线性电弧电导数学模型；现场试验数据包括弧道电流、弧道间隙长度和弧隙击穿场强；
19、大地电阻模型构建单元，用于根据故障支路的接地点大地等效电阻，构建基于球隙接地点等效电阻等效模型；
20、三段式串联模型构建单元，用于根据电阻模拟数学模型、基于多参数调控的非线性电弧电导数学模型和基于球隙接地点等效电阻等效模型，形成基于介质、电弧和大地三者串联结合的接地故障数学表征模型。
21、进一步地，基于介质、电弧和大地三者串联结合的接地故障数学表征模型为：式中，rkind为配电网接地故障的介质随时间演变的电阻；该量取决于配电网接地故障的介质本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.多场景下三要素配电网单相接地电弧建模分析方法，其特征在于，该方法包括：
2.根据权利要求1所述的多场景下三要素配电网单相接地电弧建模分析方法，其特征在于，配电网接地故障的介质类型包括刺槐介质、杠柳介质和杂草介质。
3.根据权利要求2所述的多场景下三要素配电网单相接地电弧建模分析方法，其特征在于，不同介质的电阻模拟数学模型包括基于刺槐介质的电阻模拟数学模型、基于杠柳介质的电阻模拟数学模型和基于杂草介质的电阻模拟数学模型。
4.根据权利要求3所述的多场景下三要素配电网单相接地电弧建模分析方法及系统，其特征在于，所述基于刺槐介质的电阻模拟数学模型为：式中：RA为接地故障刺槐介质随时间演变的电阻；t为时间；α、β为控制介质刺槐电阻形态演变的调控参数；n为大于零的正数，代表刺槐介质随时间衰变的趋势程度，指刺槐介质在受到配电线路电压作用下其内部含水率、干密度变化的影响；T1为代表衰变到稳态的截止时间；RA1为经过间隔为T1后刺槐介质的稳定电阻。
5.根据权利要求3所述的多场景下三要素配电网单相接地电弧建模分析方法，其特征在于，所述基于杠柳介
6.根据权利要求3所述的多场景下三要素配电网单相接地电弧建模分析方法，其特征在于，所述基于杂草介质的电阻模拟数学模型为：RC＝RCS+RCG*N(0,σ2)；式中：RC为接地故障时杂草介质随时间演变的电阻；RCS为杂草介质本体电阻；RCG为引入波动干扰的影响因子；N(0,σ2)为服从均值为0，标准差为σ的正态分布。
7.根据权利要求1所述的多场景下三要素配电网单相接地电弧建模分析方法，其特征在于，所述基于多参数调控的非线性电弧电导数学模型为：式中：g为电弧的弧道电导；Gs为稳态时的电弧弧道电导；τs为时间常数；A为大于零的正数，取值介于1.2至1.8之间；B为小于零的负数，取值介于-0.2至-0.6之间；θ为常量系数；Iarc为电弧弧道电流；Vsc为电弧弧隙每厘米压降，即弧隙击穿场强；lgap为弧道间隙长度；IS代表小电流接地故障下稳态电流幅值。
8.根据权利要求1所述的多场景下三要素配电网单相接地电弧建模分析方法，其特征在于，所述基于介质、电弧、大地三者串联结合的接地故障数学表征模型为：式中，Rkind为配电网接地故障的介质随时间演变的电阻；g为电弧的弧道电导；RG为流经故障点后的大地等效接地电阻。
9.多场景下三要素配电网单相接地电弧建模分析系统，其特征在于，该系统用于实现如权利要求1至8中任一所述的多场景下三要素配电网单相接地电弧建模分析方法；该系统包括：
10.根据权利要求9所述的多场景下三要素配电网单相接地电弧建模分析系统，其特征在于，所述基于介质、电弧和大地三者串联结合的接地故障数学表征模型为：式中，Rkind为配电网接地故障的介质随时间演变的电阻；g为电弧的弧道电导；RG为流经故障点后的大地等效接地电阻。
...【技术特征摘要】
1.多场景下三要素配电网单相接地电弧建模分析方法，其特征在于，该方法包括：
2.根据权利要求1所述的多场景下三要素配电网单相接地电弧建模分析方法，其特征在于，配电网接地故障的介质类型包括刺槐介质、杠柳介质和杂草介质。
3.根据权利要求2所述的多场景下三要素配电网单相接地电弧建模分析方法，其特征在于，不同介质的电阻模拟数学模型包括基于刺槐介质的电阻模拟数学模型、基于杠柳介质的电阻模拟数学模型和基于杂草介质的电阻模拟数学模型。
4.根据权利要求3所述的多场景下三要素配电网单相接地电弧建模分析方法及系统，其特征在于，所述基于刺槐介质的电阻模拟数学模型为：式中：ra为接地故障刺槐介质随时间演变的电阻；t为时间；α、β为控制介质刺槐电阻形态演变的调控参数；n为大于零的正数，代表刺槐介质随时间衰变的趋势程度，指刺槐介质在受到配电线路电压作用下其内部含水率、干密度变化的影响；t1为代表衰变到稳态的截止时间；ra1为经过间隔为t1后刺槐介质的稳定电阻。
5.根据权利要求3所述的多场景下三要素配电网单相接地电弧建模分析方法，其特征在于，所述基于杠柳介质的电阻模拟数学模型为：
6.根据权利要求3所述的多场景下三要素配电网单相接地电弧建模分析方法，其特征在于，所述基于杂草介质的电阻模拟数学模型为：rc＝rcs+rcg*n(0,σ2)；式中：rc为接地故障时杂草介质随时间演变的电阻；rcs为杂草介质本体电阻...
【专利技术属性】
技术研发人员：苏学能，张华，方玉，廖红兵，龙呈，高艺文，李世龙，张剑，徐琳，熊嘉宇，刘畅，宁鑫，吴驰，雷潇，
申请(专利权)人：国网四川省电力公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：
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