配电线路单相接地故障离线定位策略的制作方法

本发明属于电力系统接地故障，涉及配电线路单相接地故障离线定位策略。

背景技术：

1、当前，国内的配电线路覆盖面积广泛，线路长且分支众多，运行环境复杂多变；配电网电缆线路的增长速度接近10％，这导致了故障发生的概率大幅上升；据统计，配电网系统发生的故障中有70％是由于单相接地故障直接或间接引发，并且常伴随着过电压烧毁或击穿站内设备等问题；因此，迫切需要对配电网的线路运行状态进行诊断分析，并在发生单相接地故障时能够准确地选线定位，以缩短故障排除时间，降低大范围停电的风险，并提高站内设备的使用寿命。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供配电线路单相接地故障离线定位策略，具备准确定位故障点的特点。

2、本发明所采用的技术方案是，配电线路单相接地故障离线定位策略，具体包括：首先对分布电容和分布电感进行研究分析，其次，在理论分析的基础上，确定注入交流信号的大小和频率，然后在svpwm波控制技术、pid双闭环反馈控制技术、高频开关功率变换技术的研究基础上，研制可调频的便携式调频小电流信号源，最后，通过对噪声相关性和自适应形态学滤波分析的基础上，研制信号检测器并阐述其工作原理。

3、本发明的特点还在于：

4、其中配电线路单相接地故障离线定位策略，具体包括：具体按照以下步骤实施：

5、步骤1，考虑输电线路参数对所注入的调频交流小信号的影响，对线路分布电容和分布电感进行研究分析；

6、步骤2，基于分布电容电流与频率关系和实际工程中的经验，确定调频交流小信号的大小和频率；

7、步骤3，在svpwm波控制技术、pid双闭环反馈控制技术、高频开关功率变换技术的研究基础上，项目研制可调频的便携式小电流信号源；

8、步骤4，基于噪声相关性和自适应形态滤波的理论分析，阐述除去噪声的原理并研制出信号检测器；

9、其中步骤1具体为：考虑线路均匀分布，则得到三相电力线路单相导线对地的分布电容为，如式(1)所示：

10、

11、式中，dm为几何均距，r为导线半径，dab、dbc、dca为线间距离；

12、考虑电容分布的极限情况，城镇档距取40～50米，郊区档距取60～100m，线间距离dm取0.6m，且三角排列，这时的分布电容最大，导线截面积取240mm2，得配电网最大分布电容，如式(2)所示：

13、

14、同理，分布电容的最小值c2，线间距取最大值1m且水平排列，导线半径取最小值，即截面积取35mm2，如式(3)所示：

15、

16、考虑配电线路导线分布电感，设单位长度线段上的电感为l1，则分布电感为，如式(4)所示：

17、

18、最大分布电感l1，档距选择100米，导线线距为1m，导线截面积取20mm2，且导线水平排列时，如式(5)所示：

19、

20、取最小电感l2，档距选择40米，导线线距为0.6m，导线截面积取240mm2，且导线三角排列，如式(6)所示：

21、

22、当频率等于50hz，线间距离0.75米，导线截面积150mm2时，该等效电路的输入阻抗z，如式(7)所示：

23、

24、其中步骤2具体为：

25、规定流入故障点的电流能大于流过导线的分布电容电流，如式(8)所示：

26、

27、为了确保检测器可以识别并区分电容电流和故障电流，取边界条件，使得电容电流ic小于等于故障电流ir，ir＝ic，如式(9)所示：

28、

29、为了确保交流信号探测器的性能有良好表现，当流入故障点的电流达到ia以上时，定位效果理想，则选择故障点电流ia；为了探测器能分辨出故障电流，所以流入分布电容的电流最大也应该是ia，由于故障电阻与分布电容是并联关系，则注入电流是

30、在选择注入交流信号时，考虑到分布电容电流与频率的关系，整个传输线路看作是多个微分段级联，传输线路由n个同样的电路组成，依此类推，输入阻抗为z，得到式(10)：

31、

32、其中步骤3具体为：

33、svpwm的基本原理是将三相电压转换为空间矢量，并通过调整这些空间矢量的幅值和相位，控制电力逆变器输出的电压波形；

34、在pid电流双闭环反馈控制技术中，电流有效值采用外环控制，同时通过比例积分pi调节器，对输出电流的有效值进行控制，使输出电流与设定电流值相同，通过pid双闭环反馈控制技术控制电流稳定输出，使得注入交流信号具有恒定的特性；

35、对于高频开关功率变换技术注入交流信号电源采用高频功率开关技术进行功率变换，功率器件采用第五代igbt，并充分利用了在高频开关工作方式下igbt的低损耗性能；通过svpwm变换和控制，实现大功率变流；为了提高系统的性能，igbt及其驱动、保护和吸收电路被组装成单相逆变单元模块；

36、在这个结构中，交-直部分采用了三相桥式整流器，将输入电源转换为平稳的直流电信号，然后通过电解电容进行滤波，使其变得更加稳定，h全桥逆变器采用了igbt作为开关元件，在空间矢量脉宽调制方式svpwm的控制下对逆变器进行操作，将平稳的直流电信号转换为脉宽调制输出的交流电信号，其中交流信号的基波频率与所需的电源输出频率相匹配，逆变器输出的调制波经过变压器和由电容组成的lc滤波电路进行滤波处理，以产生变频变压的正弦波交流电信号便携式可调频小电流信号源整机电路；

37、其中步骤4具体为：

38、首先对噪声相关性进行分析，信号通常分为两类：能量信号和功率信号；相关函数主要有自相关函数和互相关函数，分别如下式(11)至(14)所示：

39、能量信号f(t)的自相关函数定义为：

40、

41、功率信号s(t)的自相关函数定义为：

42、

43、f1(t)和f2(t)之间的互相关函数定义为：

44、

45、s1(t)和s2(t)之间的互相关函数定义为：

46、

47、以白噪声为例，分析基于噪声相关特性的结构元素选取，白噪声的自相关函数与功率谱密度是一对傅里叶变换关系，如式(15)所示：

48、

49、对于配电网故障信号中一般性的白噪声信号，选用正弦形或者半圆形的结构元素达到去噪效果；

50、其次，考虑自适应形态学滤波的微弱信号抗干扰处理方法，腐蚀操作用来缩小或移除图像中的对象，膨胀操作用来扩大或填充图像中的对象，通过腐蚀和膨胀的组合，进行形态学开运算和闭运算，配电网故障信号为一维信号，设为f(n)，同时定义g(n)为结构元素，使用结构元素对信号进行膨胀和腐蚀运算分别如式(16)和(17)所示：

51、

52、(fθg)(n)＝max{f(n+x)-g(x)|(n+x)∈df,x∈dg} (17)

53、将膨胀和腐蚀两种基本运算进行组合可以得到形态学的开运算和闭运算，如式(18)和(19)所示：

54、

55、

56、交替进行两种运算，则得到交替滤波器，如下式(20)和(21)所示：

57、

58、

59、由于存在输出统计偏移的问题，取上述两种计算的平均，则得到式(22)

60、[(f)altmix(g)](n)＝[(f)oc(g)+(f)co(g)](n)/2 (22)

61、为了定量评估各种滤波器的滤波效果，利用均方根误差rmse：

62、

63、该数值越大，说明所比较信号相差越大，引入权值概念，通过自适应加权计算，不断加大滤波后信号在计算结果中的权重占比，进而获取最佳消噪信号。

64、本发明的有益效果是

65、基于对调频小电流信号源和信号检测器所提出了一种配电线路单相接地故障离线定位策略，相比之前离线定位技术，可以准确的找到故障点位。