CN107247216A - 含dg的配电网故障检测与定位方法 - Google Patents
含dg的配电网故障检测与定位方法 Download PDFInfo
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Abstract
含DG的配电网故障检测与定位方法，辨别加入DG后配电网发生的显著变化，结合实际需求和国标，通过计算故障电流和在线监测，快速进行故障定位，提高供电可靠性；本发明的优越性和技术效果在于：①研究模型涵盖变流器型电源和电机类电源，使用DG的最大电流可以适应多种DG类型；②针对接入DG前后配电网特性，计算网络中产生的短路电流，并最终给出电机类DG和逆变器类DG的短路电流范围；③针对架空线配电网且根据故障电流信息改进定位策略，将重合闸与DG脱网特性配合实现含DG的架空线故障切除，理论与实践相结合；④利用计算机具有数据高速计算和处理的能力，使控制系统的可靠性得到提高。
Description
技术领域
本发明涉及一种配电网发生故障后进行检测和故障定位的技术领域，特别是涵盖了几乎所有DG类型的故障检测和定位，并通过实操完成故障切除。
背景技术
随着新能源的兴起，越来越多的分布式电源上网，对传统的配电网结构和运行控制方式都将发生巨大改变，如何准确、快速、高效的检测故障、定位故障、排除故障成为相关人士关注的技术热点之一。国内外学者对含多DG的配电网故障检测与故障定位方面研究得还比较少，尤其是在如何合理运用的孤岛效应在确保重要负荷的供电可靠性的前提下对非故障停电区域尽快恢复供电方面研究更少，因此，对此进行研究具有很重要的理论意义和实际意义。
对于辐射状或者多电源的配电网系统，多遵循闭环设计，开环运行的设计原则，系统电流始终从电源点流向联络开关或者配电网末梢点。对于开环运行的配电网，当某区段内发生故障时，故障电流会从电源点经故障点上游的馈线开关流入故障点，故障点下游的开关不会经历故障电流。但是当DG接入馈线时，当某个区域发生故障时，除了该区域的主电源侧端点会流过主电源所提供的短路电流以外，对于该区域与DG连接的端点也会流过相应DG提供的短路电流。若主电源提供的短路电流与DG提供的短路电流相差较大时，可以设置故障电流上报阈值，当流过主电源所提供的短路电流时超过该阈值而上报故障电流信息，而流过DG提供的短路电流时未超过该阈值而不上报故障电流信息，从而根据故障电流信息依靠传统故障定位规则就可以进行故障定位。但是，若主电源所提供的短路电流与DG提供的短路电流相差不大时，则难以使设置故障电流上报阈值达到上述目的，根据故障电流信息依靠传统故障定位规则进行故障定位会发生误判。因此，重新计算加入DG后配电网能提供的最大短路电流就显得尤为重要。
发明内容
本发明的目的：本发明是根据传统的配电网故障定位方法不在适用于DG提供短路电流较小的情况，因此对不同类型的DG所能提供的满足判定依据的故障电流进行重新计算并根据实际情况确定其数值范围大小。在此基础上重新设置重合闸的时间，利用DG的脱网特性，判断线路故障时瞬时性故障还是永久性故障，进而排除DG加入对配电网的影响后进行故障定位。利用DG的脱网特性和孤岛特性是为了更有效的排除DG的影响，从最大程度上减小了电网发生故障带来的损失，保证了相关电力设备、线路的稳定运行。
本发明的技术方案：
一种含DG的配电网故障检测与定位方法，设定馈线的额定载流量为Ic，无论何种类型的配电网架，在满足N-1准则情况下，对于一条馈线转带对侧馈线的部分或全部负荷的最严酷情形，所提供的负荷电流最大不能超过Ic；
其中DG总容量原则上不超过上一级变压器所供区域负荷的25％，规定分散接入每条馈线的DG总容量不超过该馈线最严酷情形下所带负荷的25％，则在最严酷情形下每条馈线上的DG总额定电流不超过Ic/4；
此时只要能够保证在负荷转带情况下，线路末端短路时主电源所提供的最小短路电流不低于故障电流信息上报阈值，即可确保故障电流信息上报具有选择性，从而根据故障电流信息依靠传统故障定位规则就能进行故障定位。
进一步的，若全部采用电机类DG和间接电流控制的变流器类DG，则在最不利情形下，2条馈线上DG提供的短路电流最大不超过10Ic/4，再考虑1.5倍的可靠系数，将各个开关处的配电终端的故障电流信息上报阈值整定为不低于 15Ic/4；此时只要能够保证在负荷转带情况下，线路末端短路时主电源所提供的最小短路电流不低于故障电流信息上报阂值，就可使各个开关处的配电终端在流过主电源提供的短路电流时上报故障电流信息，而流过DG提供的短路电流时不上报故障电流信息，即可确保故障电流信息上报具有选择性，从而根据故障电流信息依靠传统故障定位规则就能进行故障定位。
进一步的，若全部采用直接电流控制的变流器类DG，则在最不利情形下，2 条馈线上DG提供的短路电流最大不超过3Ic/8，再考虑1.5倍的可靠系数，将各个开关处的配电终端的故障电流信息上报阂值整定为不低于9Ic/16；此时只要能够保证在负荷转带情况下，线路末端短路时主电源所提供的最小短路电流不低于故障电流信息上报阈值，即可确保故障电流信息上报具有选择性，从而根据故障电流信息依靠传统故障定位规则就能进行故障定位。
进一步的，含DG馈线的短路简化分析模型故障定位计算方法是，设定为系统侧电源等效电势；XS为系统侧电源等效电抗；Z1，Z2，…，Zn为各段线路的阻抗；为了确定最严重的情况并便于分析，将DG按照其出口短路时所能提供的最大短路电流近似等效为电流源，即认为DG提供的短路电流不受线路阻抗的影响，为各DG的等效短路电流，并假设的相角相同，均为a；
DG接入以前，线路末端短路时主电源提供的短路电流为:
DG接入以后，线路末端短路时主电源提供的最小短路电流，即离电源点最近的DG接入点上游的短路电流为:
对比上两式DG接入后造成线路末端短路时，流过其上游开关的短路电流减
小的部分为:
一般情况下，对于某条给定的馈线应有的Z1，Z2，…，Zn阻抗角相等，假设线路的阻抗角为同时令：
则：
的有效值为：
令：
运用拉格朗日数乘法求解，可得当IDG,1＝I且IDG,2＝IDG,3＝...＝IDG,n＝0,时，△ISC取得极大值且极大值为ZLI/Z，由于ZL≤Z最大不超过I，△ISC最大不超过I；
计入DG对负荷转带情况下主电源所提供的最小短路电流的影响以后，在全部采用电机类DG和间接电流控制变流器类DG时，要使故障电流信息上报具有选择性，应满足：
即：
在全部采用直接电流控制变流器类DG时，要使故障电流信息上报具有选择性，应满足：
即：
本发明的优越性和技术效果在于：①研究模型涵盖变流器型电源和电机类电源，使用DG的最大电流可以适应多种DG类型；②针对接入DG前后配电网特性，计算网络中产生的短路电流，并最终给出电机类DG和逆变器类DG的短路电流范围；③针对架空线配电网且根据故障电流信息改进定位策略，将重合闸与DG脱网特性配合实现含DG的架空线故障切除，理论与实践相结合；④利用计算机具有数据高速计算和处理的能力，使控制系统的可靠性得到提高。
附图说明
附图1为本发明所涉一种含DG馈线的短路简化分析模型。
附图2为本发明所涉一种含DG的“手拉手”环状配电网正常运行状态示意图。
附图3为本发明所涉一种含DG的“手拉手”环状配电网电源侧发生故障状态下的示意图。
附图4为本发明所涉一种含DG的“手拉手”环状配电网DG侧发生故障状态下的示意图。
具体实施方式
参见附图1，本发明含DG馈线的短路简化分析模型中设定馈线的额定载流量为Ic，无论何种类型的配电网架，在满足N-1准则情况下，对于一条馈线转带对侧馈线的部分(对于多分段多连接、多供一备网)或全部(对于“手拉手”环状网)负荷的最严酷情形，所提供的负荷电流最大不能超过Ic。
参照Q/GDW480-2010要求，DG总容量原则上不超过上一级变压器所供区域负荷的25％，规定分散接入每条馈线的DG总容量不超过该馈线最严酷情形下所带负荷的25％，则在最严酷情形下每条馈线上的DG总额定电流不超过Ic/4。
若全部采用电机类DG和间接电流控制的变流器类DG，则在最不利情形下， 2条馈线上DG提供的短路电流最大不超过10Ic/4，再考虑1.5倍的可靠系数，将各个开关处的配电终端的故障电流信息上报阈值整定为不低于15Ic/4。此时只要能够保证在负荷转带情况下，线路末端短路时主电源所提供的最小短路电流不低于故障电流信息上报阂值，就可使各个开关处的配电终端在流过主电源提供的短路电流时上报故障电流信息，而流过DG提供的短路电流时不上报故障电流信息，即可确保故障电流信息上报具有选择性，从而根据故障电流信息依靠传统故障定位规则就能进行故障定位。
若全部采用直接电流控制的变流器类DG，则在最不利情形下，2条馈线上 DG提供的短路电流最大不超过3Ic/8，再考虑1.5倍的可靠系数，将各个开关处的配电终端的故障电流信息上报阂值整定为不低于9Ic/16。此时只要能够保证在负荷转带情况下，线路末端短路时主电源所提供的最小短路电流不低于故障电流信息上报阈值，即可确保故障电流信息上报具有选择性，从而根据故障电流信息依靠传统故障定位规则就能进行故障定位。
一种含DG馈线的短路简化分析模型(如图1)为系统侧电源等效电势； XS为系统侧电源等效电抗；Z1，Z2，…，Zn为各段线路的阻抗；为了确定最严重的情况并便于分析，将DG按照其出口短路时所能提供的最大短路电流近似等效为电流源，即认为DG提供的短路电流不受线路阻抗的影响，为各 DG的等效短路电流，并假设的相角相同，均为a，上述假设比实际情况更加严酷。
由图1可以看出，DG接入以前，线路末端短路时主电源提供的短路电流为:
DG接入以后，线路末端短路时主电源提供的最小短路电流，即离电源点最近的DG接入点上游的短路电流为:
对比上两式DG接入后造成线路末端短路时，流过其上游开关的短路电流减
小的部分为:
一般情况下，对于某条给定的馈线应有的Z1，Z2，…，Zn阻抗角相等，假设线路的阻抗角为同时令：
则：
的有效值为：
令：
运用拉格朗日数乘法求解，可得当IDG,1＝I且IDG,2＝IDG,3＝...＝IDG,n＝0,时，△ISC取得极大值且极大值为ZLI/Z。由于ZL≤Z最大不超过I。△ISC最大不超过I。
计入DG对负荷转带情况下主电源所提供的最小短路电流的影响以后，在全部采用电机类DG和间接电流控制变流器类DG时，要使故障电流信息上报具有选择性，应满足：
即：
在全部采用直接电流控制变流器类DG时，要使故障电流信息上报具有选择性，应满足：
即：
本发明的工作原理：对于架空配电网，其能够满足DG与主电源短路电流水平差异性要求的供电距离偏短，尤其是以架空线为主的农村配电网的供电半径一般都较长，接纳DG尤其是电机类DG的容量也偏高，根据故障电流依靠传统故障定位规则进行全范围故障定位比较困难。但是，架空配电网一般需要根据重合闸来判断永久性故障和瞬时性故障，而根据Q/GDW480-2010规定，非有意识孤岛的DG必须在馈线故障后2s内从电网脱离。利用上述特点，可以对根据故障电流信息生成新的故障判别策略：(1)馈线开关采用负荷开关，只有变电站出线断路器具备过流保护和一次快速重合闸功能，重合闸延时时间为 2.5s～3.5s。(2)故障发生后，变电站出线断路器过流保护动作跳闸。(3)2s后，该馈线上的DU全部从电网脱离。(4)变电站出线断路器跳闸后经2.5s～3.5s延时进行重合，若是瞬时性故障则恢复全馈线供电；若是永久性故障，则变电站出线断路器再次跳闸，此时配电自动化系统采集到的故障信息就排除了DG的影响，可以根据故障电流依靠传统故障定位规则进行全范围故障定位。
实施例：一种含DG的“手拉手”环状配电网(见图2)中DG接入容量比例约为馈线载流量的25％，主电源的短路容量较小的一侧为250MVA，但是供电距离己经达到7.5km，超出了最不利情形下LGJ-240导线能够确保故障电流信息上报选择性要求的供电距离范围，因此，无法直接按15Ic/4整定各个开关的故障电流信息上报阂值。但此时由于DG1和DG2之间线路阻抗影响的存在，再加上 DG2为间接电流控制变流器类DG，实际上DG1和DG2提供的最大短路电流应达不到最不利情况下的10Ic/4，因此，可以按照上述计算方法进行短路电流计算，尝试能否找到一个阈值将来自主电源的短路电流和DG所能提供的最大短路电流区分开。计算中DG1的次暂态电抗标么值取0.1,DG2的次暂态电抗标么值取 0.167。
一种含DG的“手拉手”环状配电网电源侧发生故障状态下(见图3)中所示为该配电网在S2侧电源发生故障后由S1侧电源转带全部负荷的情形，通过对其在各个区域的端点处发生故障时的短路电流进行计算可得。该情形下由主电源提供的流经各个开关的最小两相相间短路电流为1.62kA，而由DG单独提供的流经各个开关的最大短路电流为0.93kA。
一种含DG的“手拉手”环状配电网DG侧发生故障状态下(见图4)中所示为该配电网在S1侧电源发生故障后由S2侧电源转带全部负荷的情形，通过对其在各个区域的端点处发生故障时的短路电流进行计算可得。该情形下由主电源提供的流经各个开关的最小两相相间短路电流为1.52kA，而由DG单独提供的流经各个开关的最大短路电流为0.89kA。
由以上分析结果可以看出，对于该含DG的“手拉手”环状配电网，DG提供的最大短路电流为0.93kA，而主电源提供的最小短路电流为1.52kA。虽然不能直接按15Ic/4整定各个开关的故障电流信息上报阈值，但考虑1.5倍的可靠性系数，可将各开关的故障电流信息上报阂值整定为1.35kA，即可确保故障信息上报的选择性，从而仍可以根据故障电流信息采用传统故障定位规则进行故障定位。
Claims (4)
1.一种含DG的配电网故障检测与定位方法，其特征是：设定馈线的额定载流量为Ic，无论何种类型的配电网架，在满足N-1准则情况下，对于一条馈线转带对侧馈线的部分或全部负荷的最严酷情形，所提供的负荷电流最大不能超过Ic；
其中DG总容量原则上不超过上一级变压器所供区域负荷的25％，规定分散接入每条馈线的DG总容量不超过该馈线最严酷情形下所带负荷的25％，则在最严酷情形下每条馈线上的DG总额定电流不超过Ic/4；
此时只要能够保证在负荷转带情况下，线路末端短路时主电源所提供的最小短路电流不低于故障电流信息上报阈值，即可确保故障电流信息上报具有选择性，从而根据故障电流信息依靠传统故障定位规则就能进行故障定位。
2.根据权利要求1所述的含DG的配电网故障检测与定位方法，其特征是：若全部采用电机类DG和间接电流控制的变流器类DG，则在最不利情形下，2条馈线上DG提供的短路电流最大不超过10Ic/4，再考虑1.5倍的可靠系数，将各个开关处的配电终端的故障电流信息上报阈值整定为不低于15Ic/4；此时只要能够保证在负荷转带情况下，线路末端短路时主电源所提供的最小短路电流不低于故障电流信息上报阂值，就可使各个开关处的配电终端在流过主电源提供的短路电流时上报故障电流信息，而流过DG提供的短路电流时不上报故障电流信息，即可确保故障电流信息上报具有选择性，从而根据故障电流信息依靠传统故障定位规则就能进行故障定位。
3.根据权利要求1所述的含DG的配电网故障检测与定位方法，其特征是：若全部采用直接电流控制的变流器类DG，则在最不利情形下，2条馈线上DG提供的短路电流最大不超过3Ic/8，再考虑1.5倍的可靠系数，将各个开关处的配电终端的故障电流信息上报阂值整定为不低于9Ic/16；此时只要能够保证在负荷转带情况下，线路末端短路时主电源所提供的最小短路电流不低于故障电流信息上报阈值，即可确保故障电流信息上报具有选择性，从而根据故障电流信息依靠传统故障定位规则就能进行故障定位。
4.根据权利要求1或2或3所述的含DG的配电网故障检测与定位方法，其特征是：含DG馈线的短路简化分析模型故障定位计算方法是，设定为系统侧电源等效电势；XS为系统侧电源等效电抗；Z1，Z2，…，Zn为各段线路的阻抗；为了确定最严重的情况并便于分析，将DG按照其出口短路时所能提供的最大短路电流近似等效为电流源，即认为DG提供的短路电流不受线路阻抗的影响，为各DG的等效短路电流，并假设的相角相同，均为a；
DG接入以前，线路末端短路时主电源提供的短路电流为:
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小的部分为:
一般情况下，对于某条给定的馈线应有的Z1，Z2，…，Zn阻抗角相等，假设线路的阻抗角为同时令：
则：
的有效值为：
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</mrow>
运用拉格朗日数乘法求解，可得当IDG,1＝I且IDG,2＝IDG,3＝...＝IDG,n＝0,时，△ISC取得极大值且极大值为ZLI/Z，由于ZL≤Z最大不超过I，△ISC最大不超过I；
计入DG对负荷转带情况下主电源所提供的最小短路电流的影响以后，在全部采用电机类DG和间接电流控制变流器类DG时，要使故障电流信息上报具有选择性，应满足：
<mrow>
<mfrac>
<msqrt>
<mn>3</mn>
</msqrt>
<mn>2</mn>
</mfrac>
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<mfrac>
<mn>15</mn>
<mn>4</mn>
</mfrac>
<msub>
<mi>I</mi>
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</msub>
</mrow>
即：
在全部采用直接电流控制变流器类DG时，要使故障电流信息上报具有选择性，应满足：
<mrow>
<mfrac>
<msqrt>
<mn>3</mn>
</msqrt>
<mn>2</mn>
</mfrac>
<mrow>
<mo>|</mo>
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<mo>&CenterDot;</mo>
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<mrow>
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<mfrac>
<mn>9</mn>
<mn>16</mn>
</mfrac>
<msub>
<mi>I</mi>
<mi>C</mi>
</msub>
</mrow>
即：
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710579181.1A CN107247216A (zh) | 2017-07-17 | 2017-07-17 | 含dg的配电网故障检测与定位方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710579181.1A CN107247216A (zh) | 2017-07-17 | 2017-07-17 | 含dg的配电网故障检测与定位方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN107247216A true CN107247216A (zh) | 2017-10-13 |
Family
ID=60015152
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201710579181.1A Pending CN107247216A (zh) | 2017-07-17 | 2017-07-17 | 含dg的配电网故障检测与定位方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113241846A (zh) * | 2021-03-02 | 2021-08-10 | 天津理工大学 | 一种配电网电缆快速故障定位及恢复方法 |
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- 2017-07-17 CN CN201710579181.1A patent/CN107247216A/zh active Pending
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