一种基于电力扰动建模的配电网电弧故障检测方法与流程

本发明涉及配电网电弧故障检测，特别是涉及一种基于电力扰动建模的配电网电弧故障检测方法。

背景技术：

1、目前，地下电缆在城市配电网中的占比日益增加，出于供电可靠性的需求，城市配网中常采用中性点非有效接地方式。在电缆的故障类型中，80％以上属于单相接地故障，而中性点非有效接地系统中发生单相故障时，易形成熄灭与重燃相互交替的间歇性故障电弧，对电网的正常运行造成严重威胁。

2、目前对于电弧故障检测一是利用小波分解检测电弧的零休期，然而对于电弧的熄灭现有两种观点，一种是电弧在过渡过程中的高频振荡电流过零时即可熄灭，另一种是电弧要等到工频电流过零时才能熄灭，另外环境的湿度以及电弧的燃弧特性对于“零休”也有很大影响，小波检测法的使用受限；二是可以基于电压波形畸变率来检测电弧故障，但忽略了非电弧故障接地阻抗以及电弧耗散功率变化的影响；此外还有通过对故障时期产生的电气量变化特征设定阈值来进行故障类型的识别，但仍然欠缺了对电弧非线性特性的考量。

技术实现思路

1、针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种基于电力扰动建模的配电网电弧故障检测方法解决了现有电弧故障检测方法使用受限以及检测准确率较低的问题。

2、为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种基于电力扰动建模的配电网电弧故障检测方法，包括以下步骤：

3、s1：构建配网模型，并基于配网模型构建扰动模型；

4、s2：将扰动模型应用到配网模型中，分别搭建非电弧扰动分析模型和电弧扰动分析模型；

5、s3：基于非电弧扰动分析模型和电弧扰动分析模型，利用故障检测模型对测量信号进行判断，完成基于电力扰动建模的配电网电弧故障检测。

6、进一步地，s1中配网模型为：

7、

8、其中，vs为站端电压，is为站端电流，req为变电站到扰动电之间的等效电阻，leq为变电站到扰动之间的等效电感，vf为扰动点的电压，t为时间。

9、进一步地，s1中扰动模型包括非电弧扰动模型和电弧故障模型；

10、所述非电弧扰动模型采用非电弧扰动通用r-l模型；

11、所述电弧故障模型为：

12、

13、ust＝u0+r0|if

14、其中，g为动态电弧电导，τ为电弧的时间常数，g为稳态电弧电导，if为扰动电流，ust为稳态电弧电压，u0为特征电弧电压，r0为特征电弧电阻。

15、进一步地，s2中非电弧扰动分析模型为：

16、

17、其中，r为静态非电弧电阻，l为静态非电弧电感；

18、所述电弧扰动分析模型为：

19、

20、其中，r0为电弧恒定电阻。

21、进一步地，s3中利用故障检测模型对测量信号进行判断，包括以下分步骤：

22、s3-1：根据扰动前的站端电压和站端电流，估计传输线路上的负荷阻抗；

23、s3-2：估计负荷电流，并结合kcl估计扰动电流；

24、s3-3：基于估计的负荷阻抗、负荷电流和扰动电流，利用lsqcurvefit函数分别估计非电弧扰动参数和电弧故障参数；

25、s3-4：基于估计的非电弧扰动参数和电弧故障参数，重新计算更精确的模型参数和扰动数据；

26、s3-5：基于更精确的模型参数和扰动数据，利用曲线拟合误差对结果进行二元假设检验，完成对测量信号的判断。

27、进一步地，s3-1中负荷阻抗zload估计为：

28、

29、其中，rload和lload为负荷阻抗参数，j为负荷阻抗虚部，f为电网频率。

30、进一步地，s3-2中负荷电流估计iload(n)为：

31、

32、其中，vs(n)为站端电压在nδt时刻的数值，δt为采样时间间隔，n为正整数，iload(n-1)为前一时刻的负荷电流；

33、

34、其中，iload为负荷电流；

35、所述扰动电流估计为：

36、if(n)＝is(n)-iload(n)

37、其中，if(n)为扰动电流在nδt时刻的数值，is(n)为站端电流在nδt时刻的数值；

38、所述扰动电流的微分方程为：

39、

40、进一步地，s3-3中利用lsqcurvefit函数分别估计非电弧扰动参数和电弧故障参数包括：

41、基于最小二乘法估计非电弧扰动假设条件下的未知参数：

42、

43、其中，为非电弧扰动参数估计值，n0为采样起始时刻，n为采样点数，f0(·)为非电弧扰动假设条件下估计的站端电压，x为非电弧扰动模型参数，data(n)为非电弧扰动中已知参数向量；

44、基于lsqcurvefit函数，获得非电弧扰动参数估计结果

45、基于最小二乘法估计电弧故障假设条件下的未知参数：

46、

47、其中，为电弧故障参数估计值，f1(·)为电弧故障假设条件下估计的站端电压；

48、电弧故障模型为：

49、

50、其中，g(n)为nδt时刻的电弧电导，g(n-1)为前一时刻的电弧电导；

51、所述电弧电导g(n)为：

52、

53、基于lsqcurvefit函数，获得电弧故障参数估计结果

54、其中，上标∧表示估计值。

55、进一步地，s3-5中曲线拟合误差包括非电弧扰动假设条件下的曲线拟合误差和电弧故障假设条件下的曲线拟合误差；

56、所述非电弧扰动假设条件下的曲线拟合误差enon-arc为：

57、

58、根据非电弧扰动参数估计结果计算非电弧扰动假设条件下的站端电压为：

59、

60、所述电弧故障假设条件下的曲线拟合误差earc为：

61、

62、根据电弧故障参数估计结果计算电弧故障假设条件下的站端电压为：

63、

64、进一步地，s3-5中利用曲线拟合误差对结果进行二元假设检验，公式为：

65、

66、其中，h0表示非电弧扰动，h1表示电弧故障。

67、本发明的有益效果是：本发明综合考虑了非电弧故障与电弧故障的判别，并通过数学模型准确地反应了电弧的非线性特性。基于参数拟合的思路，利用电弧故障模型、非电弧故障模型的拟合误差判定电弧故障；本发明将参数辨识出的线路阻抗用于更新计算负荷阻抗，通过负荷阻抗的迭代提升电弧故障模型的拟合精度，从而提高了电弧故障检测的灵敏性。

技术特征：

1.一种基于电力扰动建模的配电网电弧故障检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于电力扰动建模的配电网电弧故障检测方法，其特征在于，所述s1中配网模型为：

3.根据权利要求2所述的基于电力扰动建模的配电网电弧故障检测方法，其特征在于，所述s1中扰动模型包括非电弧扰动模型和电弧故障模型；

4.根据权利要求3所述的基于电力扰动建模的配电网电弧故障检测方法，其特征在于，所述s2中非电弧扰动分析模型为：

5.根据权利要求4所述的基于电力扰动建模的配电网电弧故障检测方法，其特征在于，所述s3中利用故障检测模型对测量信号进行判断，包括以下分步骤：

6.根据权利要求5所述的基于电力扰动建模的配电网电弧故障检测方法，其特征在于，所述s3-1中负荷阻抗zload估计为：

7.根据权利要求6所述的基于电力扰动建模的配电网电弧故障检测方法，其特征在于，所述s3-2中负荷电流估计iload(n)为：

8.根据权利要求7所述的基于电力扰动建模的配电网电弧故障检测方法，其特征在于，所述s3-3中利用lsqcurvefit函数分别估计非电弧扰动参数和电弧故障参数包括：

9.根据权利要求8所述的基于电力扰动建模的配电网电弧故障检测方法，其特征在于，所述s3-5中曲线拟合误差包括非电弧扰动假设条件下的曲线拟合误差和电弧故障假设条件下的曲线拟合误差；

10.根据权利要求9所述的基于电力扰动建模的配电网电弧故障检测方法，其特征在于，所述s3-5中利用曲线拟合误差对结果进行二元假设检验，公式为：

技术总结本发明公开了一种基于电力扰动建模的配电网电弧故障检测方法，涉及配电网电弧故障检测技术领域，包括以下步骤：构建配网模型，并基于配网模型构建扰动模型；将扰动模型应用到配网模型中，分别搭建非电弧扰动分析模型和电弧扰动分析模型；基于非电弧扰动分析模型和电弧扰动分析模型，利用故障检测模型对测量信号进行判断，完成基于电力扰动建模的配电网电弧故障检测。本发明解决了现有电弧故障检测方法使用受限以及检测准确率较低的问题。技术研发人员：赵博,裴山山,唐滔,彭雨,李万麟,万成珊,陈锴,王金皇,周信强,唐鹏宇受保护的技术使用者：国网四川省电力公司宜宾供电公司技术研发日：技术公布日：2024/11/18