【正文】 為檢測點(diǎn)k）的零序電壓、零序電流作如下處理：1）確定特征頻帶范圍，獲得特征電壓和特征電流；2）計算特征電流無功分量；3）計算該處參量； （312）式中：——采樣間隔。4）計算該處參量； （313）5）。 算法評價與適用條件根據(jù)文[45]和本文的仿真結(jié)果分析，當(dāng)系統(tǒng)在相電壓峰值附近發(fā)生故障，且過渡電阻不是很大時，不論故障線路還是非故障線路，其暫態(tài)電流能量主要集中在高頻帶：300～2500Hz（此時故障特征明顯，可以稱為強(qiáng)故障）。但是當(dāng)故障發(fā)生在相電壓過零點(diǎn)附近或過渡電阻很大時，情況有所不同。這時，暫態(tài)電容電流的工頻分量較大，非故障線路暫態(tài)零序電流的能量主要集中在低頻帶：0～50Hz（此時故障特征很不明顯，可以稱為弱故障）。在消弧線圈接地系統(tǒng)中發(fā)生強(qiáng)故障時，消弧線圈不影響選線結(jié)果；在不接地系統(tǒng)中發(fā)生任何故障時，因?yàn)楣收暇€路零序電流沒有被補(bǔ)償，此方法也適用；但在消弧線圈接地系統(tǒng)中發(fā)生弱故障時，健全線路暫態(tài)電流能量主要集中在工頻范圍，如利用此方法選擇不包括工頻量的第一個容性頻帶內(nèi)零序電流暫態(tài)分量進(jìn)行判斷，則會由于電流值太小而引起的較大誤差，影響選線結(jié)果，需要采用別的方法進(jìn)行判斷。這種方法利用的電流值較大，算法誤差小，能適應(yīng)大多數(shù)故障情況，可以作為故障線路的主要判斷方法。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(bǔ)充。 零序電流有功分量幅值比較的方法 算法原理經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)中發(fā)生單相接地故障時，由于消弧線圈的并（串）電阻會在故障線路中產(chǎn)生有功分量電流，而且消弧線圈本身的有功成分較大（實(shí)測單相接地時其有功電流達(dá)2~3A），在故障線路中會有較大的零序有功分量電流。由于有功電流只流過第一類檢測點(diǎn)，因此，第一類檢測點(diǎn)處的零序電流有功分量遠(yuǎn)大于第二類檢測點(diǎn)處的零序電流有功分量。從而可據(jù)此選出故障區(qū)段[46]。 有功分量幅值算法實(shí)現(xiàn)首先，對零序電壓及各檢測點(diǎn)處零序電流通過富氏濾波求取150Hz以下，各頻域采樣點(diǎn)（在本文仿真中為0，50，100……Hz）頻率分量；然后在每一檢測點(diǎn)上，把零序電流投影到零序電壓方向（如圖35示，表示U0垂直方向），求零序電流低頻有功分量值。圖31 求取零序電流有功分量 故障區(qū)段具體判別方法，判斷故障區(qū)段過程（仍以圖210中區(qū)段c內(nèi)故障為例）：1） 建立檢測點(diǎn)關(guān)聯(lián)矩陣，并將各檢測點(diǎn)對應(yīng)零序電流低頻有功分量值寫入矩陣； 2） 比較各出線端檢測點(diǎn)處值，即所建立矩陣第0行對應(yīng)值，此例中為[0 ]。具有電流頻譜最大值的為故障線路，此例中確定故障點(diǎn)在檢測點(diǎn)1的下游；3） 進(jìn)一步比較故障線路檢測點(diǎn)1下游相鄰檢測點(diǎn)。即矩陣的第1行對應(yīng)值，此例中為[1 ]。故障點(diǎn)有可能在最大的值對應(yīng)的檢測點(diǎn)下游。需要進(jìn)一步的判斷，因第一類檢測點(diǎn)和第二類檢測點(diǎn)的值大小差別很大，所以可以根據(jù)兩類檢測點(diǎn)的量值的相關(guān)性進(jìn)行進(jìn)一步區(qū)分：求比值，若（文中?。?，則認(rèn)為二檢測點(diǎn)相關(guān)，故障點(diǎn)在下游檢測點(diǎn)的下游。在此例中，判斷故障點(diǎn)在檢測點(diǎn)3的下游。4）進(jìn)一步比較檢測點(diǎn)3的下游相鄰檢測點(diǎn)，重復(fù)步驟3。 算法評價及適用條件在消弧線圈接地系統(tǒng)中發(fā)生弱故障時，此算法可以利用幅值較大的零序基波電流，正確選擇故障區(qū)段，而且有較高的靈敏度，為上一區(qū)段定位方法提供有效的補(bǔ)充。但是所利用的電流值很小，容易受測量誤差和計算誤差影響。在中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中，由于沒有消弧線圈并（串）聯(lián)電阻，此算法不能應(yīng)用。 綜合區(qū)段定位方法的實(shí)現(xiàn)，綜合其優(yōu)點(diǎn)，可以構(gòu)成基于暫態(tài)零序電流方向比較的綜合區(qū)段定位方法。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(diǎn)（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(diǎn)數(shù)，仿真時N＝200；（2）對各檢測點(diǎn)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。2）經(jīng)消弧線圈接地的系統(tǒng)，在弱故障（零序電流工頻量所占比例大）時，采用零序電流有功分量方法；強(qiáng)故障（零序電流工頻量所占比例?。r，采用暫態(tài)零序電流方向比較方法。（7確定是否為強(qiáng)故障）。（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。（4）設(shè)計合適的低通濾波器，濾取各線路150Hz以內(nèi)電流分量，并求其有效值。（5）求各線路濾波前后電流有效值的比值K=。（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。（7）若M2條需要判斷的線路中，至少有M21條線路電流集中在工頻，則認(rèn)為此次為弱故障。（此處考慮故障線路工頻分量被補(bǔ)償，零序電流所占比例減小，即使弱故障也不能讓故障線路零序電流主要集中在工頻，因此采用M21）。圖32 綜合區(qū)段定位算法的流程框圖 EMTP仿真研究 EMTP仿真模型的建立本文中的仿真工作，全部是用ATP（Alternative Transients Program）仿真計算程序和ATPDraw 圖形化仿真平臺程序完成的。其中執(zhí)行仿真計算的ATP 程序，是由EMTP（Electro Magnetic Transients Program）程序衍化而來，后者的元件模型和仿真算法都是國內(nèi)外學(xué)術(shù)界公認(rèn)為準(zhǔn)確有效的。（1）系統(tǒng)仿真模型本文以圖33所示的10kV輻射型配電網(wǎng)作為仿真研究對象。該系統(tǒng)有三條出線，主變?yōu)榻泳€。所用變壓器中性點(diǎn)通過接地開關(guān)和消弧線圈相連，開關(guān)閉合為消弧線圈接地系統(tǒng)，打開為不接地系統(tǒng)。線路被檢測點(diǎn)分為5個區(qū)段。圖33 10kv輻射型配電網(wǎng)仿真模型拓?fù)鋱D建立檢測點(diǎn)關(guān)聯(lián)矩陣：（2）模型參數(shù)的確定a本仿真模型采用文[72] 提供的架空線路標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)，即：線路正序阻抗為，正序?qū)Φ貙?dǎo)納為， 零序阻抗為，零序?qū)Φ貙?dǎo)納為。各線路長度如圖33所示。b 變壓器參數(shù)原邊電壓110kV，；，電感；低壓側(cè)單相線圈電阻，電感；勵磁電流，勵磁磁通，磁路電阻。變壓器的額定容量為。c 負(fù)荷參數(shù)實(shí)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。d 消弧線圈參數(shù)在仿真消弧線圈接地系統(tǒng)時，系統(tǒng)設(shè)為過補(bǔ)償，補(bǔ)償度為8％。根據(jù)線路參數(shù)及長度可計算出消弧線圈電感為。其串聯(lián)電阻的阻值按消弧線圈感抗值的10％考慮，即。 仿真實(shí)驗(yàn)及分析在單相接地故障仿陣實(shí)驗(yàn)時，分別考慮了故障位置、故障時刻、過渡電阻等因素對零序電流的影響。對圖33所示配電網(wǎng)的5三個區(qū)段分別設(shè)定以下四種故障條件進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行了多次實(shí)驗(yàn)。本文給出4種典型故障條件下的接地故障實(shí)驗(yàn)。圖34 10kv輻射型配電網(wǎng)EMTP仿真模型（1）強(qiáng)故障情況（系統(tǒng)中性點(diǎn)運(yùn)行在經(jīng)消弧線圈接地方式)對于仿真系統(tǒng)發(fā)生區(qū)段5，A相接地故障,故障點(diǎn)距5檢測點(diǎn)（初始角=80176。、過渡電阻Rf=50Ω）表31區(qū)段定位過程中判斷強(qiáng)弱故障的中間結(jié)果線路L1L6L5有效值i0MK=表31第4行數(shù)據(jù)表明，工頻電流所占比例都小于λ=，因此工頻量電流所占比例較小，發(fā)生的為強(qiáng)故障，采用暫態(tài)零序電流方向比較法。表32暫態(tài)零序電流方向比較方法計算的結(jié)果區(qū)段1234567參量（*e3），故障區(qū)段判斷過程如下：1）將各檢測點(diǎn)對應(yīng)值寫入矩陣。2）比較各出線端檢測點(diǎn)處值，即所建立矩陣第0行對應(yīng)值 [0 ]：。所以故障點(diǎn)在檢測點(diǎn)1的下游；3）進(jìn)一步比較檢測點(diǎn)1下游相鄰檢測點(diǎn)處值，即矩陣的第1行對應(yīng)值 [1 0]：；且計算。所以故障點(diǎn)在檢測點(diǎn)2的下游；4）進(jìn)一步比較檢測點(diǎn)2下游相鄰檢測點(diǎn)處值，即[2 ]：，計算，；計算，所以故障點(diǎn)在檢測點(diǎn)5的下游。綜合分析判別故障區(qū)段為區(qū)段5。（2）弱故障情況 (系統(tǒng)中性點(diǎn)運(yùn)行在經(jīng)消弧線圈接地方式)對于仿真系統(tǒng)發(fā)生區(qū)段3，A相接地故障,故障點(diǎn)距3檢測點(diǎn)（初始角=10176。、過渡電阻Rf=1000Ω）表33區(qū)段定位過程中判斷強(qiáng)弱故障的中間結(jié)果線路L1L6L5有效值i0MK=表33第4行數(shù)據(jù)表明，工頻電流所占比例都大于λ=，因此工頻量電流所占比例較大，發(fā)生的為弱故障，采用有功低頻零序電流幅值比較的方法。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(diǎn)對應(yīng)值寫入矩陣。2）比較各出線端檢測點(diǎn)處值，即所建立矩陣第0行對應(yīng)值 [0 ]，具有電流頻譜最大值的為故障線路，故障點(diǎn)在檢測點(diǎn)1的下游。3）進(jìn)一步比較故障線路檢測點(diǎn)1下游相鄰檢測點(diǎn)，即矩陣的第1行對應(yīng)值 [1 0]。，故障點(diǎn)有可能在檢測點(diǎn)3下游。求的比值 ： 。綜合分析判別故障區(qū)段為區(qū)段3。（3）強(qiáng)故障情況（系統(tǒng)中性點(diǎn)運(yùn)行在不接地方式）對于仿真系統(tǒng)發(fā)生區(qū)段5，A相接地故障,故障點(diǎn)距5檢測點(diǎn)（初始角=80176。、過渡電阻Rf=50Ω）。為中性點(diǎn)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35暫態(tài)零序電流方向比較方法計算的結(jié)果區(qū)段1234567參量（*e3）1）將各檢測點(diǎn)對應(yīng)值寫入矩陣。2）比較各出線端檢測點(diǎn)處值，即所建立矩陣第0行對應(yīng)值，此處為[0 ]：。所以故障點(diǎn)在檢測點(diǎn)1的下游；3）進(jìn)一步比較檢測點(diǎn)1下游相鄰檢測點(diǎn)處值，即矩陣的第1行對應(yīng)值，此處為[1 0]：；且計算。所以故障點(diǎn)在檢測點(diǎn)2的下游；4）進(jìn)一步比較檢測點(diǎn)2下游相鄰檢測點(diǎn)處值，即[2 ]：，計算，；計算，所以故障點(diǎn)在檢測點(diǎn)5的下游。綜合分析判別故障區(qū)段為區(qū)段5。（4）弱故障情況 (系統(tǒng)中性點(diǎn)運(yùn)行在不接地方式)對于仿真系統(tǒng)發(fā)生區(qū)段3，A相接地故障,故障點(diǎn)距3檢測點(diǎn)（初始角=10176。、過渡電阻Rf=1000Ω）。為中性點(diǎn)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35 暫態(tài)零序電流方向比較方法計算的結(jié)果區(qū)段1234567參量 1）將各檢測點(diǎn)對應(yīng)值寫入矩陣。2）比較各出線端檢測點(diǎn)處值，即所建立矩陣第0行對應(yīng)值，此處為[0 ]：。所以故障點(diǎn)在檢測點(diǎn)1的下游；3）進(jìn)一步比較檢測點(diǎn)1下游相鄰檢測點(diǎn)處值，即矩陣的第1行對應(yīng)值，此處為[1 0]：；且計算。所以故障點(diǎn)在檢測點(diǎn)3的下游；綜合分析判別故障區(qū)段為區(qū)段5。 本文在上述仿真系統(tǒng)中，通過改變中性點(diǎn)接地方式和故障條件及其組合條件（故障初相角、過渡電阻Rf、故障區(qū)段、故障點(diǎn)位置）做了大量的仿真。這些數(shù)據(jù)結(jié)果表明:1）利用暫態(tài)零序電流方向比較方法，在初相角大，過渡電阻小的時候適用。各次故障都能正確判別區(qū)段，故障區(qū)段與正確區(qū)段特征差別明顯，靈敏度較高；所利用的電流值也較大，減小了測量和計算誤差。2）利用零序電流有功分量方法在過渡電阻很大（1000Ω以上）或者小初相角時適用。所利用的故障電流值較小，但是各次故障都能正確判定故障區(qū)段，也具有較高靈敏度。 小結(jié)暫態(tài)零序電流的容性分量方向一致，而流向故障區(qū)段前后不同檢測點(diǎn)處流向不同，本章基于此特征提出了基于暫態(tài)零序特征電流方向的綜合區(qū)段定位方法。這種方法結(jié)合兩種方法的優(yōu)點(diǎn)。通過EMTP仿真數(shù)據(jù)和現(xiàn)場數(shù)據(jù)在MATLAB仿真程序中的驗(yàn)算表明，在各種故障條件下都能正確判定故障區(qū)段，而且具有較高的靈敏度。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。在工頻量所占比例大時，能有效利用電流值較大的低頻電流分量，而且利用低頻分量的有功分量，去除消弧線圈感性電流的影響；否則，能自動選擇第一個容性頻帶內(nèi)的暫態(tài)電流分量進(jìn)行幅值比較，而且所選擇的第一個容性頻帶也會自動適應(yīng)系統(tǒng)參數(shù)和故障模式的變化。這種方法可以很好的融合在配電自動化中，使得饋線自動化可以在發(fā)生單相接地故障時，也可以及時、自動的實(shí)施故障隔離和保證非故障區(qū)段的供電，提高供電可靠性。4 參數(shù)辨識的故障定位方法4 配電網(wǎng)中故障點(diǎn)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(diǎn)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。在本文第二、三章研究了如何確定故障區(qū)段，本章探討研究如何進(jìn)一步定出故障點(diǎn)的位置。過去配網(wǎng)中故障點(diǎn)定位的方法為：定出線后，由巡線人員沿線尋找。這種方法的關(guān)鍵問題是由于人工的介入，不但使維護(hù)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。國內(nèi)的配網(wǎng)故障點(diǎn)定位研究中多利用的為穩(wěn)態(tài)電氣量，但在小電流接地系統(tǒng)中，電氣量基波分量的幅值變化不明顯，因此實(shí)際上難于使用單一饋線所觀測的穩(wěn)態(tài)基頻分量實(shí)現(xiàn)故障點(diǎn)定位。而利用故障信號中暫態(tài)分量的方法，更多的偏重于人工智能原理和新數(shù)學(xué)工具的應(yīng)用，利用的特征是：對于不同的故障點(diǎn)位置，故障暫態(tài)信號中的某些分量呈現(xiàn)一定規(guī)律的變化。在配電網(wǎng)中，故障測距所存在的問題不同于輸電系統(tǒng)，最關(guān)鍵的是在單相地故障時難于找到準(zhǔn)確的表征故障位置的電氣變量和故障特征。本章就如何更好地利用暫態(tài)過程中大量豐富的暫態(tài)分量進(jìn)行了探討：對配網(wǎng)建立模型，建立時域方程，用最小二乘優(yōu)化的方法對測距結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化從而得到故障點(diǎn)位置的最優(yōu)估計值。 參數(shù)辨識的理論基礎(chǔ) 參數(shù)辨識的基本概念 辨識的目的就是根據(jù)過程所提供的測量信息，在某種準(zhǔn)則意義下估計出模型的未知參數(shù)，其基本原理如圖