在单相接地故障时估计零序电压的角度的方法及设备的制作方法
【专利摘要】本发明实施例提供了一种在含有分布式电源的配电网中发生单相接地故障时估计零序电压的角度的方法及设备。估计零序电压的角度的方法包括：检测三相电压中各相电压的角度；确定配电网的中性点接地方式；以及根据配电网的中性点接地方式，利用所检测的各相电压的角度来估计在配电网中发生单相接地故障时的零序电压的角度。在无需精确的三相电压幅度的情况下，利用现有的VPIS提供的三相电压角度来估计零序电压的角度，使得方向性单相接地故障检测更简单容易，并且降低了接地故障检测设备的造价。
【专利说明】在单相接地故障时估计零序电压的角度的方法及设备
【技术领域】
[0001] 本发明涉及在含有分布式电源的配电网中单相接地故障的定位，更具体地涉及一 种在配电网中发生单相接地故障时估计零序电压的角度的方法及设备。
【背景技术】
[0002] 单相接地故障是由于单相与地之间经由故障阻抗短路而引起的故障。目前，针对 能量单向流动的电网，已经开发了一种故障指示器，其可安装在电网中的任何位置，可以按 照能量流动方向来指示故障位置，例如，在故障指示器的下游出现故障时，故障指示器亮红 灯，而在故障指示器的上游出现故障时，故障指示器亮绿灯或不亮灯。
[0003] 然而，随着分布式发电设备的普及，在分布式发电设备并入电网之后，能量在故障 时可能出现双向流动。对于一条具体线路而言，可能其两侧都是电源，在这种情况下，上述 的故障指示器无法按照能量流动方向来正确地指示接地故障位置。
[0004] 目前，已经提出了在接地故障检测设备中并入电压传感器来进行单相接地故障定 位的技术，并且已经建议使用低功率变压器LPVT作为电压传感器，其能够提供非常精确的 电压角度和电压幅度。然而，由于电压传感器造价昂贵而且在现有电网中普及度不高，使得 这种技术的利用率目前仍较低。
[0005] 在现有配电网中大量采用电压出现指示系统VPIS来指示电压出现状态。电压出 现指示系统VPIS价格低廉，应用非常普遍，其能够提供非常精确的电压角度，但是无法提 供精确的电压幅度，其电压幅度误差可能达到近似30%或者更高。如果将VPIS提供的三 相电压直接求和以获得残余电压（即，零序电压)，将导致不可接受的角度误差(在极限情况 下，可能达到1800)。
[0006] 因此，需要一种能够在配电网中发生单相接地故障时利用已知的各相电压角度估 计零序电压的角度的方法及设备。
【发明内容】
[0007] 本发明实施例提供了一种在配电网中发生单相接地故障时估计零序电压的角度 的方法和设备，其能够利用已知的各相电压角度估计零序电压的角度，从而省去了对装配 造价昂贵的电压传感器的需要。
[0008] 根据本发明一方面，提供了一种在配电网中发生单相接地故障时估计零序电压的 角度的方法，包括：检测三相电压中各相电压的角度；确定配电网的中性点接地方式；以及 根据配电网的中性点接地方式，利用所检测的各相电压的角度来估计在配电网中发生单相 接地故障时的零序电压的角度。
[0009] 优选地，在A相发生单相接地故障时，估计零序电压的角度包括：将B相电压的幅 度设置为预定参考值FB;利用B相电压的幅度以及A相、B相和C相电压的角度，估计A相 电压和C相电压；以及利用B相电压、所估计的A相电压、和所估计的C相电压计算零序电 压的角度。
[0010] 优选地，在配电网的中性点接地方式为中性点消弧线圈接地或不接地的情况下， 按照以下方程计算B相、C相、A相电压的实部和虚部：
【权利要求】
1. 一种在配电网中发生单相接地故障时估计零序电压的角度的方法，包括： 检测三相电压中各相电压的角度； 确定配电网的中性点接地方式；以及 根据配电网的中性点接地方式，利用所检测的各相电压的角度来估计在配电网中发生 单相接地故障时的零序电压的角度。
2. 如权利要求1所述的估计零序电压的角度的方法，其中，在A相发生单相接地故障 时，利用所检测的各相电压的角度估计零序电压的角度包括： 将B相电压的幅度FB设置为预定参考值； 利用B相电压的幅度以及A相、B相和C相电压的角度，估计A相电压和C相电压；以 及 利用B相电压、所估计的A相电压、和所估计的C相电压计算零序电压的角度。
3. 如权利要求2所述的估计零序电压的角度的方法，其中，在配电网的中性点接地方 式为中性点消弧线圈接地或不接地的情况下，三相电压满足以下方程：
其中，ReVa为A相电压的实部，ImVa为A相电压的虚部，ReVb为B相电压的实部，ImVb 为B相电压的虚部，ReVc为C相电压的实部，ImVc为C相电压的虚部。
4. 如权利要求3所述的估计零序电压的角度的方法，其中， B相电压的实部和虚部分别为： Re Vh = PB?COSfJs Iiw ^ ^ = ^ fPg ? 利用B相电压的幅度、B相电压的角度、A相电压的角度、以及C相电压的角度，估计A 相电压和C相电压的实部和虚部：
其中，为A相电压的角度，为B相电压的角度，约?为C相电压的角度。
5. 如权利要求2所述的估计零序电压的角度的方法，其中，在配电网的中性点接地方 式为中性点直接接地的情况下，利用B相电压的幅度、B相电压的角度、A相电压的角度、以 及C相电压的角度，估计A相电压和C相电压包括： 利用B相电压的幅度FB估计C相电压的幅度FC ; 估计接地故障检测设备处的负序阻抗；以及 利用A相、B相和C相电压的角度以及B相和C相电压的幅度，以及利用所估计的接地 故障检测设备处的负序阻抗，估计A相电压。
6. 如权利要求5所述的估计零序电压的角度的方法，其中，估计C相电压的幅度包括： 估计C相电压的幅度与B相电压的幅度之间的比例关系；以及 利用B相电压的幅度与所述比例关系，计算C相的电压幅度。
7. 如权利要求5所述的估计零序电压的角度的方法，其中，估计接地故障检测设备处 的负序阻抗包括： 确定接地故障检测设备在配电网中的具体位置；以及 根据接地故障检测设备的具体位置，不同地估计接地故障检测设备处的负序阻抗。
8. 如权利要求7所述的估计零序电压的角度的方法，其中，在接地故障检测设备远离 分布式发电设备、远离负载并且位于配电网的中压侧的情况下，估计接地故障检测设备处 的负序阻抗包括： 估计配电网的高压侧的电网系统阻抗； 估计配电网的高压侧与中压侧之间的降压变压器的变压器阻抗； 将所估计的电网系统阻抗与变压器阻抗折算到中压侧，得到电网负序阻抗； 估计所述降压变压器到所述接地故障检测设备处的电缆负序阻抗；以及 将所述电网负序阻抗和所述电缆负序阻抗相加。
9. 如权利要求7所述的估计零序电压的角度的方法，其中，在接地故障检测设备靠近 分布式发电设备并且位于配电网的中压侧的情况下，估计接地故障检测设备处的负序阻抗 包括： 估计分布式发电设备的发电设备阻抗； 估计分布式发电设备与配电网的中压侧之间的升压变压器的变压器阻抗； 将所估计的发电设备阻抗与变压器阻抗折算到中压侧，得到发电设备负序阻抗； 估计所述升压变压器到所述接地故障检测设备处的电缆负序阻抗；以及 将所述发电设备负序阻抗和所述电缆负序阻抗相加。
10. 如权利要求5所述的估计零序电压的角度的方法，其中，利用A相、B相和C相电压 的角度以及B相和C相电压的幅度，以及利用所估计的接地故障检测设备处的负序阻抗，估 计A相电压包括： 利用所估计的接地故障检测设备处的负序阻抗的角度以及负序电流的角度，计算负序 电压的角度；以及 利用A相、B相和C相电压的角度以及B相和C相电压的幅度，以及负序电压的角度， 估计A相电压的实部和虚部。
11. 如权利要求10所述的估计零序电压的角度的方法，其中，A相电压的实部和虚部分 别为：
=-/2 + 18〇e + -Z2,變12,为负序电流的角度，为负序阻抗的角度，务2为负序 电压的角度。
12. -种在配电网中发生单相接地故障时估计零序电压的角度的设备，包括： A相电压角度检测器、B相电压角度检测器和C相电压角度检测器；以及 零序电压角度估计器，用于根据配电网的中性点接地方式，利用A相电压角度检测器、 B相电压角度检测器和C相电压角度检测器所检测的各相电压的角度来估计在配电网中发 生单相接地故障时的零序电压的角度。
13. 如权利要求12所述的估计零序电压的角度的设备，其中，零序电压角度估计器将B 相电压的幅度FB设置为预定参考值，利用B相电压的幅度以及A相、B相和C相电压的角 度，估计A相电压和C相电压，以及利用B相电压、所估计的A相电压、和所估计的C相电压 计算零序电压的角度。
14. 如权利要求13所述的估计零序电压的角度的设备，其中，在配电网的中性点接地 方式为中性点消弧线圈接地或不接地的情况下，零序电压角度估计器按照以下方程计算B 相、C相、A相电压的实部和虚部： Re Vh = FB * cos (pB Im Vh = FB ? sill (pB ^
其中，ReVa为A相电压的实部，ImVa为A相电压的虚部，ReVb为B相电压的实部，ImVb 为B相电压的虚部，ReVc为C相电压的实部，ImVc为C相电压的虚部，为A相电压的角 度，％.为B相电压的角度，供c为C相电压的角度，
15.如权利要求13所述的估计零序电压的角度的设备，还包括：A相电流互感器、B相 电流互感器和C相电流互感器； 其中，在配电网的中性点接地方式为中性点直接接地的情况下，零序电压角度估计器 将C相电压的幅度FC确定为B相电压的幅度FB的预定倍数，估计接地故障检测设备处的 负序阻抗的角度，根据A相电流互感器、B相电流互感器和C相电流互感器提供的三相电流 计算负序电流的角度，并且根据下式估计A相电压的实部和虚部：
-也为A相电压的角度，^为B相电压的角度，終为C相电压的角度； fh = ? +180° +變〇, -/2为负序电流的角度，變22为负序阻抗的角度，务2为负 序电压的角度。
16.如权利要求15所述的估计零序电压的角度的设备，其中，在接地故障检测设备远 离分布式发电设备、远离负载并且位于配电网的中压侧的情况下，将接地故障检测设备处 的负序阻抗的角度估计为第一预定角度； 在接地故障检测设备靠近分布式发电设备并且位于配电网的中压侧的情况下，将接地 故障检测设备处的负序阻抗的角度估计为第二预定角度； 在接地故障检测设备靠近负载并且位于配电网的中压侧的情况下，将接地故障检测设 备处的负序阻抗的角度估计为第三预定角度。
【文档编号】G01R19/00GK104345197SQ201310314222
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2013年7月24日 优先权日:2013年7月24日
【发明者】李容, 任睿 申请人:施耐德电器工业公司