[发明专利]基于稀疏矩阵的矿井高压电网漏电保护整定计算方法

说明书

技术领域

本发明公开了基于稀疏矩阵的矿井高压电网漏电保护整定计算方法，属于煤矿高压供电网络漏电保护整定计算领域。

背景技术

矿井高压供电系统为6kV或10kV等级，一般使用两个电源，并且这两个电源采用分列运行方式，或者是一路使用一路备用，属于单电源开式电网，为辐射形树状网络结构。矿井高压供电系统中节点数量较多，如何基于其供电网络结构特点，构建适应性强的网络拓扑模型，实现矿井高压电网漏电保护的自适应整定计算是一个需要解决的问题。

漏电保护作为一种重要的保护技术，广泛应用于防止瓦斯爆炸、人身触电和漏电火灾等灾害。我国矿井井下电网为中性点不接地运行方式。选择性漏电保护作为小电网接地电流的一种重要保护，当电网馈出线上发生漏电故障时，能正确选出并切断发生故障的馈出线。文献“基于故障分量有功功率的选择性漏电保护”研究的零序直流选择性漏电保护原理，通过检测电流的直流分量，确定漏电电阻与检测电流的关系，有助于电网接地故障的选线。文献“煤矿井下电网漏电保护系统设计”针对目前选择性漏电保护在井下电网使用中的误动等现象，提出了一种基于故障分量有功功率的选择性漏电保护，对漏电故障具有很高的选择性。文献“基于剩余电流和漏电阻抗的漏电保护方法的研究”针对井下漏电保护的零序功率方向原理和选择性漏电保护的选线分析，采用高性能DSP和应用软件等研发的井下漏电保护系统，能够有效提高应对井下突发事件的反应速度。文献“零序直流选择性漏电保护原理分析”通过分析漏电电流的变化规律，提出漏电动作阈值的浮动技术，建立了自适应漏电保护模型，能够有效的满足漏电保护发展的要求。上述文献虽然提出了多种漏电保护整定计算方法，但没有从矿井高压电网网络拓扑模型的角度进行综合分析实现矿井高压电网漏电保护的自适应整定计算。

本发明基于矿井高压供电系统特点，提出了基于稀疏矩阵的矿井高压电网漏电保护整定计算方法。该方法基于稀疏矩阵获得相应的支路节点和支路节点供电关系关联矩阵，构造矿井高压供电系统的网络拓扑模型，能够很方便地完成矿井高压供电系统供电网络的拓扑辨识, 并以此为基础实现自适应漏电保护整定计算功能。

发明内容

默认情况下，矩阵元素与矩阵元素乘法运算为二进制与运算，元素与元素的加法运算为二进制或运算。在稀疏矩阵中使用三元组（,,）方式描述矩阵中的非零元素，、、分别为该非零元素的行号、列号和数值。二进制稀疏矩阵乘法运算具体过程如下：

（1）假定稀疏矩阵，为行列，为行列，则为行列；

（2）从稀疏矩阵中任意取出一个元素；

（3）该元素在中用三元组（, ,1）表示，行号为，列号为；在稀疏矩阵中查找行号为的所有三元组元素,对查找得到的所有三元组元素将其行号用代替后，全部添加到矩阵中；

（4）如果中仍然有三元组元素未被遍历，则从中取出下一个没有被遍历的三元组元素，重复执行步骤（3）；如果中所有元素均被遍历，执行步骤（5）；

（5）针对稀疏矩阵中行号、列号和数值相同的三元组只保留一个，其余重复的全部从中删除，最终得到的稀疏矩阵即是二进制稀疏矩阵乘法运算的结果，乘法运算执行完成。

依据矿井高压供电系统供电关系，生成母线节点和支路节点的稀疏矩阵和；针对矿井高压供电系统，以变电所母线为母线节点、以高压开关连接的支路作为支路节点，如果母线节点有个，支路节点有个，则依据矿井高压供电系统图中电气设备之间的连接关系生成母线节点和支路节点的稀疏矩阵（行列，以母线节点顺序号为行号，以支路节点顺序号为列号）和稀疏矩阵（行列，以支路节点顺序号为行号，以母线节点顺序号为列号），矩阵和中大部分元素为0，均为稀疏矩阵，具体步骤如下：

（1）在生成稀疏矩阵的过程中，如果第行的行号对应的母线节点由第列的列号对应的支路节点供电，则在稀疏矩阵中增加对应的三元组元素（,,1）；

（2）在生成稀疏矩阵的过程中，如果第行的行号对应的支路节点由第列的列号对应的母线节点供电，则在稀疏矩阵中增加对应的三元组元素（,,1）。

依据稀疏矩阵和开关状态矩阵生成稀疏矩阵，具体步骤如下：

（1）依据支路节点上高压开关的开闭状态，生成支路节点开关状态矩阵，包含个元素，，；在中，第个元素对应的开关状态闭合，则；反之，则；

（2）从中任意取出一个元素；

（3）该元素在中的序号用表示，如果，则稀疏矩阵中对应列号为的所有三元组元素全部添加到稀疏矩阵中；