一种针对含光伏配电网的高阻接地故障监测与定位方法与流程

本发明涉及配电网的监测，具体为一种针对含光伏配电网的高阻接地故障监测与定位方法。

背景技术：

1、含光伏配电系统网络结构复杂，中性点接地方式多样，且不同中性点接地方式，配电网络对单相接地故障的检测要求及处理方式也不尽相同。国际上常用的交流中压配电线路有三线制和四线制两种，由于三线制系统的鲁棒性较好。因为三线制的变压器高压侧一般采用三角型或星型接法，而这些接线方式的特点是其等效零序阻抗为无穷大。

2、目前单相接地故障检测的难点主要集中在弧光高阻故障的灵敏检测与辨识上。高阻接地故障是指馈线经由草地、混凝土、树枝等非金属导电介质接地，但不能被传统过流保护装置或熔断器检测到的一类故障。

3、针对高阻接地故障，研究人员从稳态频域分析、暂态时域分析、行波分析等不同角度提出了一些行之有效的检测方法。但随着电力系统的双高化，新能源和电力电子元件的增多，会产生更多的谐波，影响供电质量。随着新能源发电的大规模并网，电力系统“双高”特性明显，传统的基于行波波形的故障检测方法及基于高次谐波分量的检测方法，遇到过渡电阻较大的故障则无法正确使用，且以上方法没有考虑到分级支路的影响，灵敏度较低；没有考虑到分布式能源的影响，重复测量性较差。

4、从上述情况上可以看出，目前针对新型电力系统中高阻接地故障尚未有完备的监测方法，需要设计或开发新的新型电力系统中高阻接地故障的监测与定位方法。

技术实现思路

1、本发明为了解决新型电力系统中尤其是光伏配电网中，高阻接地故障尚未有完备的监测方法的问题，提供了一种针对含光伏配电网的高阻接地故障监测与定位方法。

2、本发明是通过如下技术方案来实现的：一种针对含光伏配电网的高阻接地故障监测与定位方法，从泄露电流的角度进行分析，选取零序分量进行研究，以最大程度减少配电网侧产生的非线性分量对故障监测所造成的影响；综合考虑了分级支路的情况，并提出了修正方案；适用于过渡电阻最大为5kω的高阻接地故障，可以满足工程上的绝大多数情况。

3、本发明所针对的系统拓扑如图1所示，配电网中，将彼得森线圈等效为电感与电阻的并联线路，并直接与母线相连；同时从母线连出的各馈线经过变压器降压后与负载相连，将各馈线的泄露电流等效为对地的容性电流后，即在各馈线与大地之间串联了一个等效对地电容与电阻的并联线路。

4、一种针对含光伏配电网的高阻接地故障监测与定位方法，包括如下步骤：

5、步骤1，将实时监测配电网各馈线的泄露电流并计算等效对地电容；具体为：

6、l0n、r0n为彼得森线圈的零序电感与电阻；为流经彼得森线圈的电感与电阻的零序电流；c1、c2、c3、r1、r2、r3分别为线路1、2、3泄露电流的等效对地电容和电阻，统一写为ci与ri，i＝1,2,3为馈线编号；u01、u02、u03为线路对应的零序电压；ri的大小与线路的绝缘性能有直接关系，在线路绝缘良好的情况下，ri接近于无穷大，该支路相当于断路；在系统处于正常运行或健康状态时，对地电容的大小为：

7、

8、式中：c0i为第i条支路的零序等效对地电容，u0,t(j)为第j个采样点的母线暂态零序电压，i0i,t(j)为第j个采样点的馈线i的暂态零序电流；n为拟合采样点的数量。

9、步骤2，将根据监测得到的泄露电流，计算各馈线零序电压，并根据零序电压自适应判据来检测高阻接地故障；当系统发生单相接地故障时，整段线路可被视为一个谐波源，向系统不断输送谐波电流。假设中性点接地采用谐振接地中性点，

10、①在发生单相高阻接地故障时，高频暂态分量极小，若仅考虑低频暂态分量，则可忽略线路电感和线路电阻。其中母线与各馈线的零序电压的计算见下式：

11、

12、

13、式中：u0b与u0i为母线与各馈线的零序电压，i为各级馈线的标号；此时的短路电流为：

14、

15、假设系统中的线路绝缘性能较好，由下式可知，线路的零序电压为：

16、

17、当某个母线支路内任何馈线一旦发生高阻接地故障，则整个支路区域的零序电压都会受到影响；

18、②根据零序电压分量的自适应判据来检测高阻接地故障：

19、根据健全线路拟合估计的与母线电压的幅值比一般小于1.2，以及对于5kω以下的高阻接地故障，故障线路拟合估计的与母线电压的比一般大于等于1.2的情况，拟定零序电压分量的自适应判据来初步检测高阻接地故障，并留有裕度，设置估值幅值比为1.3，即故障判据为：

20、

21、将各线路根据泄露电流积分所得的零序电压与母线零序电压进行幅值比的计算；若某线路的幅值比大于等于1.3，则可初步判断该馈线所在的支路区域存在高阻抗接地故障；为了避免系统负荷侧调整而导致的系统波动，而从发生误诊断的问题，需要额外增加一个延时判断机制，即持续满足条件若干秒后，再进入后续的故障定位流程。

22、上述基于零序电压比所得出的故障判断依据，结合暂态故障原理，分析如下：

23、1)为了避免系统负荷侧调整而导致的系统波动，而从发生误诊断的问题，须要额外增加一个延时判断机制，即持续满足条件几秒后，再进入后续的故障定位流程。

24、2)配电系统中，不仅有用电单元，也有发电单元。发电单元与用电单元所在的支路潮流方向相反，此时很多现有方法要依据不同的线路单位进行调整。但本发明所提方法，主要采用零序分量进行故障的判别，在故障发生时，最大的零序电流源就是故障本身，相位并不受线路本身潮流方向影响，本发明所提的方法仍适用。

25、步骤3，将根据各馈线的线路电流与泄露电流计算零序电流状态比η；当系统正常健康运行时，各馈线暂态零序电流均视为与母线暂态零序电压导数呈线性关系，即各馈线的零序电流的来源视为各馈线的对地等效电容，即：

26、

27、但是，若发生了非对称性故障，那么故障线路中的零序分量主要来源便是故障本身。

28、将与母线直接连接的线路称为一级线路，与其相接的线路为二级线路，依次划分线路等级。若故障发生在二级线路的话，还会对其所在的一级线路也造成影响。根据基尔霍夫定律，当一级线路发生故障时，因为电流流向母线，且母线与消弧线圈相接，故其对所属的二级线路影响较小；但当二级线路发生故障时，线路电流会直接流经其上级线路，故而对其造成直接影响。

29、在电流汇入母线之后，消弧线圈会对故障电流进行补偿。

30、当故障发生时，故障所在区域的零序电压会产生较大变化，当通过上述所提出的故障判据初步确定故障区域后，应提取该区域各级线路的零序线路电流，并进行讨论与判断。

31、根据各馈线的线路电流与泄露电流计算零序电流状态比η：

32、

33、式中：为线路电流与泄露电流的零序分量的幅值比；θ为线路电流与母线电流的零序分量的相位差；

34、

35、θ0p＝δ0p-δ0b

36、式中：分别为故障线路的泄露电流与线路电流的零序分量；δ0p、δ0b为故障线路与母线的零序电流的相位；为故障电流；p为故障所在线路的标号；b为母线的标号。

37、当故障发生时，因故障电流的零序分量远大于泄露电流，故线路电流的相位和幅值将产生很大变化。幅值方面，由于短路电流的并入，幅值会得到极大地增加，至少为泄露电流的1000倍；相位方面，原有电流主要为容性部分，但高阻接地故障的阻性部分极大，并入线路后，故障线路电流的相位与正常线路相差约90°。

38、步骤4，将各馈线的零序电流状态比η与故障定位判据相对比，完成故障的定位与选线。

39、①若故障线路存在上级线路，则对其上级线路的η值进行补正，补正方法为：将上级线路的线路电流减去已确定为故障支路的汇入电流，再求其η值；

40、②当η位于如下区域时，即参数大于1000，且θ处于(80°,100°)之间时，对应线路为故障线路。

41、本发明所设计的一种针对含光伏配电网的高阻接地故障监测与定位方法，针对三线制谐振中性点接地系统，以泄露电流为切入点进行故障的监测与定位，整个流程分为监测和定位两部分。监测流程的核心部分是通过泄露电流求得线路的零序电压，判断其是否符合故障条件：当符合故障条件时，若还满足延迟判定条件，则确定该区域发生了高阻接地故障，并进入故障的定位流程；故障的定位主要根据线路电流零序分量的幅值和相位计算得到的零序电流状态比η，若线路的η符合幅值及相位条件，则该线路为故障所在线路。

42、与现有技术相比本发明具有以下有益效果：本发明所提供的一种针对含光伏配电网的高阻接地故障监测与定位方法，该方法适用于5kω以下的高阻接地故障，可有效完成对该类故障的监测和定位工作，满足工程上对快速性和准确性的要求；本发明方法所提取的零序分量不受线路外的谐波影响，较大程度避免了噪声干扰。