CN112363016A - 基于分布式同步测量的故障定位方法和装置、存储介质 - Google Patents

基于分布式同步测量的故障定位方法和装置、存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种基于分布式同步测量的故障定位方法和装置、存储介质，该方法包括在配电网运行过程中，实时监测配电网线路处各相的运行信息；当发生故障时，辨别线路故障相和故障线路相邻同步测量装置；计算故障点与环网柜之间的故障距离。本发明利用配电网络中线路环网柜处的电压、电流量测装置，对故障区域和位置进行辨识和定位，以提高配电网的供电可靠性，减少故障停电时间。

Description

基于分布式同步测量的故障定位方法和装置、存储介质
技术领域
本发明涉及电力系统及其自动化技术领域，尤其涉及一种基于分布式同步测量的故障定位方法以及应用该方法的装置、存储介质。
背景技术
配电网作为电力系统与用户直接相连的部分，其供电可靠性与人民的生产生活密切相关，对国民经济的发展具有重要影响。随着配电网规模的不断扩大，线路总长度不断增加，网架结构越来越复杂，线路发生故障的几率不断增大，其中单相接地故障发生的概率最高。目前我国已有故障选线装置的运行效果并不十分理想，主要原因是配电网发生接地故障时，接地电流信号较小，使得故障特征很不明显。微弱的电气量故障信号与其它电气信号相混合，使继电保护装置很难及时准确的做出反应。因此，深入研究高适应性、高准确率的配电网故障定位方法，及时发现配电网线路故障位置，对电网安全稳定运行，提高供电质量具有重要意义。
现有配电网故障定位方法主要分为阻抗分析法和行波法两大类，其中，行波法因为需要在线路中增加额外的行波采集装置，成本较高，在配电网中经济可行性有待提高。现有的阻抗分析法主要通过利用线路采集装置的电压、电流、相位等数据进行故障区域或故障点的辨识与定位，但难以同时实现故障线路故障相、故障区域和故障点的辨识与定位。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种可以快速准确地对故障区域和位置进行辨识和定位，有效防止系统失效产生的困扰和经济损失的基于分布式同步测量的故障定位方法。
本发明的第二目的在于提供一种可以快速准确地对故障区域和位置进行辨识和定位，有效防止系统失效产生的困扰和经济损失的基于分布式同步测量的故障定位装置。
本发明的第三目的在于提供一种存储介质。
为了实现上述的第一目的，本发明提供的一种基于分布式同步测量的故障定位方法，其包括在配电网运行过程中，实时监测配电网线路处各相的运行信息；当发生故障时，辨别线路故障相和故障线路相邻同步测量装置；计算故障点与环网柜之间的故障距离。
进一步的方案中，在配电线路环网柜处安装同步测量装置；对配电线路中所有同步测量装置进行同步授时，定义相邻同步测量装置；采集同步测量装置处的配电线路环网柜处采集线路的电压、电流的幅值和相位数据。
更进一步的方案中，在配电线路中，上级环网柜的出端同步测量装置与下级环网柜的入端同步测量装置为相邻同步采集装置。
更进一步的方案中，计算相邻采集周期内各相线路阻抗的比值W；根据比值W来判断线路故障相和故障线路相邻同步测量装置。
更进一步的方案中，利用同步测量装置采集的电压、电流数据，计算同步测量装置的阻抗值Z；根据阻抗值Z计算在采样周期内相邻同步测量装置各相线路的阻抗值Q；根据阻抗差值Q计算相邻采集周期内各相线路阻抗的比值W。
更进一步的方案中，同步测量装置的阻抗值Z通过以下表达式获得：
Figure BDA0002759321760000021
其中，i表示同步测量装置编号，p表示线路的相编号，α、β分别表示电压和电流的相位角度。
更进一步的方案中，在采样周期内相邻同步测量装置各相线路的阻抗值Q通过以下表达式获得：
QLjp(n)＝Z(i-1)p(n)-Zip(n)
其中，QLjp表示线路Lj的阻抗值，i-1和i表示线路Lj的相邻同步测量装置编号，p表示线路的相编号，n表示第n个采样周期。
更进一步的方案中，利用一个时间周期T内电压、电流的幅值和相位数据，计算第n-1个时间周期T与第n个时间周期T之间的比值W。
更进一步的方案中，当线路Lj的某相线路阻抗比值W大于阈值k时，则判定该相发生故障，线路Lj的相邻同步测量装置i-1和i为故障线路相邻同步测量装置。
更进一步的方案中，利用故障线路相邻两端的同步测量装置数据，基于故障相线路稳态时同步测量装置采集的电压、电流幅值和相位数据，计算故障点到同步测量装置之间的故障距离。
更进一步的方案中，故障点到同步测量装置之间的故障距离通过以下表达式获得：
Figure BDA0002759321760000031
dF(i)＝(F(i)/Z(i-1,i))*L(i-1,i)
其中，F表示故障点到同步测量装置i的距离，
Figure BDA0002759321760000032
分别表示电压和电流向量，Zi-1,i表示同步测量装置i-1与i之间线路的阻抗值，Li-1,i表示同步测量装置i-1与i之间配电线路的长度。
为了实现上述的第二目的，本发明提供的一种基于分布式同步测量的故障定位装置，其包括存储器，用于存储计算机可读指令；以及处理器，用于运行所述计算机可读指令，使得所述故障定位装置执行如上述的故障定位方法。
为了实现上述的第三目的，本发明提供的一种存储介质，用于存储计算机可读指令，当所述计算机可读指令由计算机执行时，使得所述计算机执行如上述的故障定位方法的指令。
由此可见，本发明利用配电网络中线路环网柜处的电压、电流量测装置，对故障区域和位置进行辨识和定位，以提高配电网的供电可靠性，减少故障停电时间。
从社会效益和经济的角度来看，本发明提出的方法不仅可以降低因停电造成的生产生活损失，还可以降低电网公司的运维成本。
附图说明
图1是本发明一种基于分布式同步测量的故障定位方法实施例的流程框图。
图2是本发明一种基于分布式同步测量的故障定位方法实施例中配电线路的原理图。
以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
具体实施方式
为了使发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不限用于本发明。
参见图1，本发明的基于分布式同步测量的故障定位方法在对配电网线路进行故障定位时，首先，在配电网运行过程中，执行步骤S1，实时监测配电网线路处各相的运行信息。
在上述步骤S1中，实时监测配电网线路处各相的运行信息具体包括：
步骤S11，在配电线路环网柜处安装同步测量装置。其中，本实施例的同步测量装置为常规的同步相量测量装置(PMU)，但是不限于这个装置，任何能够实现同步测量赋值和相角功能的装置都落入本发明的保护范围内。
步骤S12，对配电线路中所有同步测量装置进行同步授时，定义相邻同步测量装置。其中，在配电线路中，上级环网柜的出端同步测量装置与下级环网柜的入端同步测量装置为相邻同步采集装置。
步骤S13，采集同步测量装置处的配电线路环网柜处采集线路的电压、电流的幅值和相位数据。
然后，执行步骤S2，当发生故障时，辨别线路故障相和故障线路相邻同步测量装置。
在上述步骤S2中，所述辨别线路故障相和故障线路相邻同步测量装置具体包括：
步骤S21，计算相邻采集周期内各相线路阻抗的比值W。
步骤S22，根据比值W来判断线路故障相和故障线路相邻同步测量装置。
在上述步骤S21，所述计算相邻采集周期内各相线路阻抗的比值W具体包括：
利用同步测量装置采集的电压、电流数据，计算同步测量装置的阻抗值Z。
根据阻抗值Z计算在采样周期内相邻同步测量装置各相线路的阻抗值Q。
根据阻抗差值Q计算相邻采集周期内各相线路阻抗的比值W。其中，在计算相邻采集周期内各相线路阻抗的比值W时，利用一个时间周期T内电压、电流的幅值和相位数据，计算第n-1个时间周期T与第n个时间周期T之间的比值W。
在本实施例中，上述步骤S21中所涉及的相邻同步测量装置处各相线路阻抗值之间的差值，同步测量装置的阻抗值Z通过以下表达式获得，如线路中测量装置i的阻抗值用式(1)表达为：
Figure BDA0002759321760000051
其中，i表示同步测量装置编号，p表示线路的相编号，α、β分别表示电压和电流的相位角度。
在本实施例中，在采样周期内相邻同步测量装置各相线路的阻抗值Q通过以下表达式获得，如线路Lj在第n个采样周期内的阻抗值用式(2)表达为：
QLjp(n)＝Z(i-1)p(n)-Zip(n) (2)
其中，QLjp表示线路Lj的阻抗值，i-1和i表示线路Lj的相邻同步测量装置编号，p表示线路的相编号，n表示第n个采样周期。
在上述步骤S21所涉及的线路Lj相邻时间内阻抗值的比值W，利用采样周期内电压、电流的幅值和相位数据，计算第n-1个采样周期与第n个采样周期之间的比值W，其表达式如式(3)：
WLjp(n)＝QLjp(n-1)/QLjp(n) (3)
在上述步骤S22，所述根据比值W来判断线路故障相和故障线路相邻同步测量装置具体包括：当线路Lj的某相线路阻抗比值W大于阈值k时，则判定该相发生故障，线路Lj的相邻同步测量装置i-1和i为故障线路相邻同步测量装置。
然后，执行步骤S3，计算故障点与环网柜之间的故障距离。其中，利用故障线路相邻两端的同步测量装置数据，基于故障相线路稳态时同步测量装置采集的电压、电流幅值和相位数据，计算故障点到同步测量装置之间的故障距离。
在本实施例中，故障点到同步测量装置之间的故障距离通过以下表达式获得，如式(4)和式(5)：
Figure BDA0002759321760000061
dF(i)＝(F(i)/Z(i-1,i))*L(i-1,i) (5)
其中，F表示故障点到同步测量装置i的距离，
Figure BDA0002759321760000062
分别表示电压和电流向量，Zi-1,i表示同步测量装置i-1与i之间线路的阻抗值，Li-1,i表示同步测量装置i-1与i之间配电线路的长度。
在实际应用中，如图2所示，建立配电线路，L1、L2和L3分别是架空线路，其中L1＝1.5km，L2＝5km，L3＝2km，线路阻抗值Z＝1.098+j0.559/km，M11、M12、M21、M22和M31分别为环网柜1、2、3中的入端和出端部分。
在配电线路的环网柜处安装分布式同步测量装置，同步测量装置分别安装在线路环网柜M11、M12、M21、M22、M31处和母线M处。
在故障发生前，对所有分布式同步测量装置进行同步授时，定义母线测量装置与下级环网柜的入端测量装置、上级环网柜的出端测量装置与下级环网柜的入端测量装置为相邻同步采集装置。如图2所示，其中M与M11、M12与M21、M22与M31分别为相邻同步测量装置。
在采样时间T内，每间隔0.02s进行一次计算，采样次数n＝T/0.02，利用同步测量装置采集的电压、电流数据，利用公式(1)计算M、M11、M12、M21、M22、M31处的阻抗值，如式(11至16)所示：
Figure BDA0002759321760000071
Figure BDA0002759321760000072
然后，利用公式(2)分别计算相邻同步测量装置之间的阻抗值差值，如式(21至23)所示：
Figure BDA0002759321760000073
Figure BDA0002759321760000074
然后，利用公式(3)计算相邻时间内的各线路阻抗比值，如式(31至33)所示：
Figure BDA0002759321760000075
Figure BDA0002759321760000076
在时间T时，A相接地故障发生在线路L2距离环网柜2号1.667km处，接地电阻1500Ω。此时，相邻时间T+0.02s与T内线路L2的阻抗比值可以用式(34)表示：
Figure BDA0002759321760000081
此处，k的取值为1.05，因此，可判定L2线路的A相发生故障。
当系统重新处于稳态时，故障线路L2相邻同步测量装置M12和M21所采集的A相电压、电流数据如表(一)所示：
表(一)
Figure BDA0002759321760000082
利用公式(4)计算故障点到M21处的故障距离，其表达式如下：
Figure BDA0002759321760000083
dF＝(F/ZL2)*L2＝1.724km
在本实施例中，实际故障距离为1.667km，误差为47m，满足定位精度要求。
根据本公开实施例的基于分布式同步测量的故障定位装置包括存储器和处理器。故障定位装置中的各组件通过总线系统和/或其它形式的连接机构(未示出)互连。
所述存储器用于存储非暂时性计算机可读指令。具体地，存储器可以包括一个或多个计算机程序产品，所述计算机程序产品可以包括各种形式的计算机可读存储介质，例如易失性存储器和/或非易失性存储器。所述易失性存储器例如可以包括随机存取存储器(RAM)和/或高速缓冲存储器(cache)等。所述非易失性存储器例如可以包括只读存储器(ROM)、硬盘、闪存等。
所述处理器可以是中央处理单元(CPU)或者具有数据处理能力和/或指令执行能力的其它形式的处理单元，并且可以控制故障定位装置中的其它组件以执行期望的功能。在本公开的一个实施例中，所述处理器用于运行所述存储器中存储的所述计算机可读指令，使得所述故障定位装置执行上述故障定位方法。所述故障定位方法与上述故障定位方法描述的实施例相同，在此将省略其重复描述。
根据本公开实施例的存储介质其上存储有计算机可读指令。当所述计算机可读指令由处理器运行时，执行参照上述描述的根据本公开实施例的故障定位方法。
以上结合具体实施例描述了本公开的基本原理，但是，需要指出的是，在本公开中提及的优点、优势、效果等仅是示例而非限制，不能认为这些优点、优势、效果等是本公开的各个实施例必须具备的。另外，上述公开的具体细节仅是为了示例的作用和便于理解的作用，而非限制，上述细节并不限制本公开为必须采用上述具体的细节来实现。
本公开中涉及的器件、装置、设备、系统的方框图仅作为例示性的例子并且不意图要求或暗示必须按照方框图示出的方式进行连接、布置、配置。如本领域技术人员将认识到的，可以按任意方式连接、布置、配置这些器件、装置、设备、系统。诸如“包括”、“包含”、“具有”等等的词语是开放性词汇，指“包括但不限于”，且可与其互换使用。这里所使用的词汇“或”和“和”指词汇“和/或”，且可与其互换使用，除非上下文明确指示不是如此。这里所使用的词汇“诸如”指词组“诸如但不限于”，且可与其互换使用。
由此可见，本发明利用配电网络中线路环网柜处的电压、电流量测装置，对故障区域和位置进行辨识和定位，以提高配电网的供电可靠性，减少故障停电时间。
从社会效益和经济的角度来看，本发明提出的方法不仅可以降低因停电造成的生产生活损失，还可以降低电网公司的运维成本。
需要说明的是，以上仅为本发明的优选实施例，但发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明做出的非实质性修改，也均落入本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1.基于分布式同步测量的故障定位方法，其特征在于，包括：
在配电网运行过程中，实时监测配电网线路处各相的运行信息；
当发生故障时，辨别线路故障相和故障线路相邻同步测量装置；
计算故障点与环网柜之间的故障距离。
2.根据权利要求1所述的故障定位方法，其特征在于，所述实时监测配电网线路处各相的运行信息具体包括：
在配电线路环网柜处安装同步测量装置；
对配电线路中所有同步测量装置进行同步授时，定义相邻同步测量装置；
采集同步测量装置处的配电线路环网柜处采集线路的电压、电流的幅值和相位数据。
3.根据权利要求2所述的故障定位方法，其特征在于，所述定义相邻同步测量装置具体包括：
在配电线路中，上级环网柜的出端同步测量装置与下级环网柜的入端同步测量装置为相邻同步采集装置。
4.根据权利要求1所述的故障定位方法，其特征在于，所述辨别线路故障相和故障线路相邻同步测量装置具体包括：
计算相邻采集周期内各相线路阻抗的比值W；
根据比值W来判断线路故障相和故障线路相邻同步测量装置。
5.根据权利要求4所述的故障定位方法，其特征在于，所述计算相邻采集周期内各相线路阻抗的比值W具体包括：
利用同步测量装置采集的电压、电流数据，计算同步测量装置的阻抗值Z；
根据阻抗值Z计算在采样周期内相邻同步测量装置各相线路的阻抗值Q；
根据阻抗差值Q计算相邻采集周期内各相线路阻抗的比值W。
6.根据权利要求5所述的故障定位方法，其特征在于：
同步测量装置的阻抗值Z通过以下表达式获得：
Figure FDA0002759321750000021
其中，i表示同步测量装置编号，p表示线路的相编号，α、β分别表示电压和电流的相位角度。
7.根据权利要求5所述的故障定位方法，其特征在于：
在采样周期内相邻同步测量装置各相线路的阻抗值Q通过以下表达式获得：
QLjp(n)＝Z(i-1)p(n)-Zip(n)
其中，QLjp表示线路Lj的阻抗值，i-1和i表示线路Lj的相邻同步测量装置编号，p表示线路的相编号，n表示第n个采样周期。
8.根据权利要求5所述的故障定位方法，其特征在于，所述计算相邻采集周期内各相线路阻抗的比值W具体包括：
利用一个时间周期T内电压、电流的幅值和相位数据，计算第n-1个时间周期T与第n个时间周期T之间的比值W。
9.根据权利要求4所述的故障定位方法，其特征在于，所述根据比值W来判断线路故障相和故障线路相邻同步测量装置具体包括：
当线路Lj的某相线路阻抗比值W大于阈值k时，则判定该相发生故障，线路Lj的相邻同步测量装置i-1和i为故障线路相邻同步测量装置。
10.根据权利要求1所述的故障定位方法，其特征在于，所述计算故障点与环网柜之间的故障距离具体包括：
利用故障线路相邻两端的同步测量装置数据，基于故障相线路稳态时同步测量装置采集的电压、电流幅值和相位数据，计算故障点到同步测量装置之间的故障距离。
11.根据权利要求10所述的故障定位方法，其特征在于：
故障点到同步测量装置之间的故障距离通过以下表达式获得：
Figure FDA0002759321750000031
dF(i)＝(F(i)/Z(i-1,i))*L(i-1,i)
其中，F表示故障点到同步测量装置i的距离，
Figure FDA0002759321750000032
分别表示电压和电流向量，Zi-1,i表示同步测量装置i-1与i之间线路的阻抗值，Li-1,i表示同步测量装置i-1与i之间配电线路的长度。
12.基于分布式同步测量的故障定位装置，包括：
存储器，用于存储计算机可读指令；以及
处理器，用于运行所述计算机可读指令，使得所述故障定位装置执行如权利要求1到11的任一项所述的故障定位方法。
13.一种存储介质，用于存储计算机可读指令，当所述计算机可读指令由计算机执行时，使得所述计算机执行如权利要求1到11的任一项所述的故障定位方法的指令。
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