CN117390863A - 多场景下三要素配电网单相接地电弧建模分析方法及*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了多场景下三要素配电网单相接地电弧建模分析方法及***，包括：根据配电网接地故障的介质类型，构建配电网典型场景下的不同介质的电阻模拟数学模型；根据配电网接地电弧的现场试验数据，分析故障支路的弧道电压、弧道电流和弧道电阻之间的非线性关联关系，构建基于多参数调控的非线性电弧电导数学模型；根据故障支路的接地点大地等效电阻，构建基于球隙接地点等效电阻等效模型；结合上述三个模型，形成基于介质、电弧和大地三者串联结合的接地故障数学表征模型。本发明从故障物理特点出发，构建了三要素的综合型接地故障模型，能准确描述配电网接地故障的多种要素，且更好的贴合物理实际。
Description
技术领域
本发明涉及配电网故障检测及保护技术领域，具体涉及多场景下三要素配电网单相接地电弧建模分析方法及***。
背景技术
配电网单相接地故障发生概率在故障类型中，占比较高。单相接地不仅影响了用户的正常供电，而且可能产生过电压，烧坏设备，甚至引起相间短路而扩大事故。单相接地保护跳闸技术可以有效阻断故障电弧，大幅降低故障引发山火的概率，是当前四川配电网防山火的主要技术手段。因此，配电网防山火成效严重依赖单相接地保护性能的好坏，而通过高效快速的科学检测来遴选优秀产品、发现设备逻辑和性能问题、保障设备生产制造性能一致性、缓解现场安装调试的紧迫时限要求，以及有效杜绝设备带病入网，是确保单相接地保护设备运行性能的关键手段。
实际现场中单相接地故障一般伴随有电弧现象，因此当前学者主流研究多关注电弧建模，并取得了较好的进展，如Mayr模型、Cassie模型和控制论模型等，但这类模型应用都有一定的前提条件，如Mayr模型将弧道耗散功率视作常量、Cassie模型假定弧道场强保持恒定以及控制论模型在两者基础上作了改进，但是这类模型都重点关注于电弧建模，而忽视了伴随电弧的故障本质，即故障除了包含电弧以外，还含有故障介质等。
因此，当前配电网单相接地故障电弧模型难以准确描述配电网接地故障的多种要素，不能很好的贴合物理实际。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是当前配电网单相接地故障电弧模型难以准确描述配电网接地故障的多种要素，不能很好的贴合物理实际。
本发明目的在于提供多场景下三要素配电网单相接地电弧建模分析方法及***，首先，根据配电网常见故障类型，构建契合故障主要场景的常见刺槐、杠柳和杂草三种介质的电阻模拟数学模型；其次，考虑当前电弧模型虽然有多种形态下的理论研究，但是无法描述弧道电压、弧道电流与弧道电阻之间的非线性数学关系，因此对于电弧模型，本发明在考虑现场接地故障录波多存在电弧电压畸变、时间常数与电弧动态伏安特性曲线中电压的上升速度呈反比，但与弧道电流的大小呈现正相关、与弧道间隙长度亦呈现正相关；关于弧道电导(即弧道电阻的倒数)则与弧道电流呈现正相关在内的多种现象，提出基于多参数调控的非线性电弧电导数学模型；然后，在以上两者的基础上，提出基于同心半球壳型构建的基于球隙接地点等效电阻等效模型。最后，结合三者(介质、电弧和大地)，本发明最终可构建适应多典型场景的三要素配电网单相接地故障数学表征模型方案。相比现有研究多关注电弧本身模型的构建而言，本发明从故障物理特点出发，构建了三要素的综合型接地故障模型，能准确描述配电网接地故障的多种要素，且更好的贴合物理实际。
本发明通过下述技术方案实现：
第一方面，本发明提供了多场景下三要素配电网单相接地电弧建模分析方法，该方法包括：
根据配电网接地故障的介质类型，通过数学拟合方式构建配电网典型场景下的不同介质的电阻模拟数学模型；
根据配电网接地电弧的现场试验数据，分析故障支路的弧道电压、弧道电流和弧道电阻之间的非线性关联关系，构建基于多参数调控的非线性电弧电导数学模型；现场试验数据包括弧道电流、弧道间隙长度和弧隙击穿场强；
根据故障支路的接地点大地等效电阻，构建基于球隙接地点等效电阻等效模型；
根据电阻模拟数学模型、基于多参数调控的非线性电弧电导数学模型和基于球隙接地点等效电阻等效模型，形成基于介质、电弧和大地三者串联结合的接地故障数学表征模型。
进一步地，配电网接地故障的介质类型包括刺槐介质、杠柳介质和杂草介质。
进一步地，不同介质的电阻模拟数学模型包括基于刺槐介质的电阻模拟数学模型、基于杠柳介质的电阻模拟数学模型和基于杂草介质的电阻模拟数学模型。
进一步地，基于刺槐介质的电阻模拟数学模型为：式中：RA为接地故障刺槐介质随时间演变的电阻；t为时间；α、β为控制介质刺槐电阻形态演变的调控参数；n为大于零的正数，代表刺槐介质随时间衰变的趋势程度，主要指刺槐介质在受到配电线路电压作用下其内部含水率、干密度变化的影响；T1为代表衰变到稳态的截止时间；RA1为经过间隔为T1后刺槐介质的稳定电阻。
进一步地，基于杠柳介质的电阻模拟数学模型为：式中：RB为接地故障杠柳介质随时间演变的电阻；t为时间；RB0为杠柳介质接地故障时初始电阻，主要与杠柳介质本体有关；m为代表杠柳介质随时间衰变的趋势系数，为大于零的正数；RB1经过间隔为T1后杠柳介质的稳定电阻；T1为衰变到稳态的截止时间。
进一步地，基于杂草介质的电阻模拟数学模型为：RC＝RCs+RCG*N(0，σ2)；式中：RC为接地故障时杂草介质随时间演变的电阻；RCs为杂草介质本体电阻；RCG为引入波动干扰的影响因子；N(0，σ2)为服从均值为0，标准差为σ的正态分布。
进一步地，基于多参数调控的非线性电弧电导数学模型为：式中：g为电弧的弧道电导；Gs为稳态时的电弧弧道电导；τs为时间常数；A为大于零的正数，取值介于1.2至1.8之间；B为小于零的负数，取值介于-0.2至-0.6之间；θ为一个取值较小的常量系数；Iarc为电弧弧道电流；Vsc为电弧弧隙每厘米压降，即弧隙击穿场强；lgap为弧道间隙长度；IS代表小电流接地故障下稳态电流幅值。
进一步地，基于介质、电弧、大地三者串联结合的接地故障数学表征模型为：式中，Rkind为配电网接地故障的介质随时间演变的电阻；该量取决于配电网接地故障的介质类型，在本发明中所提的三种典型场景，对于刺槐介质，Rkind＝RA，对于杠柳介质，Rkind＝RB和对于杂草介质，Rkind＝RC；g为电弧的弧道电导；RG为流经故障点后的大地等效接地电阻。
第二方面，本发明又提供了多场景下三要素配电网单相接地电弧建模分析***，该***用于实现上述的多场景下三要素配电网单相接地电弧建模分析方法；该***包括：
介质电阻模型构建单元，用于根据配电网接地故障的介质类型，通过数学拟合方式构建配电网典型场景下的不同介质的电阻模拟数学模型；
电弧电导模型构建单元，用于根据配电网接地电弧的现场试验数据，分析故障支路的弧道电压、弧道电流和弧道电阻之间的非线性关联关系，构建基于多参数调控的非线性电弧电导数学模型；现场试验数据包括弧道电流、弧道间隙长度和弧隙击穿场强；
大地电阻模型构建单元，用于根据故障支路的接地点大地等效电阻，构建基于球隙接地点等效电阻等效模型；
三段式串联模型构建单元，用于根据电阻模拟数学模型、基于多参数调控的非线性电弧电导数学模型和基于球隙接地点等效电阻等效模型，形成基于介质、电弧和大地三者串联结合的接地故障数学表征模型。
进一步地，基于介质、电弧和大地三者串联结合的接地故障数学表征模型为：式中，Rkind为配电网接地故障的介质随时间演变的电阻；该量取决于配电网接地故障的介质类型，在本发明中所提的三种典型场景，对于刺槐介质，Rkind＝RA，对于杠柳介质，Rkind＝RB和对于杂草介质，Rkind＝RC；g为电弧的弧道电导；RG为流经故障点后的大地等效接地电阻。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
本发明多场景下三要素配电网单相接地电弧建模分析方法及***，本主要在于充分结合配电网接地故障自身特点，形成了“介质+电弧+大地”三者串联的电阻等效模型。其中，首先对于刺槐、杠柳和杂草三种典型故障场景的介质的电阻，构建其契合试验的电阻模拟数学模型；其次建立了结合弧隙每厘米压降、时间常数和弧隙长度等多个参数调控的非线性电弧模型，可以一定程度表征电弧形态下电压、电流的畸变特性。然后，对于入地点的大地等效电阻，结合同心半球壳方式并采取积分构建了其数学模型。最后结合典型介质、电弧自身和大地等效电阻三个部分，采取串联整合的方式形成“介质+电弧+大地”三要素非线性接地故障等效模型。相比现有研究多关注电弧本身模型的构建而言，本发明从故障物理特点出发，构建了三要素的综合型接地故障模型，能更好的贴合物理实际，最终依据模型构建的仿真结果亦表明：所提模型能较好地描述电弧“零休”现象，也可以表征随时间推移下等效电阻时变的非线性变化特点，可一定程度助于生产科研人员掌握接地故障现象背后的物理规律，以便提供更多启示，加强对生产的支撑作用。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为本发明多场景下三要素配电网单相接地电弧建模分析方法流程图；
图2为本发明结合半球壳的大地等效电阻建模原理图；
图3为本发明中结合现场试验获取的杠柳电阻变化曲线图；
图4为本发明中结合现场试验获取的刺槐电阻变化曲线图；
图5为本发明中结合现场试验获取的杂草电阻变化曲线图；
图6为本发明中依据基于刺槐介质的电阻模拟数学模型仿真模拟获取的杠柳电阻变化曲线图；
图7为本发明中依据基于杠柳介质的电阻模拟数学模型仿真模拟获取的刺槐电阻变化曲线图；
图8为本发明中依据基于杂草介质的电阻模拟数学模型仿真模拟获取的杂草电阻变化曲线图；
图9为本发明中电弧的弧道电压、弧道电流和弧道电阻的变化曲线图；
图10为本发明现场试验记录的时变性接地故障的故障录波示意图；
图11为本发明中考虑时变的电弧弧道电压、弧道电流和弧道电阻的变化曲线图；
图12为本发明多场景下三要素配电网单相接地电弧建模分析***结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实际现场中单相接地故障一般伴随有电弧现象，因此当前学者主流研究多关注电弧建模，并取得了较好的进展，如Mayr模型、Cassie模型和控制论模型等，但这类模型应用都有一定的前提条件，如Mayr模型将弧道耗散功率视作常量、Cassie模型假定弧道场强保持恒定以及控制论模型在两者基础上作了改进，但是这类模型都重点关注于电弧建模，而忽视了伴随电弧的故障本质，造成当前配电网单相接地故障电弧模型难以准确描述配电网接地故障的多种要素，不能很好的贴合物理实际。
然而，故障除了包含电弧以外，还含有故障介质，且介质对配电网单相接地电弧建模影响很大；如树线故障包含电弧、大树和大地三个部分，所以完整的接地故障建模需考虑三要素。尽管实际中不可能对所有介质都能建立良好的三要素模型，但考虑典型场景下的三要素配电网故障建模是尤为必要，且极其重要，可有助于加深配网专业人员对于电弧的认识，并进一步采取有效的故障处置措施。
因此，本发明设计了多场景下三要素配电网单相接地电弧建模分析方法，首先，根据配电网常见故障类型，构建契合故障主要场景的常见刺槐、杠柳和杂草三种介质的电阻模拟数学模型；其次，考虑当前电弧模型虽然有多种形态下的理论研究，但是无法描述弧道电压、弧道电流与弧道电阻之间的非线性数学关系，因此对于电弧模型，本发明在考虑现场接地故障录波多存在电弧电压畸变、时间常数与电弧动态伏安特性曲线中电压的上升速度呈反比，但与弧道电流的大小呈现正相关、与弧道间隙长度亦呈现正相关；关于弧道电导(即弧道电阻的倒数)则与弧道电流呈现正相关在内的多种现象，提出基于多参数调控的非线性电弧电导数学模型；然后，在以上两者的基础上，提出基于同心半球壳型构建的基于球隙接地点等效电阻等效模型。最后，结合三者(介质、电弧和大地)，本发明最终可构建适应多典型场景的三要素配电网单相接地故障数学表征模型方案。相比现有研究多关注电弧本身模型的构建而言，本发明从故障物理特点出发，构建了三要素的综合型接地故障模型，能准确描述配电网接地故障的多种要素，且更好的贴合物理实际。
最终依据模型构建的仿真结果亦表明：本发明所提模型能较好地描述电弧“零休”现象，也可以表征随时间推移下等效电阻时变的非线性变化特点，可一定程度助于生产科研人员掌握接地故障现象背后的物理规律，以便提供更多启示，加强对生产的支撑作用。
实施例1
如图1所示，本发明多场景下三要素配电网单相接地电弧建模分析方法，该方法包括：
S1，根据配电网接地故障的介质类型，通过数学拟合方式构建便捷可用的配电网典型场景下不同介质的电阻模拟数学模型，满足后续对入网接地选线设备接地故障辨识功能的标准化检测试验。
具体地，三种典型场景的配电网接地故障的介质类型包括刺槐介质、杠柳介质和杂草介质。
具体地，不同介质的电阻模拟数学模型包括基于刺槐介质的电阻模拟数学模型、基于杠柳介质的电阻模拟数学模型和基于杂草介质的电阻模拟数学模型。
第一，基于刺槐介质的电阻模拟数学模型为：式中：RA为接地故障刺槐介质随时间演变的电阻；t为时间；α、β为控制介质刺槐电阻形态演变的调控参数；n为大于零的正数，代表刺槐介质随时间衰变的趋势程度，主要指刺槐介质在受到配电线路电压作用下其内部含水率、干密度变化的影响；T1为代表衰变到稳态的截止时间；RA1为经过间隔为T1后刺槐介质的稳定电阻。
总体而言，如图3所示，刺槐介质的电阻主体呈现线性衰减的关系，但亦伴随一定随时间衰减的指数下滑趋势，在接触碳化一段时间后，介质接触导体的局部部分含水率会因电流温升效应而蒸发，但是介质远离导体其余部分则基本不变，因此其最终会呈现稳定的状态。
第二，基于杠柳介质的电阻模拟数学模型为：式中：RB为接地故障杠柳介质随时间演变的电阻；t为时间；RB0为杠柳介质接地故障时初始电阻，主要与杠柳介质本体有关；m为代表杠柳介质随时间衰变的趋势系数，为大于零的正数；RB1经过间隔为T1后杠柳介质的稳定电阻；T1为衰减到稳态的截止时间。
总体而言，如图4所示，接地介质杠柳的电阻呈现随指数衰减的变化状态，在接触碳化一段时间后，介质接触导体的局部部分含水率会因电流温升效应而蒸发，但是介质远离导体其余部分则基本不变，因此其最终会呈现稳定的状态。
第三，基于杂草介质的电阻模拟数学模型为：RC＝RCs+RCG*N(0，σ2)；式中：RC为接地故障时杂草介质随时间演变的电阻；RCs为杂草介质本体电阻；RCG为引入波动干扰的影响因子；N(0，σ2)为服从均值为0，标准差为σ的正态分布。
总体而言，如图5所示，服从上述特性的杂草这类介质的故障电阻主体呈现稳定性，但随时间会呈现上下浮动的变化状态，主要该类介质杂草受风力风向影响时与电力导线的接触会呈现不稳定的接触，此外介质本身也是在接触过程中燃烧碳化产生明显的变化，主要在于自身基础电阻相对其他树冠、树枝类的介质，要小一个数量级。
依据基于刺槐介质的电阻模拟数学模型，仿真模拟获取的刺槐电阻变化曲线图如图6所示；依据基于杠柳介质的电阻模拟数学模型，仿真模拟获取的杠柳电阻变化曲线图如图7所示；依据基于杂草介质的电阻模拟数学模型，仿真模拟获取的杂草电阻变化曲线图如图8所示。
S2，根据配电网接地电弧的现场试验数据，分析故障支路的弧道电压、弧道电流和弧道电阻之间的非线性关联关系(如图9所示)，构建基于多参数调控的非线性电弧电导数学模型；现场试验数据包括弧道电流、弧道间隙长度和弧隙击穿场强；
具体地，基于多参数调控的非线性电弧电导数学模型为：式中：g为电弧的弧道电导；Gs为稳态时的电弧弧道电导；τs为时间常数；A为大于零的正数，取值介于1.2至1.8之间；B为小于零的负数，取值介于-0.2至-0.6之间；θ为一个取值较小的常量系数；Iarc为电弧弧道电流；Vsc为电弧弧隙每厘米压降，即弧隙击穿场强；lgap为弧道间隙长度；IS代表小电流接地故障下稳态电流幅值。
上述基于多参数调控的非线性电弧电导数学模型中，时间常数τs用于调控弧道“零休”现象，其与弧道电流和弧道间隙长度有关，电流越大的过程越代表弧道更倾向于稳定形态，其极限条件为金属性接地故障；而弧道间隙长度越大，代表弧道击穿电压门槛较高，形成电弧的条件将越亦苛刻；而两者越大，则代表时间常数越大，该值越小代表零休现象越明显，代表弧道击穿起弧的门槛较高，熄弧条件越易满足。
电弧弧道电导Gs与弧道电流、弧隙击穿场强和弧隙长度有关，即弧道电流越大，***贡献的电容电流越大，弧隙长度越小时，弧道越易击穿并保持稳定，但是弧隙每厘米压降不是一成不变的，也会随时间产生变化，但是考虑到模型的工程实用性，该参数可以网格化方式选点取参。
S3，根据故障支路的接地点大地等效电阻，构建基于球隙接地点等效电阻等效模型；
具体地，基于球隙接地点等效电阻等效模型，主要受电力***接地装置防雷的启发，当接地装置中流过短路电流或雷电流时，接地电流经过接地装置以电流场的形式向四周扩散，当接地电流为工频时，称为工频扩散电流；当接地电流为冲击电流时，称为冲击扩散电流。由于大地并不是理想的导体，它具有一定的电阻率，接地电流将沿大地产生电压降。设大地的土壤电阻率为ρ，大地内的电流密度为δ，则大地中必然存在电场分布，其电场强度为E＝δρ。接地电阻实际上是在地中散流时土壤所呈现的电阻。根据图2，接地电阻相当于把电极外土壤分成无数个具有一定厚度的同心半球壳的电阻串联而成。
设半球接地的初始半径为r0，经接地点散流到大地的电流为I，假定大地是电阻率为ρ的均匀导体，则距离球心r处，厚度dr的半球壳电阻dR应为：
上式表明接地电阻RG与电阻率呈现正比，与故障介质与大地接触面所对应的零电位最大初始半径r0成反比。具体地，对于较湿的鹅卵石而言，其电阻率ρ＝2000Ω·m之间，接地点到零电位的距离r0＝0.078米，则接地电阻初始值则为4082欧姆之间。事实上，随着入地故障电流的变化，大地电阻率也在发生一定程度的变化，总体而言应是衰减的，但其对于大地电阻的影响是相当小的，因此，衰减的系数去一个绝对值相当小的负数。在此基础上，可以构建接地电阻的衰减变化模型RG将被修正为：式中t为时间，C取值结合介质类别实际而定。
s4，根据电阻模拟数学模型、基于多参数调控的非线性电弧电导数学模型和基于球隙接地点等效电阻等效模型，形成基于介质、电弧和大地三者串联结合的接地故障数学表征模型。
基于介质、电弧、大地三者串联结合的接地故障数学表征模型为：式中，Rkind为配电网接地故障的介质随时间演变的电阻；该量取决于配电网接地故障的介质类型，在本发明中所提的三种典型场景，对于刺槐介质，Rkind＝RA，对于杠柳介质，Rkind＝RB和对于杂草介质，Rkind＝RC；而RA、RB和RC的计算方式参见步骤S1；g为电弧的弧道电导；RG为流经故障点后的大地等效接地电阻。
结合上述公式，可以发现基于介质、电弧、大地三者串联结合的接地故障数学表征模型包含Rkind、和RG三个部分，这也是在发明中称其为三要素的原因。
具体实施时，依托PSCAD仿真平台构建的基于介质、电弧和大地三者串联结合的接地故障数学表征模型，涉及的架空线路、电缆线路的仿真参数，如表1所示：
如图10所示，现场试验记录的时变性接地故障的故障录波，从上往下八个通道分别为A相电压、B相电压、C相电压、零序电压、A相电流、B相电流、C相电流和零序电流通道，可以看出其零序电流是渐变式增大性；与本发明所提的基于介质、电弧和大地三者串联结合的接地故障数学表征模型所仿真结果相近，即图11中的第二个弧道电流通道(考虑时变的电弧弧道电压、弧道电流和弧道电阻的变化曲线图)。
本发明主要在于充分结合配电网接地故障自身特点，形成了“介质+电弧+大地”三者串联的电阻等效模型。其中，首先对于刺槐、杠柳和杂草三种典型故障场景的介质的电阻，构建其契合试验的电阻模拟数学模型；其次建立了结合弧隙每厘米压降、时间常数和弧隙长度等多个参数调控的非线性电弧模型，可以一定程度表征电弧形态下电压、电流的畸变特性。然后，对于入地点的大地等效电阻，结合同心半球壳方式并采取积分构建了其数学模型。最后结合典型介质、电弧自身和大地等效电阻三个部分，采取串联整合的方式形成“介质+电弧+大地”三要素非线性接地故障等效模型。相比现有研究多关注电弧本身模型的构建而言，本发明从故障物理特点出发，构建了三要素的综合型接地故障模型，能更好的贴合物理实际，最终依据模型构建的仿真结果亦表明：所提模型能较好地描述电弧“零休”现象，也可以表征随时间推移下等效电阻时变的非线性变化特点，可一定程度助于生产科研人员掌握接地故障现象背后的物理规律，以便提供更多启示，加强对生产的支撑作用。
实施例2
如图12所示，本实施例与实施例1的区别在于，本实施例提供了多场景下三要素配电网单相接地电弧建模分析***，该***用于实现实施例1的多场景下三要素配电网单相接地电弧建模分析方法；该***包括：
介质电阻模型构建单元，用于根据配电网接地故障的介质类型，通过数学拟合方式构建配电网典型场景下的不同介质的电阻模拟数学模型；
电弧电导模型构建单元，用于根据配电网接地电弧的现场试验数据，分析故障支路的弧道电压、弧道电流和弧道电阻之间的非线性关联关系，构建基于多参数调控的非线性电弧电导数学模型；现场试验数据包括弧道电流、弧道间隙长度和弧隙击穿场强；
大地电阻模型构建单元，用于根据故障支路的接地点大地等效电阻，构建基于球隙接地点等效电阻等效模型；
三段式串联模型构建单元，用于根据电阻模拟数学模型、基于多参数调控的非线性电弧电导数学模型和基于球隙接地点等效电阻等效模型，形成基于介质、电弧和大地三者串联结合的接地故障数学表征模型。
本实施例中，基于介质、电弧和大地三者串联结合的接地故障数学表征模型为：式中，Rkind为配电网接地故障的介质随时间演变的电阻；该量取决于配电网接地故障的介质类型，在本发明中所提的三种典型场景，对于刺槐介质，Rkind＝RA，对于杠柳介质，Rkind＝RB和对于杂草介质，Rkind＝RC；g为电弧的弧道电导；RG为流经故障点后的大地等效接地电阻。
其中，各个单元的执行过程按照实施例1的多场景下三要素配电网单相接地电弧建模分析方法流程步骤执行即可，此实施例中不再一一赘述。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、***、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(***)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.多场景下三要素配电网单相接地电弧建模分析方法，其特征在于，该方法包括：
根据配电网接地故障的介质类型，构建配电网典型场景下的不同介质的电阻模拟数学模型；
根据配电网接地电弧的现场试验数据，分析故障支路的弧道电压、弧道电流和弧道电阻之间的非线性关联关系，构建基于多参数调控的非线性电弧电导数学模型；所述现场试验数据包括弧道电流、弧道间隙长度和弧隙击穿场强；
根据故障支路的接地点大地等效电阻，构建基于球隙接地点等效电阻等效模型；
根据所述电阻模拟数学模型、基于多参数调控的非线性电弧电导数学模型和基于球隙接地点等效电阻等效模型，形成基于介质、电弧和大地三者串联结合的接地故障数学表征模型。
2.根据权利要求1所述的多场景下三要素配电网单相接地电弧建模分析方法，其特征在于，配电网接地故障的介质类型包括刺槐介质、杠柳介质和杂草介质。
3.根据权利要求2所述的多场景下三要素配电网单相接地电弧建模分析方法，其特征在于，不同介质的电阻模拟数学模型包括基于刺槐介质的电阻模拟数学模型、基于杠柳介质的电阻模拟数学模型和基于杂草介质的电阻模拟数学模型。
4.根据权利要求3所述的多场景下三要素配电网单相接地电弧建模分析方法及***，其特征在于，所述基于刺槐介质的电阻模拟数学模型为：式中：RA为接地故障刺槐介质随时间演变的电阻；t为时间；α、β为控制介质刺槐电阻形态演变的调控参数；n为大于零的正数，代表刺槐介质随时间衰变的趋势程度，指刺槐介质在受到配电线路电压作用下其内部含水率、干密度变化的影响；T1为代表衰变到稳态的截止时间；RA1为经过间隔为T1后刺槐介质的稳定电阻。
5.根据权利要求3所述的多场景下三要素配电网单相接地电弧建模分析方法，其特征在于，所述基于杠柳介质的电阻模拟数学模型为：
式中：RB为接地故障杠柳介质随时间演变的电阻；t为时间；RB0为杠柳介质接地故障时初始电阻，与杠柳介质本体有关；m为代表杠柳介质随时间衰变的趋势系数，为大于零的正数；RB1经过间隔为T1后杠柳介质的稳定电阻；T1为衰变到稳态的截止时间。
6.根据权利要求3所述的多场景下三要素配电网单相接地电弧建模分析方法，其特征在于，所述基于杂草介质的电阻模拟数学模型为：RC＝RCS+RCG*N(0,σ2)；式中：RC为接地故障时杂草介质随时间演变的电阻；RCS为杂草介质本体电阻；RCG为引入波动干扰的影响因子；N(0,σ2)为服从均值为0，标准差为σ的正态分布。
7.根据权利要求1所述的多场景下三要素配电网单相接地电弧建模分析方法，其特征在于，所述基于多参数调控的非线性电弧电导数学模型为：式中：g为电弧的弧道电导；Gs为稳态时的电弧弧道电导；τs为时间常数；A为大于零的正数，取值介于1.2至1.8之间；B为小于零的负数，取值介于-0.2至-0.6之间；θ为常量系数；Iarc为电弧弧道电流；Vsc为电弧弧隙每厘米压降，即弧隙击穿场强；lgap为弧道间隙长度；IS代表小电流接地故障下稳态电流幅值。
8.根据权利要求1所述的多场景下三要素配电网单相接地电弧建模分析方法，其特征在于，所述基于介质、电弧、大地三者串联结合的接地故障数学表征模型为：式中，Rkind为配电网接地故障的介质随时间演变的电阻；g为电弧的弧道电导；RG为流经故障点后的大地等效接地电阻。
9.多场景下三要素配电网单相接地电弧建模分析***，其特征在于，该***用于实现如权利要求1至8中任一所述的多场景下三要素配电网单相接地电弧建模分析方法；该***包括：
介质电阻模型构建单元，用于根据配电网接地故障的介质类型，构建配电网典型场景下的不同介质的电阻模拟数学模型；
电弧电导模型构建单元，用于根据配电网接地电弧的现场试验数据，分析故障支路的弧道电压、弧道电流和弧道电阻之间的非线性关联关系，构建基于多参数调控的非线性电弧电导数学模型；所述现场试验数据包括弧道电流、弧道间隙长度和弧隙击穿场强；
大地电阻模型构建单元，用于根据故障支路的接地点大地等效电阻，构建基于球隙接地点等效电阻等效模型；
三段式串联模型构建单元，用于根据所述电阻模拟数学模型、基于多参数调控的非线性电弧电导数学模型和基于球隙接地点等效电阻等效模型，形成基于介质、电弧和大地三者串联结合的接地故障数学表征模型。
10.根据权利要求9所述的多场景下三要素配电网单相接地电弧建模分析***，其特征在于，所述基于介质、电弧和大地三者串联结合的接地故障数学表征模型为：式中，Rkind为配电网接地故障的介质随时间演变的电阻；g为电弧的弧道电导；RG为流经故障点后的大地等效接地电阻。
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