新能源场站集电线单相接地故障定位方法及系统与流程

本发明属于新能源发电，具体涉及新能源场站集电线单相接地故障定位方法，本发明还涉及新能源场站集电线单相接地故障定位系统。

背景技术：

1、近年来，我国社会经济飞速发展，风电、光伏发电也进入发展迅猛期，截至2023年年底，非化石能源发电装机容量占总装机容量的53.9％，其中并网风电和太阳能发电合计装机达到10.5亿千瓦，占总装机容量的36％。新能源发电正逐渐成为我国电力供应的重要方式。

2、但新能源场站集电线路故障频繁发生，尤其以单相接地故障为主，而且发生单相接地故障后故障点寻找困难。因此，尽快找到故障点，隔离绝缘薄弱点，场站恢复投运对提高新能源供电可靠性以及促进新能源发电的发展均具有重要的意义。通常单一定位方法所利用的故障特征有限，而且这些故障特征容易受到系统接线、接地方式、线路长短、互感器误差等诸多因素的影响，降低了定位的准确度和可靠性。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供新能源场站集电线单相接地故障定位方法，解决了现有技术中存在的单一定位方法对于新能源场站集电线发生单相接地故障后故障点定位不准确的问题。

2、本发明的另一目的是提供新能源场站集电线单相接地故障定位系统。

3、本发明所采用的技术方案是，新能源场站集电线单相接地故障定位方法，具体包括以下步骤：

4、步骤1：故障发生时，判断系统类型；系统类型包括中性点不接地系统和中性点经接地变接地系统；

5、步骤2：对线路进行零序电流采集，设置阈值并结合步骤1确定的系统类型，进行故障定位；

6、当系统为中性点不接地系统时，比较零序电流与阈值iset.1：当零序电流小于阈值iset.1时，采用零序能量积分函数方向法进行故障定位；当零序电流不小于阈值iset.1时，采用稳态零序电流比幅比相法进行故障定位；

7、当系统为中性点经接地变接地系统时，比较零序电流与阈值iset.2：当零序电流小于阈值iset.2时，采用小波分析法进行故障定位；当零序电流不小于阈值iset.2时，采用暂态零序电流幅值法进行故障定位。

8、本发明的特点还在于：

9、步骤2中零序能量积分函数方向法，对于故障定位的判断依据如下：

10、当系统线路发生单相接地故障时，线路等效于在零序网络加一个等效零序电源，从而构建零序故障分量等效系统；此时系统中各元件上所消耗和吸收的零序能量由此等效零序电源提供；

11、针对零序故障分量等效系统，定义线路的零序能量函数为：

12、

13、式中，soj(t)表示故障后t时刻第j条线路的零序能量函数，uoj(t)表示故障后t时刻第j条线路的零序电压，ioj(t)表示故障后t时刻第j条线路的零序电流；

14、构建线路零序能量积分函数eoj(t)，以消除电感和电容元件对零序能量函数的影响；公式如下：

15、

16、计算故障后t时刻线路零序能量积分函数值，值为负的线路为故障线路。

17、步骤2中稳态零序电流比幅比相法，对于故障定位的判断依据如下：

18、对采集到的各线路的零序电流进行比较，单相接地短路时，故障线路上的零序电流最大，且故障线路的零序电流从线路流向母线，根据零序电流幅值以及方向，判断线路的故障区域。

19、步骤2中小波分析法，对于故障定位的判断依据如下：

20、取gauss函数则θ(t)满足条件和对θ(t)分别求一阶导数和二阶导数表示如下：

21、

22、由式(3)(4)可知，为局部奇对称带通函数，为局部偶对称带通函数，均可作为小波母函数；

23、小波变换即为将信号函数f(t)分别与做卷积，得到：

24、

25、引入尺度因子a，a>0；取为小波母函数，则信号函数f(t)在尺度为a，时间t处的卷积型小波变换为：

26、

27、信号函数f(t)在尺度因子a下，用和进行小波变换，小波变换后的信号函数的极值点和零点与信号的局部突变点一一对应，即取作为小波母函数对信号进行小波变换，则小波模极大值对应信号突变点，取作为小波母函数对信号进行小波变换，则小波模的过零点对应信号突变点；因此，对比各线路经小波母函数变换后的零序电流的小波模极大值与极性的不同，判断出信号的突变点，定位出故障线路。

28、步骤2中暂态零序电流幅值法，对于故障定位的判断依据如下：

29、对采集到的各线路出线口处的暂态零序电流幅值进行比较，若某一线路的暂态零序电流最大幅值均大于其他各线路暂态零序电流幅值，则判断该线路为故障线路。

30、步骤2中阈值iset.1为中性点不接地系统中最大实测不平衡电流，阈值iset.2为中性点经接地变接地系统中最大实测不平衡电流。

31、本发明所采用的另一种技术方案是，新能源场站集电线单相接地故障定位系统，包括若干电流互感器，电流互感器设置在集电线及箱变支路上；电流互感器通过光纤连接有通道数据处理装置，数据处理装置通过光纤连接有光电转换器，所述光电转换器通过二次电缆连接智能终端；智能终端包括综合分析法模块，综合分析法模块用于对线路故障进行定位。

32、本发明另一技术方案的特点还在于：

33、综合分析法模块包括电信号连接的零序能量积分函数方向法模块、稳态零序电流比幅比相法模块、小波分析法模块和暂态零序电流幅值法模块；

34、零序能量积分函数方向法模块用于中性点不接地系统中，零序电流小于阈值iset.1时线路故障定位；

35、稳态零序电流比幅比相法模块用于中性点不接地系统中，零序电流不小于阈值iset.1时线路故障定位；

36、小波分析法模块用于中性点经接地变接地系统中，零序电流小于阈值iset.2时线路故障定位；

37、暂态零序电流幅值法模块用于中性点经接地变接地系统中，零序电流不小于阈值iset.2时线路故障定位。

38、本发明的有益效果是：

39、本发明新能源场站集电线单相接地故障定位方法，利用单相接地故障在电网中表现出的多方面特征，构造多个定位判据，对多判据提供的故障信息进行融合，降低系统接线、接地方式、线路长短、互感器误差等诸多因素的影响，可以有效避免单一方法存在的缺陷，提高故障定位的准确性和可靠性。

技术特征：

1.新能源场站集电线单相接地故障定位方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的新能源场站集电线单相接地故障定位方法，其特征在于，步骤2中所述零序能量积分函数方向法，对于故障定位的判断依据如下：

3.根据权利要求2所述的新能源场站集电线单相接地故障定位方法，其特征在于，步骤2中所述稳态零序电流比幅比相法，对于故障定位的判断依据如下：

4.根据权利要求3所述的新能源场站集电线单相接地故障定位方法，其特征在于，步骤2中所述小波分析法，对于故障定位的判断依据如下：

5.根据权利要求4所述的新能源场站集电线单相接地故障定位方法，其特征在于，步骤2中所述暂态零序电流幅值法，对于故障定位的判断依据如下：

6.根据权利要求5所述的新能源场站集电线单相接地故障定位方法，其特征在于，步骤2中所述阈值iset.1为中性点不接地系统中最大实测不平衡电流，阈值iset.2为中性点经接地变接地系统中最大实测不平衡电流。

7.新能源场站集电线单相接地故障定位系统，其特征在于，用于实现如权利要求6所述的新能源场站集电线单相接地故障定位方法，包括若干电流互感器(1)，所述电流互感器(1)设置在集电线及箱变支路上；所述电流互感器(1)通过光纤连接有通道数据处理装置(2)，数据处理装置(2)通过光纤连接有光电转换器(3)，所述光电转换器(3)通过二次电缆连接智能终端(4)；所述智能终端(4)包括综合分析法模块，所述综合分析法模块用于对线路故障进行定位。

8.根据权利要求7所述的新能源场站集电线单相接地故障定位系统，其特征在于，所述综合分析法模块包括电信号连接的零序能量积分函数方向法模块、稳态零序电流比幅比相法模块、小波分析法模块和暂态零序电流幅值法模块；

技术总结本发明公开了新能源场站集电线单相接地故障定位方法，具体包括以下步骤：故障发生时，判断系统类型；对线路进行零序电流采集，设置阈值并结合确定的系统类型，进行故障定位；本发明还公开了新能源场站集电线单相接地故障定位系统，包括若干电流互感器，电流互感器设置在集电线及箱变支路上，并通过光纤连接有通道数据处理装置，数据处理装置通过光纤连接有光电转换器，光电转换器通过二次电缆连接智能终端；智能终端包括综合分析法模块，综合分析法模块用于对线路故障进行定位。本发明方法解决了现有技术中存在的单一定位方法对于新能源场站集电线发生单相接地故障后故障点定位不准确的问题。技术研发人员：罗凯,牛宗涛,张清,王思聪,杜辉,刘洋,韩宗男,肖昊宇受保护的技术使用者：中国大唐集团科学技术研究总院有限公司西北电力试验研究院技术研发日：技术公布日：2024/9/26