CN111308276A - 一种配电网故障定位方法和装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种配电网故障定位方法和装置，在配电网故障期间，利用PV变换器向配电网注入不同于基频的零序电流，通过不同馈线及分支线之间对采集到的零序电流的分析比较，能够有效实现配电网故障定位，进而有效提升配电网故障定位的准确率，保障配电网实现自愈恢复。

Description

一种配电网故障定位方法和装置

技术领域

本申请涉及配电网技术领域，尤其涉及一种配电网故障定位方法和装置。

背景技术

随着分布式电源的发展和应用，配电网逐渐变成了一个集源、网、荷于一体的综合能量系统。配电网的自愈核心是高质量、不间断供电，同时在电网故障时，能够最大限度地缩小停电范围和停电时间。

现有配电网大多采用小电流接地方式，故障暂态特征量小，线路长度长且分支繁多，接线复杂，使得配电网的故障定位较为困难，进而严重影响配电网的故障切除和系统恢复。现有技术中对于配电网故障定位方法有：谐波法、相关法、小波法、中电阻法、“S”信号注入法等。上述方式虽然能够对故障进行定位，但是定位准确率较低。

发明内容

本申请提供了一种配电网故障定位方法和装置，解决了现有配电网的故障定位方法，准确率较低的技术问题。

有鉴于此，本申请第一方面提供了一种配电网故障定位方法，所述配电网通过Y/Y变压器连接PV变换器，其中，所述Y/Y变压器的网侧中性点经串联的快速开关Sy和电阻Rn后接地，Y/Y变压器的PV侧中性点经电阻Rv接地；

该方法包括步骤：

S1、响应于配电网故障指令，闭合所述快速开关Sy；

S2、控制所述PV变换器输出预置零序电流至所述配电网，并检测所述配电网的馈线的出口电流；

S3、对比所有所述出口电流，确定所述配电网的故障馈线；

S4、检测连接至所述故障馈线的每一下游导线的电流，得到各自对应的检测电流；

S5、判断第N级下游导线的检测电流是否大于预置电流阈值，若是则执行步骤S6，若否则执行步骤S7，其中N为正整数；

S6、判断所述第N级下游导线是否是所述故障馈线的最末端导线，若是，则将所述第N级下游导线作为故障线段，若否，则使N+1为新的N后，返回步骤S5；

S7、判断所述第N级导线中的所有检测电流是否均小于阈值电流阈值，若是，则将该级中相邻的两检测电流做差，并将差值最大的两检测点之间的导线作为所述故障线段，若否，则使N+1为新的N后，返回步骤S5。

可选地，步骤S3具体包括：

对比所有所述出口电流，将所述出口电流最大的馈线作为故障馈线。

可选地，步骤S3具体包括：

将每一所述出口电流和所述预置电流阈值进行对比，将大于所述预置电流阈值的出口电流所对应的馈线作为故障馈线。

可选地，还包括：

在所述配电网正常运行时，控制所述快速开关闭合第一预置时长，并控制所述PV变换器输出预置零序电压，检测所述馈线的零序电流；

基于第一预置公式，根据所有所述零序电流确定所述预置电流阈值，其中，所述第一预置公式包括：

I_s0＝k_cI_Σ0；

式中，I_Σ0为所有零序电流的和，k_c为比例系数，I_s0为预置电流阈值。

可选地，所述第一预置时长的时长范围为：[5s,10s]。

可选地，所述预置零序电压的电压幅值U₀为交流额定电压的10％。

可选地，所述预置零序电压的频率f₀的频率范围为[10Hz,20Hz]。

可选地，所述电阻Rn的阻值范围为[20Ω,100Ω]，所述电阻Rv的阻值范围为[20Ω,50Ω]。

可选地，还包括：

当确定所述故障线段后，断开所述快速开关Sy。

本申请第二方面提供了一种配电网故障定位装置，所述配电网通过Y/Y变压器连接PV变换器，其中，所述Y/Y变压器的网侧中性点经串联的快速开关Sy和电阻Rn后接地，Y/Y变压器的PV侧中性点经电阻Rv接地，该装置包括：

闭合单元，用于响应于配电网故障指令，闭合所述快速开关Sy；

控制单元，用于控制所述PV变换器输出预置零序电流至所述配电网，并检测所述配电网的馈线的出口电流；

对比单元，用于对比所有所述出口电流，确定所述配电网的故障馈线；

检测单元，用于检测连接至所述故障馈线的每一下游导线的电流，得到各自对应的检测电流；

第一判断单元，用于判断第N级下游导线的检测电流是否大于预置电流阈值，若是则触发第二判断单元，若否则触发第三判断单元，其中N为正整数；

第二判断单元，用于判断所述第N级下游导线是否是所述故障馈线的最末端导线，若是，则将所述第N级下游导线作为故障线段，若否，则使N+1为新的N后，触发所述第一判断单元；

第三判断单元，用于判断所述第N级导线中的所有检测电流是否均小于阈值电流阈值，若是，则将该级中相邻的两检测电流做差，并将差值最大的两检测点之间的导线作为所述故障线段，若否，则使N+1为新的N后，触发所述第一判断单元。

从以上技术方案可以看出，本申请实施例具有以下优点：

本申请提供了一种配电网故障定位方法，配电网通过Y/Y变压器连接PV变换器，其中，Y/Y变压器的网侧中性点经串联的快速开关Sy和电阻Rn后接地，Y/Y变压器的PV侧中性点经电阻Rv接地；该方法包括步骤：S1、响应于配电网故障指令，闭合快速开关Sy；S2、控制PV变换器输出预置零序电流至配电网，并检测配电网的馈线的出口电流；S3、对比所有出口电流，确定配电网的故障馈线；S4、检测连接至故障馈线的每一下游导线的电流，得到各自对应的检测电流；S5、判断第N级下游导线的检测电流是否大于预置电流阈值，若是则执行步骤S6，若否则执行步骤S7，其中N为正整数；S6、判断第N级下游导线是否是故障馈线的最末端导线，若是，则将第N级下游导线作为故障线段，若否，则使N+1为新的N后，返回步骤S5；S7、判断第N级导线中的所有检测电流是否均小于阈值电流阈值，若是，则将该级中相邻的两检测电流做差，并将差值最大的两检测点之间的导线作为故障线段，若否，则使N+1为新的N后，返回步骤S5。

本申请中，在配电网故障期间，利用PV变换器向配电网注入不同于基频的零序电流，通过不同馈线及分支线之间对采集到的零序电流的分析比较，能够有效实现配电网故障定位，进而有效提升配电网故障定位的准确率，保障配电网实现自愈恢复。

附图说明

图1为本申请实施例中一种配电网故障定位方法的第一实施例的流程示意图；

图2为本申请实施例中含有PV变换器的配电网的结构示意图；

图3为本申请实施例中一种配电网故障定位方法的第二实施例的流程示意图；

图4为本申请实施例中预置零序电压、预置零序电流的控制策略示意图；

图5为本申请实施例中一种配电网故障定位方法的流程示意图；

图6为本申请实施例中一种配电网故障定位装置的结构示意图。

具体实施方式

本申请实施例提供了一种配电网故障定位方法和装置，解决了现有配电网的故障定位方法，准确率较低的技术问题。

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

请参阅图1，本申请实施例中一种配电网故障定位方法的第一实施例的流程示意图。

在执行本实施例中方法的流程步骤之前，如图2所示，首先将配电网通过Y/Y变压器连接PV变换器，为PV变换器和配电网之间的零序网络提供零序通路，其中，Y/Y变压器的网侧中性点经串联的快速开关Sy和电阻Rn后接地，Y/Y变压器的PV侧中性点经电阻Rv接地。正常运行情况下，快速开关Sy处于开断状态，即网侧Y绕组不接地，进而与Δ绕组相似，不提供零序通路。快速开关Sy具有一定的电流分断能力，且其分断速度要快于普通交流断路器。

步骤101、响应于配电网故障指令，闭合快速开关Sy。

在配电网故障后，获取到配电网故障指令，闭合快速开关Sy，为PV变换器和配电网之间接通零序通路。

步骤102、控制PV变换器输出预置零序电流至配电网，并检测配电网的馈线的出口电流。

在闭合快速开关Sy后，控制PV变换器输出预置零序电流至配电网，并检测配电网在该预置零序电流时，配电网的馈线的出口电流。

步骤103、对比所有出口电流，确定配电网的故障馈线。

在检测到配电网的馈线的出口电流后，通过对比所有的出口电流，可以确定发生故障的故障馈线。

步骤104、检测连接至故障馈线的每一下游导线的电流，得到各自对应的检测电流。

确定故障馈线后，检测故障馈线上每一下游导线的电流，得到该下游导线的检测电流。

步骤105、判断第N级下游导线的检测电流是否大于预置电流阈值，若是则执行步骤106，若否则执行步骤107，其中N为正整数。

需要说明的是，N的初始值为1，其在方法的执行过程中可以应步骤内容而变化，并非固定等于1。

步骤106、判断第N级下游导线是否是故障馈线的最末端导线，若是，则将第N级下游导线作为故障线段，若否，则使N+1为新的N后，返回步骤105。

步骤107、判断第N级导线中的所有检测电流是否均小于阈值电流阈值，若是，则将该级中相邻的两检测电流做差，并将差值最大的两检测点之间的导线作为故障线段，若否，则使N+1为新的N后，返回步骤105。

本实施例中，在配电网故障期间，利用PV变换器向配电网注入不同于基频的零序电流，通过不同馈线及分支线之间对采集到的零序电流的分析比较，能够有效实现配电网故障定位，进而有效提升配电网故障定位的准确率，保障配电网实现自愈恢复。

以上为本申请实施例提供的一种配电网故障定位方法的第一实施例，以下为本申请实施例提供的一种配电网故障定位方法的第二实施例。

请参阅图3，本申请实施例中一种配电网故障定位方法的第二实施例的流程示意图，包括：

在执行本实施例中方法的流程步骤之前，如图2所示，首先将配电网通过Y/Y变压器连接PV变换器，为PV变换器和配电网之间的零序网络提供零序通路，其中，Y/Y变压器的网侧中性点经串联的快速开关Sy和电阻Rn后接地，Y/Y变压器的PV侧中性点经电阻Rv接地。闭合快速开关Sy，为PV变换器和配电网之间接通零序通路。

在闭合快速开关Sy时，由于故障已经发生，为减少对配电网基频下的零序电流的影响，电阻Rn不能过小，同时，Rn过大又会影响预置零序电压和预置零序电流的注入。因此，在10kV或20kV的交流配电网内，电阻Rn可取的阻值范围为[20Ω,100Ω]。电阻Rv相比于Rn可以取得小一点，阻值范围为[20Ω,50Ω]。

步骤301、在配电网正常运行时，控制快速开关闭合第一预置时长，并控制PV变换器输出预置零序电压，检测馈线的零序电流。

配电网正常运行时，将快速开关Sy短时闭合。短时闭合是为PV变换器和配电网之间临时提供零序通路，但快速开关Sy闭合后，配电网就变成了一个电阻接地系统，接地方式的变化会对配电网故障态产生影响，但对稳态几乎不会有任何影响，因此，这个短时闭合时间不宜过长，短时闭合时间宜在[5s,10s]之内，且越短越好。

快速开关Sy闭合期间，PV变换器投入电压幅值U₀、频率f₀的预置零序电压。PV变换器的零序控制示意图如图4所示，其中，I₀为预置零序电流的幅值，I_0mes为检测的零序电流，S_w为控制位。

将S_w置于上通道，此时，零序控制输出的即为电压幅值U₀，频率f₀的预置零序电压。为不影响配电网的正常运行，但同时要使得检测点能够成功检测出零序电流，电压幅值U₀不宜过大，也不宜过小，一般可取交流额定电压的10％。频率f₀与基频有一定差距，可取10～20Hz。

与此同时，采集每条馈线频率为f₀的零序电流I_j0(j＝1,2,…,m，假设有m条馈线)，将每条馈线的零序电流相加，计算获得正常工况下的零序总电流I_Σ0。

步骤302、基于第一预置公式，根据所有零序电流确定预置电流阈值。

配电网经常发生网络重构等动作，会导致配电网的零序阻抗发生变化，但一般而言，这种变化是小范围的。因此，根据I_Σ0考虑配电网重构等，设置预置电流阈值I_s0，该预置电流阈值I_s0是后续进行故障定位判断的基准参数。

I_s0＝k_cI_Σ0；

其中，k_c为比例系数，考虑网络重构等因素，可取1.1～1.3。

步骤303、响应于配电网故障指令，闭合快速开关Sy。

需要说明的是，步骤303与第一实施例的步骤101相似，具体可以参见上述描述，在此不再赘述。

步骤304、控制PV变换器输出预置零序电流至配电网，并检测配电网的馈线的出口电流。

PV变换器投入电流幅值I₀，频率f₀的预置零序电流。如图4所示，将控制位S_w切换至下通道，同时将U₀值设置为0，预置零序电流控制通过PR(比例谐振)控制器实现。

其中，预置零序电流的幅值I₀为

I₀＝k_rI_s0；

k_r为比例系数，可取5～10，在充分满足零序电流识别的情况下，不影响配电系统状态。

步骤305、对比所有出口电流，确定配电网的故障馈线。

需要说明的是，故障馈线的确定可以是：

对比所有出口电流，将出口电流最大的馈线作为故障馈线。

故障馈线的确定还可以是：

将每一出口电流和预置电流阈值进行对比，将大于预置电流阈值的出口电流所对应的馈线作为故障馈线。

步骤306、检测连接至故障馈线的每一下游导线的电流，得到各自对应的检测电流。

需要说明的是，步骤306与第一实施例的步骤104相似，具体可以参见上述描述，在此不再赘述。

步骤307、判断第N级下游导线的检测电流是否大于预置电流阈值，若是则执行步骤308，若否则执行步骤309，其中N为正整数。

需要说明的是，步骤307与第一实施例的步骤105相似，具体可以参见上述描述，在此不再赘述。

步骤308、判断第N级下游导线是否是故障馈线的最末端导线，若是，则将第N级下游导线作为故障线段，若否，则使N+1为新的N后，返回步骤307。

需要说明的是，步骤308与第一实施例的步骤106相似，具体可以参见上述描述，在此不再赘述。

步骤309、判断第N级导线中的所有检测电流是否均小于阈值电流阈值，若是，则将该级中相邻的两检测电流做差，并将差值最大的两检测点之间的导线作为故障线段，若否，则使N+1为新的N后，返回步骤307。

最后循环结束，当故障馈线的最末端导线的零序电流都大于I_s0，则表明故障位于该线末端，故障定位完成。上述的过程，同样可以参见说明书附图5，原理与上述过程相同，在此不再赘述。

步骤310、当确定故障线段后，断开快速开关Sy。

本实施例中，在配电网故障期间，利用PV变换器向配电网注入不同于基频的零序电流，通过不同馈线及分支线之间对采集到的零序电流的分析比较，能够有效实现配电网故障定位，进而有效提升配电网故障定位的准确率，保障配电网实现自愈恢复。

以上为本申请实施例提供的一种配电网故障定位方法的第二实施例，以下为本申请实施例提供的一种配电网故障定位装置的实施例，请参阅图6。

本申请实施例中提供的一种配电网故障定位装置，配电网通过Y/Y变压器连接PV变换器，其中，Y/Y变压器的网侧中性点经串联的快速开关Sy和电阻Rn后接地，Y/Y变压器的PV侧中性点经电阻Rv接地，该装置包括：

闭合单元601，用于响应于配电网故障指令，闭合快速开关Sy；

控制单元602，用于控制PV变换器输出预置零序电流至配电网，并检测配电网的馈线的出口电流；

对比单元603，用于对比所有出口电流，确定配电网的故障馈线；

检测单元604，用于检测连接至故障馈线的每一下游导线的电流，得到各自对应的检测电流；

第一判断单元605，用于判断第N级下游导线的检测电流是否大于预置电流阈值，若是则触发第二判断单元606，若否则触发第三判断单元607，其中N为正整数；

第二判断单元606，用于判断第N级下游导线是否是故障馈线的最末端导线，若是，则将第N级下游导线作为故障线段，若否，则使N+1为新的N后，触发第一判断单元605；

第三判断单元606，用于判断第N级导线中的所有检测电流是否均小于阈值电流阈值，若是，则将该级中相邻的两检测电流做差，并将差值最大的两检测点之间的导线作为故障线段，若否，则使N+1为新的N后，触发第一判断单元605。

本实施例提供了一种配电网故障定位装置，在配电网故障期间，利用PV变换器向配电网注入不同于基频的零序电流，通过不同馈线及分支线之间对采集到的零序电流的分析比较，能够有效实现配电网故障定位，进而有效提升配电网故障定位的准确率，保障配电网实现自愈恢复。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种配电网故障定位方法，其特征在于，所述配电网通过Y/Y变压器连接PV变换器，其中，所述Y/Y变压器的网侧中性点经串联的快速开关Sy和电阻Rn后接地，Y/Y变压器的PV侧中性点经电阻Rv接地；

该方法包括步骤：

S1、响应于配电网故障指令，闭合所述快速开关Sy；

S2、控制所述PV变换器输出预置零序电流至所述配电网，并检测所述配电网的馈线的出口电流；

S3、对比所有所述出口电流，确定所述配电网的故障馈线；

S4、检测连接至所述故障馈线的每一下游导线的电流，得到各自对应的检测电流；

S5、判断第N级下游导线的检测电流是否大于预置电流阈值，若是则执行步骤S6，若否则执行步骤S7，其中N为正整数；

S6、判断所述第N级下游导线是否是所述故障馈线的最末端导线，若是，则将所述第N级下游导线作为故障线段，若否，则使N+1为新的N后，返回步骤S5；

S7、判断所述第N级导线中的所有检测电流是否均小于阈值电流阈值，若是，则将该级中相邻的两检测电流做差，并将差值最大的两检测点之间的导线作为所述故障线段，若否，则使N+1为新的N后，返回步骤S5。

2.根据权利要求1所述的配电网故障定位方法，其特征在于，步骤S3具体包括：

对比所有所述出口电流，将所述出口电流最大的馈线作为故障馈线。

3.根据权利要求1所述的配电网故障定位方法，其特征在于，步骤S3具体包括：

将每一所述出口电流和所述预置电流阈值进行对比，将大于所述预置电流阈值的出口电流所对应的馈线作为故障馈线。

4.根据权利要求1所述的配电网故障定位方法，其特征在于，还包括：

在所述配电网正常运行时，控制所述快速开关闭合第一预置时长，并控制所述PV变换器输出预置零序电压，检测所述馈线的零序电流；

基于第一预置公式，根据所有所述零序电流确定所述预置电流阈值，其中，所述第一预置公式包括：

I_s0＝k_cI_Σ0；

式中，I_Σ0为所有零序电流的和，k_c为比例系数，I_s0为预置电流阈值。

5.根据权利要求4所述的配电网故障定位方法，其特征在于，所述第一预置时长的时长范围为：[5s,10s]。

6.根据权利要求4所述的配电网故障定位方法，其特征在于，所述预置零序电压的电压幅值U₀为交流额定电压的10％。

7.根据权利要求6所述的配电网故障定位方法，其特征在于，所述预置零序电压的频率f₀的频率范围为[10Hz,20Hz]。

8.根据权利要求1所述的配电网故障定位方法，其特征在于，所述电阻Rn的阻值范围为[20Ω,100Ω]，所述电阻Rv的阻值范围为[20Ω,50Ω]。

9.根据权利要求1所述的配电网故障定位方法，其特征在于，还包括：

当确定所述故障线段后，断开所述快速开关Sy。

10.一种配电网故障定位装置，其特征在于，所述配电网通过Y/Y变压器连接PV变换器，其中，所述Y/Y变压器的网侧中性点经串联的快速开关Sy和电阻Rn后接地，Y/Y变压器的PV侧中性点经电阻Rv接地，该装置包括：

闭合单元，用于响应于配电网故障指令，闭合所述快速开关Sy；

控制单元，用于控制所述PV变换器输出预置零序电流至所述配电网，并检测所述配电网的馈线的出口电流；

对比单元，用于对比所有所述出口电流，确定所述配电网的故障馈线；

检测单元，用于检测连接至所述故障馈线的每一下游导线的电流，得到各自对应的检测电流；

第一判断单元，用于判断第N级下游导线的检测电流是否大于预置电流阈值，若是则触发第二判断单元，若否则触发第三判断单元，其中N为正整数；

第二判断单元，用于判断所述第N级下游导线是否是所述故障馈线的最末端导线，若是，则将所述第N级下游导线作为故障线段，若否，则使N+1为新的N后，触发所述第一判断单元；

第三判断单元，用于判断所述第N级导线中的所有检测电流是否均小于阈值电流阈值，若是，则将该级中相邻的两检测电流做差，并将差值最大的两检测点之间的导线作为所述故障线段，若否，则使N+1为新的N后，触发所述第一判断单元。

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