CN112698150A - 基于配电变压器监测终端的配电网行波故障定位方法 - Google Patents

基于配电变压器监测终端的配电网行波故障定位方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112698150A
CN112698150A CN202011437333.2A CN202011437333A CN112698150A CN 112698150 A CN112698150 A CN 112698150A CN 202011437333 A CN202011437333 A CN 202011437333A CN 112698150 A CN112698150 A CN 112698150A
Authority
CN
China
Prior art keywords
fault
reference end
node
matrix
traveling wave
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202011437333.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112698150B (zh
Inventor
李练兵
孙腾达
刘汉民
马步云
范辉
曾四鸣
胡文平
梁纪峰
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
State Grid Xinyuan Zhangjiakou Scenery Storage Demonstration Power Plant Co ltd
Hebei University of Technology
Original Assignee
State Grid Xinyuan Zhangjiakou Scenery Storage Demonstration Power Plant Co ltd
Hebei University of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by State Grid Xinyuan Zhangjiakou Scenery Storage Demonstration Power Plant Co ltd, Hebei University of Technology filed Critical State Grid Xinyuan Zhangjiakou Scenery Storage Demonstration Power Plant Co ltd
Priority to CN202011437333.2A priority Critical patent/CN112698150B/zh
Publication of CN112698150A publication Critical patent/CN112698150A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112698150B publication Critical patent/CN112698150B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y04—INFORMATION OR COMMUNICATION TECHNOLOGIES HAVING AN IMPACT ON OTHER TECHNOLOGY AREAS
    • Y04S—SYSTEMS INTEGRATING TECHNOLOGIES RELATED TO POWER NETWORK OPERATION, COMMUNICATION OR INFORMATION TECHNOLOGIES FOR IMPROVING THE ELECTRICAL POWER GENERATION, TRANSMISSION, DISTRIBUTION, MANAGEMENT OR USAGE, i.e. SMART GRIDS
    • Y04S10/00—Systems supporting electrical power generation, transmission or distribution
    • Y04S10/50—Systems or methods supporting the power network operation or management, involving a certain degree of interaction with the load-side end user applications
    • Y04S10/52—Outage or fault management, e.g. fault detection or location

Landscapes

  • Locating Faults (AREA)

Abstract

本发明为一种基于配电变压器监测终端的配电网行波故障定位方法，其步骤为：S1、记录初始行波波头到达各个配电变压器监测终端的时间；S2、计算理论故障距离，将理论故障距离与参考端支路的线路长度作差得到差值，并将差值与参考端节点和各个非参考端节点之间的线路长度的比值作为矩阵元素，构建故障搜索矩阵；S3、根据故障搜索矩阵的矩阵元素变化特征判断故障点的位置；将参考端分别与各个非参考端两两配对，计算各个配对的参考端和非参考端之间的实际故障距离，并将所有的实际故障距离求和取平均值，得到最终故障距离，以此完成故障定位。本方法能全面表达配电网的各类故障特征，能够有效提高电力系统继电保护的可靠性。

Description

基于配电变压器监测终端的配电网行波故障定位方法
技术领域
本发明属于配电网故障检测技术领域，具体涉及一种基于配电变压器监测终端的配电网行波故障定位方法。
背景技术
随着新能源产业的迅猛发展，光伏、风电等分布式电源大规模接入配电网。而大规模并网引起的潮流双向流动和配电网拓扑结构改变，给故障点的准确定位造成了困难，若故障得不到及时处理，会导致故障范围进一步扩大，严重影响供电可靠性。
对于分支众多、结构复杂的配电网，传统的配电网故障定位一般为基于配电自动化系统的方法，随着分布式电源大规模接入配电网，传统的定位方法可能出现误判。在配电网拓扑结构已知的情况下，根据双端行波原理和多端行波时间信息构建故障搜索矩阵，可以较好的定位故障位置。
申请号为201810887791.2的文献公开了一种基于多端行波时差的配电网故障定位方法，该方法利用多端行波时差构建故障支路搜索矩阵实现故障定位，但是矩阵元素不能完全表达配电网各类故障特征，尤其对于多分支支路故障定位的可靠性较差，而且需要选定主馈线，对于选定的主馈线中还存在多分支支路则需要再次选定主馈线，操作复杂。
有些文献提出基于距离矩的阵配电网故障定位方法，根据距离矩阵构建故障支路判定矩阵，实现配电网故障定位，定位可靠性较高，但是故障矩阵维度较高，计算复杂度高。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种基于配电变压器监测终端的配电网行波故障定位方法。
本发明解决所述技术问题采用的技术方案是：
一种基于配电变压器监测终端的配电网行波故障定位方法，其特征在于，该方法的具体步骤为：
S1、提取故障电压行波，记录初始行波波头到达各个配电变压器监测终端的时间；
S2、根据多端行波时差和双端行波定位原理计算故障点到参考端的理论故障距离，将理论故障距离与参考端支路的线路长度作差得到差值，并将差值与参考端节点和各个非参考端节点之间的节点线路的线路长度的比值作为矩阵元素，构建故障搜索矩阵；
S3、根据故障搜索矩阵的矩阵元素变化特征判断故障点的位置；将参考端分别与各个非参考端两两配对，根据故障点位置，利用双端行波定位原理计算各个配对的参考端和非参考端之间的实际故障距离，并将所有的实际故障距离求和取平均值，得到最终故障距离，以此完成故障定位；
其中，与参考端直接相连的线路为参考端支路，与参考端支路直接相连的节点为参考端节点，与非参考端直接相连的线路为非参考端支路，与非参考端支路直接相连的节点为非参考端节点，参考端节点与非参考端节点之间线路为节点线路；除去参考端节点和非参考端节点，剩余的节点均为无效节点；与无效节点直接相连的线路为无效支路。
步骤S3中根据故障搜索矩阵的矩阵元素变化特征判断故障点的位置，包括：
1)故障搜索矩阵的矩阵元素均小于0，故障点位于参考端支路上；
2)故障搜索矩阵的矩阵元素均等于0，故障点位于参考端节点上；
3)故障搜索矩阵中非参考端对应的矩阵元素等于1，故障点位于故障搜索矩阵的等于1的矩阵元素对应的非参考端节点上；
4)故障搜索矩阵中非参考端对应的矩阵元素大于1，故障点位于故障搜索矩阵的大于1的矩阵元素对应的非参考端支路上；
5)故障搜索矩阵存在大于0且小于1的矩阵元素，表明故障点位于节点线路上；
对于不含无效节点的配电网，则只需要将参考端与故障搜索矩阵中的大于0且小于1的矩阵元素对应的非参考端之间的节点线路取交集，然后减去参考端与等于1的矩阵元素对应非参考端之间的节点线路，剩余节点线路即为故障点所在的节点线路；
对于含有无效节点的配电网，则需要构建辅助矩阵，将故障搜索矩阵与辅助矩阵相结合判断故障点的位置；
当辅助矩阵中存在大于0且小于1的矩阵元素时，将辅助矩阵中矩阵元素大于0且小于1的非参考端对应的节点线路取交集，得到故障点所在的节点线路；
当辅助矩阵中不存在大于0且小于1的矩阵元素时，按照不含无效节点的配电网处理。
步骤S3中构建辅助矩阵的具体过程为：
保持参考端Kp不变，选择包含无效节点Ts的线路，以无效节点Ts作为参考端节点构建关于无效节点的辅助矩阵J；假定与无效节点Ts所在线路相连的非参考端为K1、K2…Ki，i＝1,2…r，则辅助矩阵J满足公式(2)；
Figure BDA0002829573430000021
式(2)中，lKpTs表示参考端Kp与无效节点Ts之间的线路长度，lTsTK1表示无效节点Ts与非参考端K1对应的非参考端节点TK1之间的线路长度；lTsTK2表示无效节点Ts与非参考端K2对应的非参考端节点TK2之间的线路长度；lTsTKi无效节点Ts与非参考端Ki对应的非参考端节点TKi之间的线路长度。
步骤S3中利用误差裕度根据辅助矩阵修正原则对辅助矩阵的矩阵元素进行修正；
辅助矩阵修正原则为：当故障点到参考端之间的线路长度与参考端到无效节点之间的线路长度的差值接近0时，令此差值等于0；当故障点到参考端之间的线路长度与参考端到无效节点之间的线路长度的差值接近非参考端节点与无效节点之间的线路长度时，令此差值等于非参考端节点与无效节点之间的线路长度。
步骤S2中利用误差裕度根据故障搜索矩阵修正原则对故障搜索矩阵的矩阵元素进行修正；
故障搜索矩阵修正原则为：当故障点到参考端的距离与参考端支路线路长度之间的差值接近0时，令此差值等于0；当故障点到参考端的线路长度与参考端支路的线路长度之间的差值接近参考端节点与非参考端节点之间的线路长度时，令此差值等于参考端节点与非参考端节点之间的线路长度。
所述误差裕度的取值根据行波采集装置的采样频率设定；采用频率越高，误差裕度的取值越小。
当采样频率为1MHz时，误差裕度的取值范围为50～150m。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1.本发明根据多端行波时差和双端行波定位原理计算故障点到参考端的理论故障距离，将理论故障距离与参考端支路的线路长度作差得到差值，并将差值与参考端节点和各个非参考端节点之间的线路长度的比值作为矩阵元素，构建故障搜索矩阵；构建故障搜索矩阵的方式更加简单，不需要多次选定主馈线。
2.本发明针对含有无效节点的多分支支路配电网，构建辅助矩阵，将故障搜索矩阵与辅助矩阵相结合判断故障点的位置，进而全面表达配电网的各类故障特征，定位方法不受故障类型、过渡电阻、电力系统接地方式等因素的影响，能够避免定位不可靠、计算量大的问题，具有快速、高精度和高可靠性等优势。本申请可以有效提高电力系统继电保护的可靠性，本同时适用于主网和微电网。
3.采用配电变压器监测终端实现配电网故障行波信息的采集和处理，配电变压器监测终端实时监测配电变压器的相关电气参数，并能将采集的信息传送到云平台，提供配电网故障定位所需的数据，不需要额外安装行波采集装置，有效降低了定位成本。
附图说明
图1为本发明的流程图；
图2为本发明的故障电压行波的线模α分量的结果示意图；
图3为本发明实施例1的配电网拓扑结构示意图；
图4为本发明实施例2的配电网拓扑结构示意图；
图5为本发明用于仿真试验的配电网拓扑结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体附图和实施例对本发明的技术方案作进一步详述，并不用于限定本申请的保护范围。
本发明为一种基于配电变压器监测终端的配电网行波故障定位方法(简称方法，参见图1)，该方法所用的配电网包含n个配电变压器监测终端，各个配电变压器监测终端的编号记为K1、K2…Kn；其中，与终端中的参考端直接相连的支路为参考端支路，与参考端支路直接相连的节点为参考端节点，与非参考端直接相连的支路为非参考端支路，与非参考端支路直接相连的节点为非参考端节点，参考端节点与非参考端节点之间线路为节点线路；除去参考端节点和非参考端节点，剩余的节点均为无效节点；与无效节点直接相连的支路为无效支路；
该方法的具体步骤为：
S1、提取故障电压行波，记录初始行波波头到达各个配电变压器监测终端的时间；
S2、根据多端行波时差和双端行波定位原理计算故障点到参考端的理论故障距离，将理论故障距离与参考端支路的线路长度作差得到差值，并将差值与参考端节点和各个非参考端节点之间的节点线路的线路长度的比值作为矩阵元素，构建故障搜索矩阵；
构建故障搜索矩阵的具体过程为：假定以第p个配电变压器监测终端Kp为参考端，其余配电变压器监测终端K1、K2…Kr为非参考端，p、r∈[1，n]，p≠r；根据多端行波时差和双端行波定位原理计算故障点F到参考端Kp的理论故障距离lKpF，构建如公式(1)所示的故障搜索矩阵D；
Figure BDA0002829573430000041
式(1)中，lKpTq表示参考端Kp与参考端节点Tq之间的线路长度；lTqTK1表示参考端节点Tq与非参考端K1对应的非参考端节点TK1之间的线路长度；lTqTK2表示参考端节点Tq与非参考端K2对应的非参考端节点TK2之间的线路长度；lTqTKr表示参考端节点Tq与非参考端Kr对应的非参考端节点TKr之间的线路长度；δ为无限接近0的极小正值；
在步骤S2中，为了减少干扰引起的定位误差，利用误差裕度μ根据故障搜索矩阵修正原则对故障搜索矩阵D的矩阵元素进行修正；
故障搜索矩阵修正原则为：当-μ＜lKpF-lKpTq＜μ时，取lKpF-lKpTq＝0；当lTqTKr-μ＜lKpF-lKpTq＜lTqTKr+μ时，取lKpF-lKpTq＝lTqTKr；即：当故障点到参考端的理论故障距离与参考端支路的线路长度之间的差值接近0时，令此差值等于0；当故障点到参考端的理论故障距离与参考端支路的线路长度之间的差值接近某一节点线路的线路长度时，令此差值等于此节点线路的线路长度。
S3、根据故障搜索矩阵的矩阵元素变化特征判断故障点的位置；将参考端分别与各个非参考端两两配对，根据故障点位置，利用双端行波定位原理计算各个配对的参考端和非参考端之间的实际故障距离，并将所有的实际故障距离求和取平均值，得到最终故障距离，以此完成故障定位。
在步骤S3中，根据故障搜索矩阵的矩阵元素变化特征判断故障点的位置，包括：
1)故障搜索矩阵的矩阵元素均小于0，故障点位于参考端支路上；
2)故障搜索矩阵的矩阵元素均等于0，故障点位于参考端节点上；
3)故障搜索矩阵中非参考端对应的矩阵元素等于1，故障点位于故障搜索矩阵的等于1的矩阵元素对应的非参考端节点上；
4)故障搜索矩阵中非参考端对应的矩阵元素大于1，故障点位于故障搜索矩阵的大于1的矩阵元素对应的非参考端支路上；
5)故障搜索矩阵存在大于0且小于1的矩阵元素，表明故障点位于节点线路上；
5.1)对于不含无效节点的配电网，则只需要将参考端与故障搜索矩阵中的大于0且小于1的矩阵元素对应的非参考端之间的节点线路取交集，然后减去参考端与等于1的矩阵元素对应非参考端之间的节点线路，剩余的节点线路即为故障点所在的节点线路；
5.2)对于含有无效节点的配电网，则需要构建辅助矩阵，将故障搜索矩阵与辅助矩阵相结合判断故障点的位置；
5.2.1)当辅助矩阵中存在大于0且小于1的矩阵元素时，将故障搜索矩阵和辅助矩阵中相同的矩阵元素大于0且小于1的非参考端对应的节点线路取交集，得到故障点所在的节点线路；
5.2.2)当辅助矩阵中不存在大于0且小于1的矩阵元素时，按照不含无效节点的配电网即5.1)处理。
在步骤S3中，构建辅助矩阵的具体过程为：
保持参考端Kp不变，选择包含无效节点Ts的线路，以无效节点Ts作为参考端节点构建关于无效节点的辅助矩阵J；假定与无效节点Ts所在线路相连的非参考端为K1、K2…Ki，i＝1,2…r，则辅助矩阵J满足公式(2)；
Figure BDA0002829573430000051
其中，lKpTs表示参考端Kp与无效节点Ts之间的线路长度，lTsTK1表示无效节点Ts与非参考端K1对应的非参考端节点TK1之间的线路长度；lTsTK2表示无效节点Ts与非参考端K2对应的非参考端节点TK2之间的线路长度；lTsTKi无效节点Ts与非参考端Ki对应的非参考端节点TKi之间的线路长度。
进一步的，利用误差裕度μ根据辅助矩阵修正原则对辅助矩阵J的矩阵元素进行修正；辅助矩阵修正原则为：当-μ＜lKpF-lKpTs＜μ时，取lKpF-lKpTs＝0；当lTsTKi-μ＜lKpF-lKpTs＜lTsTKi+μ时，取lKpF-lKpTs＝lTsTKi；即：当故障点到参考端之间的理论故障距离与参考端到无效节点之间的线路长度的差值接近0时，令此差值等于0；当故障点到参考端之间的理论故障距离与参考端到无效节点之间的线路长度的差值接近非参考端节点与无效节点之间的线路长度时，令此差值等于非参考端节点与无效节点之间的线路长度。
所述误差裕度的取值根据行波采集装置的采样频率设定；采样频率越高，误差裕度的取值越小；当采样频率为1MHz时，误差裕度的取值范围为：50～150m(米)。
实施例1
本实施例为一种基于配电变压器监测终端的配电网行波故障定位方法，如图3所示，本实施例的配电网包含四个配电变压器监测终端K1、K2、K3、K4；该方法包括以下步骤：
S1、配电变压器监测终端采集配电变压器二次侧的三相电流和三相电压，提取预设时间区段内的故障电压行波，预设时间区段为1ms；利用公式(1)的凯伦贝尔相模变换对三相电压进行变换，获取故障电压行波的线模α分量(如图2所示)，以故障电压行波的线模α分量的第一个幅值突变点作为初始行波波头；
Figure BDA0002829573430000061
式(3)中，Uα、Uβ分别表示线模α分量和线模β分量；U0为零模分量；UA、UB、UC表示三相电压；
S2、各个配电变压器监测终端通过GPS和北斗卫星授时系统进行同步授时，将记录的初始行波波头到达时间、配电变压器编号通过无线通信网络上传至云平台；
以K3为参考端，K1、K2、K4为非参考端；以线路K3K4为主馈线，线路K3K4可看作是由参考端支路K3T1、参考端节点T1、节点线路T1T2、非参考端节点T2和非参考端支路K4T2五部分组成的多节点线路；
根据多端行波时差和双端行波定位原理计算故障点F到参考端K3的理论故障距离lK3F，将理论故障距离lK3F与参考端支路的线路长度lK3T1作差得到差值，并将差值与参考端节点和各个非参考端节点之间的线路长度的比值作为故障搜索矩阵的矩阵元素，构建故障搜索矩阵；此时p＝3，r＝4，代入公式(1)得到如公式(4)的故障搜索矩阵D1；
Figure BDA0002829573430000062
S3、根据故障搜索矩阵的矩阵元素变化特征判断故障点的位置，具体包括以下五种情况；
1)当故障点F位于参考端支路K3T1时，此时lK3F-lK3T1＜0，将lK3F-lK3T1＜0代入公式(4)得到公式(5)的故障搜索矩阵D2，此时故障搜索矩阵D2所有的矩阵元素均小于0，表明故障点位于参考端支路上；
Figure BDA0002829573430000063
2)当故障点F位于参考端节点T1时，此时lK3F-lK3T1＝0，将lK3F-lK3T1＝0代入公式(4)得到公式(6)的故障搜索矩阵D3；
Figure BDA0002829573430000071
线路K1K3为单节点线路，此时故障搜索矩阵D3的矩阵元素均等于0，表明故障点位于参考端节点上；
3)当故障点F位于非参考端节点T2时，此时lK3F-lK3T1＝lT1T2，将lK3F-lK3T1＝lT1T2代入公式(4)得到公式(7)的故障搜索矩阵D4；
Figure BDA0002829573430000072
此时故障搜索矩阵D4中，非参考端K2、K4对应的矩阵元素均等于1，故障点位于故障搜索矩阵的等于1的矩阵元素对应的非参考端节点上；
4)当故障点F位于非参考端支路，如K4T2时，此时lK3F-lK3T1＞lT1T2，将lK3F-lK3T1＞lT1T2代入公式(4)得到公式(8)的故障搜索矩阵D5；
Figure BDA0002829573430000073
故障搜索矩阵D6中非参考端K4对应的矩阵元素大于1，表明故障点位于故障搜索矩阵的大于1的矩阵元素对应的非参考端支路上；
5)当故障点F位于节点线路T1T2时，此时0＜lK3F-lK3T1＜lT1T2，将0＜lK3F-lK3T1＜lT1T2代入公式(4)得到公式(9)的故障搜索矩阵D6；
Figure BDA0002829573430000074
此时非参考端K2、K4对应的矩阵元素大于0且小于1，将参考端K3与这两个非参考端之间的节点线路取交集得到T1T2，然后减去参考端与等于1的矩阵元素对应非参考端之间的节点线路(本实施例K3与K1之间无节点线路)，剩余的节点线路即为故障点所在的节点线路；
然后将参考端K3与非参考端K1、K2和K4两两配对，根据上述得到的故障点位置，利用双端行波定位原理分别计算K3K1、K3K2和K3K4之间的实际故障距离，再将这三个实际故障距离求和取平均得到最终故障距离，以此完成故障定位。
在实际计算过程中计算结果可能受到各种因素的干扰，为了减少干扰引起的定位误差，利用误差裕度μ，根据故障搜索矩阵修正原则对故障搜索矩阵的矩阵元素进行修正；故障搜索矩阵修正原则为：当-μ＜lK3F-lK3T1＜μ时，取lK3F-lK3T1＝0；当lT1TKr-μ＜lK3F-lK3T1＜lT1TKr+μ时，取lK3F-lK3T1＝lT1TKr，Kr＝K1,K2,K4。
本实施例中误差裕度μ的取值为50m。
实施例2
本实施例为一种基于配电变压器监测终端的配电网行波故障定位方法，如图4所示，本实施例的配电网包含8个配电变压器监测终端；
该方法的步骤包括：
S1、配电变压器监测终端采集配电变压器二次侧的三相电流和三相电压，提取预设时间区段内的故障电压行波波形，预设时间区段为1ms；利用公式(1)的凯伦贝尔相模变换对三相电压进行变换，获取故障电压行波的线模α分量(如图2所示)，以故障电压行波的线模α分量的第一个幅值突变点作为初始行波波头；
Figure BDA0002829573430000081
式(3)中，Uα、Uβ分别表示线模α分量和线模β分量；U0为零模分量；UA、UB、UC表示三相电压；
S2、各个配电变压器监测终端通过GPS和北斗卫星授时系统进行同步授时，将记录的初始行波波头到达时间、配电变压器编号通过无线通信网络上传至云平台；
以线路K7K8为主馈线，K7为参考端，T4为参考端节点，K1、K2、K3、K4、K5、K6、K8为非参考端，T1、T3、T5、T6为非参考端节点；节点T2为无效节点，线路T2T1、T2T3、T2T4均为无效支路；线路K7K8可看作是由参考端支路K7T4、参考端节点T4、节点线路T4T6、非参考端节点T6和非参考端支路K8T6五部分组成的多节点线路；
根据多端行波时差和双端行波定位原理计算故障点F到参考端K7的理论故障距离lK7F，将理论故障距离与参考端支路的线路长度作差得到差值，并将差值与参考端节点和各个非参考端节点之间的线路长度的比值作为故障搜索矩阵的矩阵元素，构建故障搜索矩阵；此时p＝7，r＝8，代入公式(1)得到公式(10)所示的故障搜索矩阵D7；
Figure BDA0002829573430000082
S3、根据故障搜索矩阵的矩阵元素变化特征判断故障点的位置；具体包括以下五种情况：
1)当故障点F位于参考端支路K7T4时，此时lK7F-lK7T4＜0，将lK7F-lK7T4＜0代入公式(10)得到公式(11)所示的故障搜索矩阵D8，此时故障搜索矩阵D8所有的矩阵元素都小于0，表明故障点位于参考端支路上；
Figure BDA0002829573430000083
2)当故障点F位于参考端节点T4时，此时lK7F-lK7T4＝0，将其代入公式(10)得到公式(12)所示的故障搜索矩阵D9；K7K1线路为多节点线路，此时故障搜索矩阵D9的所有矩阵元素都等于0，表明故障点位于参考端节点上；
Figure BDA0002829573430000091
3)当故障点F位于非参考端节点如T6时，此时lK7F-lK7T4＝lT4T6，将其代入公式(10)，得到公式(13)所示的故障搜索矩阵D10，此时非参考端K6、K8的矩阵元素等于1，表明故障点位于故障搜索矩阵的等于1的矩阵元素对应的非参考端节点上；
Figure BDA0002829573430000092
4)当故障点F位于非参考端支路，如K4T5时，此时lK7F-lK7T4＞lT4T5，将其代入公式(10)，得到公式(14)所示的故障搜索矩阵D11；非参考端K4对应的矩阵元素大于1，由此可判断故障发生在故障搜索矩阵的大于1的矩阵元素对应的非参考端支路上；
Figure BDA0002829573430000093
5)当故障点F位于节点线路的无效支路如T2T3时，此时lK7F-lK7T4＞lT4T3，将其代入公式(10)得到公式(15)所示的故障搜索矩阵D12；
Figure BDA0002829573430000094
故障搜索矩阵D12中非参考端K1～K5对应的矩阵元素均大于0且小于1，这些矩阵元素变化特征相同，表明故障可能发生在非参考端K1、K2、K3、K4和K5对应的节点线路T1T4、T3T4和T4T5上，具体故障位置难以判定，故需要建立关于无效节点T2的辅助矩阵帮助定位；
保持参考端K7不变，以无效节点T2为参考端节点建立辅助矩阵,选择包含无效节点T2的线路作为给定线路，此时忽略非参考端K6和K8；将无效节点T2作为参考端节点代入公式(2)，得到公式(16)所示的辅助矩阵J1；
Figure BDA0002829573430000095
根据双端行波定位原理将线路长度代入公式(16)中得到公式(17)；
Figure BDA0002829573430000096
由公式(15)和(17)可知，在故障搜索矩阵D12和辅助矩阵J1中，非参考端K3、K4和K5对应的矩阵元素均大于0且小于1，表明发生故障的节点线路为T2T3、T2T5，两者取交集，可以判断故障发生在无效支路T2T3；
若故障发生在节点线路除无效支路之外的线路上时，不需要辅助矩阵配合，根据故障搜索矩阵即可定位故障位置，即：将参考端与故障搜索矩阵中的大于0且小于1的矩阵元素对应的非参考端之间的节点线路取交集，然后减去参考端与等于1的矩阵元素对应非参考端之间的节点线路，剩余节点线路即为发生故障的节点线路；
确定故障支路之后，然后将参考端K7与各个非参考端两两配对，根据双端行波定位原理分别计算配对的参考端与非参考端之间的实际故障距离，再将所有的实际故障距离求和取平均得到最终故障距离，以此完成故障定位。
实际计算过程中计算结果可能受到各种因素的干扰，为了减少干扰引起的定位误差，分别利用误差裕度μ，并根据故障搜索矩阵修正原则和辅助矩阵修正原则分别对故障搜索矩阵和辅助矩阵的矩阵元素进行修正；
故障搜索矩阵修正原则为：当-μ＜lK7F-lK7T4＜μ时，取lK7F-lK7T4＝0；当lT4TKr-μ＜lK7F-lK7T4＜lT4TKr+μ时，取lK7F-lK7T4＝lT4TKr，Kr＝K1,K2,K3,K4,K5,K6,K8；
辅助矩阵修正原则为：当-μ＜lK7F-lK7T4＜μ时，取lK7F-lK7T4＝0；当lT2TKr-μ＜lK7F-lK7T2＜lT2TKr+μ时，取lK7F-lK7T2＝lT2TKr，Kr＝K1,K2,K3,K4,K5；
本实施例中误差裕度μ的取值为50m。
仿真试验：
图5为典型的10kV配电网系统模型，线路均为架空线线路，线路末端的各个配电变压器都装有配电变压器监测终端，一共包含9个配电变压器监测终端，行波传输速度取2.985×108m/s，设置采样频率为1Mhz。
在模型中分别设置5个故障点，故障从0.035s持续到0.1s；各个故障点的参数如下：
故障点F1：节点线路T2T3距离T2节点1km处发生A相接地故障，过渡电阻设为20Ω；
故障点F2：节点线路T4T5距离T5节点1km处发生B相接地故障，过渡电阻设为20Ω；
故障点F3：单分支支路K6T6距离K6监测点2km处发生C相接地故障，过渡电阻设为20Ω；
故障点F4：节点T1处发生AB相间故障，过渡电阻设为20Ω；
故障点F5：节点T7处发生AB两相接地故障，过渡电阻设为20Ω。
以故障点F1为例，利用本申请的方法进行试验，初始行波到达各个配电变压器监测终端的时间见表1；
表1初始行波到达时间
Figure BDA0002829573430000101
以K8为参考端，根据多端行波时差和双端行波定位原理计算参考端与故障点的距离，则K8K1、K8K2、K8K3、K8K4、K8K5、K8K6、K8K7、K8K9的距离分别为1.902，3.022，4.047，4.066，3.994，3.994，4.079，4.075；
根据公式(1)构建如公式(18)的故障搜索矩阵D13；
Figure BDA0002829573430000111
图5所示的配电网拓扑结构中包含无效节点T4，需要建立辅助矩阵，以配合故障搜索矩阵确定故障点，根据公式(2)建立如公式(19)所示的关于无效节点T4的辅助矩阵J2；
Figure BDA0002829573430000112
根据故障搜索矩阵J2，可以判断故障未发生于参考端支路、非参考端支路、参考端节点和非参考端节点；辅助矩阵J2中不包含大于0且小于1的矩阵元素，因此不需要辅助矩阵的配合，即可根据故障搜索矩阵确定故障位置；
分析故障搜索矩阵D13的矩阵元素特征，大于0且小于1的矩阵元素确定的节点线路分别为T1T3、T1T5、T1T6、T1T7，取交集为T1T3，T1T3由节点线路T1T2、T2T3组成，等于1的矩阵元素对应的节点线路为T1T2，作差可知故障发生于节点线路T2T3。
参考端K8分别与K3、K4、K5、K6、K7、K9两两配对计算各个配对的参考端与非参考端之间的实际故障距离，将所有的实际故障距离取平均值作为最终故障距离，完成故障定位；各个故障点的定位结果如表2。
表2故障定位结果
Figure BDA0002829573430000113
由表2可知，故障点F1与参考端K8之的距离为4043m，误差+43m；其余各个故障点与参考端之间的误差均未超过50m，表明本申请提出的故障定位方法精度较高，定位效果较好。
本发明未述及之处适用于现有技术。

Claims (7)

1.一种基于配电变压器监测终端的配电网行波故障定位方法，其特征在于，该方法的具体步骤为：
S1、提取故障电压行波，记录初始行波波头到达各个配电变压器监测终端的时间；
S2、根据多端行波时差和双端行波定位原理计算故障点到参考端的理论故障距离，将理论故障距离与参考端支路的线路长度作差得到差值，并将差值与参考端节点和各个非参考端节点之间的节点线路的线路长度的比值作为矩阵元素，构建故障搜索矩阵；
S3、根据故障搜索矩阵的矩阵元素变化特征判断故障点的位置；将参考端分别与各个非参考端两两配对，根据故障点位置，利用双端行波定位原理计算各个配对的参考端和非参考端之间的实际故障距离，并将所有的实际故障距离求和取平均值，得到最终故障距离，以此完成故障定位；
其中，与参考端直接相连的线路为参考端支路，与参考端支路直接相连的节点为参考端节点，与非参考端直接相连的线路为非参考端支路，与非参考端支路直接相连的节点为非参考端节点，参考端节点与非参考端节点之间线路为节点线路；除去参考端节点和非参考端节点，剩余的节点均为无效节点；与无效节点直接相连的线路为无效支路。
2.根据权利要求1所述的基于配电变压器监测终端的配电网行波故障定位方法，其特征在于，步骤S3中，根据故障搜索矩阵的矩阵元素变化特征判断故障点的位置，包括：
1)故障搜索矩阵的矩阵元素均小于0，故障点位于参考端支路上；
2)故障搜索矩阵的矩阵元素均等于0，故障点位于参考端节点上；
3)故障搜索矩阵中非参考端对应的矩阵元素等于1，故障点位于故障搜索矩阵的等于1的矩阵元素对应的非参考端节点上；
4)故障搜索矩阵中非参考端对应的矩阵元素大于1，故障点位于故障搜索矩阵的大于1的矩阵元素对应的非参考端支路上；
5)故障搜索矩阵存在大于0且小于1的矩阵元素，表明故障点位于节点线路上；
对于不含无效节点的配电网，则只需要将参考端与故障搜索矩阵中的大于0且小于1的矩阵元素对应的非参考端之间的节点线路取交集，然后减去参考端与等于1的矩阵元素对应非参考端之间的节点线路，剩余节点线路即为故障点所在的节点线路；
对于含有无效节点的配电网，则需要构建辅助矩阵，将故障搜索矩阵与辅助矩阵相结合判断故障点的位置；
当辅助矩阵中存在大于0且小于1的矩阵元素时，将辅助矩阵中的矩阵元素大于0且小于1的非参考端对应的节点线路取交集，得到故障点所在的节点线路；
当辅助矩阵中不存在大于0且小于1的矩阵元素时，按照不含无效节点的配电网处理。
3.根据权利要求2所述的基于配电变压器监测终端的配电网行波故障定位方法，其特征在于，步骤S3中，构建辅助矩阵的具体过程为：
保持参考端Kp不变，选择包含无效节点Ts的线路，以无效节点Ts作为参考端节点构建关于无效节点的辅助矩阵J；假定与无效节点Ts所在线路相连的非参考端为K1、K2…Ki，i＝1,2…r，则辅助矩阵J满足公式(2)；
Figure FDA0002829573420000021
式(2)中，lKpTs表示参考端Kp与无效节点Ts之间的线路长度，lTsTK1表示无效节点Ts与非参考端K1对应的非参考端节点TK1之间的线路长度；lTsTK2表示无效节点Ts与非参考端K2对应的非参考端节点TK2之间的线路长度；lTsTKi无效节点Ts与非参考端Ki对应的非参考端节点TKi之间的线路长度。
4.根据权利要求3所述的基于配电变压器监测终端的配电网行波故障定位方法，其特征在于，步骤S3中，利用误差裕度根据辅助矩阵修正原则对辅助矩阵的矩阵元素进行修正；
辅助矩阵修正原则为：当故障点到参考端之间的线路长度与参考端到无效节点之间的线路长度的差值接近0时，令此差值等于0；当故障点到参考端之间的线路长度与参考端到无效节点之间的线路长度的差值接近非参考端节点与无效节点之间的线路长度时，令此差值等于非参考端节点与无效节点之间的线路长度。
5.根据权利要求1所述的基于配电变压器监测终端的配电网行波故障定位方法，其特征在于，步骤S2中，利用误差裕度根据故障搜索矩阵修正原则对故障搜索矩阵的矩阵元素进行修正；
故障搜索矩阵修正原则为：当故障点到参考端的距离与参考端支路线路长度之间的差值接近0时，令此差值等于0；当故障点到参考端的线路长度与参考端支路的线路长度之间的差值接近参考端节点与非参考端节点之间的线路长度时，令此差值等于参考端节点与非参考端节点之间的线路长度。
6.根据权利要求4或5所述的基于配电变压器监测终端的配电网行波故障定位方法，其特征在于，所述误差裕度的取值根据行波采集装置的采样频率设定；采用频率越高，误差裕度的取值越小。
7.根据权利要求6所述的基于配电变压器监测终端的配电网行波故障定位方法，其特征在于，当采样频率为1MHz时，误差裕度的取值范围为50～150m。
CN202011437333.2A 2020-12-11 2020-12-11 基于配电变压器监测终端的配电网行波故障定位方法 Active CN112698150B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011437333.2A CN112698150B (zh) 2020-12-11 2020-12-11 基于配电变压器监测终端的配电网行波故障定位方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011437333.2A CN112698150B (zh) 2020-12-11 2020-12-11 基于配电变压器监测终端的配电网行波故障定位方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112698150A true CN112698150A (zh) 2021-04-23
CN112698150B CN112698150B (zh) 2022-05-24

Family

ID=75507260

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011437333.2A Active CN112698150B (zh) 2020-12-11 2020-12-11 基于配电变压器监测终端的配电网行波故障定位方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112698150B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113267699A (zh) * 2021-06-08 2021-08-17 武汉中原电子信息有限公司 供电线路窃电判断方法及其应用

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101393248A (zh) * 2008-06-18 2009-03-25 昆明理工大学 一种基于s变换的输电线路故障行波波头精确定位方法
CN101776725A (zh) * 2010-01-13 2010-07-14 上海交通大学 输电线路故障测距方法
CN103558512A (zh) * 2013-11-19 2014-02-05 湖南大学 一种基于矩阵运算的配电网10kV馈线故障定位方法
US20150212137A1 (en) * 2011-01-07 2015-07-30 Damir Radan Fault detection system and method, and power system for subsea pipeline direct electrical heating cables
CN108008255A (zh) * 2017-12-29 2018-05-08 江苏亚开电气有限公司 一种中压配电网故障快速定位装置及定位方法
CN108152673A (zh) * 2017-12-15 2018-06-12 国网江苏省电力有限公司南京供电分公司 一种利用多源数据的主动配电网故障分层定位方法
CN108375713A (zh) * 2018-01-25 2018-08-07 长沙理工大学 一种新型电网故障行波定位方法和系统
CN109061382A (zh) * 2018-08-06 2018-12-21 长沙理工大学 一种基于多端行波时差的配电网故障定位方法
CN111398738A (zh) * 2020-04-09 2020-07-10 山东理工大学 一种分布式配电网故障定位方法及系统
CN111521910A (zh) * 2020-05-06 2020-08-11 国网安徽省电力有限公司阜阳供电公司 一种基于小波变换的多端线路故障定位方法及系统

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101393248A (zh) * 2008-06-18 2009-03-25 昆明理工大学 一种基于s变换的输电线路故障行波波头精确定位方法
CN101776725A (zh) * 2010-01-13 2010-07-14 上海交通大学 输电线路故障测距方法
US20150212137A1 (en) * 2011-01-07 2015-07-30 Damir Radan Fault detection system and method, and power system for subsea pipeline direct electrical heating cables
CN103558512A (zh) * 2013-11-19 2014-02-05 湖南大学 一种基于矩阵运算的配电网10kV馈线故障定位方法
CN108152673A (zh) * 2017-12-15 2018-06-12 国网江苏省电力有限公司南京供电分公司 一种利用多源数据的主动配电网故障分层定位方法
CN108008255A (zh) * 2017-12-29 2018-05-08 江苏亚开电气有限公司 一种中压配电网故障快速定位装置及定位方法
CN108375713A (zh) * 2018-01-25 2018-08-07 长沙理工大学 一种新型电网故障行波定位方法和系统
CN109061382A (zh) * 2018-08-06 2018-12-21 长沙理工大学 一种基于多端行波时差的配电网故障定位方法
CN111398738A (zh) * 2020-04-09 2020-07-10 山东理工大学 一种分布式配电网故障定位方法及系统
CN111521910A (zh) * 2020-05-06 2020-08-11 国网安徽省电力有限公司阜阳供电公司 一种基于小波变换的多端线路故障定位方法及系统

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
SAWAI,S: "Traveling wave based fault location of multi-terminal transmission lines", 《2017 IEEE PES ASIA-PACIFIC POWER AND ENERGY ENGINEERING CONFERENCE (APPEEC)》 *
李练兵: "基于多端行波时差的配电网故障定位方法", 《电力系统保护与控制》 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113267699A (zh) * 2021-06-08 2021-08-17 武汉中原电子信息有限公司 供电线路窃电判断方法及其应用
CN113267699B (zh) * 2021-06-08 2022-07-26 武汉中原电子信息有限公司 供电线路窃电判断方法及其应用

Also Published As

Publication number Publication date
CN112698150B (zh) 2022-05-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108173263A (zh) 一种基于ami量测信息的配电网拓扑错误辨识算法
CN111308264B (zh) 一种基于余弦相似度的配电网单相接地故障区段定位方法
CN110333394B (zh) 一种低压配电网线路阻抗估计方法
CN106054023B (zh) 一种输电线路单端测距中估计两侧系统阻抗的方法
CN110609213B (zh) 基于最优特征的mmc-hvdc输电线路高阻接地故障定位方法
CN112907075B (zh) 一种电力系统综合负荷模型参数辨识方法
CN105652151A (zh) 基于线路参数检测与数据非同步校验的双端测距方法
CN112415273B (zh) 一种双回非全线平行输电线路零序参数精确测量方法
CN116930685B (zh) 一种适用于配电网单相接地故障的单端测距方法
CN108845225B (zh) 电力电容器、电抗器二次电流回路接线正确性分析方法
CN110927519A (zh) 基于μPMU量测值的主动配电网故障定位方法
CN111812455B (zh) 一种输电线路双端故障测距方法及系统
CN111257820A (zh) 三相智能电表接线远程检测方法
CN107505534B (zh) 配网故障遗传搜索定位方法
CN112698150B (zh) 基于配电变压器监测终端的配电网行波故障定位方法
CN111638423A (zh) 一种护套层和铠装层接地故障的电力电缆定位方法
CN107247215A (zh) 基于多点同步测量数据的配网故障粒子群定位算法
CN113189513B (zh) 一种基于纹波的冗余电源均流状态识别方法
CN107425523A (zh) 一种复杂电力系统运行误差识别与自动校正方法及系统
CN111007315A (zh) 一种基于电流谐波图谱的线路分支识别方法
CN103942416B (zh) 基于加权节点生成树的电压估计方法
CN107037250B (zh) 基于分布参数模型的不对称交流输电线路相参数测量方法
CN112505490A (zh) 基于互差绝对值和的配电网单相接地故障选线方法
CN110888019A (zh) 利用线路特征修正的配电网单相接地故障定位方法及系统
CN110007195A (zh) 基于输电线路电流不平衡量的scada不良数据剔除方法及系统

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant