CN111426915A - 一种分布式小电流接地故障定位方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种分布式小电流接地故障定位方法根据矩阵理论对分布式故障定位系统拓扑查询结果进行建模，利用拓扑描述矩阵反应控制域内各节点间的相应位置。利用各终端采集节点的暂态零序电压和零序电流信号求取暂态无功功率方向，形成故障信息矩阵；最后将拓扑描述矩阵和故障信息矩阵相结合形成故障判断矩阵，应用故障统一判据，确定故障所在区段。该方法利用矩阵理论计算量小、直观等优势，实现了线路拓扑与故障信息的有效融合，适用于主从控制或主从和协同控制相结合的控制模式，提高故障路径查找速度，而且有效解决了配电线路T型接线处以及末端故障等故障定位盲区，从而提高了配电网分布式小电流接地故障定位的准确率。

Description

一种分布式小电流接地故障定位方法

技术领域

本申请涉及电气技术领域，尤其涉及一种分布式小电流接地故障定位方法。

背景技术

我国10kV及以下中低压配电网中性点广泛采用不接地或经消弧线圈接地方式运行，发生单相(小电流)接地故障时故障信号微弱，不易检测，而单相接地故障发生频率高，加之配电网分支众多、负荷分布随机等原因，使的小电流接地故障定位成为配电网故障处理的一大技术难题。

目前小电流接地故障定位方法主要分为集中型FA(feeder automation,馈线自动化)和就地型FA，其中就地型FA又分为重合器式和智能分布式两类，智能分布式FA以其参与环节少、动作速度快、不依赖主站等优势成为研究热点。

智能分布式控制方法主要分为协同式控制和主从式控制，其中主从式控制模式是由主控终端接收控制域内从终端上传的故障信息，结合线路拓扑结构，判断故障区段，但如何将线路拓扑结构和故障信息有效融合，对提高主从控制模式下故障定位速度和准确性具有重要意义。

发明内容

本申请提供了一种分布式小电流接地故障定位方法，以解决判断电网故障区段的技术问题。

为了解决上述技术问题，本申请实施例公开了如下技术方案：

本申请实施例公开了一种分布式小电流接地故障定位方法，包括：

根据矩阵理论对分布式故障定位系统拓扑查询结果建立拓扑描述矩阵；

采集各节点的零序电压和零序电流信号；

利用所述零序电压和所述零序电流求取各所述节点的暂态无功功率方向；

利用所述暂态无功功率方向组建故障信息矩阵；

利用所述故障信息矩阵与所述拓扑描述矩阵得到故障判断矩阵；

利用所述故障判断矩阵和故障统一判据，确定故障所在区段。

可选的，根据矩阵理论对分布式故障定位系统拓扑查询结果建立拓扑描述矩阵，包括：

对分布式故障定位系统进行线路拓扑查询，得到拓扑查询结果；

根据所述拓扑查询结果，以各从终端为节点，将各所述节点的地址信息进行统一编码，同时设定由电源节点至各末端节点为正方向；

建立拓扑描述矩阵D，若有n个节点的线路，则构造一个n×n的方阵，矩阵D_n×n中的元素d_ij定义如下：

可选的，利用所述零序电压和所述零序电流求取各所述节点的暂态无功功率方向，包括：

将所述零序电压与预设阈值进行比较。

如果存在n个连续的节点中有n-1个的零序电压幅值大于所述阈值，利用所述零序电压和所述零序电流求取各所述节点的暂态无功功率方向。连续的节点表示电流依次各沿节点流过，此处n≥3。

否则，返回采集各节点的零序电压和零序电流信号。

可选的，所述利用所述零序电压和所述零序电流求取各所述节点的暂态无功功率方向的过程为：

对所述零序电压和所述零序电流的暂态量进行滤波处理，提取预设频带内的零序电压暂态信号和零序电流暂态信号；

利用所述零序电压暂态信号和所述零序电流暂态信号，求取各所述节点的暂态无功功率；

利用所述暂态无功功率计算暂态无功功率方向。

可选的，利用所述零序电压和所述零序电流求取各所述节点的暂态无功功率方向，包括：

将所述零序电压与预设阈值进行比较；

如果存在n个连续的节点中有n-1个的零序电压幅值大于所述阈值，利用所述零序电压和所述零序电流求取各所述节点的暂态无功功率方向；

否则，返回采集各节点的零序电压和零序电流信号。

可选的，利用所述零序电压和所述零序电流求取各所述节点的暂态无功功率方向的计算过程为：

对所述零序电压和所述零序电流的暂态量进行滤波处理，提取预设频带内的零序电压暂态信号和零序电流暂态信号；

利用所述零序电压暂态信号和所述零序电流暂态信号，求取各所述节点的暂态无功功率；

利用所述暂态无功功率计算暂态无功功率方向。

可选的，求取各所述节点的暂态无功功率的计算公式为：

式(2)中：S_m为节点m的暂态无功功率；u₀为节点m的暂态零序电压；

为u₀(t)的Hilbert变换；T为暂态过程数据长度。

可选的，利用所述暂态无功功率计算暂态无功功率方向，计算公式为：Q_m＝signS_m(3),式(3)中，S_m所述暂态无功功率。

可选的，所述预设频带为：2kHz～100kHz。

可选的，所述预设阈值为：

U_OD＝K_relU₀ (1)

式(1)中，K_rel为可靠系数；U₀为流过所述节点的零序电压的有效值。

与现有技术相比，本申请的有益效果为：

本申请实施例公开了一种分布式小电流接地故障定位方法根据矩阵理论对分布式故障定位系统拓扑查询结果进行建模，利用拓扑描述矩阵反应控制域内各节点间的相应位置。利用各终端采集节点的暂态零序电压和零序电流信号求取暂态无功功率方向，形成故障信息矩阵；最后将拓扑描述矩阵和故障信息矩阵相结合形成故障判断矩阵，应用故障统一判据，确定故障所在区段。该方法利用矩阵理论计算量小、直观等优势，实现了线路拓扑与故障信息的有效融合，适用于主从控制或主从和协同控制相结合的控制模式，提高故障路径查找速度，而且有效解决了配电线路T型接线处以及末端故障等故障定位盲区，从而提高了配电网分布式小电流接地故障定位的准确率。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种分布式小电流接地故障定位方法流程图；

图2为本申请实施例提供的一种馈线架构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，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，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部实施例。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，都应当属于本申请保护的范围。

本实施例的实现基于主从控制模式分布式故障定位系统，由线路监测终端、通信网络以及配电自动化主站构成。由线路出口终端充当主控终端，线路其他终端充当从终端，线路监测终端主要包括配电自动化终端、故障指示器等。

结合图1所示，本申请实施例提供了一种分布式小电流接地故障定位方法，包括：

S100：根据矩阵理论对分布式故障定位系统拓扑查询结果建立拓扑描述矩阵。

对分布式故障定位系统进行线路拓扑查询，得到拓扑查询结果。根据所述拓扑查询结果，以各从终端为节点，将各所述节点的地址信息进行统一编码，同时设定由电源节点至各末端节点为正方向。

建立拓扑描述矩阵D，若有a个节点的线路，则构造一个a×a的方阵，矩阵D_a×a中的元素d_ij定义如下：

S200：采集各节点的零序电压和零序电流信号。主从控制模式分布式故障定位系统中的各从终端采集相对应节点的零序电压和零序电流信号。

S300：利用所述零序电压和所述零序电流求取各所述节点的暂态无功功率方向。

将所述零序电压与预设阈值进行比较。其中，所述预设阈值为：

U_OD＝K_relU₀ (1)

式(1)中，K_rel为可靠系数；U₀为流过所述节点的零序电压的有效值。

如果存在n个连续的节点中有n-1个的零序电压幅值大于所述阈值，利用所述零序电压和所述零序电流求取各所述节点的暂态无功功率方向。否则，返回采集各节点的零序电压和零序电流信号。其中，n≥3。

利用所述零序电压和所述零序电流求取各所述节点的暂态无功功率方向的具体过程为：对所述零序电压和所述零序电流的暂态量进行滤波处理，提取预设频带内的零序电压暂态信号和零序电流暂态信号。

利用所述零序电压暂态信号和所述零序电流暂态信号，求取各所述节点的暂态无功功率，计算公式为：

式(2)中：S_m为节点m的暂态无功功率；u₀为节点m的暂态零序电压；

为u₀(t)的Hilbert变换；T为暂态过程数据长度。

利用所述暂态无功功率计算暂态无功功率方向，计算公式为：Q_m＝signS_m(3),

式(3)中，S_m所述暂态无功功率。

S400：利用所述暂态无功功率方向组建故障信息矩阵,故障信息矩阵G的定义为：

G＝Diag[Q_m] (4)。

S500：利用所述故障信息矩阵与所述拓扑描述矩阵得到故障判断矩阵。将所述故障信息矩阵与所述拓扑描述矩阵相加，得到：P＝D+G。

S600：利用所述故障判断矩阵和故障统一判据，确定故障所在区段。

故障统一判据如下：

A：当p_ii＝-1，p_ij＝1，且p_jj＝1时，故障位于节点i和节点j之间。

B：当p_ii＝-1，p_ij＝1，p_ik＝1时，

若p_jj＝1，p_kk＝1，则故障位于节点i、j、k之间(T型节点处)；

若p_jj＝1，p_kk＝-1，则故障位于节点k的下游。

C：若故障查找路径中均满足p_ii＝-1，则故障位于路径最末节点的下游。

本申请还提供了一个示例，以便更加直观地理解本申请。

如图2所示，该示例提供了一种馈线架构示意图。

(1)建立拓扑描述矩阵

(2)不同故障位置下故障信息矩阵

k1点故障时：G＝Diag[-1,-1,1,-1,1]；

k2点故障时：G＝Diag[-1,-1,1,1,1]；

k3点故障时：G＝Diag[-1,-1,-1,1,1]；

(3)对应故障判断矩阵：

k1：

k2：

k3：

(4)利用故障统一判据确定故障区段：

k1点故障时：由电源节点开始查找，p₁₁＝-1，p₁₂＝1，p₂₂＝-1，继续向2节点相邻节点查找，p₂₃＝1，p₃₃＝1，但因为p₂₄＝1，p₄₄＝-1，满足判据2所以继续向节点4相邻节点查找，p₄₅＝1，p₅₅＝1，满足判据A，所以故障位于节点4和节点5之间。

k2点故障时：由电源节点开始查找，p₁₁＝-1，p₁₂＝1，p₂₂＝-1，继续向2节点相邻节点查找，p₂₃＝1，p₃₃＝1，同时，p₂₄＝1，p₄₄＝1，满足判据B所以故障位于2、3、4节点之间。

k3点故障时：由电源节点开始查找，p₁₁＝-1，p₁₂＝1，p₂₂＝-1，继续向2节点相邻节点查找，p₂₃＝1，p₃₃＝-1，同时，p₂₄＝1，p₄₄＝1，满足判据B所以继续向节点3相邻节点查找，但节点3为末端节点，而且故障查找路径中各节点均为-1，所以故障位于末端节点3下游。

本申请实施例公开了一种分布式小电流接地故障定位方法根据矩阵理论对分布式故障定位系统拓扑查询结果进行建模，利用拓扑描述矩阵反应控制域内各节点间的相应位置。利用各终端采集节点的暂态零序电压和零序电流信号求取暂态无功功率方向，形成故障信息矩阵；最后将拓扑描述矩阵和故障信息矩阵相结合形成故障判断矩阵，应用故障统一判据，确定故障所在区段。该方法利用矩阵理论计算量小、直观等优势，实现了线路拓扑与故障信息的有效融合，适用于主从控制或主从和协同控制相结合的控制模式，提高故障路径查找速度，而且有效解决了配电线路T型接线处以及末端故障等故障定位盲区，从而提高了配电网分布式小电流接地故障定位的准确率。

由于以上实施方式均是在其他方式之上引用结合进行说明，不同实施例之间均具有相同的部分，本说明书中各个实施例之间相同、相似的部分互相参见即可。在此不再详细阐述。

需要说明的是，在本说明书中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的电路结构、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种电路结构、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，有语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的电路结构、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里发明的公开后，将容易想到本申请的其他实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由权利要求的内容指出。

以上所述的本申请实施方式并不构成对本申请保护范围的限定。

Claims (8)

1.一种分布式小电流接地故障定位方法，其特征在于，包括：

根据矩阵理论对分布式故障定位系统拓扑查询结果建立拓扑描述矩阵；

采集各节点的零序电压和零序电流信号；

利用所述零序电压和所述零序电流求取各所述节点的暂态无功功率方向；

利用所述暂态无功功率方向组建故障信息矩阵；

利用所述故障信息矩阵与所述拓扑描述矩阵得到故障判断矩阵；

利用所述故障判断矩阵和故障统一判据，确定故障所在区段。

2.根据权利要求1所述的分布式小电流接地故障定位方法，其特征在于，根据矩阵理论对分布式故障定位系统拓扑查询结果建立拓扑描述矩阵，包括：

对分布式故障定位系统进行线路拓扑查询，得到拓扑查询结果；

根据所述拓扑查询结果，以各从终端为节点，将各所述节点的地址信息进行统一编码，同时设定由电源节点至各末端节点为正方向；

建立拓扑描述矩阵D，若有n个节点的线路，则构造一个n×n的方阵，矩阵D_n×n中的元素d_ij定义如下：

3.根据权利要求1所述的分布式小电流接地故障定位方法，其特征在于，利用所述零序电压和所述零序电流求取各所述节点的暂态无功功率方向，包括：

将所述零序电压与预设阈值进行比较；

如果存在n个连续的节点中有n-1个的零序电压幅值大于所述阈值，利用所述零序电压和所述零序电流求取各所述节点的暂态无功功率方向；

否则，返回采集各节点的零序电压和零序电流信号。

4.根据权利要求3所述的分布式小电流接地故障定位方法，其特征在于，利用所述零序电压和所述零序电流求取各所述节点的暂态无功功率方向的计算过程为：

对所述零序电压和所述零序电流的暂态量进行滤波处理，提取预设频带内的零序电压暂态信号和零序电流暂态信号；

利用所述零序电压暂态信号和所述零序电流暂态信号，求取各所述节点的暂态无功功率；

利用所述暂态无功功率计算暂态无功功率方向。

5.根据权利要求4所述的分布式小电流接地故障定位方法，其特征在于，求取各所述节点的暂态无功功率的计算公式为：

式(2)中：S_m为节点m的暂态无功功率；u₀为节点m的暂态零序电压；

为u₀(t)的Hilbert变换；T为暂态过程数据长度。

6.根据权利要求5所述的分布式小电流接地故障定位方法，其特征在于，利用所述暂态无功功率计算暂态无功功率方向，计算公式为：Q_m＝signS_m (3),

式(3)中，S_m所述暂态无功功率。

7.根据权利要求4所述的分布式小电流接地故障定位方法，其特征在于，所述预设频带为：2kHz～100kHz。

8.根据权利要求3所述的分布式小电流接地故障定位方法，其特征在于，所述预设阈值为：

U_OD＝K_relU₀ (1)

式(1)中，K_rel为可靠系数；U₀为流过所述节点的零序电压的有效值。

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