【正文】 4 參數(shù)辨識的故障定位方法4 配電網(wǎng)中故障點定位的參數(shù)辨識法 引言配電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障后，如何快速、準(zhǔn)確的確定故障區(qū)段和故障點位置對于提高系統(tǒng)的可靠性，減少停電損失具有重要意義。為中性點不接地系統(tǒng)，所以無須確定工頻分量的含量，直接采用暫態(tài)零序電流方向比較法。表34區(qū)段定位過程中判斷故障區(qū)段的結(jié)果表34 有功低頻零序電流幅值法計算的結(jié)果區(qū)段1234567參量，故障區(qū)段判斷過程如下：1）將各檢測點對應(yīng)值寫入矩陣。c 負(fù)荷參數(shù)實際系統(tǒng)負(fù)荷千差萬別，同一線路各相之間負(fù)荷也不相同，為簡便起見，本文各條線路等效負(fù)荷阻抗統(tǒng)一采用。（3）求取各出線端零序電流工頻分量所占比例：在各條饋線上（M條），分別求零序電流i0(k)的有效值，并求i0M的平均值。從而可據(jù)此選出故障區(qū)段[46]。若有[1 ]，則說明故障點在由這幾個檢測點（1，2，3）確定的區(qū)段內(nèi)；若有[1 ]，則說明故障點有可能在檢測點3的下游。 基本原理傳統(tǒng)利用工頻分量的方向檢測和保護，主要是根據(jù)電壓電流間的相位差判斷電壓超前或滯后于電流來確定故障電流流向。對應(yīng)圖220，暫態(tài)零序電流從故障虛擬電源輸出，經(jīng)故障區(qū)段分配到各健全區(qū)段。稱首次串聯(lián)諧振為故障的主諧振，其頻率為主諧振頻率。（1）的確定選為3 倍的工頻即可有效地消除消弧線圈的影響，也可選為更高頻率如4 倍工頻，可更有效地消除消弧線圈的影響。（2）故障線路上：1）故障點下游檢測點檢測的也是其下游線路自身阻抗，相頻特性和暫態(tài)信號特性等同于健全線路檢測點。隨著諧波次數(shù)的升高，對于一定頻率以上的零序電流諧波而言，中性點上的消弧線圈基本上相當(dāng)于開路。即阻抗角由90176。中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)單相接地故障的零序網(wǎng)絡(luò)中，零序電流通路上的主要元件為線路的零序?qū)Φ刈杩购拖【€圈的阻抗。對于圖21(b)所示的零序網(wǎng)，零序電壓源 的瞬時值為： （210）式中：—— 正常狀態(tài)的相電壓幅值；—— 故障時刻的A相（故障相）電壓相角。此電流要從A相流回去，因此從A相流出的電流為。并用EMTP故障仿真數(shù)據(jù)在MATLAB計算程序中檢驗其定區(qū)段效果。（2）加信傳遞函數(shù)法文獻(xiàn)[36]提出在故障出線處加方波診斷信號根據(jù)故障后電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的變化,用頻域分析進(jìn)行定位的單端測距算法。以上所述方法的共同缺點：神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法需要大量的樣本進(jìn)行訓(xùn)練，而這在實際中不可能得到。（2）利用暫態(tài)量的方法基于故障暫態(tài)電流中含有大量的高頻和直流分量，以下文獻(xiàn)探討了配電網(wǎng)中，從發(fā)生接地故障的電流、電壓及相關(guān)電氣量找到富含故障信息與故障距離關(guān)系的特征。文獻(xiàn)[19]的測距思路與文獻(xiàn)[17]一致，但針對的中性點非直接接地系統(tǒng)。上述無論基于故障指示器，還是基于FTU的方法所用均為工頻信息，但在配電網(wǎng)中工頻電流很小，且很難精確提取工頻，在實際中難以準(zhǔn)確定位。單相接地故障指示器是安裝在配電架空線路、開關(guān)柜出線上用于指示故障電流流通的裝置。集中智能模式能夠憑借智能算法和軟件對網(wǎng)絡(luò)實時分析和判斷，得到可行的、優(yōu)選的故障處理方案。廣義上，配網(wǎng)自動化DSA(Distribution System Automation)指利用現(xiàn)代先進(jìn)的信息技術(shù)實現(xiàn)對配電網(wǎng)正常運行時的控制、檢測和故障時的快速處理(故障檢測，故障定位、隔離及供電恢復(fù)，以及配電的生產(chǎn)管理、設(shè)備管理的自動化，即SCADA/DMS系統(tǒng)。所以實現(xiàn)配電自動化的一個重要的研究課題，便是如何準(zhǔn)確地檢測并盡快消除單相接地故障。論文應(yīng)力求有作者自己的創(chuàng)見和觀點，中心突出，層次分明，論述清楚，結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)，文字流暢。關(guān) 鍵 詞：中性點非直接接地系統(tǒng)；小電流接地系統(tǒng)；故障區(qū)段定位；故障點定位；參數(shù)辨識論文類型：應(yīng)用研究55目錄目 錄1 緒論 1 課題背景及研究意義 1 單相接地故障的危害及其研究意義 1 配電自動化現(xiàn)狀及其處理模式 2 單相接地故障定位的研究現(xiàn)狀分析 3 監(jiān)測定位法 4 故障分析法 5 信號注入法 7 本文的主要研究工作 82 小電流接地系統(tǒng)單相接地故障的特性分析 9 引言 9 9 單相接地故障時穩(wěn)態(tài)零序電流分量特征 9 零序電流暫態(tài)分量分析 11 區(qū)段的暫態(tài)零序電流特性分析 16 配電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 16 區(qū)段定位中的特征頻帶概念 17 特征頻帶上下限的確定 19 特征頻帶內(nèi)暫態(tài)零序電流的分布特點 213 配電網(wǎng)中故障區(qū)段定位的綜合區(qū)段定位方法 23 基于暫態(tài)零序特征電流分量方向的方法 23 暫態(tài)零序電流的分布特點 23 基本原理 23 故障區(qū)段判別方法 24 實現(xiàn)算法 26 算法評價與適用條件 26 零序電流有功分量幅值比較的方法 27 算法原理 27 有功分量幅值算法實現(xiàn) 27 故障區(qū)段具體判別方法 27 算法評價及適用條件 28 綜合區(qū)段定位方法的實現(xiàn) 28 EMTP仿真研究 29 EMTP仿真模型的建立 29 仿真實驗及分析 31 小結(jié) 354 配電網(wǎng)中故障點定位的參數(shù)辨識法 36 引言 36 參數(shù)辨識的理論基礎(chǔ) 36 參數(shù)辨識的基本概念 36 最小二乘優(yōu)化算法的基本原理 37 故障點定位的參數(shù)辨識法 38 算法方程 38 該算法在測距中應(yīng)用的分析 40 算法中使用的數(shù)學(xué)方法 41 EMTP仿真研究 43 仿真系統(tǒng)及參數(shù) 43 仿真條件 43 EMTP仿真理論分析和驗算……………………………………………………44 仿真實驗結(jié)果及分析 44…………………………………………………………………………..465 利用配電自動化系統(tǒng)實現(xiàn)故障定位的總體方案 47 實現(xiàn)故障定位的技術(shù)基礎(chǔ) 47 單相接地故障點定位總體方案的流程 48 啟動模塊和永久性故障判斷模塊 48 故障相判別模塊 48 總體方案的基本流程 49 故障定位總體方案的例證 506 結(jié)論 54致 謝 55參考文獻(xiàn) 56 1 緒論1 緒 論本章簡單地介紹了配電自動化的基本內(nèi)容，結(jié)合我國配電網(wǎng)的特點介紹配電網(wǎng)單相接地故障定位的研究內(nèi)容和研究意義，最后在全面介紹國內(nèi)外單相接地故障定位方法研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上提出本文要做的研究工作。1 緒論 配電自動化現(xiàn)狀及其處理模式在長期的發(fā)展過程中，由于經(jīng)濟發(fā)展不平衡，我國各地配電網(wǎng)自動化水平也不平衡，配電網(wǎng)自動化水平相對比較低。這種模式的自動化水平較高，能夠一次完成定位和隔離，故障處理時間迅速，避免開關(guān)多次投切，適用于任何復(fù)雜的配電網(wǎng)，并且可以考慮負(fù)荷水平和網(wǎng)絡(luò)約束。（2）在線路端點處測量確定故障距離為目的的故障分析法；（3）故障發(fā)生后通過向系統(tǒng)注入信號實現(xiàn)尋跡的信號注入法。文獻(xiàn)[11]提出通過監(jiān)測一條饋線上各開關(guān)處的零序電流和零序電壓，計算由區(qū)段的各端點流入該區(qū)段的零序電流的相量和(即流入?yún)^(qū)段零序電流)，以識別故障區(qū)段，判斷此饋線故障狀態(tài)，實現(xiàn)對故障區(qū)段的快速隔離的原理,該方法根據(jù)區(qū)段零序電流特點構(gòu)造了幅值判據(jù)和相位判據(jù)。文獻(xiàn)[18]考慮了負(fù)荷變化對故障測距的影響。且因配網(wǎng)分支較多，不可能布置太多的測量點，所以多端測距法在配電網(wǎng)中實用性不強。小波變換提取與故障距離關(guān)聯(lián)的特征頻帶小波測度序列?？紤]到線路停電后絕緣可能恢復(fù),該方法需要停電檢測，首先通過外加直流高壓使接地點處于保持擊穿狀態(tài)，然后注入交流檢測信號,通過尋蹤注入的交流信號找出故障的準(zhǔn)確位置。 本文的主要研究工作隨著配電網(wǎng)自動化水平的不斷提高、通信技術(shù)的不斷發(fā)展，國家的投資力度也在加大，配電自動化系統(tǒng)在全國范圍逐漸推廣，得到較大的改善，通信可靠性基本得到了保障，這樣就可以獲取配電網(wǎng)發(fā)生故障后的大量故障信息，為研究新的故障定位方法提供了基礎(chǔ)。非故障線路I始端所反應(yīng)的零序電流為 （21）其有效值為 （22）即非故障線路零序電流為其本身的電容電流，電容性無功功率的方向為母線流向線路。 零序電流暫態(tài)分量分析通過以上分析穩(wěn)態(tài)情況下各線路電流的特點，在消弧線圈接地系統(tǒng)中，很難利用零序電流來選擇故障線路。如公式（210）所示，零序電壓源的相角始終為不變。的容性頻帶，以第二個交變頻帶為首的偶數(shù)次頻帶都是阻抗角為90176。而對次諧波電流分量，因為相對固定，都有： （219）式中：—— 消弧線圈電流的次諧波分量；—— 系統(tǒng)對地容性電流的次諧波。當(dāng)時，各健全線路零序電流方向一致（均為容性）。在SFB內(nèi)，各檢測點零序電流均為容性，方向一致。由于激勵電源除故障時初相角變化外為固定電源，因此，暫態(tài)過程主要取決于整個故障分量網(wǎng)絡(luò)，即零模、1 模和2 模間的阻抗特性。圖中節(jié)點為出線斷路器，節(jié)點為線路分段開關(guān)。其方向為從線路流向母線，則故障點在其背側(cè)；判斷方向為母線流向線路，則故障點在其正側(cè)。表明故障點在該檢測點背側(cè)，表明故障點在該檢測點的下游。但單一利用這種方法不能完成在各種故障條件下正確選取故障線路的要求，在消弧線圈接地系統(tǒng)中發(fā)生弱故障時，需要采用別的區(qū)段定位算法作為其補充。這一綜合區(qū)段定位方法的流程如圖32所示，具體步驟為： （1）提取故障后各檢測點（M條出線）一個工頻周波內(nèi)的零序電流i0(k), k=1,2……N, N為一工頻周波采樣點數(shù)，仿真時N＝200；（2）對各檢測點進(jìn)行下一步判斷：1）對不接地系統(tǒng)，直接采用暫態(tài)零序電流方向比較方法。各線路長度如圖33所示。綜合分析判別故障區(qū)段為區(qū)段5。綜合分析判別故障區(qū)段為區(qū)段5。該綜合區(qū)段定位方法能根據(jù)暫態(tài)零序電流分布特征自動選擇所利用的區(qū)段定位方法。這種方法的關(guān)鍵問題是由于人工的介入，不但使維護人員工作量較大，而且所需定位時間較長, 延誤了故障處理的時間，使供電可靠性得不到保證。所以故障點在檢測點1的下游；3）進(jìn)一步比較檢測點1下游相鄰檢測點處值，即矩陣的第1行對應(yīng)值，此處為[1 0]：；且計算。故障點有可能在檢測點3下游。其串聯(lián)電阻的阻值按消弧線圈感抗值的10％考慮，即。（6）對某一線路，若Kλ（文中取λ=），則認(rèn)為本線路零序電流主要集中在工頻。具有電流頻譜最大值的為故障線路，此例中確定故障點在檢測點1的下游；3） 進(jìn)一步比較故障線路檢測點1下游相鄰檢測點。求各檢測點處的比值，若（文中?。?，則認(rèn)為二檢測點相關(guān)，故障點在下游檢測點的下游。進(jìn)一步忽略等效電容的依頻變化特性。2）第二類檢測點（即健全線路及故障線路下游各檢測點）的容性電流均從母線流向線路。由上節(jié)分析知，任一檢測點測得零序阻抗可以等效為幾條簡單線等效串聯(lián)，從而可得其第一次串聯(lián)諧振頻率： （228）式中：、—— 分別為檢測點背側(cè)零序網(wǎng)的零序電感和零序分布電容。在區(qū)段定位中，如圖27所示，區(qū)段1內(nèi)單相接地，則此時檢測點處的為線路并聯(lián)再與區(qū)段串聯(lián)。圖27 簡單網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖如圖27所示，區(qū)段單相接地，檢測點處的零序阻抗： （220）檢測點a處的零序阻抗： （221）同樣按照公式（217），取,，線路參數(shù)為，計算出它們的零序阻抗相頻特性曲線如圖28：圖28 零序阻抗頻率特性曲線圖28中上下兩圖分別為處零序阻抗相頻特性，相頻特性仍為在正負(fù)90176。但是其中的50Hz基波電流，卻被消弧線圈由一個幅值較大的容性電流過補償成一個幅值較小的感性電流，性質(zhì)和幅值大小都發(fā)生了根本的變化。降到90176。依據(jù)長線－均勻分布參數(shù)模型作如下推導(dǎo)：圖22 長線－均勻分布參數(shù)電路模型式中:、 —— 單位長度線路的阻抗和導(dǎo)納； ——距線路末端x處的電壓、電流；——距線路末端處的電壓電流；為長度微元。這樣變化的電流，通過傅立葉變換，可以分解成直流成分和一系列幅值遞減的諧波成分的疊加，而且這些直流和諧波成分也基本上都是按照先突變后衰減的規(guī)律變化。為解決此問題，有些系統(tǒng)的中性點對地之間接入消弧線圈（如圖21示，S閉合表示中性點經(jīng)消弧線圈補償系統(tǒng)），一般采用5%～10%的過補償方式。（5）用EMTP仿真各種故障情況，得到故障仿真數(shù)據(jù)在MATLAB計算程序中檢驗故障定位方法的有效性。文獻(xiàn)[38]則給出了依據(jù)傳遞函數(shù)波形的頻率，相位和幅值特征進(jìn)行故障定位的判據(jù)。在輸電線路行波測距技術(shù)獲得成功應(yīng)用的基礎(chǔ)上，已經(jīng)有科研人員對配電網(wǎng)絡(luò)的故障行波測距開展研究?；舅枷胧墙⒕€路發(fā)生接地故障時的數(shù)學(xué)模型，再根據(jù)建立的數(shù)學(xué)模型用計算機仿真，不斷改變故障分支、故障相、故障點位置參數(shù)及接地電阻，進(jìn)行多次組合，尋找出與測到的電壓、電流非常接近的計算值，即可找到對應(yīng)的故障點參數(shù)。但采用集中參數(shù)，且無法確定分支。阻抗法的故障測距原理是假定線路為均勻線，計算出的故障回路阻抗或電抗與測量點到故障點的距離成正比，根據(jù)故障時刻測量到的電壓，電流量計算出故障回路的阻抗，從而求出故障距離。國內(nèi)關(guān)于這方面的文獻(xiàn)不多，國外對此已有研究和應(yīng)用，如挪威分段懸掛在線路和分叉點上的懸掛式接地故障指示器等，其投資較大，不利于大面積推廣。以上三種方式的故障隔離和恢復(fù)供電都是在發(fā)生相間短路時起作用的，對于單相接地，因單相接地故障電流較小，不需要立即停電，單相接地故障的識別只能依靠變電站中的接地選線裝置實現(xiàn)。是