CN108387818A - 一种适用于含分布式电源树状配电网的故障测距方法 - Google Patents

Abstract

一种含分布式电源树状配电网的故障测距方法，属于配电网继电保护领域。本发明解决了含DG树状配电网中多分支性、DG潮流不确定性影响测距结果的问题。它包括以下步骤：首先获得含分布式电源树状配电网的数据；其次分析正序故障分量网络，将电压源转换为等值的电流源，以故障点注入电流替代故障电阻支路，应用星网变换法等值故障支路，将故障点注入电流移置到故障支路相邻节点；然后基于正序故障分量等值网络的节点电压方程，构建故障测距模型；最后遍历所有支路，根据方程解的特征，确定故障支路与故障距离。本发明易于实现，测距精度高，且不受分布式电源的接入容量和数量、故障点位置、故障电阻与故障类型的影响，不存在测距伪根。

Description

一种适用于含分布式电源树状配电网的故障测距方法

技术领域

本发明涉及一种含分布式电源树状配电网的故障测距方法，适用于各电源出口、负荷节点带有同步量测单元的配电网，属于配电网继电保护领域。

背景技术

故障测距有助于指导检修人员快速到达现场，缩短故障中断时间。当接入分布式电源(DG)后，改变了配电网单电源、辐射式的拓扑结构，进一步增大了测距实现的难度。由于故障发生的随机性，如何确定故障区段且定位故障点，已成为多分支、含DG配电网亟待解决的关键问题。

行波法利用暂态行波的到达时刻与传播时间计算故障距离，不适用于结构复杂的配电网。改进的阻抗法在对DG、中间分支、负荷的大型配网进行等效的前提下，建立故障测距方程，大多存在虚拟故障点相对于同一监测点的网络阻抗相似的情况，测距结果不唯一；特征值匹配的方法，利用各量测点电压、电流的计算值与量测值构造特征值，通过故障支路与故障电流组合进行特征值匹配，判断故障发生的区段，但故障定位结果受负荷电流的影响，且无法直接得到故障距离；基于神经网络、专家系统等智能算法需要收集大量的训练样本和测试样本集，当系统拓扑发生变化时不再适用。

本专利主要解决含分布式电源树状配电网的故障测距问题，在含分布式电源、多分支的情况下实现配电网故障时的精确测距，指导检修人员迅速到达现场，有着广泛的应用价值。

发明内容

本发明的目的在于解决含分布式电源树状配电网的故障测距问题，基于对正序故障分量等值网络的分析，提出故障测距模型。该方法测距精度高，不受分布式电源的接入容量和数量、故障点位置、故障电阻与故障类型的影响。其技术解决方案是：

本发明提供的一种适用于含分布式电源树状配电网的故障测距方法，包括以下步骤：

步骤1：获得含分布式电源树状配电网的数据，包括系统拓扑、线路和负荷的电气参数，正常运行与故障时各电源出口、负荷节点的同步电压相量以及各电源出口的同步电流相量。

步骤2：建立配电网的正序故障分量等值网络，其中，主电压源、分布式电压源转换为等值的电流源，以故障点注入电流替代故障电阻支路，应用星网变换法等值故障支路，将故障点注入电流移置到故障支路的相邻节点i、j，移置电流分别为：

式中，y_f、y_jf分别为节点i、j到故障点f对应的支路导纳。

设故障距离比值系数α_i等于支路发点i到故障点f的距离与支路长度的比值，通过电流移置后，相邻节点i、j的注入电流分别为

步骤3：构建故障测距模型，包括如下步骤：

S1：建立正序故障分量等值网络的节点电压方程：

式中，Z_{I I}、Z_{I II}、Z_{II I}、Z_{II II}为节点阻抗矩阵Z的分块子矩阵；分块矩阵代表非分布式电源节点的正序故障分量电压、电流，n为节点总个数，m为分布式电源节点的个数；分块矩阵代表分布式电源节点的正序故障分量电压、电流；为故障支路ij的移置电流。

S2：选取主电源出口节点1和故障点后网络内的任一负荷节点x，构成含两个未知量的测距方程组，消除故障点注入电流，得到故障距离比值系数α_i：

式中，其中分别为主电源出口节点1、故障点后网络内任一负荷节点x处的正序故障分量电压；分别为主电源、DG等值的正序故障分量电流；Z_xi对应节点阻抗矩阵Z中第x行、第i列对应的元素，其他同理。

步骤4：遍历所有的支路，根据方程解的特征，即：α_i＞1，表明支路ij位于故障支路的上游；0≤α_i≤1，表明支路ij即为故障支路；α_i＜0，表明支路ij位于故障支路的下游，确定故障支路与故障距离。

与现有技术相比本发明的有益效果为：与传统的行波法相比，本发明的测距结果不受多分支、分布式电源接入的影响；与特征值匹配的方法相比，本发明可在确定故障支路的同时，直接准确计算得到故障距离，减小了测距所需的工作量；与改进的阻抗法相比，本发明可通过比较各支路对应的故障距离比值系数，排除伪故障点，不依赖故障区段定位技术；与基于神经网络、专家系统的智能算法相比，本发明不依赖于大量的样本训练，且适用于配电网拓扑结构发生变化的情况。只需将本发明所提的方案转化为计算机的算法即可实现故障测距，具有很高的工程应用价值。

附图说明

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步说明：

附图1为一种典型的配电网同步量测平台系统；

附图2为本发明中含DG树状配电网故障测距的总体流程框图；

附图3为一种典型的10kV含DG的配电系统；

附图4为附图3对应的正序故障分量等值模型；

具体实施方式

为实现上述目的，本发明可用下述技术方案来实现：

I、如附图1所示的同步量测平台系统，由安装于各电源节点的电压、电流量测单元与安装于负荷节点的电压量测单元、通信通道、主站、GPS组成。该系统具体工作流程如下：

1)正常运行时系统工作流程

通过GPS同步时钟授时，系统中各电源出口处安装的量测单元一直处于对电压、电流信号同步采样的状态，各负荷节点处安装的量测单元一直处于对电压信号同步采样的状态；变电站作为信息主站负责接收并处理各异地量测单元上报的同步采样数据，并对各量测单元的状态进行实时监测，避免量测装置退出运行；量测单元与量测单元之间、量测单元与主站之间均通过通信通道实现双向信息传输。

2)故障时系统工作流程

系统发生故障时，各量测单元经过GPS同步定时系统，将带有时间标签的故障后一周波的故障电压、电流故障数据上传至主站，主站将接收到的带有时间标签的故障数据与记录的故障前一周波的正常数据做差，并进行快速傅里叶变换(FFT)、序分量分解后，得到主电源出口、各负荷节点处的正序故障分量电压以及各电源出口处的正序故障分量电流与系统拓扑、线路和负荷的电气参数一起输入到嵌入的测距模块，开始执行故障测距操作，根据测距模块输出的结果定位故障点。

II、根据本发明中所提的保护方案，提出下述算例：

基于附图3所示典型的10kV含DG树状配电网，分别设置在各支路的0.1p.u.、0.3p.u.、0.5p.u.、0.7p.u.、0.9p.u.处发生不同类型的故障，短路电阻的取值范围为(0～10Ω)。在此模型中，线路阻抗的正/负序参数为：R＝0.1905Ω/km，L＝1.644e-3H/km，C＝9.697e-9F/km；DG容量为0.25MVA；负荷采用恒阻抗模型，功率参数见图，功率因数均为0.9。利用本发明所提方案进行故障测距，验证本发明所提算法的有效性。统计得到的测距结果如表1所示。

表1 测距结果

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (4)

1.一种含分布式电源树状配电网的故障测距方法，适用于各电源出口、负荷节点带有同步量测单元的配电网，属于配电网继电保护领域。其特征是，包括以下步骤：首先获得含分布式电源树状配电网的数据，其次建立配电网的正序故障分量等值网络，然后构建故障测距模型，最后遍历所有支路，根据方程解的特征，确定故障支路与故障距离。

2.根据权利要求1所述的含分布式电源树状配电网的故障测距方法，其特征在于：所述的含分布式电源树状配电网的数据，包括系统拓扑、线路和负荷的电气参数，正常运行与故障时各电源出口、负荷节点的同步电压相量以及各电源出口的同步电流相量。

3.根据权利要求1所述的含分布式电源树状配电网的故障测距方法，其特征在于：所述的正序故障分量等值网络中，主电压源、分布式电压源转换为等值的电流源，以故障点注入电流替代故障电阻支路，应用星网变换法等值故障支路，将故障点注入电流移置到故障支路的相邻节点i、j，移置电流分别为：

式中，y_f、分别为节点i、j到故障点f对应的支路导纳。

设故障距离比值系数α_i等于支路发点i到故障点f的距离与支路长度的比值，通过电流移置后，相邻节点i、j的注入电流分别为

4.根据权利要求1所述的含分布式电源树状配电网的故障测距方法，其特征在于：所述的构建故障测距模型，包括如下步骤：

S1：建立正序故障分量等值网络的节点电压方程：

式中，Z_{I I}、Z_{I II}、Z_{II I}、Z_{II II}为节点阻抗矩阵Z的分块子矩阵；分块矩阵代表非分布式电源节点的正序故障分量电压、电流，n为节点总个数，m为分布式电源节点的个数；分块矩阵代表分布式电源节点的正序故障分量电压、电流；为故障支路ij的移置电流。

S2：选取主电源出口节点1和故障点后网络内的任一负荷节点x，构成含两个未知量的测距方程组，消除故障点注入电流，得到故障距离比值系数α_i：

式中，其中分别为主电源出口节点1、故障点后网络内任一负荷节点x处的正序故障分量电压；分别为主电源、DG等值的正序故障分量电流；Z_xi对应节点阻抗矩阵Z中第x行、第i列对应的元素，其他同理。