CN111308277B - 一种基于d-pmu有限节点信息的配电网复故障定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于D‑PMU有限节点信息的配电网复故障定位方法，包括：在满足电网约束条件以及目标函数的前提下，实现最少最优的D‑PMU节点的优化配置；在D‑PMU优化配置的基础上，对配电网全网拓扑结构进行监测范围集划分，划分监测范围集应在保证故障准确定位的同时，尽可能的减小D‑PMU数量；在监测范围集划分的基础上，通过监测范围集内相电流突变为0或者差动电流超过阈值确定可疑范围集；提出不平衡电流故障定位算法，在可疑范围集内的计算各个节点的不平衡电流值，比较可疑故障域内各节点的不平衡电流值，从而确定复故障位置。

Description

一种基于D-PMU有限节点信息的配电网复故障定位方法

技术领域

本发明属于电力系统配电网保护技术领域，尤其涉及一种基于D-PMU有限节点信息的配电网复故障定位方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

配电网是“发、变、输、配”四大环节中的最后一环，在电力系统中占有十分重要的地位。但是由于一些原因，过去我国在发、输电上较为重视，而轻视配电方面的发展，导致配电网的发展一度不景气。同时我国配电网中性点一般采取小电流接地方式，使得人们对配电网故障处理难度增大。配电网的工作情况对消费者供电的可靠性和电能质量有着很大的影响，它的重要程度越来越高，所以提高配电网故障定位的快速性与准确性至关重要。极端天气发生，导致配电网故障断线故障发生概率大大增加，且多为复杂多重故障，增加了故障的复杂性，为保护可靠性、速动性、选择性与灵敏性的实现带来了挑战。因此，研究准确、快速的配电网复故障区段定位技术具有较高的实用价值。

近年来，通信技术迅猛发展，5G数据通讯已经实现商业化，其高可靠性、低时延性的优点为配电网微型同步相量测量装置(distribution network phasor measurementunit，D-PMU)通信业务的运行打下坚实基础。根据微型同步向量测量装置进行故障定位的方法逐渐走进了学者的视线。其基于全球定位系统(Global positioning system，GPS)统一授时，可以高精度、同步、实时地量测节点电气量幅值相位信息，幅值和相位误差仅为0.5％和0.01°。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种基于D-PMU有限节点信息的配电网复故障定位方法，提出不平衡电流故障定位算法，在可疑范围集内的计算各个节点的不平衡电流值，从而确定复故障位置。

为实现上述目的，本发明的一个或多个实施例提供了如下技术方案：

一种基于D-PMU有限节点信息的配电网复故障定位方法，包括：

在满足电网约束条件以及目标函数的前提下，实现最少最优的D-PMU节点的优化配置；

在D-PMU优化配置的基础上，对配电网全网拓扑结构进行监测范围集划分，划分监测范围集应在保证故障准确定位的同时，尽可能的减小D-PMU数量；

在监测范围集划分的基础上，通过监测范围集内相电流突变为0或者差动电流超过阈值确定可疑范围集；

提出不平衡电流故障定位算法，在可疑范围集内的计算各个节点的不平衡电流值，比较可疑故障域内各节点的不平衡电流值，从而确定复故障位置。

进一步的技术方案，选取范围最小，D-PMU数量最少的监测范围集划分方案，其原则如下：

(1)监测范围集与配电网连接边界必须配置D-PMU；

(2)每个监测范围集至少包含一个D-PMU；

(3)监测范围集的范围尽可能的小。

进一步的技术方案，监测范围集的划分，包括：

第一种记为P₁(a，b)，即两个节点a和b，以及节点之间连接的支路形成一个监测范围集。其中，节点a和b都安装D-PMU。

第二种分为两个情形，其中一种记为P₂(a，b，c)，即节点a，b和c，以及节点a与b之间的支路，节点b与c之间的支路形成一个监测范围集，其中，仅有第一个节点a和第三个节点c安装了D-PMU，同理，另一种记为P₂(a，b，c，d)，即由四个节点a，b，c，d，其中，只有首末两个节点a和d安装了D-PMU；

第三种记为P₃(a，b)或P₃(a，b，c)等类型，这一类区别于前两类，属于配电网拓扑结构末端支路的类型，其中，只有首端节点a安装了D-PMU，另外两个节点因位于配电网的末端支路，不与其他节点相连，所以未安装D-PMU。

进一步的技术方案，确定可疑范围集，根据接地短路故障和断线故障的差异，在全网范围集内同时进行搜索。

进一步的技术方案，在确定了可疑范围集及其类型之后，根据其类型及节点电压方程的变换式计算的不平衡电流值来确定故障位置；

获取的电气量包括安装D-PMU节点的三相电压瞬时值，以及相连各支路三相电流瞬时值；

利用离散傅里叶变换算法将时域的瞬时值转换为频率的相量，选取故障发生时刻3个周波后的正序电压电流分量进行DFT变换。

进一步的技术方案，对于接地短路故障，利用差动电流的思想，将监测范围集视为一个节点，根据基尔霍夫定律电流计算流出、流入范围集电流和，根据其电流大小确定可疑范围集，并判断范围集属于哪一类；

若监测到范围集的电流和大于阈值，则是可疑范围集；反之，若电流和小于阈值，则不是可疑范围集；

对于断线故障，检测每一个范围集内是否存在一相或多相电流突变为0，若监测到的范围集存在相电流突变为0，则为可疑范围集，反之，就不是可疑范围集。

进一步的技术方案，完成D-PMU配置后，将监测范围集划分为三种类型P1，P2和P3；

通过获取各配置D-PMU节点的电气量，经对称分量变换为正序分量；根据相电流突变为0或者差动电流高于阈值确定出可疑故障域，并判断其属于哪一种类型，若为第一类故障域P1可直接确定故障位置；

若为第二类故障域P2和第三类故障域P3，则再根据故障定位算法进一步进行计算可疑范围集内各节点的不平衡电流值，来精确故障位置。

进一步的技术方案，对于复故障，当系统中不同的两处地方发生接地短路故障时，系统由n个节点组成，用故障前的节点导纳矩阵来代替故障后的节点导纳矩阵，简化不平衡电流的公式，根据该公式，除了与故障节点连接的节点之外，其他节点的不平衡电流应该等于零，根据不平衡电流的大小来确定故障的位置，达到故障定位的目的。

进一步的技术方案，如果是断线故障，故障后节点导纳矩阵Y_f可能为n维即三相断线或者(n+2)维即单相断线或者两相断线，即不增加节点或者增加两个节点；

同样将故障节点所在的行或者列删去，同时，故障节点的电气量无法直接获得，计算不平衡电流也将其直接去掉；

修改后的正序节点导纳矩阵Y_f'与故障前的正序节点导纳矩阵不同的矩阵元素只有和故障节点相连节点的自导纳、互导纳；

系统发生复故障，正序节点导纳矩阵可能会增加1维：一处断线，一处接地短路，2维：一处三相断线，一处非全相断线或者一处接地短路，一处接地短路，3维：一处非全相断线，一处接地短路，或是4维：一处非全相断线，一处非全相断线。

以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：

本方案提出构造监测范围集的方法，在减少所需D-PMU数量的同时，对全配电网进行区域划分。在此基础上，通过监测范围集内相电流突变为0或者差动电流超过阈值确定可疑范围集。提出不平衡电流故障定位算法，在可疑范围集内的计算各个节点的不平衡电流值，从而确定复故障位置。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明的故障定位流程图；

图2为含DG的修正的IEEE33节点配电网图；

图3为监测范围集类型一；

图4为监测范围集类型二；

图5为监测范围集类型三；

图6为可疑范围集计算流程图；

图7为故障后不可观情况示意图；

图8为仿真算例1的可疑监测集不平衡电流值柱形图；

图9为仿真算例2的可疑监测集不平衡电流值柱形图。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例一

本实施例公开了一种基于D-PMU有限节点信息的配电网复故障定位方法，首先基于配电网的拓扑结构进行D-PMU的优化配置，与故障定位算法相结合；其次，在此D-PMU配置的基础上提出监测范围集的概念，根据一定的约束条件将配电网划分为不同的范围集合，并将其归类为三种类型，作为故障定位算法的基础；最后，通过判据确定可疑范围集，并进行不平衡电流算法研究，分情况进行讨论分析。复故障为单一故障的组合，现先对单一故障的发明内容做进一步说明，本发明的故障定位流程如图1所示。

步骤1、D-PMU的优化布置；

步骤2、监测范围集划分；

步骤3、确定可疑范围集；

步骤4、不平衡电流计算；

步骤5、确定复故障区段；

所述步骤1中，由于D-PMU未实现规模化生产与应用，考虑经济性、数据体量等原因，使得全网各节点配置D-PMU的目标难以实现。因此，在满足电网约束条件以及目标函数的前提下，能够最少最优的进行D-PMU节点的优化配置是一个基础且重要的内容。

所述步骤2中，在D-PMU优化配置的基础上，对配电网全网拓扑结构进行监测范围集划分。划分监测范围集应在保证故障准确定位的同时，尽可能的减小D-PMU数量。选取范围最小，D-PMU数量最少的监测范围集划分方案。其原则如下：

(1)监测范围集与配电网连接边界必须配置D-PMU；

(2)每个监测范围集至少包含一个D-PMU；

(3)监测范围集的范围尽可能的小；

所述步骤3中，确定可疑范围集，根据接地短路故障和断线故障的差异，在全网范围集内同时进行搜索。

所述步骤4中，在确定了可疑范围集及其类型之后，根据其类型及节点电压方程的变换式计算的不平衡电流值来确定故障位置。获取的电气量包括安装D-PMU节点的三相电压瞬时值，以及相连各支路三相电流瞬时值。利用离散傅里叶变换算法将时域的瞬时值转换为频率的相量，选取故障发生时刻3个周波后的正序电压电流分量进行DFT变换。

所述步骤5中，比较可疑故障域内各节点的不平衡电流值，进行故障定位。

本发明提出一种基于D-PMU有限节点信息的配电网复故障定位方法。根据D-PMU优化配置方案，完成D-PMU配置后，将监测范围集划分为三种类型P1，P2和P3。通过获取各配置D-PMU节点的电气量，经对称分量变换为正序分量。根据相电流突变为0或者差动电流高于阈值确定出可疑故障域，并判断其属于哪一种类型，若为第一类故障域P1可直接确定故障位置；若为第二类故障域P2和第三类故障域P3，则再根据本文的故障定位算法进一步进行计算可疑范围集内各节点的不平衡电流值，来精确故障位置。

具体实施例子中，在基于系统可观性的基础上，考虑了系统每个节点的关联度，该节点指配电网的环网柜、柱上开关等位置，称为一个节点。其目标函数及其约束条件如下：

s.t.M＝A_rel×K M≥E_N×1 (2)

其中，N为系统节点个数，M为节点的可观性矩阵，A_rel＝[a_ij]_N×N；

c_i为K的权重系数，表征在节点i安装D-PMU的费用，取c_i＝1；k_i为待求的目标函数值，即系统D-PMU的配置情况，k_i＝1表示该节点i安装了D-PMU，反之，k_i＝0则表示该节点不安装，即

矩阵A_rel为节点联结关系矩阵，表示节点间连接关系。若节点i与节点j相连接，则a_ij＝1；反之，若不相连，则a_ij＝0；对角线元素(i＝j)设为1，即公式(5)

对于约束条件一，即公式(2)，将其展开：

m_i＝a_i1k₁+a_i2k₂+…+a_iik_i+…+a_iNk_N≥1 (6)

式中k_i为节点配置D-PMU的情况，若节点i装配D-PMU，则公式中a_iik_i数值等于1，满足约束条件一；若与节点i相连的节点j装配了D-PMU，则公式中a_ijk_j项数值为1，这种情况下节点i电压值则可以通过节点j求得，即节点i可观，此时节点i也满足约束条件一；若节点i本身没有装配D-PMU，且与节点i相连的所有节点都未装配D-PMU，则m_i＝0，不满足约束条件，需要避免出现。

对于约束条件二，即公式(3)，将其展开：

a_i1+a_i2+…+a_ii+…+a_iN≥3 (7)

式(7)中，取b＝3，即在连接支路数超过三条的节点上安装D-PMU装置。

具体实施例子中，监测范围集的划分主要分为以下三种：

(1)如图3所示，第一种记为P₁(a，b)，即两个节点a和b，以及节点之间连接的支路形成一个监测范围集。其中，节点a和b都安装D-PMU。

(2)如图4所示，第二种分为两个情形，其中一种记为P₂(a，b，c)，即节点a，b和c，以及节点a与b之间的支路，节点b与c之间的支路形成一个监测范围集。其中，仅有第一个节点a和第三个节点c安装了D-PMU。同理，另一种记为P₂(a，b，c，d)，即由四个节点a，b，c，d，其中，只有首末两个节点a和d安装了D-PMU。

(3)如图5所示，第三种记为P₃(a，b)或P₃(a，b，c)等类型，这一类区别于前两类，属于配电网拓扑结构末端支路的类型，例如图3中第二种情形，其中，只有首端节点a安装了D-PMU，另外两个节点因位于配电网的末端支路，不与其他节点相连，所以未安装D-PMU。

划分监测范围集如图2所示，短虚线为第一类范围集，点划线为第二类范围集，长虚线为第三类范围集。

具体实施例子中，对于接地短路故障，利用差动电流的思想，将监测范围集视为一个节点，此处节点是电路中的基尔霍夫电流定律的等效理解，根据基尔霍夫定律电流计算流出、流入范围集电流和，根据其电流大小确定可疑范围集，并判断范围集属于哪一类。若监测到范围集的电流和大于阈值，则是可疑范围集；反之，若电流和小于阈值，则不是可疑范围集。对于断线故障，检测每一个范围集内是否存在一相或多相电流突变为0，若监测到的范围集存在相电流突变为0，则为可疑范围集，反之，就不是可疑范围集。

特别说明的是，对于接地短路故障而言，不含分布式电源的监测范围集的电流和应为线路边界电流之和。在理想情况下始终等于零，在实际电网中也只有线路损耗造成的很小误差，设置为I_set1＝0.2kA，在实际应用中可适当调整大小。对于含分布式电源的监测范围集，某一节点为分布式电源，范围集的电流和应为分布式电源流入范围集电流与线路边界电流之和。此情景下的范围集，正常理想情况下电流和为略大于0，在发生故障时，监测范围集的电流和远大于零，阈值可以设置为I_set2＝0.5KA。可疑范围集计算流程如图6所示。

如果P₁类监测范围集判定为可疑范围集，其集合只包含两个节点，可直接判断出故障位置；如果P₂和P₃类监测范围集判定为可疑范围集，其集合内包含两个以上节点，需进行进一步的不平衡电流计算。

具体实施例子中，对于复故障来说，以系统中不同的两处地方发生接地短路故障为例，假设有一个系统由n个节点组成，接地点为参考节点，假定其编号为零，b条支路组成，其节点导纳矩阵可以表示为：

假设节点i与j之间，w与v之间各通过一条支路连接，则i与j和w与v之间的两节点之间存在互导纳，则其表示形式如上式所示。现假设节点i与节点j之间的线路f₁点发生了接地短路故障，节点w与节点v之间的线路f₂点也发生了接地短路故障，则故障后的节点导纳矩阵新增了两个故障节点f₁与f₂，与2个故障节点相连接的4条支路的参数发生改变，则相应的与该支路相连接的节点的互导纳和自导纳也会发生变化，其公式如下：

除了新增的故障节点f₁与f₂的自导纳，以及f₁与节点i及节点j的互导纳和f₂与节点w及节点v的互导纳之外，其余节点的互导纳都为零；对于节点i、j与节点w、v来讲，因为新增的故障节点，其自导纳和彼此的互导纳也发生了变化；对于其他节点来说，因为系统的结构参数都没有发生变化，所以其自导纳和互导纳都没有发生改变，与故障前的导纳矩阵元素是相同的。

Y_f与故障前的节点导纳矩阵Y对比后发现，若去掉故障节点的自导纳与互导纳所在的第f₁、f₂行与第f₁、f₂列，则其不同的矩阵元素只有节点i、j与节点w、v的自导纳与彼此的互导纳8个元素不相同，即元素Y_ii、Y_ij、Y_jj、Y_ji、Y_ww、Y_vv、Y_wv、Y_vw。但可以发现，去掉故障节点的自导纳与互导纳之后，故障前后的节点导纳矩阵维度是一样的，因为故障处的故障电压与故障电流无法直接获得，所以我们在计算不平衡电流的时候，也将其直接去掉，则修改后的节点电压方程简化公式为：

对于任意一个节点k，其节点注入电流值应该等于

而公式(22)中，因为去掉了故障节点的导纳矩阵元素与电压值，所以会有一个误差Y_kfU_ff存在，但在上文分析中可知，除了与故障节点f₁、f₂连接点的节点i j与节点w v之外，其他节点与故障节点f₁、f₂之间没有直接的支路连接，所以其互导纳应该等于零。所以，除了节点i、j与节点w、v之外的节点注入电流大小并不会受到影响。

在公式(22)中，因为故障后修改的节点导纳矩阵还是有未知元素存在，而这8个未知元素中，恰巧都是节点i、j与节点w、v的自导纳与彼此的互导纳，所以可以用故障前的节点导纳矩阵来代替故障后的节点导纳矩阵，这样公式等号右边的部分就都成为了已知量，不平衡电流的公式也可以得到如下：

I_unb＝YU′_f-I′_f (12)

由以上分析可知，除了与故障节点连接的节点i、j与节点w、v之外，其他节点的不平衡电流应该等于零，这样就可以根据不平衡电流的大小来确定故障的位置，达到故障定位的目的。

上面是对接地短路故障进行分析，每一个接地短路故障都会增加节点导纳矩阵的一维，如果是断线故障，故障后节点导纳矩阵Y_f可能为n维(三相断线)或者(n+2)维(单相断线或者两相断线)，即不增加节点或者增加两个节点。同样将故障节点所在的行或者列删去，同时，故障节点的电气量无法直接获得，计算不平衡电流也将其直接去掉。修改后的正序节点导纳矩阵Y_f'与故障前的正序节点导纳矩阵不同的矩阵元素只有和故障节点相连节点的自导纳、互导纳。系统发生复故障(以双重复故障为主)，正序节点导纳矩阵可能会增加1维(一处断线，一处接地短路)，2维(一处三相断线，一处非全相断线或者一处接地短路，一处接地短路)，3维(一处非全相断线，一处接地短路)，也可能是4维(一处非全相断线，一处非全相断线)。下面分别对配电网一处发生三相接地短路，一处单相断线和一处为单相接地短路，一处为三相断线进行仿真验证。

仿真例子：

修正的IEEE33节点配电网模型的基准电压为10KV，基准功率为10MW。分布式电源有功输出为1MW，无功为0。模型中每一个节点都存在负荷，在发生故障后，负荷电流幅值会明显变小，可以忽略不计。比较可疑故障域内的各个节点不平衡电流值，比较得到故障区段。

仿真1：设置三相短路接地故障发生在监测范围集(2，3)之间，单相断线故障发生在监测范围集(15，16，17，18)中的16与17节点之间，根据确定可疑故障域的判据，监测范围集(2，3)和(15，16，17，18)是可疑范围集。所以复故障之一便可以确定为为节点2-3间的连线上。再对可疑范围集(15，16，17，18)进行范围集内部各个节点的不平衡电流计算，由图8可得，节点16、17的不平衡电流值明显大于15、18节点，且15、18节点的不平衡电流值几乎为0。综上，故障节点在节点2-3之间和节点16-17之间。

仿真2：设置单相短路接地故障发生在监测范围集(3，23，24，25)的节点23与24之间，三相断线故障发生在监测范围集(15，16，17，18)中的16与17节点之间，根据确定可疑故障域的判据，监测范围集(3，23，24，25)和(15，16，17，18)是可疑范围集。所以复故障之一便可以确定为为节点2-3间的连线上。再对可疑范围集(3，23，24，25)与(15，16，17，18)进行范围集内部各个节点的不平衡电流计算，由图9可得，在范围集(3，23，24，25)中，节点23、24的不平衡电流值明显大于节点3，25；在范围集(15，16，17，18)中，节点16、17的不平衡电流值明显大于15、18节点，且15、18节点的不平衡电流值几乎为0。综上，故障节点在节点23-24之间和节点16-17之间。

实施例二

本实施例的目的是提供一种计算装置，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现以下步骤，包括：

在满足电网约束条件以及目标函数的前提下，实现最少最优的D-PMU节点的优化配置；

在D-PMU优化配置的基础上，对配电网全网拓扑结构进行监测范围集划分，划分监测范围集应在保证故障准确定位的同时，尽可能的减小D-PMU数量；

在监测范围集划分的基础上，通过监测范围集内相电流突变为0或者差动电流超过阈值确定可疑范围集；

提出不平衡电流故障定位算法，在可疑范围集内的计算各个节点的不平衡电流值，比较可疑故障域内各节点的不平衡电流值，从而确定复故障位置。

实施例三

本实施例的目的是提供一种计算机可读存储介质。

一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时执行以下步骤：

在满足电网约束条件以及目标函数的前提下，实现最少最优的D-PMU节点的优化配置；

在D-PMU优化配置的基础上，对配电网全网拓扑结构进行监测范围集划分，划分监测范围集应在保证故障准确定位的同时，尽可能的减小D-PMU数量；

在监测范围集划分的基础上，通过监测范围集内相电流突变为0或者差动电流超过阈值确定可疑范围集；

提出不平衡电流故障定位算法，在可疑范围集内的计算各个节点的不平衡电流值，比较可疑故障域内各节点的不平衡电流值，从而确定复故障位置。

实施例四

一种基于D-PMU有限节点信息的配电网复故障定位系统，包括：

D-PMU节点的优化配置模块，在满足电网约束条件以及目标函数的前提下，实现最少最优的D-PMU节点的优化配置；

监测范围集划分模块，在D-PMU优化配置的基础上，对配电网全网拓扑结构进行监测范围集划分，划分监测范围集应在保证故障准确定位的同时，尽可能的减小D-PMU数量；

可疑范围集确定模块，在监测范围集划分的基础上，通过监测范围集内相电流突变为0或者差动电流超过阈值确定可疑范围集；

复故障位置确定模块，提出不平衡电流故障定位算法，在可疑范围集内的计算各个节点的不平衡电流值，比较可疑故障域内各节点的不平衡电流值，从而确定复故障位置。

以上实施例二、三和四的装置中涉及的各步骤与方法实施例一相对应，具体实施方式可参见实施例一的相关说明部分。术语“计算机可读存储介质”应该理解为包括一个或多个指令集的单个介质或多个介质；还应当被理解为包括任何介质，所述任何介质能够存储、编码或承载用于由处理器执行的指令集并使处理器执行本发明中的任一方法。

本领域技术人员应该明白，上述本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算机装置来实现，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。本发明不限制于任何特定的硬件和软件的结合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (11)

1.一种基于D-PMU有限节点信息的配电网复故障定位方法，其特征是，包括：

在满足电网约束条件以及目标函数的前提下，进行最少最优的D-PMU节点的优化配置；

在D-PMU优化配置的基础上，对配电网全网拓扑结构进行监测范围集划分，划分监测范围集应在保证故障准确定位的同时，减小D-PMU数量；

在监测范围集划分的基础上，通过监测范围集内相电流突变为0或者差动电流超过阈值确定可疑范围集；

利用不平衡电流公式，在可疑范围集内的计算各个节点的不平衡电流值，比较可疑故障域内各节点的不平衡电流值，确定复故障位置；

选取范围最小，D-PMU数量最少的监测范围集划分方案，其原则如下：

(1)监测范围集与配电网连接边界必须配置D-PMU；

(2)每个监测范围集至少包含一个D-PMU；

(3)监测范围集的范围小。

2.如权利要求1所述的一种基于D-PMU有限节点信息的配电网复故障定位方法，其特征是，监测范围集的划分，包括：

第一种记为P₁(a，b)，即两个节点a和b，以及节点之间连接的支路形成一个监测范围集，其中，节点a和b都安装D-PMU；

第二种分为两个情形，其中一种记为P₂(a，b，c)，即节点a，b和c，以及节点a与b之间的支路，节点b与c之间的支路形成一个监测范围集，其中，仅有第一个节点a和第三个节点c安装了D-PMU，同理，另一种记为P₂(a，b，c，d)，即由四个节点a，b，c，d，其中，只有首末两个节点a和d安装了D-PMU；

第三种记为P₃(a，b)或P₃(a，b，c)类型，这一类区别于前两类，属于配电网拓扑结构末端支路的类型，其中，只有首端节点a安装了D-PMU，另外两个节点因位于配电网的末端支路，不与其他节点相连，所以未安装D-PMU。

3.如权利要求1所述的一种基于D-PMU有限节点信息的配电网复故障定位方法，其特征是，确定可疑范围集，根据接地短路故障和断线故障的差异，在全网范围集内同时进行搜索。

4.如权利要求3所述的一种基于D-PMU有限节点信息的配电网复故障定位方法，其特征是，在确定了可疑范围集及其类型之后，根据其类型及节点电压方程的变换式计算的不平衡电流值来确定故障位置；

获取的电气量包括安装D-PMU节点的三相电压瞬时值，以及相连各支路三相电流瞬时值；

利用离散傅里叶变换算法将时域的瞬时值转换为频率的相量，选取故障发生时刻3个周波后的正序电压电流分量进行DFT变换。

5.如权利要求3-4任一项所述的一种基于D-PMU有限节点信息的配电网复故障定位方法，其特征是，对于接地短路故障，利用差动电流的思想，将监测范围集视为一个节点，根据基尔霍夫定律电流计算流出、流入范围集电流，根据其电流大小确定可疑范围集，并判断范围集属于哪一类；

若监测到范围集的电流和大于阈值，则是可疑范围集；反之，若电流和小于阈值，则不是可疑范围集；

对于断线故障，检测每一个范围集内是否存在一相或多相电流突变为0，若监测到的范围集存在相电流突变为0，则为可疑范围集，反之，就不是可疑范围集。

6.如权利要求1所述的一种基于D-PMU有限节点信息的配电网复故障定位方法，其特征是，完成D-PMU配置后，将监测范围集划分为三种类型P1，P2和P3；

通过获取各配置D-PMU节点的电气量，经对称分量变换为正序分量；根据相电流突变为0或者差动电流高于阈值确定出可疑故障域，并判断其属于哪一种类型，若为第一类故障域P1可直接确定故障位置；

若为第二类故障域P2和第三类故障域P3，则再根据故障定位算法进一步进行计算可疑范围集内各节点的不平衡电流值，来精确故障位置。

7.如权利要求1所述的一种基于D-PMU有限节点信息的配电网复故障定位方法，其特征是，对于复故障，当系统中不同的两处地方发生接地短路故障时，系统由n个节点组成，用故障前的节点导纳矩阵来代替故障后的节点导纳矩阵，简化不平衡电流的公式，根据该公式，除了与故障节点连接的节点之外，其他节点的不平衡电流应该等于零，根据不平衡电流的大小来确定故障的位置，达到故障定位的目的。

8.如权利要求7所述的一种基于D-PMU有限节点信息的配电网复故障定位方法，其特征是，如果是断线故障，故障后节点导纳矩阵Y_f为n维即三相断线或者(n+2)维即单相断线或者两相断线，即不增加节点或者增加两个节点；

同样将故障节点所在的行或者列删去，同时，故障节点的电气量无法直接获得，计算不平衡电流也将其直接去掉；

修改后的正序节点导纳矩阵Y′_f与故障前的正序节点导纳矩阵不同的矩阵元素只有和故障节点相连节点的自导纳、互导纳；

系统发生复故障，正序节点导纳矩阵会增加1维：一处断线，一处接地短路，2维：一处三相断线，一处非全相断线或者一处接地短路，一处接地短路，3维：一处非全相断线，一处接地短路，或是4维：一处非全相断线，一处非全相断线。

9.一种计算装置，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征是，所述处理器执行所述程序时实现权利要求1-8任一所述的一种基于D-PMU有限节点信息的配电网复故障定位方法步骤。

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征是，该程序被处理器执行时执行权利要求1-8任一所述的一种基于D-PMU有限节点信息的配电网复故障定位方法步骤。

11.一种基于D-PMU有限节点信息的配电网复故障定位系统，其特征是，包括：

D-PMU节点的优化配置模块，在满足电网约束条件以及目标函数的前提下，实现最少最优的D-PMU节点的优化配置；

监测范围集划分模块，在D-PMU优化配置的基础上，对配电网全网拓扑结构进行监测范围集划分，划分监测范围集应在保证故障准确定位的同时，减小D-PMU数量；

可疑范围集确定模块，在监测范围集划分的基础上，通过监测范围集内相电流突变为0或者差动电流超过阈值确定可疑范围集；

复故障位置确定模块，利用不平衡电流公式，在可疑范围集内的计算各个节点的不平衡电流值，比较可疑故障域内各节点的不平衡电流值，从而确定复故障位置；

选取范围最小，D-PMU数量最少的监测范围集划分方案，其原则如下：

(1)监测范围集与配电网连接边界必须配置D-PMU；

(2)每个监测范围集至少包含一个D-PMU；

(3)监测范围集的范围小。

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