一种微网配电网的小电流接地系统单相接地故障选线方法与流程

本发明属于配电网电网故障检测，具体涉及一种微网配电网的小电流接地系统单相接地故障选线方法。

背景技术：

1、在目前的低压配电网中，中性点有三种接地方式，即中性点不接地、中性点经消弧线圈接地和中性点经高阻接地，统称为小电流接地系统。根据电力运行故障统计情况可知，在小电流接地配电网系统中，单相接地故障最为常见，发生率最高，超过总故障的80％。此外，当小电流接地系统发生单相接地故障时，由于故障电压和故障电流小，系统可在故障情况下继续运行1～2小时。因此，为了防止长期过电压导致其他相绝缘击穿，使单相接地故障发展成相间故障，影响供电，在不中断供电连续性和保证安全的情况下，快速、准确地对故障线路进行选线就显得十分重要。

2、目前，电力系统中应用的小电流接地系统单相接地故障选线方法主要分为基于稳态分量的选线方法，基于暂态分量的选线方法和外注入法。其中，基于暂态分量的选线方法较为灵敏，但配电网单相接地故障暂态过程较短，难以准确把握其暂态过程；由于需要额外的设备，外注入法的通用性和实用性不高；而基于稳态分量的选线方法均以单相接地故障本身的故障信号为依据，其大多针对系统的零序分量，包括群比幅比相位法、工频无功方向法、负序电流法、五次谐波法等，具有一定的稳定性和准确性，但在某些系统中，小电流接地系统的稳态故障特征较弱，会影响选线的灵敏度。

3、分布式发电作为一种新的发电方式，主要是基于对分散能源的利用。与集中式发电不同，分布式发电通常根据当地情况分布到中低压配电网中，成为微网。在有微网的配电网中，原有的单向潮流将转变为双向潮流，甚至反向潮流，这使得配电网的运行控制更加复杂，带来了一系列电能质量问题。与单电源配电网不同，存在微网的配电网中存在双向潮流，因此系统中每条线路的工频物理量都会有所不同，这将在一定程度上影响原有的故障特征，使其更加复杂。而现有配电网单相接地故障选线技术不适用微网配电网单相接地故障后的故障选线，因此亟需研究一种微网配电网单相接地故障选线技术。

技术实现思路

1、为了解决现有配电网单相接地故障选线技术不适用微网配电网单相接地故障后的故障选线的问题，本发明提供了一种微网配电网的小电流接地系统单相接地故障选线方法，本发明通过提取系统运行时各线路的高次谐波特征，并利用五次谐波法并综合对比五次谐波故障特征分量的幅值、相位和极性比较选线结果，准确、快速地实现微网配电网单相接地故障选线，对微网配电网系统安全可靠运行提供了技术支撑。

2、本发明通过下述技术方案实现：

3、一种微网配电网的小电流接地系统单相接地故障选线方法，所述方法包括：

4、搭建含微网的小电流接地配电网系统；

5、在所述小电流接地配电网系统线路上模拟单相接地故障的发生；

6、采集所述小电流接地配电网系统运行时各线路的电压和电流；

7、根据采集的各线路的电压和电流，计算所述小电流接地配电网系统各线路的零序分量；

8、提取所述小电流接地配电网系统中各线路零序分量的五次谐波分量；

9、分别进行所述五次谐波分量的幅值、相位和极性比较选线，并综合幅值、相位和极性比较选线结果，进行故障选线。

10、现有电力系统主要采用基于稳态分量或暂态分量进行单相接地故障选线，然而，基于暂态分量的选线方法因配电网接地故障暂态过程较短，难以准确把握其暂态过程，从而无法快速准确的实现接地故障选线；而基于稳态分量的选线方法依赖故障本身的信号，而微网配电其存在双向潮流的情况，其故障特征很复杂，因此现有基于暂态分量和稳态分量的单一选线方案均不能快速准确的实现微网配电网单相接地故障选线。本发明提出了一种专用于微网配电网的单相接地故障选线技术，其通过提取系统运行时各线路的高次谐波特征，并利用五次谐波法选择零序特征高次谐波中的五次谐波进行故障特征对比选线，最后综合五次谐波分量的幅值、相位、极性的对比选线结果，从而快速准确的实现微网配电网单相接地故障选线。

11、作为优选实施方式，本发明的搭建含微网的小电流接地配电网系统，具体为：

12、从电源中分别引出三条线路，三条线路电压等级相同，均为10kv，且三条线路连接不同的负载；

13、在第一条线路靠近负载侧变压器处接入另一个同电压等级的电源，即微网。

14、作为优选实施方式，本发明的计算各线路的零序分量，具体为：

15、由加法器和乘法器构建零序电压计算模块和零序电流计算模块；

16、其中零序电流等于三相三流的相量和乘以三分之一，零序电压等于三相电压的相量和乘以三分之一。

17、作为优选实施方式，本发明采用fft算法提取各线路零序分量的五次谐波分量。

18、作为优选实施方式，本发明的分别进行所述五次谐波分量的幅值、相位和极性比较选线，具体为：

19、将系统中所有线路的五次谐波分量的幅值、相位或极性进行两两比较；

20、然后将同一线路的所有相关比较结果进行逻辑与操作，若逻辑与结果为高电平，则表示该线路的幅值、相位或极性存在异常。

21、作为优选实施方式，本发明的综合幅值、相位和极性比较选线结果，进行故障选线，具体为：

22、将任一线路的幅值、相位和极性比较结果进行逻辑与操作，若逻辑与操作结果为高电平，则表示该线路存在接地故障。

23、作为优选实施方式，本发明的方法还包括：

24、输出并显示所述小电流接地配电网系统各线路的比较结果。

25、作为优选实施方式，本发明的方法还包括：

26、输出并显示系统运行时各线路的各相电压和电流。

27、作为优选实施方式，本发明的在所述小电流接地配电网系统线路上模拟单相接地故障的发生，具体为：

28、在搭建的所述小电流接地配电网系统线路中，加入由逻辑时控模型控制的模拟单相接地故障；

29、所述逻辑时控模型能够控制单相接地故障开始和持续时间。

30、另一方面，本发明提出了一种微网配电网的小电流接地系统单相接地故障选线系统，所述系统包括：

31、模型搭建单元，所述模型搭建单元用于搭建含微网的小电流接地配电网系统；

32、故障模拟单元，所述故障模块单元用于在所述小电流接地配电网系统线路上模拟单相接地故障的发生；

33、信号采集单元，所述信号采集单元用于采集所述小电流接地配电网系统运行时各线路的电压和电流；

34、计算单元，所述计算单元根据采集的各线路的电压和电流，计算所述小电流接地配电网系统各线路的零序分量；

35、提取单元，所述提取单元用于提取所述小电流接地配电网系统中各线路零序分量的五次谐波分量；

36、以及选线单元，所述选线单元分别进行所述五次谐波分量的幅值、相位和极性比较选线，并综合幅值、相位和极性比较选线结果，进行故障选线。

37、本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

38、1、本发明提出了一种针对微网配电网的小电流接地系统单相接地故障选线技术，其通过实时监控微网配电网运行时各线路的三相电压、三相电流波形，提取各线路的零序故障特征，利用fft算法快速提取各线路零序故障特征的高次谐波特征，并利用五次谐波法提取零序特征高次谐波中的五次谐波进行故障特征对比选线，最后综合对比五次谐波故障特征分量的幅值、相位和极性的选线结果，能够快速准确地实现微网配电网单相接地故障选线，为微网配电网安全、稳定的运行提供了技术支撑；

39、2、传统的基于配电网系统发生故障时的稳态故障分量的选线方案只适用于特定的情况，某些选线技术在中性点经消弧线圈接地系统中，选线结果会出现误差或扰动；而本发明引入快速傅里叶变换提取高次谐波，并以五次谐波法为依据提取故障特征的五次谐波分量，通过实验证明本发明可适用于中性点经消弧线圈接地情况下的单相接地故障选线。