一种新型配电网高阻接地故障特征图谱构建方法及系统与流程

本发明属于配电网故障分析领域，具体涉及一种新型配电网高阻接地故障特征图谱构建方法及系统。

背景技术：

1、本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

2、随着分布式光伏、储能装置和具备车网互动功能的电动汽车充电设施不断接入配电网，改变了故障期间的电流来源、节点电压的支撑方式和局部功率的分配过程，使依赖单一电流或电压阈值的故障分析方法面临适用性不足的问题。

3、架空配电线路地理跨度大、运行环境复杂，容易受到持续降雨影响。暴雨天气可能会导致绝缘子的表面、导线金具的连接位置及横担等部位受潮，水膜与污秽层的共同作用会降低绝缘表面等效电阻并增大泄漏电流。当局部绝缘尚未完全击穿、相导体与地之间仅形成不完全导通通道时，故障表现为高阻接地。该类故障的接地通道电阻较大，故障电流受到明显限制，节点电压通常不会发生深度跌落，具有弱电流、弱电压扰动和持续不平衡等特征。

4、与金属性单相接地故障相比，高阻接地故障的电压跌落和零序电流幅值均较小，传统过流保护或低电压判据难以及时、可靠地识别。虽然其瞬时电流不大，但高阻通道持续消耗有功功率，可能产生热效应并加剧绝缘碳化，进而向着永久性接地故障演化。高阻接地故障的风险不仅取决于故障电流的幅值，还取决于其隐蔽性、持续性和发展性的特征。

5、现有的配电网故障分析通常侧重于节点电压、零序电流或负序电流中的单一或少数电气量，对光伏、储能和v2g多类资源聚合接入后产生的资源功率的动态响应考虑不足；同时，不同特征量具有不同量纲和数量级，难以直接在统一的尺度下进行比较。若仅观察单条时域曲线，不易同时区分出故障的本征特征与资源运行方式引起的扩展特征，也不利于形成可重复调用的故障特征数据。

技术实现思路

1、本发明为了解决上述问题，提出了一种新型配电网高阻接地故障特征图谱构建方法及系统，本发明在统一的故障条件下组织多种资源工况，采集节点电气量和资源功率量，提取具有明确物理意义的多维特征量并进行归一化，进而构建热力图与雷达图相结合的故障特征图谱，解决了暴雨受潮条件下高阻接地故障的电压跌落不明显、零序电流幅值小，以及光储充资源接入后故障响应维度增加、单一特征难以完整表征的问题。

2、根据一些实施例，本发明采用如下技术方案：

3、一种新型配电网高阻接地故障特征图谱构建方法，包括以下步骤：

4、建立含光伏、混合储能和v2g单元的新型配电网模型，所述新型配电网模型包括多个节点，部分节点接入光伏单元，部分节点接入储能单元，部分节点接入v2g单元；

5、将高阻接地故障点等效为故障前相电压经系统对地等值阻抗与高阻故障通道串联，计算故障相电流，确定暴雨受潮型高阻接地的故障场景；

6、在相同拓扑、故障位置、故障相别和故障时段下，依次设置无资源接入、光伏和混合储能接入、光伏、混合储能与v2g单元充电、光伏、混合储能与v2g单元放电四种资源运行工况，配置每种资源运行工况的控制变量；

7、依据设置的资源运行工况和配置的控制变量，进行所述新型配电网模型的仿真运行，采集节点参数和资源参数数据；

8、按照统一的特征顺序将四种工况采集的特征数据组成特征矩阵，对每一特征维度进行归一化处理；

9、根据归一化特征矩阵生成高阻接地故障特征热力图，并生成对应工况的特征雷达图，形成高阻接地故障特征图谱。

10、作为可选择的实施方式，建立含光伏、混合储能和v2g单元的新型配电网模型的过程包括：以配电系统为基础，在多个主干节点及支路节点接入光伏、混合储能和v2g单元，并在各节点设置三相电压、电流及运行量测量模块。

11、作为进一步限定的实施方式，新型配电网模型主干包括多个节点，部分节点分别引出支路，一个节点连接上级电源或变电站，主电源中性点经小电阻接地，为单相接地及高阻接地故障提供零序电流通路；资源侧通过三相双绕组变压器接入配电网，设置主电源额定线电压、变压器低压侧额定线电压，连接组别采用高压侧三角形、低压侧星形并引出中性点的dyn11连接方式。

12、作为可选择的实施方式，部分节点接入光伏单元，部分节点接入储能单元，部分节点接入v2g单元的过程包括：至少一个节点接入两台光伏，其他光伏节点各接入一台；混合储能单元采用蓄电池和超级电容混合结构，通过双向dc/dc变换器、公共直流母线和三相pwm并网变换器实现能量交换；v2g单元经双向功率变换接口实现充电与放电模式切换，各节点均设置量测模块。

13、作为可选择的实施方式，将高阻接地故障点等效为故障前相电压经系统对地等值阻抗与高阻故障通道串联，计算故障相电流的过程包括：设置各相对地故障，通过配置大于设定值的接地电阻限制故障电流，使故障表现为弱接地、弱电流和弱电压跌落；

14、高阻接地故障点等效为故障前相电压经系统对地等值阻抗与高阻故障通道串联，计算故障相电流，进而计算高阻故障通道中消耗的有功功率。

15、作为可选择的实施方式，确定暴雨受潮型高阻接地的故障场景的过程包括：将故障对应为持续降雨作用下的绝缘受潮过程：持续降雨导致绝缘表面受潮，表面电阻下降，泄漏电流积聚；当局部位置形成阻值较大的不完全导通通道时，对应节点出现高阻接地故障。

16、作为可选择的实施方式，依次设置无资源接入、光伏和混合储能接入、光伏、混合储能与v2g单元充电、光伏、混合储能与v2g单元放电四种资源运行工况的过程包括：四种资源运行工况采用相同的网络拓扑、故障位置、故障相别、故障投入与切除时刻以及测量量配置，仅通过tp、tb、tvoff和kv控制资源接入状态。

17、作为可选择的实施方式，依据设置的资源运行工况和配置的控制变量，进行所述新型配电网模型的仿真运行，采集节点参数和资源参数数据的过程包括：运行预构建的仿真脚本，依次执行基本参数设置、工况定义、测量变量声明、循环仿真、结果提取、绘图和结果保存程序，每一个工况开始前清除上一工况遗留的基础工作区变量，将当前工况的控制变量写入基础工作区后调用模型运行，并将各节点量及资源量存入对应的结果结构。

18、作为可选择的实施方式，依据设置的资源运行工况和配置的控制变量，进行所述新型配电网模型的仿真运行，采集节点参数和资源参数数据的过程包括：重点监测故障点节点及下游节点，节点量包括三相电压、电流及由其获得的有效值、零序量和负序量；资源量包括光伏、储能和v2g的电压、电流、有功功率、无功功率以及储能荷电状态，计算节点电压跌落深度按照故障前电压与故障期间最低电压之差，采用零序敏感系数表征高阻接地故障相对于正常工况的弱零序扰动，采用负序扰动指标表征故障持续区间内负序分量偏离正常状态的累积程度，通过比较故障时段资源有功功率相对于故障前平均功率的偏离程度，提取光伏、储能和v2g功率变化量。

19、作为可选择的实施方式，根据归一化特征矩阵生成高阻接地故障特征热力图，并生成对应工况的特征雷达图，形成高阻接地故障特征图谱的过程包括：根据归一化特征矩阵生成高阻接地故障特征热力图，并以各特征为坐标轴生成四种资源运行工况的特征雷达图；将热力图用于比较不同工况下单项特征的相对强弱，将雷达图用于比较各工况在多维特征空间中的整体轮廓，从而形成高阻接地故障特征图谱。

20、一种新型配电网高阻接地故障特征图谱构建系统，包括：

21、新型配电网模型构建模块，被配置为建立含光伏、混合储能和v2g单元的新型配电网模型，所述新型配电网模型包括多个节点，部分节点接入光伏单元，部分节点接入储能单元，部分节点接入v2g单元；

22、暴雨场景设置模块，被配置为将高阻接地故障点等效为故障前相电压经系统对地等值阻抗与高阻故障通道串联，计算故障相电流，确定暴雨受潮型高阻接地的故障场景；

23、资源运行工况设置模块，被配置为在相同拓扑、故障位置、故障相别和故障时段下，依次设置无资源接入、光伏和混合储能接入、光伏、混合储能与v2g单元充电、光伏、混合储能与v2g单元放电四种资源运行工况，配置每种资源运行工况的控制变量；

24、仿真运行模块，被配置为依据设置的资源运行工况和配置的控制变量，进行所述新型配电网模型的仿真运行，采集节点参数和资源参数数据；

25、归一化处理模块，被配置为按照统一的特征顺序将四种工况采集的特征数据组成特征矩阵，对每一特征维度进行归一化处理；

26、故障特征图谱生成模块，被配置为根据归一化特征矩阵生成高阻接地故障特征热力图，并生成对应工况的特征雷达图，形成高阻接地故障特征图谱。

27、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

28、本发明在统一的配电网拓扑、故障位置、故障时段和测量量条件下，对不同资源组合下的不同工况进行批量的仿真或数据采集，联合提取电压跌落、最低电压、零序电流、负序电流以及光伏、储能、v2g功率变化量，并通过归一化后的热力图和雷达图形成多维高阻接地故障特征图谱，为故障识别、保护配置和运行分析提供图谱化依据。

29、为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。