[发明专利]基于改进型锁相环的间歇性电弧接地故障选线方法

说明书

技术领域

本发明属于一种配电网单相接地故障检测的检测方法，具体涉及一种改进型的锁相环与相关选线算法相结合的配电网间歇性电弧接地故障检测方法。

背景技术

我国配电网络分布十分广泛而复杂，中压配电网的中性点接地方式主要为非有效接地。在该系统中，单相接地故障时有发生。由于单相接地故障不影响对负荷的连续供电，这无疑大大提高了供电的可靠性。然而，此时故障网络的相电压幅值升高至原来的1.732倍，这对系统的绝缘性造成很大威胁。

为了防止故障扩大，必须尽快选出并切除故障线路。对于小电流接地系统的选线问题，国内外许多学者进行了大量的研究，提出了多个著名的选线方法：零序电流选线方法、零序导纳法、零序无功方向法、零序有功方向法、首半波法、信号注入法、能量法等。这些方法在实践中解决了很多接地选线的问题,但是误选、拒选现象仍占相当大的比例。究其原因，主要有：随着城市电网的改造，电缆供电线路逐渐增加，城市电网基本改用中性点经消弧线圈接地或者经电阻接地的运行方式，在中性点经消弧线圈接地的系统中发生单相接地故障时，由于消弧线圈的补偿作用，零序电压、零序电流都发生改变；许多小电流接地选线理论对电弧接地故障的认识不足，特别是间歇性电弧接地故障，而配电网中，尤其是架空线电网中间歇性电弧接地故障所占比例较大，且小电流接地系统发生故障时，接地点电弧电流与稳态接地电流相比将有较大畸变。研究表明，零序电流中的5次谐波的被补偿程度仅相当于工频时的1/25，可以忽略消弧线圈的影响。因此，可以通过比较故障线路和非故障线路的5次谐波暂态零序电流进行故障选线。

现有的五次谐波选线方法虽然在理论上能够实现选线，但实际中由于故障时谐波电流很小和滤波器的非理想特性，经过滤波器提取后的电流中其他频次的谐波含量很大，干扰了5次谐波选线的准确性。因此，该方法在实际应用中选线效果尚不理想。

锁相环在电网中的应用，主要集中在为电能质量分析提供电网电压的同步信号和为光伏发电系统的并网变换器提供相位信息等方面。但是这些锁相环结构都需要对输入信号进行αβ变换和dq变换。如果直接应用到故障选线系统中，必定会给选线的实时性带来不利。

发明内容

发明内容

本发明的目的是利用改进锁相环的频率跟踪特性，实现间歇性电弧接地故障后零序电流5次谐波电流幅值和相位信息的准确提取，并依托配电网故障特性，实现准确的故障线路选择。

本发明提供的技术方案是对现有锁相环进行改进，使用计算机中矩阵实验室软件Matlab的可视化仿真工具Simulink进行仿真模型的搭建，按照如下步骤进行：

1．信号提取

在配电网线路中，放置改进型锁相环,进行如下工作：

⑴相位调整

改进型锁相环系统的输入信号e由输入信号I_i和系统输出信号I_o的差组成，经过乘法器1、增益1、低通滤波器、增益2，得到信号I_1l，I_1l与设置的参考频率（500×3.14）进行比较后的差值经过积分器1输出，输出信号经过相移，移相90°，得到移相信号I_p2；

⑵幅值调整

幅值调整部分由乘法器2、增益3、积分器2以及乘法器3组成；移相信号I_p2作为乘法器2的输入，乘法器2输出信号I_m2经过增益3放大后，输入到积分器2中，与I_p2一起输入到乘法器3中，乘法器3的输出信号即为改进型锁相环的输出信号表示为I_o；

将上述改进型锁相环接入到配电网首段的三相零序电流互感器上，则锁相环输出为各条线路的零序电流五次谐波分量；

2．数据处理并选线

假设各条线路经锁相环输出的信号分别为I_o1、I_o2、I_o3......，在时间T内对它们分别进行n个点采样，得到以下数组：

I₀₁'＝[a₁ a₂ a₃ ... a_n]

I₀₂'＝[b₁ b₂ b₃ ... b_n]