CN111090021B - 一种复合低压配电网故障定位方法 - Google Patents

一种复合低压配电网故障定位方法 Download PDF

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Abstract

本发明为一种复合低压配电网故障定位方法首先对低压配电网进行分区并进行分区等效，建立分区等效低压配电网的故障定位模型，确定故障存在的分区。在每个存在故障分区内利用监测装置电流相位信息进行故障区段定位。本发明的优点是：采用配电网分区等效结合监测设备的故障过流信息确定故障分区，提高了故障定位方法对同时多点故障的适应性，减小了故障定位中心的信息收集量和计算强度；对出现故障的分区采用电流相位信息进行区段定位，有效避免了监测信息上传至故障定位中心易受到干扰而畸变的问题，定位方法简单有效。

Description

一种复合低压配电网故障定位方法
技术领域
本发明涉及低压配电网故障定位领域，尤其涉及一种复合低压配电网故障定位方法。
背景技术
随着供电范围的扩大和分支数目的增多，配电网络的结构日益复杂，低压配电网的故障定位问题逐步得到供电部门的重视，以实现快速故障排除，从而提高低压配电网供电可靠性。
目前应用于低压配电网的故障定位方法主要有两种，一种是基于电流相角差的故障线路定位方法，该方法能充分利用监测设备提供的线路电流波形，适用于多种配电网结构，但无法应用于同时出现多点故障的情况；另一种基于监测装置过流信息的故障定位方法具有高容错性能且原理简单，但在应用于低压配电网时，由于其线路分支数目众多，集中求解故障定位模型时计算量大且易出现局部最优解，降低了故障定位准确性。同时大量过流监测信息上传至故障定位中心时易受到干扰出现错误，考虑信息错误的故障定位算法进一步复杂而难以求解。
发明内容
本发明主要解决了上述问题，提供了一种仅需少量监测装置的过流监测信息，具有故障定位模型规模小、定位准确性高、满足多点故障定位需求的复合低压配电网故障定位方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是,一种复合低压配电网故障定位方法，其特征是：包括以下步骤：
S1：将配电网等效划分成多个分区并设置检测设备；
S2：故障定位中心接收检测设备反馈的过流信息；
S3：建立故障定位模型；
S4：根据故障定位模型定位发生故障的等效分区；
S5：在故障分区中定位故障区段。
检测设备检测过流信息和相位信息，首先利用故障定位模型及过流信息确定故障所处分区，再根据故障定位模型定位结果及相位信息确定故障区段，采用分层求解模型，适用于低压配电网多分支结构，降低了目标函数变量维度，提高了故障定位的准确率和容错能力。
作为上述方案的一种优选方案，所述步骤S1中将配电网中的干线划分为多个干线区段，将每个干线区段中的分支馈线区域等效为一个等效分区。
作为上述方案的一种优选方案，所述检测设备包括干线过流检测设备、入口过流检测设备和相位检测设备，干线过流检测设备设置在干线区段靠近系统侧电源处，入口过流检测设备设置在等效分区靠近系统侧电源处，相位检测设备设置在等效分区内各个母线处，一个等效分区内的所以相位检测设备均与该等效分区的入口过流检测设备相连，入口过流检测设备和干线过流检测设备均与故障定位中心相连。入口检测设备还具有故障定位功能，入口检测设备根据相位信息定位故障区段，相位检测设备只需与入口检测设备相连，无需与故障定位中心相连，降低了布线成本，有效避免了监测信息上传至故障定位中心易受到干扰而畸变的问题。
作为上述方案的一种优选方案，所述步骤S2中故障定位模型为：
Figure GDA0003622955110000021
式中，F为故障定位目标函数；I为等效分区总数；J为干线区段总数；Si是表示第i个等效分区内是否发生故障的指示信号，S0,j是表示第j个干线区段是否发生故障的指示信号，ω1是权重系数，Oi为第i个等效分区是否发生过流故障的指示信号，O0,j为第j个干线区段是否发生过流故障的指示信号，
Figure GDA0003622955110000022
是过流监测信息Oi的理论值，
Figure GDA0003622955110000023
是过流监测信息O0,j的理论值。Si＝1表示第i个分区内发生故障，而Si＝0表示第i个分区内未发生故障；S0,j＝1表示第j个干线区段发生故障，S0,j＝0表示第j个干线区段未发生故障，所有这些指示信号构成故障定位模型的决策变量；权重系数ω1用于计及同时发生多点故障的情况，一般情况下该值可取为0.05-0.1，具体取值视该配电网历史统计数据给出，即同时发生多点故障的次数较多时取较大值，反之取较小值。
作为上述方案的一种优选方案，所述
Figure GDA0003622955110000024
的计算公式如下：
Figure GDA0003622955110000031
式中，Ni是第i个等效分区与干线连接点至系统侧电源间的干线区段数目。
作为上述方案的一种优选方案，所述
Figure GDA0003622955110000032
的计算公式如下：
Figure GDA0003622955110000033
式中，Nj是第j个干线区段至系统侧电源间的干线区端数目，包括第j个干线区段自身。
作为上述方案的一种优选方案，所述步骤S4中求解故障定位模型，获得Si和S0,j的值，根据Si和S0,j的值定位发生故障的等效分区。Si＝1表示第i个分区内发生故障，而Si＝0表示第i个分区内未发生故障；S0,j＝1表示第j个干线区段发生故障，S0,j＝0表示第j个干线区段未发生故障，能够定位多个故障分区。
作为上述方案的一种优选方案，所述步骤S5中在故障分区中定位故障区段包括以下步骤：
S51：给从检测装置开始到等效分区末端的每个母线设置标记，依次记为A、B、C…；
S52：获取母线A近端线路电流的正序分量IA,0和母线A远端各分支线路电流的正序分量IA,1,IA,2,IA,3……IA,z，z为母线A远端分支线路数量；
S53：计算母线A近端线路电流正序分量与母线A远端各分支电流的正序分量的相位差：
Figure GDA0003622955110000034
式中，
Figure GDA0003622955110000041
分别为母线A近端线路电流正序分量IA,0与母线A远端各分支线路IA,1,IA,2,IA,3……IA,z的相位差，
Figure GDA0003622955110000042
为母线A近端线路电流正序分量IA,0的相位，
Figure GDA0003622955110000043
分别为母线远端A线路电流正序分量IA,1,IA,2,IA,3……IA,z的相位差；
S54：根据得到相位差确定故障区段。母线A近端为母线A靠近入口过流检测设备的一侧，母线A远端为母线A远离入口过流检测设备的一侧。
作为上述方案的一种优选方案，所述故障区段确定过程如下：
当所有相位差均在(-90°,90°)范围内时，判定母线A的下游无故障，定位结束；当所有相位差均在(90°,270°)范围内时，判定母线A的上游区段出现故障，定位结束；
当某个相位差在(90°,270°)范围内时，判定该相位差对应分支线路上有故障，若该分支线路下游无母线，则故障区段即为该分支线路，定位结束；若该分支线路下游有母线，则针对该下游母线设为母线A，重复步骤S51到S54，直至分析完所有母线。
本发明的优点是：采用配电网分区等效结合监测设备的故障过流信息确定故障分区，提高了故障定位方法对同时多点故障的适应性，减小了故障定位中心的信息收集量和计算强度；对出现故障的分区采用电流相位信息进行区段定位，有效避免了监测信息上传至故障定位中心易受到干扰而畸变的问题，定位方法简单有效。
附图说明
图1为实施例中的复合低压配电网故障定位方法的一种流程示意图。
图2为实施例中的一种配电网络分区等效示意图。
图3为实施例中在故障分区中定位故障区段的一种流程示意图。
图4为实施例中的一种分区电路结构示意图。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的说明。
实施例：
本实施例一种复合低压配电网故障定位方法，如图1所示，包括以下步骤：
S1：将配电网等效划分成多个分区并设置检测设备，具体操作，如图2所示，将配电网中的干线划分为多个干线区段，将每个干线区段中的分支馈线区域等效为一个等效分区，检测设备包括干线过流检测设备、入口过流检测设备和相位检测设备，干线过流检测设备设置在干线区段靠近系统侧电源处，入口过流检测设备设置在等效分区靠近系统侧电源处，相位检测设备设置在等效分区内各个母线处，一个等效分区内的所以相位检测设备均与该等效分区的入口过流检测设备相连，入口过流检测设备和干线过流检测设备均与故障定位中心相连。干线过流检测设备编号为M0,j(j＝1,2,..,J,J为干线区段总数)；入口过流检测设备编号为Mi(i＝1,2,..,I,I为等效分区总数)，各分区入口检测装置Mi同时作为该分区的子故障定位中心。
S2：故障定位中心接收检测设备反馈的过流信息，干线过流检测设备M0,j和入口过流检测设备向Mi分别向故障定位中心提供其过流检测信息O0,j和Oi，过流检测信息O0,j和Oi的值均为0或1,0表示未检测到过流信息，1表示检测到过流信息；
S3：建立故障定位模型，故障定位模型为：
Figure GDA0003622955110000051
式中，F为故障定位目标函数；I为等效分区总数；J为干线区段总数；Si是表示第i个等效分区内是否发生故障的指示信号，S0,j是表示第j个干线区段是否发生故障的指示信号，ω1是权重系数，Oi为第i个等效分区是否发生过流故障的指示信号，O0,j为第j个干线区段是否发生过流故障的指示信号，
Figure GDA0003622955110000052
是过流监测信息Oi的理论值，
Figure GDA0003622955110000053
是过流监测信息O0,j的理论值，Si＝1表示第i个分区内发生故障，而Si＝0表示第i个分区内未发生故障；S0,j＝1表示第j个干线区段发生故障，S0,j＝0表示第j个干线区段未发生故障，所有这些指示信号构成故障定位模型的决策变量；权重系数ω1用于计及同时发生多点故障的情况，一般情况下该值可取为0.05-0.1，具体取值视该配电网历史统计数据给出，即同时发生多点故障的次数较多时取较大值，反之取较小值。
Figure GDA0003622955110000061
的计算公式如下：
Figure GDA0003622955110000062
式中，Ni是第i个等效分区与干线连接点至系统侧电源间的干线区段数目。
所述
Figure GDA0003622955110000063
的计算公式如下：
Figure GDA0003622955110000064
式中，Nj是第j个干线区段至系统侧电源间的干线区段数目，包括第j个干线区段自身。
S4：根据故障定位模型定位发生故障的等效分区，采用遗传算法求解故障定位模型，得到Si和S0,j的值，若S0,j＝1，则表明干线区段j发生故障；若Si＝1，则表明等效分区i内发生故障，故障定位中心通知发生故障的等效分区内的入口过流检测设备定位故障区段；
S5：在故障分区中定位故障区段，如图3所示，包括以下步骤：
S51：如图4所示，给从检测装置开始到等效分区末端的每个母线设置标记，依次记为A、B、C…；
S52：获取母线A近端线路电流的正序分量IA,0和母线A远端各分支线路电流的正序分量IA,1,IA,2,IA,3……IA,z，z为母线A远端分支线路数量；母线A近端为母线A靠近入口过流检测设备的一侧，母线A远端为母线A远离入口过流检测设备的一侧。
S53：计算母线A近端线路电流正序分量与母线A远端各分支电流的正序分量的相位差：
Figure GDA0003622955110000071
式中，
Figure GDA0003622955110000072
分别为母线A近端线路电流正序分量IA,0与母线A远端各分支线路IA,1,IA,2,IA,3……IA,z的相位差，
Figure GDA0003622955110000073
为母线A近端线路电流正序分量IA,0的相位，
Figure GDA0003622955110000074
分别为母线远端A线路电流正序分量IA,1,IA,2,IA,3……IA,z的相位差；
S54：根据得到相位差确定故障区段，故障区段确定条件如下：
当所有相位差均在(-90°,90°)范围内时，判定母线A的下游无故障，定位结束；当所有相位差均在(90°,270°)范围内时，判定母线A的上游区段出现故障，定位结束；
当某个相位差在(90°,270°)范围内时，判定该相位差对应分支线路上有故障，若该分支线路下游无母线，则故障区段即为该分支线路，定位结束；若该分支线路下游有母线，则针对该下游母线设为母线A，重复步骤S51到S54，直至分析完所有母线。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (6)

1.一种复合低压配电网故障定位方法，其特征是：包括以下步骤：
S1：将配电网等效划分成多个分区并设置检测设备；
S2：故障定位中心接收检测设备反馈的过流信息；
S3：建立故障定位模型；
S4：根据故障定位模型定位发生故障的等效分区；
S5：在发生故障的等效分区中定位故障区段；
所述步骤S3中故障定位模型为：
Figure FDA0003622955100000011
式中，F为故障定位目标函数；I为等效分区总数；J为干线区段总数；Si是表示第i个等效分区内是否发生故障的指示信号，S0，j是表示第j个干线区段是否发生故障的指示信号，ω1是权重系数，Oi为第i个等效分区是否发生过流故障的指示信号，O0，j为第j个干线区段是否发生过流故障的指示信号，
Figure FDA0003622955100000012
是过流监测信息Oi的理论值，
Figure FDA0003622955100000013
是过流监测信息O0，j的理论值；
所述
Figure FDA0003622955100000014
的计算公式如下：
Figure FDA0003622955100000015
式中，Ni是第i个等效分区与干线连接点至系统侧电源间的干线区段数目；
所述
Figure FDA0003622955100000016
的计算公式如下：
Figure FDA0003622955100000017
式中，Nj是第j个干线区段至系统侧电源间的干线区段数目，包括第j个干线区段自身。
2.根据权利要求1所述的一种复合低压配电网故障定位方法，其特征是：所述步骤S1中将配电网中的干线划分为多个干线区段，将每个干线区段中的分支馈线区域等效为一个等效分区。
3.根据权利要求2所述的一种复合低压配电网故障定位方法，其特征是：所述检测设备包括干线过流检测设备、入口过流检测设备和相位检测设备，干线过流检测设备设置在干线区段靠近系统侧电源处，入口过流检测设备设置在等效分区靠近系统侧电源处，相位检测设备设置在等效分区内各个母线处，一个等效分区内的所述相位检测设备均与该等效分区的入口过流检测设备相连，入口过流检测设备和干线过流检测设备均与故障定位中心相连。
4.根据权利要求1所述的一种复合低压配电网故障定位方法，其特征是：所述步骤S4中求解故障定位模型，获得Si和S0，j的值，根据Si和S0，j的值定位发生故障的等效分区。
5.根据权利要求1所述的一种复合低压配电网故障定位方法，其特征是：所述步骤S5中在发生故障的等效分区中定位故障区段包括以下步骤：
S51：给从检测设备开始到等效分区末端的每个母线设置标记，依次记为A、B、C…；
S52：获取母线A近端线路电流的正序分量IA，0和母线A远端各分支线路电流的正序分量IA，1，IA，2，IA，3......IA，z，z为母线A远端分支线路数量；
S53：计算母线A近端线路电流正序分量与母线A远端各分支线路电流的正序分量的相位差：
Figure FDA0003622955100000021
式中，
Figure FDA0003622955100000022
分别为母线A近端线路电流正序分量IA，0与母线A远端各分支线路电流正序分量IA，1，IA，2，IA，3......IA，z的相位差，
Figure FDA0003622955100000031
为母线A近端线路电流正序分量IA，0的相位，
Figure FDA0003622955100000032
分别为母线A远端各分支线路电流正序分量IA，1，IA，2，IA，3......IA，z的相位；
S54：根据得到的相位差确定故障区段。
6.根据权利要求5所述的一种复合低压配电网故障定位方法，其特征是：所述故障区段确定过程如下：
当所有相位差均在(-90°，90°)范围内时，判定母线A的下游无故障，定位结束；
当所有相位差均在(90°，270°)范围内时，判定母线A的上游区段出现故障，定位结束；
当某个相位差在(90°，270°)范围内时，判定该相位差对应分支线路上有故障，若该分支线路下游无母线，则故障区段即为该分支线路，定位结束；若该分支线路下游有母线，则针对该下游母线设为母线A，重复步骤S51到S54，直至分析完所有母线。
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