CN105158640A - 多电源供电系统及基于gps与电流波形的故障定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于GPS与电流波形的故障定位方法，所述多电源供电系统包括至少两个电源端，所述电源端间通过若干配电终端连接，每两个电源端之间通过配电终端形成唯一通路连接，该方法包括如下步骤：对各配电终端的电流进行AD采样；针对每个配网节点：将相邻的m个配电终端采样电流的波形进行两两对比，判断是否存在波形斜率符号相反的两个配电终端，若存在，则判断故障点位于该相邻的m个配电终端之间，其中，m不小于2；每个所述配电终端均配置有GPS模块，且通过所述GPS模块实现对时，从而保证各配电终端AD采样的电流是同时刻的。

Description

多电源供电系统及基于GPS与电流波形的故障定位方法

技术领域

本发明涉及配电网领域，尤其涉及一种多电源供电系统及基于GPS与电流波形的故障定位方法。

背景技术

目前大部分配电网本质上都是单电源辐射状网络,发生故障时故障电流会沿着唯一途径从电源点流向故障点,当前配网系统的集中式FA和智能分布式FA采用的故障隔离方法也均以此为理论依据,在故障时刻检测出某段线路一端有故障，另一端无故障，则说明故障点就在该段线路。

近年来随着能源变革和智能电网的快速发展,大量分布式电源接入配电网络，配电系统由单电源辐射状网络变成了多电源供电的复杂网络。正常运行时网络中的潮流分布以及故障时短路电流的大小、流向和分布均发生变化。当系统电源和分布式电源中间发生故障时，假设分布式电源容量足够大，系统电源和分布式电源都会提供短路电流，故障电流的流向不再具有唯一性，无法根据传统的故障隔离判断方法进行判断。

目前对于多电源供电系统的故障隔离方法大都是保护中引入功率方向元件，通过比较线路两侧的功率方向判断故障点，但是由于配电系统中大部分不安装电压互感器，因此采用功率方向元件进行故障隔离的方法并不实用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是如何在不引入功率方向元件的基础上实现故障定位。

为了解决这一技术问题，本发明提供了一种基于GPS与电流波形的的故障定位方法，所述多电源供电系统包括至少两个电源端，所述电源端间通过若干配电终端连接，每两个电源端之间通过配电终端形成唯一通路连接，该方法包括如下步骤：

对各配电终端的电流进行AD采样；

针对每个配网节点：

将相邻的m个配电终端采样电流的波形进行两两对比，判断是否存在波形斜率符号相反的两个配电终端，若存在，则判断故障点位于该相邻的m个配电终端之间，其中，m不小于2；

每个所述配电终端均配置有GPS模块，且通过所述GPS模块实现对时，从而保证各配电终端AD采样的电流是同时刻的。

可选的，将相邻的m个配电终端采样电流的波形进行两两对比，判断是否存在波形符号相反不同的两个配电终端的过程进一步为：

选取电流采样波形中t1、t2、t3三个时刻相邻m个配电终端的AD采样值，以及t1+n、t2+n、t3+n三个时刻相邻m个配电终端的AD采样值；

针对每个所述配电终端，将t1+n、t2+n、t3+n三个时刻的AD采样值分别减去t1、t2、t3三个时刻的AD采样值，得到一组斜率值kt1、kt2、kt3；

将相邻的m个配电终端中每两个所述配电终端的两组斜率值进行比较，若存在一组斜率值kt1、kt2、kt3中至少有两个斜率值的符号与另一组中相应的斜率值相反，则判断故障点位于该相邻的m个配电终端之间。

可选的，其中之一配网节点中，相邻的配电终端的数量m为2。

可选的，其中之一配网节点中，相邻的配电终端的数量m为3。

可选的，通过所述GPS模块进行对时的过程进一步包括所述GPS模块每次收到GPS秒脉冲时，对配电终端的AD采样和时钟芯片进行时钟校准。

可选的，所述配电终端的AD采样的频率为每500μs采样一次。

本发明还提供了一种与基于GPS与电流波形的故障定位方法对应的多电源供电系统，包括检测主机和至少两个电源端，所述电源端间通过若干配电终端连接，每两个电源端之间通过配电终端形成唯一通路连接；

每个所述配电终端均配置有AD采样和时钟芯片，以及GPS模块；

所述AD采样和时钟芯片用以对各配电终端的电流进行AD采样；并通过所述GPS模块实现对时；

所述检测主机用以：

针对每个配网节点：

将相邻的m个配电终端采样电流的波形进行两两对比，判断是否存在波形斜率符号相反的两个配电终端，若存在，则判断故障点位于该相邻的m个配电终端之间，其中，m不小于2。

可选的，所述检测主机进一步用以：

选取电流采样波形中t₁、t₂、t₃三个时刻相邻m个配电终端的AD采样值，以及t₁+n、t₂+n、t₃+n三个时刻相邻m个配电终端的AD采样值；

针对每个所述配电终端，将t₁+n、t₂+n、t₃+n三个时刻的AD采样值分别减去t₁、t₂、t₃三个时刻的AD采样值，得到一组斜率值k_t1、k_t2、k_t3；

将相邻的m个配电终端中每两个所述配电终端的两组斜率值进行比较，若存在一组斜率值k_t1、k_t2、k_t3中至少有两个斜率值的符号与另一组中相应的斜率值相反，则判断故障点位于该相邻的m个配电终端之间。

可选的，通过所述GPS模块进行对时的过程进一步包括所述GPS模块每次收到GPS秒脉冲时，对配电终端的AD采样和时钟芯片进行时钟校准。

可选的，所述AD采样和时钟芯片的AD采样的频率为每500μs采样一次。

针对多电源同时产生故障电流的情况，本发明公开了一种仅通过电流判断的故障隔离方法，采用GPS精确对时采样，当发生故障时通过比较同时刻线路两端的电流波形来判断线路故障点，而且该方法不需要考虑分布式电源接入的容量、类型、位置等因素。

附图说明

图1是本发明一实施例中多电源供电系统的示意图；

图2是图1中四个配电终端A1、A2、A3、A4的采样波形示意图；

图3是本发明一实施例中多电源供电系统的示意图；

图4是图3中六个配电终端A1、A2、A3、A4、A5、A6的采样波形示意图。

具体实施方式

以下将结合图1至图4对本发明提供的多电源供电系统及基于GPS与电流波形的故障定位方法进行详细的介绍，其为本发明可选的实施例，可以认为，本领域技术人员在不改变本发明精神和内容的范围内，能够对其进行修改和润色。

本发明提供了一种基于GPS与电流波形的故障定位方法，所述多电源供电系统包括至少两个电源端，所述电源端间通过若干配电终端连接，每两个电源端之间通过配电终端形成唯一通路连接，该方法包括如下步骤：

对各配电终端的电流进行AD采样；

针对每个配网节点：

将相邻的m个配电终端采样电流的波形进行两两对比，判断是否存在波形斜率符号相反的两个配电终端，若存在，则判断故障点位于该相邻的m个配电终端之间，其中，m不小于2；

每个所述配电终端均配置有GPS模块，且通过所述GPS模块实现对时，从而保证各配电终端AD采样的电流是同时刻的。

本发明可选的实施例中，将相邻的m个配电终端采样电流的波形进行两两对比，判断是否存在波形斜率符号相反的两个配电终端的过程进一步为：

选取电流采样波形中t₁、t₂、t₃三个时刻相邻m个配电终端的AD采样值，以及t₁+n、t₂+n、t₃+n三个时刻相邻m个配电终端的AD采样值；

针对每个所述配电终端，将t₁+n、t₂+n、t₃+n三个时刻的AD采样值分别减去t₁、t₂、t₃三个时刻的AD采样值，得到一组斜率值k_t1、k_t2、k_t3；

将相邻的m个配电终端中每两个所述配电终端的两组斜率值进行比较，若存在一组斜率值k_t1、k_t2、k_t3中至少有两个斜率值的符号与另一组中相应的斜率值相反，则判断故障点位于该相邻的m个配电终端之间。

在图1示意的实施例中，其中之一配网节点中，相邻的配电终端的数量m为2。在图1所示的典型双电源供电系统中，每个配电终端都需要外接GPS模块对时，通过GPS模块规约实现秒级对时，GPS模块的秒脉冲实现毫秒级对时，以此保证配电终端的采样波形在同一时刻保持一致。

如图2所示在配电终端A3和A4之间发生故障：配电终端A1～A4均检测到故障，通过仿真得到的配电终端A1、A2、A3、A4的故障电流波形如图2所示，配电终端A3和A4在同一时刻的波形斜率方向是完全相反的，而配电终端A1、A2和A3在同一时刻的波形斜率的方向是相同的。由波形图图2可知，例如在t1时刻，A1，A2，A3的波形斜率K3方向为负，A4的波形斜率K4方向为正。在双电源供电系统中，配网终端在同时刻采样的波形斜率方向是相反的，非故障点两端的配网终端在同时刻采样的波形斜率方向是相同的。

在双电源闭环供电系统中，当发生故障时，配电终端检测到故障，如果线路一端有故障一端无故障，可采用传统形故障定位方法；如果线路两端都有故障，则需要比较线路两端配电终端的故障电流采样波形，该采样波形必须确保是同时刻的，分别从故障电流采样波形中任意取三次时刻t₁，t₂，t₃的AD值，t₁时刻的AD值Y_1.1，t₁+1时刻的AD值Y_1.2，计算K₁＝(Y_1.2-Y_1.1)；t₂时刻的AD值Y_2.1，t₂+1时刻的AD值Y_2.2，计算K₂＝(Y_2.2-Y_2.1)；t₃时刻的AD值Y_3.1，t₃+1时刻的AD值Y_3.2，计算K₃＝(Y_3.2-Y_3.1)，分别比较K₁，K₂，K₃的符号，如果K值有两次方向相反则认为该线路是故障点。

在图3示意的实施例中，其中之一配网节点中，相邻的配电终端的数量m为3。在多电源供电系统中，假设在配电终端A3、A4、A7段发生故障，通过仿真得到的配电终端A3、A4和A7的故障电流波形如图4，配电终端A4和A7在同一时刻的波形斜率方向是相同的，配电终端A3在该时刻的波形斜率方向与他们相反。同时得到配电终端A5，A6，A8的故障电流波形，在同一时刻的波形斜率方向均相同。因此，本发明结合图3的系统提出，在多电源供电系统中，故障点两端的配网终端在同时刻采样的波形斜率方向有2个以上是相反的，非故障点两端的配网终端在同时刻采样的波形斜率方向都是相同的。

在多电源闭环供电系统中，当发生故障时，配电终端检测到故障，比较每段线路所相连的多个配电终端采集的故障电流采样波形，比较方法与双电源闭环供电系统类似，同样任意取三次时刻的故障AD值，多个相邻装置进行比较，只要有两台装置的K值出现两次方向相反，则认为该线路是故障点。

在本发明大多数实施例中，每台配网装置都配有GPS对时，为保证装置采样波形的一致性，通过所述GPS模块进行对时的过程进一步包括所述GPS模块每次收到GPS秒脉冲时，对配电终端的AD采样和时钟芯片进行时钟校准。可选的，所述配电终端的AD采样的频率为每500μs采样一次，即一个周波采40个点，保证各配网装置记录的故障电流波形是同时刻的。

与之相对应的，本发明还提供了一种多电源供电系统，包括检测主机和至少两个电源端，所述电源端间通过若干配电终端连接，每两个电源端之间通过配电终端形成唯一通路连接；

每个所述配电终端均配置有AD采样和时钟芯片，以及GPS模块；

所述AD采样和时钟芯片用以对各配电终端的电流进行AD采样；并通过所述GPS模块实现对时；

所述检测主机用以：

针对每个配网节点：

将相邻的m个配电终端采样电流的波形进行两两对比，判断是否存在波形斜率符号相反的两个配电终端，若存在，则判断故障点位于该相邻的m个配电终端之间，其中，m不小于2。

可选的，所述检测主机进一步用以：

选取电流采样波形中t₁、t₂、t₃三个时刻相邻m个配电终端的AD采样值，以及t₁+n、t₂+n、t₃+n三个时刻相邻m个配电终端的AD采样值；

针对每个所述配电终端，将t₁+n、t₂+n、t₃+n三个时刻的AD采样值分别减去t₁、t₂、t₃三个时刻的AD采样值，得到一组斜率值k_t1、k_t2、k_t3；

将相邻的m个配电终端中每两个所述配电终端的两组斜率值进行比较，若存在一组斜率值k_t1、k_t2、k_t3中至少有两个斜率值的符号与另一组中相应的斜率值相反，则判断故障点位于该相邻的m个配电终端之间。

本发明可选的实施例中，通过所述GPS模块进行对时的过程进一步包括所述GPS模块每次收到GPS秒脉冲时，对配电终端的AD采样和时钟芯片进行时钟校准。

本发明可选的实施例中，所述AD采样和时钟芯片的AD采样的频率为每500μs采样一次。

此外，在整个多电源网络中，必须以一个主电源为基础，所有配网终端接过流端子时必须保证进线出线的准确性。

综上所述，针对多电源同时产生故障电流的情况，本发明公开了一种仅通过电流判断的故障隔离方法，采用GPS精确对时采样，当发生故障时通过比较同时刻线路两端的电流波形来判断线路故障点，而且该方法不需要考虑分布式电源接入的容量、类型、位置等因素。

本发明至少具备以下优点：

1、该判定方法不需要增加PT互感器；

2、该判定方法不需要考虑各电源的因素；

3、该判定方法对集中式馈线自动化和分布式馈线自动化均适用。

Claims (10)

1.一种基于GPS与电流波形的故障定位方法，所述多电源供电系统包括至少两个电源端，所述电源端间通过若干配电终端连接，每两个电源端之间通过配电终端形成唯一通路连接，其特征在于：该方法包括如下步骤：

对各配电终端的电流进行AD采样；

针对每个配网节点：

将相邻的m个配电终端采样电流的波形进行两两对比，判断是否存在波形斜率符号相反的两个配电终端，若存在，则判断故障点位于该相邻的m个配电终端之间，其中，m不小于2；

每个所述配电终端均配置有GPS模块，且通过所述GPS模块实现对时，从而保证各配电终端AD采样的电流是同时刻的。

2.如权利要求1所述的基于GPS与电流波形的故障定位方法，其特征在于：将相邻的m个配电终端采样电流的波形进行两两对比，判断是否存在波形斜率符号相反的两个配电终端的过程进一步为：

选取电流采样波形中t₁、t₂、t₃三个时刻相邻m个配电终端的AD采样值，以及t₁+n、t₂+n、t₃+n三个时刻相邻m个配电终端的AD采样值；

针对每个所述配电终端，将t₁+n、t₂+n、t₃+n三个时刻的AD采样值分别减去t₁、t₂、t₃三个时刻的AD采样值，得到一组斜率值k_t1、k_t2、k_t3；

将相邻的m个配电终端中每两个所述配电终端的两组斜率值进行比较，若存在一组斜率值k_t1、k_t2、k_t3中至少有两个斜率值的符号与另一组中相应的斜率值相反，则判断故障点位于该相邻的m个配电终端之间。

3.如权利要求1或2所述的基于GPS与电流波形的故障定位方法，其特征在于：其中之一配网节点中，相邻的配电终端的数量m为2。

4.如权利要求1或2所述的多电源供电系统的基于GPS与电流波形的故障定位方法，其特征在于：其中之一配网节点中，相邻的配电终端的数量m为3。

5.如权利要求1所述的基于GPS与电流波形的故障定位方法，其特征在于：通过所述GPS模块进行对时的过程进一步包括所述GPS模块每次收到GPS秒脉冲时，对配电终端的AD采样和时钟芯片进行时钟校准。

6.如权利要求1或5所述的基于GPS与电流波形的故障定位方法，其特征在于：所述配电终端的AD采样的频率为每500μs采样一次。

7.一种多电源供电系统，其特征在于：包括检测主机和至少两个电源端，所述电源端间通过若干配电终端连接，每两个电源端之间通过配电终端形成唯一通路连接；

每个所述配电终端均配置有AD采样和时钟芯片，以及GPS模块；

所述AD采样和时钟芯片用以对各配电终端的电流进行AD采样；并通过所述GPS模块实现对时；

所述检测主机用以：

针对每个配网节点：

将相邻的m个配电终端采样电流的波形进行两两对比，判断是否存在波形斜率符号相反的两个配电终端，若存在，则判断故障点位于该相邻的m个配电终端之间，其中，m不小于2。

8.如权利要求7所述的多电源供电系统，其特征在于：所述检测主机进一步用以：

选取电流采样波形中t₁、t₂、t₃三个时刻相邻m个配电终端的AD采样值，以及t₁+n、t₂+n、t₃+n三个时刻相邻m个配电终端的AD采样值；

针对每个所述配电终端，将t₁+n、t₂+n、t₃+n三个时刻的AD采样值分别减去t₁、t₂、t₃三个时刻的AD采样值，得到一组斜率值k_t1、k_t2、k_t3；

将相邻的m个配电终端中每两个所述配电终端的两组斜率值进行比较，若存在一组斜率值k_t1、k_t2、k_t3中至少有两个斜率值的符号与另一组中相应的斜率值相反，则判断故障点位于该相邻的m个配电终端之间。

9.如权利要求7所述的多电源供电系统，其特征在于：通过所述GPS模块进行对时的过程进一步包括所述GPS模块每次收到GPS秒脉冲时，对配电终端的AD采样和时钟芯片进行时钟校准。

10.如权利要求1或5所述的多电源供电系统，其特征在于：所述AD采样和时钟芯片的AD采样的频率为每500μs采样一次。