CN106291240A - 同名端属性校核的配电网故障定位方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种同名端属性校核的配电网故障定位方法，包括：获取配电网线路拓扑中的开关拓扑参数，各开关之间的连接区域作为拓扑节点，根据基尔霍夫电流定律配置拓扑节点的拓扑极性；根据配电网中各开关的接线方式确定各开关的电流端子的接线极性；将每个拓扑节点的拓扑极性与其相连的开关的电流端子的接线极性进行同名端属性校核；根据同名端属性校核结果，针对每个拓扑节点，将同名端对应的开关的电流相位反相或保持、非同名端对应的开关的电流相位保持或反向；根据每个拓扑节点在相连各开关处的电流相位，判断在相应拓扑节点处的电流流入流出方向，若一致则该拓扑节点为故障点。无需考虑电压互感器、分布式电源等，可仅通过电流实现故障隔离。

Description

同名端属性校核的配电网故障定位方法
技术领域
本发明涉及配电网技术领域，特别涉及的是一种同名端属性校核的配电网故障定位方法。
背景技术
大部分配电网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，配网系统的集中式FA(馈线自动化)和智能分布式FA采用的传统的故障隔离方法也均以此为理论依据，若故障电流流过一个节点，同时流过以此节点为父节点的子节点，那么该节点就不是故障节点，而若故障电流没有流过以此节点为父节点的子节点，那么该节点即为故障点，可确定故障区域为此节点及其子节点所确定的区域。
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，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，故障馈线段的两端节点都流过故障电流，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过流方向元件，通过比较线路两侧的电压电流相位差判断故障点，但由于配电系统中大部分不安装电压互感器或者说安装电压互感器的成本很大，因此采用过流方向元件进行故障隔离的方法并不实用。
发明内容
本发明提供一种同名端属性校核的配电网故障定位方法，无需考虑电压互感器、分布式电源等的各种因素，可仅通过电流实现故障隔离，尤其适合用于有源配电网的故障定位。
为解决上述问题，本发明提供一种同名端属性校核的配电网故障定位方法，包括以下步骤：
S1：获取配电网线路拓扑中的开关拓扑参数，各开关之间的连接区域作为拓扑节点，根据基尔霍夫电流定律配置各拓扑节点的拓扑极性；
S2：根据配电网中各开关的接线方式确定各开关的电流端子的接线极性；
S3：将每个拓扑节点的拓扑极性与其相连的开关的电流端子的接线极性进行同名端属性校核，获得开关与其相连的拓扑节点的同名端属性校核结果，若拓扑节点的拓扑极性与相连开关的电流端子的接线极性一致，则该拓扑节点对于该开关为同名端，若拓扑节点的拓扑极性与相连开关的电流端子的接线极性不一致，则该拓扑节点对于该开关为非同名端；
S4：获得与每个拓扑节点相连的或配电网中全部的开关的故障电流波形，从所得的全部故障电流波形中提取同一时刻的电流相位；
S5：根据步骤S3中的同名端属性校核结果，针对每个拓扑节点，将同名端对应的开关的电流相位反相、非同名端对应的开关的电流相位保持，或将非同名端对应的开关的电流相位反相、同名端对应的开关的电流相位保持；
S6：根据步骤S5获得的每个拓扑节点在相连各开关处的电流相位，判断在相应拓扑节点处的电流流入流出方向，若一致则该拓扑节点为故障点。
根据本发明的一个实施例，在所述步骤S1中，根据基尔霍夫电流定律配置各拓扑节点的拓扑极性，各拓扑节点的正负可配置，相邻拓扑节点的拓扑极性相反。
根据本发明的一个实施例，在所述步骤S1中，根据配电网的线路拓扑图， 获取开关拓扑参数。
根据本发明的一个实施例，在多电源网络中，对线路上的所有开关的电流端子进行拓扑极性与接线极性的同名端属性校核。
根据本发明的一个实施例，还包括步骤S7：控制与故障点的拓扑节点相连的开关跳闸，以隔离故障。
根据本发明的一个实施例，在所述步骤S3中，获得同名端属性校核结果后，对于含M个拓扑节点N个开关的配电网，根据每个开关所关联的拓扑节点的同名端属性，配置一个M行N列的故障定位拓扑系数矩阵P，其中Pij代表开关j针对拓扑节点i的同名端属性，
其中，a和b的符号相同、取值大小相同或不同。
根据本发明的一个实施例，在步骤S4中，针对拓扑节点M，获得其相连的开关的故障电流波形，从故障电流波形中提取同一时刻的电流相位后，将不相连的开关的故障电流波形的电流相位设为0，得到拓扑节点M的开关电流相位矩阵QM＝[θ1 … θN]，其中，θ1 …θN为开关1-N的电流相位。
根据本发明的一个实施例，在所述步骤S5中，将所述故障定位拓扑系数矩阵P中的相应拓扑节点M的一行与所述开关电流相位矩阵进行矩阵相乘或进行取反矩阵相乘，获得该拓扑节点M的电流拓扑相位矩阵QM'＝[θ′1 … θ′N]，从而针对该拓扑节点M，将同名端对应的开关的电流相位反相、非同名端对应的开关的电流相位保持，或将非同名端对应的开关的电流相位反相、同名端对应的开关的电流相位保持。
根据本发明的一个实施例，在步骤S4中，获得配电网中全部开关的故障电流波形，从全部故障电流波形中提取同一时刻的电流相位后，得到开关电流相位矩阵Q＝[θ1 …θN]，其中，θ1 … θN为开关1-N的电流相位。
根据本发明的一个实施例，在所述步骤S5中，将所述故障定位拓扑系数矩阵P中与所述开关电流相位矩阵进行矩阵相乘或进行取反矩阵相乘，获得全部拓扑节点的电流拓扑相位矩阵，从而针对全部拓扑节点，将同名端对应的开关的电流相位反相、非同名端对应的开关的电流相位保持，或将非同名端对应的开关的电流相位反相、同名端对应的开关的电流相位保持。
根据本发明的一个实施例，在所述步骤S6中，若电流拓扑相位矩阵中的一行元素除0外均为正或均为负，则相应拓扑节点为故障点，否则为非故障点。
采用上述技术方案后，本发明相比现有技术具有以下有益效果：根据基尔霍夫电流定律从开关拓扑参数中确定拓扑节点及其拓扑极性，将开关的接线极性和各拓扑节点的拓扑极性进行同名端属性校核，得到代表拓扑节点同名端属性的故障定位拓扑，当故障发生时，结合同时刻拓扑节点两端的电流波形以及同名端属性来确定线路故障点，不需要考虑分布式电源接入的容量、类型、位置等因素，尤其适合用于有源配电网的故障定位。
此外，不需要增加PT互感器；不需要考虑各电源的因素，可适应于多电源配电网络中；不需要强调现场施工中的接线方式，只需在施工完成后进行接线极性校核即可；对集中式馈线自动化和分布式馈线自动化均适用。
附图说明
图1是本发明实施例的同名端属性校核的配电网故障定位方法的流程示意图；
图2是本发明实施例的含DG的有源配电网混合模型系统示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
参看图1，本发明实施例的同名端属性校核的配电网故障定位方法，包括以下步骤：
S1：获取配电网线路拓扑中的开关拓扑参数，各开关之间的连接区域作为拓扑节点，根据基尔霍夫电流定律配置各拓扑节点的拓扑极性；
S2：根据配电网中各开关的接线方式确定各开关的电流端子的接线极性；
S3：将每个拓扑节点的拓扑极性与其相连的开关的电流端子的接线极性进行同名端属性校核，获得开关与其相连的拓扑节点的同名端属性校核结果，若拓扑节点的拓扑极性与相连开关的电流端子的接线极性一致，则该拓扑节点和该开关互为同名端，若拓扑节点的拓扑极性与相连开关的电流端子的接线极性不一致，则该拓扑节点和该开关互为非同名端；
S4：获得与每个拓扑节点相连的或配电网中全部的开关的故障电流波形，从所得的全部故障电流波形中提取同一时刻的电流相位；
S5：根据步骤S3中的同名端属性校核结果，针对每个拓扑节点，将同名端对应的开关的电流相位反相、非同名端对应的开关的电流相位保持，或将非同名端对应的开关的电流相位反相、同名端对应的开关的电流相位保持；
S6：根据步骤S5获得的每个拓扑节点在相连各开关处的电流相位，判断在相应拓扑节点处的电流流入流出方向，若一致则该拓扑节点为故障点。
下面对同名端属性校核的配电网故障定位方法的各步骤进行详细的描述。
在步骤S1中，获取配电网线路拓扑中的开关拓扑参数，各开关之间的连接区域作为拓扑节点。可选的，根据配电网的线路拓扑图，获取开关拓扑参数。在馈线自动化系统中，从线路拓扑图中提取各开关拓扑参数，相邻开关的连接处即设为拓扑节点，每个开关与两个拓扑节点相连。开关拓扑参数包括开关及 其连接关系。
在步骤S1中，还根据基尔霍夫电流定律配置各拓扑节点的拓扑极性。具体来说，根据基尔霍夫电流定律配置各拓扑节点的拓扑极性，各拓扑节点的正负可配置，相邻拓扑节点的拓扑极性相反。根据基尔霍夫定律，在多电源网络系统中把被保护区域看做一个节点，如果流入保护区域的电流等于流出保护区域的电流，则保护区域无故障或外部故障，如果流入保护区域的电流不等于流出保护区域的电流，则保护区域内发生故障。根据基尔霍夫定律定义每个拓扑节点存在拓扑极性，拓扑极性符号为+或-，且相邻节点的拓扑极性符号相反。
图2示出了带DG的有源配电网混合模型系统，图中有11个开关和11个拓扑节点，但仅作为示例。按照步骤S1中的拓扑节点设置，图中各拓扑节点的拓扑极性如表一所示。
拓扑节点 拓扑极性 相连开关
N1 + Brk1
N2 - Brk1、Brk4、Brk5、Brk8
N3 + Brk4、Brk6、Brk7、Brk11
N4 - Brk2、Brk3、Brk6、Brk9
N5 + Brk9、Brk10
N6 + Brk3、Brk5
N7 + Brk8
N8 - Brk7
N9 - Brk11
N10 + Brk2
N11 - Brk10
表一 拓扑节点的拓扑极性及相连开关
在步骤S2中，根据配电网中各开关的接线方式确定各开关的电流端子的接线极性。在配电网的现场施工中，开关的电流端子接线无明确操作规程，因 此在施工完成后再对开关电流端子接线进行核准，从而确定接线极性。也就是说接线极性是在开关现场接线之后就确定的，通过核准获得，但是接线方式没有限制。开关可以为一次开关，在开关上设有电流互感器，因而接线方式的不同会导致接线极性的不同，接线极性是可以从现场检知的。
假设接线方式均以变电站甲流出方向为正方向，根据接线方式可以明确各开关两侧拓扑节点的接线极性，假设各开关的接线方式均与Brk1一致，可得出各开关两侧的拓扑节点的接线极性与拓扑极性，如表二所示，若某开关接线方式与Brk1相反，则表中的相应接线极性相反即可，表中仅为具体的实例。接线极性为+或-。
开关 相连拓扑节点 接线极性 拓扑极性
Brk1 (N1，N2) (+，-) (+，-)
Brk2 (N4，N10) (+，-) (-，+)
Brk3 (N6，N4) (+，-) (+，-)
Brk4 (N2，N3) (+，-) (-，+)
Brk5 (N2，N6) (+，-) (-，+)
Brk6 (N3，N4) (+，-) (+，-)
Brk7 (N3，N8) (+，-) (+，-)
Brk8 (N2，N7) (+，-) (-，+)
Brk9 (N4，N5) (+，-) (-，+)
Brk10 (N5，N11) (+，-) (+，-)
Brk11 (N3，N9) (+，-) (+，-)
表二 各开关两侧的拓扑节点的接线极性与拓扑极性
在步骤S3中，将每个拓扑节点的拓扑极性与其相连的开关的电流端子的接线极性进行同名端属性校核，获得开关与其相连的拓扑节点的同名端属性校核结果，若拓扑节点的拓扑极性与相连开关的电流端子的接线极性一致，则该拓扑节点对于该开关来说是同名端，若拓扑节点的拓扑极性与相连开关的电流 端子的接线极性不一致，则该拓扑节点对于该开关来说是非同名端。
可选的，在步骤S3中，获得同名端属性校核结果后，对于含M个拓扑节点N个开关的配电网，根据每个开关所关联的拓扑节点的同名端属性，配置一个M行N列的故障定位拓扑系数矩阵P，其中Pij代表开关j针对拓扑节点i的同名端属性，
其中，a和b的符号相同、取值大小相同或不同。
具体的，将a和b的值均设置为1，但不限于此。图2的配电网系统图中含有11个开关和11个拓扑节点，因此可以对应得到一个11行11列的故障定位拓扑系数矩P：
第一行表明，第一个开关Brk1与第一个拓扑节点N1为同名端，其余开关与第一个拓扑节点N1为不相关或说不相连；第二行表明，第一个开关Brk1与第二个拓扑节点N2为同名端，第四个开关Brk4、第五个开关Brk5、第八个开关Brk8与第二个拓扑节点N2为非同名端；后面几行依次类推。
在一个实施例中，在步骤S4中，针对拓扑节点M，获得其相连的开关的故障电流波形，从故障电流波形中提取同一时刻的电流相位后，将不相连的开关的故障电流波形的电流相位设为0，得到拓扑节点M的开关电流相位矩阵QM＝[θ1 … θN]，其中，θ1 … θN为开关1-N的电流相位。在传统配电网中，如果与拓扑节点M相连的开关上没有故障电流或者故障电流很小而检测 不出时，则这些开关在该开关电流相位矩阵QM中对应的开关电流相位位置也设为0。可以理解，M和N均为正整数。也就是说开关电流相位矩阵QM中，与拓扑节点M相连的开关的故障电流波形提取的电流相位就相应位于该矩阵中的该开关电流相位位置处，而与拓扑节点M不相连的开关在该矩阵中对应的开关电流相位位置就为0。以图2的系统为例，采集开关Brk1-Brk11中与所选的一拓扑节点相连的开关的故障电流波形，在同一时刻采集这些故障电流波形的电流相位。
进一步的，在步骤S5中，将故障定位拓扑系数矩阵P中的相应拓扑节点M的一行与开关电流相位矩阵QM进行矩阵相乘或进行取反矩阵相乘，获得该拓扑节点M的电流拓扑相位矩阵QM'＝[θ′1 … θ′N]，从而针对该拓扑节点M，将同名端对应的开关的电流相位反相、非同名端对应的开关的电流相位保持，或将非同名端对应的开关的电流相位反相、同名端对应的开关的电流相位保持。θ′1 … θ′N为故障定位拓扑系数矩阵P中的相应拓扑节点M的一行与开关电流相位矩阵进行矩阵相乘或进行取反矩阵相乘后的矩阵对应位置的所的值。对于矩阵相乘，可以根据计算需要进行矩阵转置。
可以将每个拓扑节点的电流拓扑相位矩阵都获得后执行步骤S6，确定故障点；或者可以每获得一个拓扑节点的电流拓扑相位矩阵便执行步骤S6，在确定故障点后便停止继续执行。电流拓扑相位矩阵QM'可代表含现场接线方式的故障电流在拓扑节点M处的流入流出方向。根据步骤S5获得的每个拓扑节点在相连各开关处的电流相位，判断在相应拓扑节点处的电流流入流出方向，若一致则该拓扑节点为故障点。
根据基尔霍夫定律推出进行故障定位判断条件：若拓扑节点M的电流拓扑相位矩阵QM'内的整行元素除0外符号一致，则认为该拓扑节点为故障点；反之若拓扑节点M的电流拓扑相位矩阵QM'内的元素除0外符号不一致，则认为该节点为非故障点。其中，电源点的节点在此不考虑。
在另一个实施例中，在步骤S4中，获得配电网中全部开关的故障电流波 形，从全部故障电流波形中提取同一时刻的电流相位后，得到开关电流相位矩阵Q＝[θ1 … θN]，其中，θ1 … θN为开关1-N的电流相位。同样的，在传统配电网中，如果开关上没有故障电流或者故障电流很小而检测不出时，则这些开关在该开关电流相位矩阵Q中对应的开关电流相位位置设为0。由于故障定位拓扑系数矩阵P中开关与拓扑节点不相连的位置设为0，因而与Q相乘之后，依然可以获得同名端或非同名端的电流拓扑相位。
进一步的，在步骤S5中，将故障定位拓扑系数矩阵P中与开关电流相位矩阵进行矩阵相乘或进行取反矩阵相乘，获得全部拓扑节点的电流拓扑相位矩阵，从而针对全部拓扑节点，将同名端对应的开关的电流相位反相、非同名端对应的开关的电流相位保持，或将非同名端对应的开关的电流相位反相、同名端对应的开关的电流相位保持。
全部拓扑节点的电流拓扑相位矩阵可代表含现场接线方式的故障电流在全部拓扑节点处的流入流出方向。在步骤之后执行步骤S6，根据步骤S5获得的每个拓扑节点在相连各开关处的电流相位，判断在相应拓扑节点处的电流流入流出方向，若一致则该拓扑节点为故障点。若电流拓扑相位矩阵中的一行元素除0外均为正或均为负，则相应拓扑节点为故障点，否则为非故障点。
本发明实施例的同名端属性校核的配电网故障定位方法可以用于多电源闭环供电系统，但是不限于此，当然也可以用于单电源供电系统中。对集中式馈线自动化和分布式馈线自动化均适用。较佳的，在多电源网络中，对线路上的所有开关的电流端子进行拓扑极性与接线极性的同名端属性校核。可优选以一个主电源为基础。
进一步的，对故障定位后可对故障进行隔离。同名端属性校核的配电网故障定位方法还可包括步骤S7：控制与故障点的拓扑节点相连的全部开关跳闸，以隔离故障。
本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定权利要求，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修 改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。

Claims (11)

1.一种同名端属性校核的配电网故障定位方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：获取配电网线路拓扑中的开关拓扑参数，各开关之间的连接区域作为拓扑节点，根据基尔霍夫电流定律配置各拓扑节点的拓扑极性；
S2：根据配电网中各开关的接线方式确定各开关的电流端子的接线极性；
S3：将每个拓扑节点的拓扑极性与其相连的开关的电流端子的接线极性进行同名端属性校核，获得开关与其相连的拓扑节点的同名端属性校核结果，若拓扑节点的拓扑极性与相连开关的电流端子的接线极性一致，则该拓扑节点对于该开关为同名端，若拓扑节点的拓扑极性与相连开关的电流端子的接线极性不一致，则该拓扑节点对于该开关为非同名端；
S4：获得与每个拓扑节点相连的或配电网中全部的开关的故障电流波形，从所得的全部故障电流波形中提取同一时刻的电流相位；
S5：根据步骤S3中的同名端属性校核结果，针对每个拓扑节点，将同名端对应的开关的电流相位反相、非同名端对应的开关的电流相位保持，或将非同名端对应的开关的电流相位反相、同名端对应的开关的电流相位保持；
S6：根据步骤S5获得的每个拓扑节点在相连各开关处的电流相位，判断在相应拓扑节点处的电流流入流出方向，若一致则该拓扑节点为故障点。
2.如权利要求1所述的同名端属性校核的配电网故障定位方法，其特征在于，在所述步骤S1中，根据基尔霍夫电流定律配置各拓扑节点的拓扑极性，各拓扑节点的正负可配置，相邻拓扑节点的拓扑极性相反。
3.如权利要求1或2所述的同名端属性校核的配电网故障定位方法，其特征在于，在所述步骤S1中，根据配电网的线路拓扑图，获取开关拓扑参数。
4.如权利要求1所述的同名端属性校核的配电网故障定位方法，其特征在于，在多电源网络中，对线路上的所有开关的电流端子进行拓扑极性与接线极性的同名端属性校核。
5.如权利要求1所述的同名端属性校核的配电网故障定位方法，其特征在于，还包括步骤S7：控制与故障点的拓扑节点相连的开关跳闸，以隔离故障。
6.如权利要求1所述的同名端属性校核的配电网故障定位方法，其特征在于，在所述步骤S3中，获得同名端属性校核结果后，对于含M个拓扑节点N个开关的配电网，根据每个开关所关联的拓扑节点的同名端属性，配置一个M行N列的故障定位拓扑系数矩阵P，其中Pij代表开关j针对拓扑节点i的同名端属性，
其中，a和b的符号相同、取值大小相同或不同。
7.如权利要求6所述的同名端属性校核的配电网故障定位方法，其特征在于，在步骤S4中，针对拓扑节点M，获得其相连的开关的故障电流波形，从故障电流波形中提取同一时刻的电流相位后，将不相连的开关的故障电流波形的电流相位设为0，得到拓扑节点M的开关电流相位矩阵QM＝[θ1 … θN]，其中，θ1 … θN为开关1-N的电流相位。
8.如权利要求7所述的同名端属性校核的配电网故障定位方法，其特征在于，在所述步骤S5中，将所述故障定位拓扑系数矩阵P中的相应拓扑节点M的一行与所述开关电流相位矩阵进行矩阵相乘或进行取反矩阵相乘，获得该拓扑节点M的电流拓扑相位矩阵QM'＝[θ′1… θ′N]，从而针对该拓扑节点M，将同名端对应的开关的电流相位反相、非同名端对应的开关的电流相位保持，或将非同名端对应的开关的电流相位反相、同名端对应的开关的电流相位保持。
9.如权利要求6所述的同名端属性校核的配电网故障定位方法，其特征在于，在步骤S4中，获得配电网中全部开关的故障电流波形，从全部故障电流波形中提取同一时刻的电流相位后，得到开关电流相位矩阵Q＝[θ1… θN]，其中，θ1 … θN为开关1-N的电流相位。
10.如权利要求7所述的同名端属性校核的配电网故障定位方法，其特征在于，在所述步骤S5中，将所述故障定位拓扑系数矩阵P中与所述开关电流相位矩阵进行矩阵相乘或进行取反矩阵相乘，获得全部拓扑节点的电流拓扑相位矩阵，从而针对全部拓扑节点，将同名端对应的开关的电流相位反相、非同名端对应的开关的电流相位保持，或将非同名端对应的开关的电流相位反相、同名端对应的开关的电流相位保持。
11.如权利要求8或10所述的同名端属性校核的配电网故障定位方法，其特征在于，在所述步骤S6中，若电流拓扑相位矩阵中的一行元素除0外均为正或均为负，则相应拓扑节点为故障点，否则为非故障点。
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