一种配电网单相接地故障启动检测方法及系统与流程

1.本发明涉及配电网的单相接地检测技术领域，尤其涉及一种配电网单相接地故障启动检测方法及系统。


背景技术：

2.中性点不接地和经消弧线圈接地配电网的单相接地故障检测是研究的一个重点方向，现有技术中基于三相电流突变量的方法，也称之为三相电流不平衡法，来进行故障点上游线路的三相电流突变量波形不一致检测。三相电流不平衡法仅采用三相电流，主要用于无电压信号场景下的接地故障检测，因此传统基于零序电压的启动判据无法应用于三相电流不平衡法。
3.目前，三相电流不平衡法需要三相电流同步，对于一二次融合终端，由于三相电流同步采用，因此理论上三相电流不会出现非同步现象，但受三相电流互感器传变误差影响，正常运行时可能会合成较大幅值的零序电流，因此用合成零序电流启动时可能会导致装置频繁误启动。对于故障指示器，由于三相电流是独立采样的，除了互感器传变误差引入的合成零序电流外，非同步采样的三相电流合成时也会出现较大零序电流。因此利用合成零序电流作为启动判据时如何克服互感器传变误差以及三相不同步采样误差造成的影响是三相电流不平衡法的关键技术之一。
4.此外，对于非同步采样的三相电流，如何根据三相电流独立确定故障时刻，保证故障判别时所用数据均是故障发生后的同步数据，并保证三相电流不平衡接地故障检测法的关键技术之一。
5.但是，不管是利用合成零序电流启动还是故障时刻确认，本质都是检测突变点，特别是单相接地故障时相电流突变量幅值较小，且含有较多噪声，突变点检测的准确度不能保证。传统的导数法等容易受噪声干扰的同时灵敏度较低，基于突变量幅值的方法也容易受过渡电阻的影响。


技术实现要素：

6.为了克服上述现有技术中的不足，本发明提供一种配电网单相接地故障启动检测方法，方法主要解决含较大噪声情况下合成零序电流突变检测和相电流突变的准确检测问题。
7.配电网单相接地故障启动检测方法包括：步骤一、对合成的零序电流使用滑窗计算，得到一个工频周波采样点之和；步骤二、使用滑窗计算预设数量的频周波采样点之和，再依次滑窗计算方差；步骤三、根据方差值确定是否启动三相同步采样终端；步骤四、如果方差值大于整定值，启动三相同步采样终端；三相同步采样终端监测合成零序电流的突变点作为故障时刻点，并计算电流突变量。
8.进一步需要说明的是，步骤一的计算方式包括：（1）式中为合成零序电流的一个工频周波采样点之和，为合成零序电流的第k个采样点，n为一个工频周波的采样点个数。
9.进一步需要说明的是，步骤二中选取m个滑窗计算得到的sm值依次滑窗计算方差，第k个方差的计算方法为（2）式中为滑窗计算得到的第k个合成零序电流一个工频周波采样点之和，asm为从第k个sm值至第k m-1个sm值的平均值。
10.进一步需要说明的是，三相同步采样终端的启动判据为：（3）式中为整定值。
11.进一步需要说明的是，当启动判据满足公式（3）的条件时，第k m n 1个采样点对应的时刻为故障时刻。
12.进一步需要说明的是，合成零序电流的计算方法为：（4）式中、、为abc相电流。
13.进一步需要说明的是，步骤四中电流突变量的计算方法为（5）。
14.进一步需要说明的是，如果方差值小于整定值，三相同步采样终端不启动。
15.本发明还提供一种配电网单相接地故障启动检测系统，系统包括：合成零序电流计算模块、方差计算模块、终端启动判断模块以及三相同步采样终端；合成零序电流计算模块用于对合成的零序电流使用滑窗计算，得到一个工频周波采样点之和；方差计算模块用于使用滑窗计算预设数量的频周波采样点之和，再依次滑窗计算方差；终端启动判断模块用于根据方差值确定是否启动三相同步采样终端；如果方差值大于整定值，启动三相同步采样终端；三相同步采样终端监测合成零序电流的突变点作为故障时刻点，并计算电流突变
量。
16.从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：本发明提供的配电网单相接地故障启动检测系统面向三相电流突变的配电网接地故障检查方法，基于噪声在一个工频周波内能量基本一致，所以一个工频周波内的能量方差值很小，通过检查能量变化实现故障启动和故障时刻确认，克服噪声的干扰，解决利用合成零序电流启动或故障时刻确认检测突变点，会造成单相接地故障时相电流突变量幅值较小，且含有较多噪声，突变点检测的准确度不能保证的问题。本发明通过方差计算，可准确获取故障时刻，克服三相电流互感器传变误差、不同步采样带来的检测不准确问题，同时提高启动判据的灵敏度。
附图说明
17.为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
18.图1为配电网单相接地故障启动检测系统及方法流程图。
具体实施方式
19.图1为本发明提供配电网单相接地故障启动检测方法的示意方式来说明本发明的基本构想，本发明主要是解决利用合成零序电流启动或故障时刻确认检测突变点，会造成单相接地故障时相电流突变量幅值较小，且含有较多噪声，突变点检测的准确度不能保证的问题。本发明提供配电网单相接地故障启动检测方法避免传统的导数法等容易受噪声干扰的同时灵敏度较低，基于突变量幅值的方法也容易受过渡电阻影响的问题。
20.本发明提供配电网单相接地故障启动检测方法在执行过程中可以基于人工智能技术对关联的数据进行获取和处理。其中，人工智能(artificial intelligence，ai)是利用数字计算机或者数字计算机控制的机器模拟、延伸和扩展人的智能，感知环境、获取知识并使用知识获得最佳结果的理论、方法、技术及应用装置。
21.配电网单相接地故障启动检测方法的三相同步采样终端能够按照事先设定或存储的指令，自动进行数值计算和/或信息处理的设备，其硬件包括但不限于微处理器、专用集成电路(application specific integrated circuit，asic)、可编程门阵列(field－programmable gate array，fpga)、数字处理器(digital signal processor，dsp)、嵌入式设备等。
22.三相同步采样终端还可以包括网络设备和/或用户设备。其中，所述网络设备包括，但不限于单个网络服务器、多个网络服务器组成的服务器组或基于云计算(cloud computing)的由大量主机或网络服务器构成的云。
23.三相同步采样终端所处的网络包括但不限于互联网、广域网、城域网、局域网、虚拟专用网络(virtual private network，vpn)等。
24.下面将结合附图来详细阐述本发明的配电网单相接地故障启动检测方法，配电网单相接地故障启动检测方法例如可应用于中性点不接地和经消弧线圈接地配电网的单相接地故障检测分析，分析单相接地故障状态，评价配电网是否满足运行规范，是否存在系统
风险，对于降低配电网的运行风险有积极作用。
25.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
26.配电网单相接地故障启动检测方法包括：s101、对合成的零序电流使用滑窗计算，得到一个工频周波采样点之和；其中，合成零序电流的计算方法为：（4）式中、、为abc相电流。
27.s102、使用滑窗计算预设数量的频周波采样点之和，再依次滑窗计算方差；s103、根据方差值确定是否启动三相同步采样终端；s104、如果方差值大于整定值，启动三相同步采样终端；三相同步采样终端监测合成零序电流的突变点作为故障时刻点，并计算电流突变量。
28.本发明电流突变量的计算方法为（5）。
29.本发明中，如果方差值小于整定值，三相同步采样终端不启动。
30.本发明提供的配电网单相接地故障启动检测方法通过求取一个工频周波内的采样点之和，克服噪声的干扰。本发明还通过方差计算，可准确获取故障时刻，克服三相电流互感器传变误差、不同步采样带来的检测不准确问题，同时提高启动判据的灵敏度。
31.进一步的，作为上述实施例具体实施方式的细化和扩展，为了完整说明本实施例中的具体实施过程中，正常运行时考虑到一个工频周波内噪声的能量基本保持不变，而合成零序电流因为是正弦变化的，其能量为0，因此对于合成零序电流首先计算工频周波内的能量，其值仅为噪声的能量。当有故障发生时合成零序电流不再完全是正弦波，能力不再仅为噪声的能量，能量会发生突变。采用方差描述这种突变。
32.本实施例的具体步骤为：1）对合成的零序电流使用滑窗计算，得到一个工频周波采样点之和，具体为：（1）式中为合成零序电流一个工频周波采样点之和，为合成零序电流的第k个采样点，n为一个工频周波的采样点个数。
33.2）选取m个滑窗计算得到的sm值依次滑窗计算方差，第k个方差的计算方法为
（2）式中为滑窗计算得到的第k个合成零序电流一个工频周波采样点之和，asm为从第k个sm值至第k m-1个sm值的平均值。
34.3）根据方差值确定是否启动三相同步采样终端。
35.如果方差值小于整定值，三相同步采样终端不启动；如果方差值大于整定值，三相同步采样终端启动；具体启动判据为：（3）式中为整定值，考虑无突变时方差基本为0，而有突变时方差很大，可取一个比较小的值，比如0.1，以保证启动判据的灵敏度。
36.4）三相同步采样终端启动后，利用故障合成零序电流的突变点作为故障时刻点即可。
37.具体为当方差满足（3）时，第k m n 1个采样点对应的时刻为故障时刻。
38.5）对于三相电流突变法，需要单独确认三相的故障时刻，具体确认方法同步骤1-4，差异仅为将合成零序电流变为各相电流突变量可以。
39.配电网单相接地故障启动检测方法可以实时对配电网单相接地故障状态进行更新；配电网单相接地故障启动检测方法中可以配置用户采用操作界面，使操作人员在系统中添加配置相应的参数，并执行配电网单相接地故障启动检测方法，保存过程数据以及结果数据。还可以对已储存的配电网单相接地故障和系统配电网运行状态信息进行修改，或删除；本发明的实施例还基于局域网，或广域网向单相接地故障启动检测设备发送控制信息指令，使检测人员获取单相接地故障启动检测状态信息，对获取的单相接地故障启动检测状态信息进行处理，可以及时得到配电网当前状态信息。
40.本发明的实施例中，还可以实时预测当前配电网的运行状态趋势图，形成柱状图，或曲线图，供检测人员参考使用。
41.还用于跟踪收集三相电流以及单相电流状态，监控三相电流不平衡接地故障状态，实现状态数据保存以及数据跟踪。还对每个时间段的三相电流数据进行趋势显示。
42.应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。
43.基于上述配电网单相接地故障启动检测方法，本发明还提供一种配电网单相接地故障启动检测系统，系统包括：合成零序电流计算模块、方差计算模块、终端启动判断模块以及三相同步采样终端；合成零序电流计算模块用于对合成的零序电流使用滑窗计算，得到一个工频周波采样点之和；
方差计算模块用于使用滑窗计算预设数量的频周波采样点之和，再依次滑窗计算方差；终端启动判断模块用于根据方差值确定是否启动三相同步采样终端；如果方差值大于整定值，启动三相同步采样终端；三相同步采样终端监测合成零序电流的突变点作为故障时刻点，并计算电流突变量。
44.本发明提供的配电网单相接地故障启动检测系统面向三相电流突变的配电网接地故障检查方法，基于噪声在一个工频周波内能量基本一致，所以一个工频周波内的能量方差值很小，通过检查能量变化实现故障启动和故障时刻确认，克服噪声的干扰，解决利用合成零序电流启动或故障时刻确认检测突变点，会造成单相接地故障时相电流突变量幅值较小，且含有较多噪声，突变点检测的准确度不能保证的问题。本发明通过方差计算，可准确获取故障时刻，克服三相电流互感器传变误差、不同步采样带来的检测不准确问题，同时提高启动判据的灵敏度。
45.本发明提供的配电网单相接地故障启动检测系统中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
46.本发明提供的配电网单相接地故障启动检测系统及方法是结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
47.本发明提供的配电网单相接地故障启动检测方法可以以一种或多种程序设计语言的任意组合来编写用于执行本公开操作的程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如java、c 等，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“c”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算设备上执行、部分地在用户设备上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算设备上部分在远程计算设备上执行、或者完全在远程计算设备或服务器上执行。在涉及远程计算设备的情形中，远程计算设备可以通过任意种类的网络，包括局域网(lan)或广域网(wan)，连接到用户计算设备，或者，可以连接到外部计算设备(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。
48.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。