技术特征：
1.基于电力线通信技术的配电网接地故障监测和定位方法，其特征在于，具体包括以下步骤：步骤1，根据单位长度的电缆分布参数模型得到电缆的特征阻抗和传播常数，以此计算出每个基本单元的输入阻抗；建立电力线信道模型，得到信道频率响应；步骤2，根据信号接收端的不同得到配电网不同的网络拓扑结构，对各拓扑情况故障前后进行信道建模，获得各情况下故障前后的信道频率响应；步骤3，获得各拓扑情况下信道频率响应的变化幅度，通过对比各情况下的变化幅度并结合网络拓扑结构分析得出故障所在线路；步骤4，经步骤3判断出故障所在线路后，获得该线路发生故障后的输入阻抗变化幅度，通过故障测距获得故障在线路中的具体位置。2.根据权利要求1所述的基于电力线通信技术的配电网接地故障监测和定位方法，其特征在于，步骤1具体按照以下步骤实施：步骤1.1，首先，将复杂配电网的拓扑结构划分成n个独立的基本单元；然后，计算电缆的分布参数：单位长度电阻r、单位长度电感l、单位长度电容c及单位长度电导g；其中，实芯二导体传输线的电阻r
s
计算公式如式(1)所示：式(1)中，r
s
的单位为(ω/m),r为导体半径，σ
c
为电导率，δ为趋肤深度，趋肤深度δ如式(2)所示：式(2)中μ0为真空磁导率，且μ0＝4π
×
10-7
,单位为v
·
s/(a
·
m)；所以得到多导体绞合传输线的单位长度电阻r计算公式如式(3)所示：r＝x
g
.r
s
ꢀꢀꢀꢀ
(3)式(3)中，r的单位为(ω/m)，x
g
为相关因子，该相关因子取决于导体半径和趋肤深度的数值；单位长度电感l为自感和互感之和，如式(4)所示：式(4)中，l的单位为(h/m)，μ
c
为磁导率，d为两根导线间的距离，l
s
为导体的自感，l
m
为导体的互感，自感l
s
如式(5)所示：式(5)中，l
s
的单位为(h/m)；互感l
m
如式(6)所示：
式(6)中，l
m
的单位为(h/m)；单位长度电容c如式(7)所示：式(7)中，c的单位为(f/m)，ε为导体材料间的介电常数；单位长度电导g如式(8)所示：式(8)中，g的单位为(s/m)；最后，每段线路的特征阻抗z
c
如式(9)所示：式(9)中，f为频率；每段线路的传播常数如式(10)所示：步骤1.2，将n个基本单元都等效为t型电路，根据每个基本单元的接收端和发射端之间各频点的输入阻抗和电压比来计算信道频率响应，n单元的输入阻抗如式(11)所示：式(11)中，为第n个基本单元的发射侧线路的特征阻抗，为第n个基本单元分支点的等效负载阻抗，如式(12)所示：其中，和分别为n单元中前一段主干输入阻抗和分支输入阻抗，如式(13)和式(14)所示：(14)所示：n单元的传递函数h
(n)
(f)如式(15)所示：
式(15)中，为第n个基本单元接收端的电压，为第n个基本单元发射端的电压，为第n个基本单元分支点的电压；其中，如式(16)所示，如式(17)所示，即：如式(17)所示，即：式(16)中，为第n个基本单元接收端的反射系数，如式(18)所示：式(18)中，为第n个基本单元的等效负载阻抗，为第n个基本单元的接收侧线路的特征阻抗；式(17)中，为第n个基本单元分支点的反射系数，如式(19)所示：将各基本单元的信道频率响应相乘就得到整个配电网的网络拓扑的信道频率响应，如式(20)所示：3.根据权利要求2所述的基于电力线通信技术的配电网接地故障监测和定位方法，其特征在于，步骤2具体按照以下步骤实施：步骤2.1，将配电网中的信号发射端固定，仅改变信号接收端，根据不同的信号接收端获得配电网不同情况下的拓扑结构；采用步骤1.2中所述的根据每个基本单元的接收端和发射端之间各频点的输入阻抗和电压比来计算信道频率响应的方法分别对各情况下的网络拓扑结构进行信道建模，并获得其各情况的信道频率响应；步骤2.2，当配电网中发生接地故障后，仍将信号发射端固定，仅改变信号接收端，根据不同的信号接收端获得配电网故障后不同情况下的拓扑结构；采用步骤1.2中所述的根据每个基本单元的接收端和发射端之间各频点的输入阻抗和电压比来计算信道频率响应的方法分别对故障后各情况下的网络拓扑结构进行信道建模，并获得其故障后各情况的信道
频率响应。4.根据权利要求3所述的基于电力线通信技术的配电网接地故障监测和定位方法，其特征在于，步骤3具体按照以下步骤实施：步骤3.1，通过步骤2得到配电网故障前后各拓扑情况下的信道频率响应，对比各拓扑情况下故障前后的信道频率响应，得到各拓扑情况下的信道频率响应变化幅度，如式(21)所示：式(21)中，δ％为配电网发生故障后的信道频率响应变化幅度，h
t
(f)为配电网发生故障后的信道频率响应，h0(f)为配电网正常情况下(故障前)的信道频率响应；步骤3.2，分析各拓扑情况下的信道频率响应变化幅度；随着频率的增加，信道频率响应变化幅度在0上下震荡且最终趋近于0，则该情况故障处于线路分支位置；当信道频率响应变化幅度始终小于0，且随着频率的增加逐渐趋近于某一小于0且不为0的数，则该拓扑情况下故障处于线路主干位置；采用上述判据，判断出故障处于线路主干位置时的拓扑情况，则该拓扑情况中的主干线路即为故障所在线路。5.根据权利要求4所述的基于电力线通信技术的配电网接地故障监测和定位方法，其特征在于，步骤4具体按照以下步骤实施：步骤4.1，线路的输入阻抗为该线路最后一个基本单元的输入阻抗，采用步骤1.2中根据每个基本单元的接收端和发射端之间各频点的输入阻抗的方法分别获得故障所在线路故障前和故障后的输入阻抗；步骤4.2，将故障所在线路故障前和故障后的输入阻抗进行快速傅里叶逆变换，将频域形式的输入阻抗转化为时域形式，如式(22)和(23)所示：形式的输入阻抗转化为时域形式，如式(22)和(23)所示：式(22)中，z(f)为故障所在线路故障前的输入阻抗的频域形式，z(t)为故障所在线路故障前的输入阻抗的时域形式；式(23)中，z
d
(f)为故障所在线路故障后的输入阻抗的频域形式，z
d
(t)为故障所在线路故障后的输入阻抗的时域形式；进一步得到故障所在线路发生故障后的输入阻抗变化幅度，如式(24)所示：电磁波的传播速度如式(25)所示：式(25)中v为电磁波的传播速度，l为线路电感，c为线路电容；将故障所在线路的输入阻抗变化幅度中的时间t与电磁波的传播速度v相乘就可以得到与距离相关的函数式，如式(26)所示：δ
z
(l)＝δ
z
(t
·
v)
ꢀꢀꢀꢀ
(26)
式(26)中，δ
z
(l)为与距离相关的函数式，l为故障所在线路上的距离；由于阻抗是迭代计算获得，在故障点δ
z
(l)会发生跃变，则δ
z
(l)曲线的峰值位置所对应的距离就是故障点的具体位置。
技术总结
本发明公开基于电力线通信技术的配电网接地故障监测和定位方法：步骤1，计算出每个基本单元的输入阻抗；建立电力线信道模型，得到信道频率响应；步骤2，根据信号接收端的不同得到配电网不同的网络拓扑结构，对各拓扑情况故障前后进行信道建模，获得各情况下故障前后的信道频率响应；步骤3，获得各拓扑情况下信道频率响应的变化幅度，通过对比各情况下的变化幅度并结合网络拓扑结构分析得出故障所在线路；步骤4，获得该线路发生故障后的输入阻抗变化幅度，通过故障测距获得故障在线路中的具体位置。该方法不仅能够识别线路是否发生故障，同时可以定位故障所在线路以及具体位置。时可以定位故障所在线路以及具体位置。时可以定位故障所在线路以及具体位置。
技术研发人员：梁栋 王梓伦 张凯文 刘虎 王杨
受保护的技术使用者：西安理工大学
技术研发日：2022.11.21
技术公布日：2023/3/31