在單相接地故障時(shí)估計(jì)零序電壓的角度的方法及設(shè)備的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明實(shí)施例提供了一種在含有分布式電源的配電網(wǎng)中發(fā)生單相接地故障時(shí)估計(jì)零序電壓的角度的方法及設(shè)備。估計(jì)零序電壓的角度的方法包括：檢測(cè)三相電壓中各相電壓的角度；確定配電網(wǎng)的中性點(diǎn)接地方式；以及根據(jù)配電網(wǎng)的中性點(diǎn)接地方式，利用所檢測(cè)的各相電壓的角度來(lái)估計(jì)在配電網(wǎng)中發(fā)生單相接地故障時(shí)的零序電壓的角度。在無(wú)需精確的三相電壓幅度的情況下，利用現(xiàn)有的VPIS提供的三相電壓角度來(lái)估計(jì)零序電壓的角度，使得方向性單相接地故障檢測(cè)更簡(jiǎn)單容易，并且降低了接地故障檢測(cè)設(shè)備的造價(jià)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】在單相接地故障時(shí)估計(jì)零序電壓的角度的方法及設(shè)備

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及在含有分布式電源的配電網(wǎng)中單相接地故障的定位，更具體地涉及一 種在配電網(wǎng)中發(fā)生單相接地故障時(shí)估計(jì)零序電壓的角度的方法及設(shè)備。

【背景技術(shù)】
[0002] 單相接地故障是由于單相與地之間經(jīng)由故障阻抗短路而引起的故障。目前，針對(duì) 能量單向流動(dòng)的電網(wǎng)，已經(jīng)開(kāi)發(fā)了一種故障指示器，其可安裝在電網(wǎng)中的任何位置，可以按 照能量流動(dòng)方向來(lái)指示故障位置，例如，在故障指示器的下游出現(xiàn)故障時(shí)，故障指示器亮紅 燈，而在故障指示器的上游出現(xiàn)故障時(shí)，故障指示器亮綠燈或不亮燈。
[0003] 然而，隨著分布式發(fā)電設(shè)備的普及，在分布式發(fā)電設(shè)備并入電網(wǎng)之后，能量在故障 時(shí)可能出現(xiàn)雙向流動(dòng)。對(duì)于一條具體線路而言，可能其兩側(cè)都是電源，在這種情況下，上述 的故障指示器無(wú)法按照能量流動(dòng)方向來(lái)正確地指示接地故障位置。
[0004] 目前，已經(jīng)提出了在接地故障檢測(cè)設(shè)備中并入電壓傳感器來(lái)進(jìn)行單相接地故障定 位的技術(shù)，并且已經(jīng)建議使用低功率變壓器LPVT作為電壓傳感器，其能夠提供非常精確的 電壓角度和電壓幅度。然而，由于電壓傳感器造價(jià)昂貴而且在現(xiàn)有電網(wǎng)中普及度不高，使得 這種技術(shù)的利用率目前仍較低。
[0005] 在現(xiàn)有配電網(wǎng)中大量采用電壓出現(xiàn)指示系統(tǒng)VPIS來(lái)指示電壓出現(xiàn)狀態(tài)。電壓出 現(xiàn)指示系統(tǒng)VPIS價(jià)格低廉，應(yīng)用非常普遍，其能夠提供非常精確的電壓角度，但是無(wú)法提 供精確的電壓幅度，其電壓幅度誤差可能達(dá)到近似30%或者更高。如果將VPIS提供的三 相電壓直接求和以獲得殘余電壓（即，零序電壓)，將導(dǎo)致不可接受的角度誤差(在極限情況 下，可能達(dá)到1800)。
[0006] 因此，需要一種能夠在配電網(wǎng)中發(fā)生單相接地故障時(shí)利用已知的各相電壓角度估 計(jì)零序電壓的角度的方法及設(shè)備。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明實(shí)施例提供了一種在配電網(wǎng)中發(fā)生單相接地故障時(shí)估計(jì)零序電壓的角度 的方法和設(shè)備，其能夠利用已知的各相電壓角度估計(jì)零序電壓的角度，從而省去了對(duì)裝配 造價(jià)昂貴的電壓傳感器的需要。
[0008] 根據(jù)本發(fā)明一方面，提供了一種在配電網(wǎng)中發(fā)生單相接地故障時(shí)估計(jì)零序電壓的 角度的方法，包括：檢測(cè)三相電壓中各相電壓的角度；確定配電網(wǎng)的中性點(diǎn)接地方式；以及 根據(jù)配電網(wǎng)的中性點(diǎn)接地方式，利用所檢測(cè)的各相電壓的角度來(lái)估計(jì)在配電網(wǎng)中發(fā)生單相 接地故障時(shí)的零序電壓的角度。
[0009] 優(yōu)選地，在A相發(fā)生單相接地故障時(shí)，估計(jì)零序電壓的角度包括：將B相電壓的幅 度設(shè)置為預(yù)定參考值FB;利用B相電壓的幅度以及A相、B相和C相電壓的角度，估計(jì)A相 電壓和C相電壓；以及利用B相電壓、所估計(jì)的A相電壓、和所估計(jì)的C相電壓計(jì)算零序電 壓的角度。
[0010] 優(yōu)選地，在配電網(wǎng)的中性點(diǎn)接地方式為中性點(diǎn)消弧線圈接地或不接地的情況下， 按照以下方程計(jì)算B相、C相、A相電壓的實(shí)部和虛部：

【權(quán)利要求】
1. 一種在配電網(wǎng)中發(fā)生單相接地故障時(shí)估計(jì)零序電壓的角度的方法，包括： 檢測(cè)三相電壓中各相電壓的角度； 確定配電網(wǎng)的中性點(diǎn)接地方式；以及 根據(jù)配電網(wǎng)的中性點(diǎn)接地方式，利用所檢測(cè)的各相電壓的角度來(lái)估計(jì)在配電網(wǎng)中發(fā)生 單相接地故障時(shí)的零序電壓的角度。
2. 如權(quán)利要求1所述的估計(jì)零序電壓的角度的方法，其中，在A相發(fā)生單相接地故障 時(shí)，利用所檢測(cè)的各相電壓的角度估計(jì)零序電壓的角度包括： 將B相電壓的幅度FB設(shè)置為預(yù)定參考值； 利用B相電壓的幅度以及A相、B相和C相電壓的角度，估計(jì)A相電壓和C相電壓；以 及 利用B相電壓、所估計(jì)的A相電壓、和所估計(jì)的C相電壓計(jì)算零序電壓的角度。
3. 如權(quán)利要求2所述的估計(jì)零序電壓的角度的方法，其中，在配電網(wǎng)的中性點(diǎn)接地方 式為中性點(diǎn)消弧線圈接地或不接地的情況下，三相電壓滿足以下方程：
其中，ReVa為A相電壓的實(shí)部，ImVa為A相電壓的虛部，ReVb為B相電壓的實(shí)部，ImVb 為B相電壓的虛部，ReVc為C相電壓的實(shí)部，ImVc為C相電壓的虛部。
4. 如權(quán)利要求3所述的估計(jì)零序電壓的角度的方法，其中， B相電壓的實(shí)部和虛部分別為： Re Vh = PB?COSfJs Iiw ^ ^ = ^ fPg ? 利用B相電壓的幅度、B相電壓的角度、A相電壓的角度、以及C相電壓的角度，估計(jì)A 相電壓和C相電壓的實(shí)部和虛部：

其中，為A相電壓的角度，為B相電壓的角度，約?為C相電壓的角度。
5. 如權(quán)利要求2所述的估計(jì)零序電壓的角度的方法，其中，在配電網(wǎng)的中性點(diǎn)接地方 式為中性點(diǎn)直接接地的情況下，利用B相電壓的幅度、B相電壓的角度、A相電壓的角度、以 及C相電壓的角度，估計(jì)A相電壓和C相電壓包括： 利用B相電壓的幅度FB估計(jì)C相電壓的幅度FC ; 估計(jì)接地故障檢測(cè)設(shè)備處的負(fù)序阻抗；以及 利用A相、B相和C相電壓的角度以及B相和C相電壓的幅度，以及利用所估計(jì)的接地 故障檢測(cè)設(shè)備處的負(fù)序阻抗，估計(jì)A相電壓。
6. 如權(quán)利要求5所述的估計(jì)零序電壓的角度的方法，其中，估計(jì)C相電壓的幅度包括： 估計(jì)C相電壓的幅度與B相電壓的幅度之間的比例關(guān)系；以及 利用B相電壓的幅度與所述比例關(guān)系，計(jì)算C相的電壓幅度。
7. 如權(quán)利要求5所述的估計(jì)零序電壓的角度的方法，其中，估計(jì)接地故障檢測(cè)設(shè)備處 的負(fù)序阻抗包括： 確定接地故障檢測(cè)設(shè)備在配電網(wǎng)中的具體位置；以及 根據(jù)接地故障檢測(cè)設(shè)備的具體位置，不同地估計(jì)接地故障檢測(cè)設(shè)備處的負(fù)序阻抗。
8. 如權(quán)利要求7所述的估計(jì)零序電壓的角度的方法，其中，在接地故障檢測(cè)設(shè)備遠(yuǎn)離 分布式發(fā)電設(shè)備、遠(yuǎn)離負(fù)載并且位于配電網(wǎng)的中壓側(cè)的情況下，估計(jì)接地故障檢測(cè)設(shè)備處 的負(fù)序阻抗包括： 估計(jì)配電網(wǎng)的高壓側(cè)的電網(wǎng)系統(tǒng)阻抗； 估計(jì)配電網(wǎng)的高壓側(cè)與中壓側(cè)之間的降壓變壓器的變壓器阻抗； 將所估計(jì)的電網(wǎng)系統(tǒng)阻抗與變壓器阻抗折算到中壓側(cè)，得到電網(wǎng)負(fù)序阻抗； 估計(jì)所述降壓變壓器到所述接地故障檢測(cè)設(shè)備處的電纜負(fù)序阻抗；以及 將所述電網(wǎng)負(fù)序阻抗和所述電纜負(fù)序阻抗相加。
9. 如權(quán)利要求7所述的估計(jì)零序電壓的角度的方法，其中，在接地故障檢測(cè)設(shè)備靠近 分布式發(fā)電設(shè)備并且位于配電網(wǎng)的中壓側(cè)的情況下，估計(jì)接地故障檢測(cè)設(shè)備處的負(fù)序阻抗 包括： 估計(jì)分布式發(fā)電設(shè)備的發(fā)電設(shè)備阻抗； 估計(jì)分布式發(fā)電設(shè)備與配電網(wǎng)的中壓側(cè)之間的升壓變壓器的變壓器阻抗； 將所估計(jì)的發(fā)電設(shè)備阻抗與變壓器阻抗折算到中壓側(cè)，得到發(fā)電設(shè)備負(fù)序阻抗； 估計(jì)所述升壓變壓器到所述接地故障檢測(cè)設(shè)備處的電纜負(fù)序阻抗；以及 將所述發(fā)電設(shè)備負(fù)序阻抗和所述電纜負(fù)序阻抗相加。
10. 如權(quán)利要求5所述的估計(jì)零序電壓的角度的方法，其中，利用A相、B相和C相電壓 的角度以及B相和C相電壓的幅度，以及利用所估計(jì)的接地故障檢測(cè)設(shè)備處的負(fù)序阻抗，估 計(jì)A相電壓包括： 利用所估計(jì)的接地故障檢測(cè)設(shè)備處的負(fù)序阻抗的角度以及負(fù)序電流的角度，計(jì)算負(fù)序 電壓的角度；以及 利用A相、B相和C相電壓的角度以及B相和C相電壓的幅度，以及負(fù)序電壓的角度， 估計(jì)A相電壓的實(shí)部和虛部。
11. 如權(quán)利要求10所述的估計(jì)零序電壓的角度的方法，其中，A相電壓的實(shí)部和虛部分 別為：
=-/2 + 18〇e + -Z2,變12,為負(fù)序電流的角度，為負(fù)序阻抗的角度，務(wù)2為負(fù)序 電壓的角度。
12. -種在配電網(wǎng)中發(fā)生單相接地故障時(shí)估計(jì)零序電壓的角度的設(shè)備，包括： A相電壓角度檢測(cè)器、B相電壓角度檢測(cè)器和C相電壓角度檢測(cè)器；以及 零序電壓角度估計(jì)器，用于根據(jù)配電網(wǎng)的中性點(diǎn)接地方式，利用A相電壓角度檢測(cè)器、 B相電壓角度檢測(cè)器和C相電壓角度檢測(cè)器所檢測(cè)的各相電壓的角度來(lái)估計(jì)在配電網(wǎng)中發(fā) 生單相接地故障時(shí)的零序電壓的角度。
13. 如權(quán)利要求12所述的估計(jì)零序電壓的角度的設(shè)備，其中，零序電壓角度估計(jì)器將B 相電壓的幅度FB設(shè)置為預(yù)定參考值，利用B相電壓的幅度以及A相、B相和C相電壓的角 度，估計(jì)A相電壓和C相電壓，以及利用B相電壓、所估計(jì)的A相電壓、和所估計(jì)的C相電壓 計(jì)算零序電壓的角度。
14. 如權(quán)利要求13所述的估計(jì)零序電壓的角度的設(shè)備，其中，在配電網(wǎng)的中性點(diǎn)接地 方式為中性點(diǎn)消弧線圈接地或不接地的情況下，零序電壓角度估計(jì)器按照以下方程計(jì)算B 相、C相、A相電壓的實(shí)部和虛部： Re Vh = FB * cos (pB Im Vh = FB ? sill (pB ^
其中，ReVa為A相電壓的實(shí)部，ImVa為A相電壓的虛部，ReVb為B相電壓的實(shí)部，ImVb 為B相電壓的虛部，ReVc為C相電壓的實(shí)部，ImVc為C相電壓的虛部，為A相電壓的角 度，％.為B相電壓的角度，供c為C相電壓的角度，
15.如權(quán)利要求13所述的估計(jì)零序電壓的角度的設(shè)備，還包括：A相電流互感器、B相 電流互感器和C相電流互感器； 其中，在配電網(wǎng)的中性點(diǎn)接地方式為中性點(diǎn)直接接地的情況下，零序電壓角度估計(jì)器 將C相電壓的幅度FC確定為B相電壓的幅度FB的預(yù)定倍數(shù)，估計(jì)接地故障檢測(cè)設(shè)備處的 負(fù)序阻抗的角度，根據(jù)A相電流互感器、B相電流互感器和C相電流互感器提供的三相電流 計(jì)算負(fù)序電流的角度，并且根據(jù)下式估計(jì)A相電壓的實(shí)部和虛部：
-也為A相電壓的角度，^為B相電壓的角度，終為C相電壓的角度； fh = ? +180° +變〇, -/2為負(fù)序電流的角度，變22為負(fù)序阻抗的角度，務(wù)2為負(fù) 序電壓的角度。
16.如權(quán)利要求15所述的估計(jì)零序電壓的角度的設(shè)備，其中，在接地故障檢測(cè)設(shè)備遠(yuǎn) 離分布式發(fā)電設(shè)備、遠(yuǎn)離負(fù)載并且位于配電網(wǎng)的中壓側(cè)的情況下，將接地故障檢測(cè)設(shè)備處 的負(fù)序阻抗的角度估計(jì)為第一預(yù)定角度； 在接地故障檢測(cè)設(shè)備靠近分布式發(fā)電設(shè)備并且位于配電網(wǎng)的中壓側(cè)的情況下，將接地 故障檢測(cè)設(shè)備處的負(fù)序阻抗的角度估計(jì)為第二預(yù)定角度； 在接地故障檢測(cè)設(shè)備靠近負(fù)載并且位于配電網(wǎng)的中壓側(cè)的情況下，將接地故障檢測(cè)設(shè) 備處的負(fù)序阻抗的角度估計(jì)為第三預(yù)定角度。
【文檔編號(hào)】G01R19/00GK104345197SQ201310314222
【公開(kāi)日】2015年2月11日 申請(qǐng)日期:2013年7月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月24日
【發(fā)明者】李容, 任睿 申請(qǐng)人:施耐德電器工業(yè)公司