CN104483597A - 一种适用于含分布式电源的配电网故障区间定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种适用于含分布式电源的配电网故障区间定位方法，配电网含有分布式电源，包括以下步骤：根据配电网结构建立反映区间与端点连接关系及相对位置的网络关联矩阵A；根据各端点的故障电流特征生成故障信息向量D；由故障信息向量D和网络关联矩阵A计算故障判断向量P；定位故障区间。本发明提供的适用于含分布式电源的配电网故障区间定位方法，适用于含有分布式电源的配电网故障区间定位，而无论故障期间并网分布式电源提供的故障电流是否超过故障电流上报阈值，既适用于小容量分布式电源并网情况、也适用于多分布式电源高渗透并网情况。

Description

一种适用于含分布式电源的配电网故障区间定位方法

技术领域

本发明属于配电网技术领域，具体涉及一种适用于含分布式电源的配电网故障区间定位方法。

背景技术

配电网是由架空线路、电缆、杆塔、配电变压器、隔离开关、无功补偿电容以及一些附属设施等组成的，在电力网中起重要分配电能作用的网络。配电网按电压等级可分为高压配电网(35—110KV)、中压配电网(6—10KV，苏州有20KV的)和低压配电网(220/380V)。在负载率较大的特大型城市，220KV电网也有配电功能。

配电网按供电区的功能可分为城市配电网、农村配电网和工厂配电网等。

在城市电网系统中，主网是指110KV及其以上电压等级的电网，主要起连接区间高压(220KV及以上)电网的作用；配电网是指35KV及其以下电压等级的电网，作用是给城市里各个配电站和各类用电负荷供给电源。

配电网一般采用闭环设计、开环运行，其结构呈辐射状。配电线的线径比输电线的小，导致配电网的R/X较大。由于配电线路的R/X较大，使得在输电网中常用的这些算法在配电网的潮流计算中其收敛性难以保证。

分布式电源并网后，配电网已由单电源开环网络转变为多电源闭环运行的复杂网络，对故障区间定位方法的适应性、实时性提出了更高的要求。

传统故障定位判据为若一个区间的一个端点上报了短路电流信息，并且该区间的其他所有端点均未上报短路电流信息，则故障在该区间内；若其他端点中至少有一个也上报了短路电流信息，则故障不在该区间内。这一判据是基于分布式电源接入前传统配电网潮流分布具有单向性的特点而确定的。分布式电源接入后，若故障期间分布式电源提供的短路电流超过故障信息上报门槛值，则依据上述判据不能准确进行故障定位。

发明内容

针对分布式电源并网后配电网原有故障定位方法无法有效识别故障区间的问题，本发明提供一种适用于含分布式电源的配电网故障区间定位方法，适用于含有分布式电源的配电网故障区间定位，而无论故障期间并网分布式电源提供的故障电流是否超过故障电流上报阈值，既适用于小容量分布式电源并网情况、也适用于多分布式电源高渗透并网情况。

为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：

本发明提供一种适用于含分布式电源的配电网故障区间定位方法，所述配电网含有分布式电源，所述方法具体包括以下步骤：

步骤1：根据配电网结构建立反映区间与端点连接关系及相对位置的网络关联矩阵A；

步骤2：根据各端点的故障电流特征生成故障信息向量D；

步骤3：由故障信息向量D和网络关联矩阵A计算故障判断向量P；

步骤4：定位故障区间。

所述步骤1中，设定正方向为配电网主电源供电时配网中潮流分布方向，网络关联矩阵A为n行m列的矩阵，n表示端点数、m表示区间数；网络关联矩阵A的第i行、第j列元素A_ij的取值规则为：

(1)端点i与区间j直接相连且位于区间j上游时，A_ij取值为1；

(2)端点i与区间j直接相连且位于区间j下游时，A_ij取值为-1；

(3)端点i与区间j不直接相连时，A_ij取值为0。

所述步骤2中，故障信息向量D表示为：

D＝(d₁,d₂,…,d_i,…,d_n)^T    (1)

故障信息向量D中第i个元素d_i的取值规则如下：

(1)端点i检测到故障过电流且故障过流方向与设定的正方向相同时，d_i为1；

(2)端点i检测到故障过电流且故障过电流方向与设定的正方向相反时，d_i为－1；

(3)端点i未检测到故障电流，d_i为0。

所述步骤3中，故障判断向量P由网络关联矩阵A的列向量和故障信息向量D取与操作生成，具体有：

所述步骤4中，若网络关联矩阵A的第j列对应区间的端点存在故障信息上报并且满足则故障位于网络关联矩阵A第j列对应的区间内。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明提供的适用于含分布式电源的配电网故障区间定位方法提升了配电网故障区间定位方法的适应性，能够对含有分布式电源的配电网进行准确故障定位，而无论故障期间并网分布式电源提供的故障电流是否超过故障电流上报阈值，即该算法既适用于小容量分布式电源并网情况、也适用于多分布式电源高渗透并网情况。同时，基于矩阵算法的思想提出的故障区间定位方法，与之前的矩阵算法及其改进矩阵算法相比，具有原理简单、运算量小，定位速度快的优点。

附图说明

图1是适用于含分布式电源的配电网故障区间定位方法流程图；

图2是本发明实施例中含分布式电源配电网示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图1，本发明提供一种适用于含分布式电源的配电网故障区间定位方法，所述配电网含有分布式电源，所述方法具体包括以下步骤：

步骤1：根据配电网结构建立反映区间与端点连接关系及相对位置的网络关联矩阵A；

设定正方向为配电网主电源供电时配网中潮流分布方向，网络关联矩阵A为n行m列的矩阵，n表示端点数、m表示区间数；网络关联矩阵A的第i行、第j列元素A_ij的取值规则为：

(1)端点i与区间j直接相连且位于区间j上游时，A_ij取值为1；

(2)端点i与区间j直接相连且位于区间j下游时，A_ij取值为-1；

(3)端点i与区间j不直接相连时，A_ij取值为0。

步骤2：根据各端点的故障电流特征生成故障信息向量D；

故障信息向量D表示为：

D＝(d₁,d₂,…,d_i,…,d_n)^T    (1)

故障信息向量D中第i个元素d_i的取值规则如下：

(1)端点i检测到故障过电流且故障过流方向与设定的正方向相同时，d_i为1；

(2)端点i检测到故障过电流且故障过电流方向与设定的正方向相反时，d_i为－1；

(3)端点i未检测到故障电流，d_i为0。

步骤3：由故障信息向量D和网络关联矩阵A计算故障判断向量P；

故障判断向量P由网络关联矩阵A的列向量和故障信息向量D取与操作生成，具体有：

区间是由端点(端点可以是开关节点、电源节点和末梢点)围成的、其中不再包含端点的区间，是配电网中所能隔离的最小单元。将围成区间的开关节点、末梢点和电源节点称为其端点。规定配电网主电源单独供电时配电网潮流分布方向为正方向。这里所说的配电网主电源指的是配电网内没有发电设备时为配电网提供电力的电源，即配电网的上级电网。同时规定正方向的前进方向为下游；反之，为上游。

步骤4：定位故障区间；

网络关联矩阵A的行向量表示端点与馈线区间的有向连接关系，故障信息向量D表述端点的过电流情况，综合两者，即可描述故障电流流入或流出区间的情况。

如A_ij＝1且D_i＝1，或A_ij＝-1且D_i＝-1，均表示故障电流流入该区间；根据本发明提出的故障判断向量的与操作，此时均对应于P₁为1的情况。

若网络关联矩阵A的第j列对应区间的端点存在故障信息上报并且满足则故障位于网络关联矩阵A第j列对应的区间内。

实施例

下面以图2所示含分布式电源的简单配电网为例，说明故障区间定位方法具体过程：

步骤1：建立网络关联矩阵A；

如图2所示配电网中有8个端点、5个区间，相应的网络关联矩阵A为8行5列，n＝8，m＝5。

①②③④⑤

$\begin{array}{c}S1\\ A\\ B\\ C\\ D\\ E\\ F\\ S2\end{array}\left[\begin{array}{ccccc}1& 0& 0& 0& 0\\ -1& 1& 0& 0& 0\\ 0& -1& 1& 0& 0\\ 0& -1& 0& 0& 1\\ 0& 0& -1& 1& 0\\ 0& 0& 0& 0& -1\\ 0& 0& 0& 0& -1\\ 0& 0& 0& -1& 0\end{array}\right]$

步骤2：根据各端点实时检测的过电流状态信息生成故障信息向量D；

区间②中发生故障时，端点S1、A、B、D、S2会有故障电流流过，其中流过端点S1、A的故障电流方向与正方向相同，故障信息向量D对应元素为1；流过端点B、D、S2的故障电流方向与正方向相反，D的相应元素为-1；其他端点没有故障电流流过，对应元素为0。根据端点上报的故障电流信息生成故障信息向量D为：D＝[1,1,-1,0,-1,0,0,-1]^T。

步骤3：由故障信息向量D和网络关联矩阵A计算故障判断向量P；

依次将网络关联矩阵A的各列向量与故障信息向量D取“&”(与操作)：

对应于区间①的判断向量P₁，由网络关联矩阵A第一列与故障信息向量D取“&”生成：

P₁＝A_i1&D＝[1,-1,0,0,0,0,0,0]^T&[1,1,-1,0,-1,0,0,-1]^T＝[1,0,0,0,0,0,0,0]^T

类似的，

A第二列对应于区间②，判断向量P₂＝[0,1,1,1,0,0,0,0]^T；

A第三列对应于区间③，判断向量P₃＝[0,0,0,0,1,0,0,0]^T；

A第四列对应于区间④，判断向量P₄＝[0,0,0,0,0,0,0,1]^T；

A第五列对应于区间⑤，判断向量P₅＝[0,0,0,1,0,1,1,0]^T；

步骤4：定位故障区间；

判断过程：

(1) $\underset{i=1}{\overset{8}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{1i}=1+0+0+0+0+0+0+0=1,\underset{i=1}{\overset{8}{\mathrm{\Σ}}}\left|A_{i1}\right|=1+1+0+0+0+0+0+0=2,$ 则 $\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{P}_i\≠\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\left|A_{\mathrm{ij}}\right|,$ 故区间①为非故障区间。

(2) $\underset{i=1}{\overset{8}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{2i}=0+1+1+1+0+0+0+0=3,\underset{i=1}{\overset{8}{\mathrm{\Σ}}}\left|A_{i2}\right|=0+1+1+1+0+0+0+0=3,$ 则 $\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{P}_i=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\left|A_{\mathrm{ij}}\right|,$ 且A的第2列中非零元素(A₂₂、A₃₂、A₄₂)对应的故障信息向量D的元素(D₂、D₃、D₄)中有非零元素，即区间②的端点有上报故障信息；所以，区间②为故障区间。

(3) $\underset{i=1}{\overset{8}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{3i}=0+0+0+0+1+0+0+0=1,\underset{i=1}{\overset{8}{\mathrm{\Σ}}}\left|A_{i3}\right|=0+0+1+1+0+0+0+0=2,$ 则 $\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{P}_i\≠\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\left|A_{\mathrm{ij}}\right|,$ 故区间③为非故障区间。

(4) $\underset{i=1}{\overset{8}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{4i}=0+0+0+0+0+0+0+1=1,\underset{i=1}{\overset{8}{\mathrm{\Σ}}}\left|A_{i4}\right|=0+0+0+0+0+1+0+1=2,$ 则 $\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{P}_i\≠\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\left|A_{\mathrm{ij}}\right|,$ 故区间①为非故障区间。

(5) $\underset{i=1}{\overset{8}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{5i}=0+0+0+1+0+1+1+0=3,\underset{i=1}{\overset{8}{\mathrm{\Σ}}}\left|A_{i5}\right|=0+0+0+1+1+0+1+0=3,$ 则 $\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{P}_i=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\left|A_{\mathrm{ij}}\right|,$ 但A的第5列中非零元素(A₄₅、A₆₅、A₇₅)对应的故障信息向量D的元素(D₄、D₆、D₇)没有非零元素，即区间⑤的端点没有上报故障信息；所以，区间⑤为非故障区间。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种适用于含分布式电源的配电网故障区间定位方法，其特征在于：所述方法具体包括以下步骤：

步骤1：根据配电网结构建立反映区间与端点连接关系及相对位置的网络关联矩阵A；

步骤2：根据各端点的故障电流特征生成故障信息向量D；

步骤3：由故障信息向量D和网络关联矩阵A计算故障判断向量P；

步骤4：定位故障区间。

2.根据权利要求1所述的适用于含分布式电源的配电网故障区间定位方法，其特征在于：所述步骤1中，设定正方向为配电网主电源供电时配网中潮流分布方向，网络关联矩阵A为n行m列的矩阵，n表示端点数、m表示区间数；网络关联矩阵A的第i行、第j列元素A_ij的取值规则为：

(1)端点i与区间j直接相连且位于区间j上游时，A_ij取值为1；

(2)端点i与区间j直接相连且位于区间j下游时，A_ij取值为-1；

(3)端点i与区间j不直接相连时，A_ij取值为0。

3.根据权利要求1所述的适用于含分布式电源的配电网故障区间定位方法，其特征在于：所述步骤2中，故障信息向量D表示为：

D＝(d₁,d₂,…,d_i,…,d_n)^T               (1)

故障信息向量D中第i个元素d_i的取值规则如下：

(1)端点i检测到故障过电流且故障过流方向与设定的正方向相同时，d_i为1；

(2)端点i检测到故障过电流且故障过电流方向与设定的正方向相反时，d_i为－1；

(3)端点i未检测到故障电流，d_i为0。

4.根据权利要求2或3所述的适用于含分布式电源的配电网故障区间定位方法，其特征在于：所述步骤3中，故障判断向量P由网络关联矩阵A的列向量和故障信息向量D取与操作生成，具体有：

5.根据权利要求1所述的适用于含分布式电源的配电网故障区间定位方法，其特征在于：所述步骤4中，若网络关联矩阵A的第j列对应区间的端点存在故障信息上报并且满足则故障位于网络关联矩阵A第j列对应的区间内。