CN113447758B - 一种风电场多分支集电线路单相接地故障测距方法 - Google Patents
一种风电场多分支集电线路单相接地故障测距方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113447758B CN113447758B CN202110674678.8A CN202110674678A CN113447758B CN 113447758 B CN113447758 B CN 113447758B CN 202110674678 A CN202110674678 A CN 202110674678A CN 113447758 B CN113447758 B CN 113447758B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- fault
- line
- section
- point
- positions
- 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.)
- Active
Links
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 title abstract description 4
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims abstract description 12
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 15
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 10
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000013480 data collection Methods 0.000 description 1
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 1
- 230000004807 localization Effects 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
- G01R31/08—Locating faults in cables, transmission lines, or networks
- G01R31/088—Aspects of digital computing
-
- 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
Abstract
本发明涉及一种风电场多分支集电线路单相接地故障测距方法,包括下列步骤：(1)在线路末端增设测量点；在故障发生后，提取各测量点故障后两个周波的故障相电压、电流及零序电流信息，得到多组相电压、相电流与零序电流的相量值；进行故障测距：依次假定故障位于各疑似故障点所在区段，基于线路末端电气量及线路首端零序电流信息与线路参数列方程求解故障点位置，若所得位置与前者所得到的所在区段的疑似故障点位置重合，则判断该位置为实际故障点，否则转入其它疑似故障点的计算，直到所有疑似故障点搜索完毕。
Description
技术领域
本发明属于电气设备及电气工程技术领域，涉及一种风电场多分支集电线路单相接地故障测距方法。
背景技术
风电场内的架空线路一般称为集电线路，负责将多台风机产生的电能汇集并传输至升压站。按照当前的保护配置，集电线路上任意位置发生故障时，整条集电线路均会被切除。若不能准确找出故障点并及时修复，则会导致大量风机长时间停机，浪费大量风能，造成经济效益的损失。当前风电场集电线路的故障定位通常依靠人工巡线进行，效率低下，费时费力。虽然风电场内已配备故障录波装置，结合其配套软件能够实现故障选相与故障测距功能，但该测距算法未计及线路拓扑结构与风电机组接入的影响，测距误差较大。鉴于各类故障中最为常见的就是单相接地故障，有必要提出一种考虑上述影响，且能够准确、快速地确定单相接地故障位置的方法。
风电场的拓扑结构复杂，呈辐射状，且包含多个分支，类似于配电网。但相比于配电网，风电场的线路长度一般更短，且设置的测量点数量远少于配电网，目前一般只设置于集电线路首端靠近母线处。考虑到成本问题，不宜增设过多测量点。此外，风机的运行方式会因为环境条件、设备状态等多种因素发生变化，且故障期间风机将启动低电压穿越策略，表现出不同于正常运行期间的特性。这样的变化导致难以具体分析风机对故障定位的影响。复杂的线路结构、匮乏的信息来源与多变的风机特性共同导致了集电线路上的故障定位难以进行。
目前有文献从增设测量点、应用历史数据训练模型等角度提出故障测距算法，但此类算法对数据要求较高且可移植性差；也有文献提出基于风电场线路的结构特点，通过估算风机的瞬时输出电流的方式消除风机运行方式对测距结果的影响，但该方法在多分支线路上将得出多个疑似故障点，而无法确定实际的故障位置。总的来说，目前仍缺少适用于多分支集电线路且适应实际工程数据采集能力的算法。
发明内容
本发明的目的是针对当前风电场集电线路定位算法无法适用于多分支线路的问题，以尽可能少地增设测量点为前提，给出了一种风电场多分支集电线路单相接地故障测距方法，本发明基于故障分析法，结合线路拓扑结构与多端同步信息确定故障所在分支，进而完成故障测距。本发明的技术方案是：
一种风电场多分支集电线路单相接地故障测距方法,包括下列步骤：
(1)在线路末端增设测量点，方法如下：
1)将风电场拓扑结构转化为树型结构，线路首端测量点位置对应根节点，风机支路与线路的连接点及线路之间的连接点为节点，并按照以下原则增设测量点：
A.至少在与根节点间隔最多节点的一个叶子节点处增设一处数据采集装置；
B.若符合原则A的叶子节点有n,n≥2，个兄弟节点,则应在其中的n-1个兄弟节点处增设数据采集装置；
C.除符合原则A的叶子节点外，若任何叶子节点由有兄弟节点，则应在这些兄弟节点处增设数据采集装置。
(2)在故障发生后，提取各测量点故障后两个周波的故障相电压、电流及零序电流信息，得到多组相电压、相电流与零序电流的相量值；
(3)按照下列方法进行故障测距：
1)将两个相邻节点之间的线路定义为一个区段，规定一个区段靠近母线的一侧为其首端，远离母线的一侧为其末端，依次假定故障位于各区段，基于线路首端电气量与线路参数列方程求解故障点位置，方法如下：假定故障位于区段m，线路首端与区段m之间的区段为区段1、区段2、……、区段m-2、区段m-1，列出方程：
其中，为线路首端电压，/>和/>为区段i上的正、负、零序电流，li为区段i长度，z1、z0为单位长度线路的正序、零序阻抗，lf为故障点到区段m首端的距离，Rf为故障点过渡电阻；规定流向母线的方向为电流正方向；将方程分解为实部与虚部即可求解lf与Rf；若lf＜lm，则认为该故障位置合理，记录为疑似故障点，转入下一区段的计算，否则直接转入下一区段的计算；
2)依次假定故障位于各疑似故障点所在区段，基于线路末端电气量及线路首端零序电流信息与线路参数列方程求解故障点位置，若所得位置与第1)步所得到的所在区段的疑似故障点位置重合，则判断该位置为实际故障点，否则转入其它疑似故障点的计算，直到所有疑似故障点搜索完毕。
附图说明
图1风电场拓扑结构示意图
图2树型结构示意图
图3同一节点存在多个分支导致疑似故障点增加的示意图
图4多个分支有子分支导致疑似故障点增加的示意图
具体实施方式
针对当前各类集电线路故障分支定位与测距算法普遍存在的数据采集装置数量要求较多的问题，结合实际工程中的集电线路拓扑结构，考虑了最小数量的数据采集装置配置方法；根据各处采集装置得到的数据，分别计算故障点到各采集装置的距离，结合线路拓扑结构确定实际的故障位置。首先，在线路末端增设测量点；在故障发生后，提取各测量点故障后两个周波的故障相电压、电流及零序电流信息，进行FFT变换，得到多组相电压、相电流与零序电流的相量值；对于每个测量点，根据每组数据分别计算故障点到测量点的距离，并求取多组计算结果的平均值，作为该测量点对应的故障距离计算值；对照线路拓扑结构，在线路上搜索到各测量点距离均符合其对应的故障距离计算值的位置，该位置即为实际故障位置。具体实施步骤如下：
1)采集装置配置原则
1.1)一条线路上存在多个分支的情况
当一条线路上存在多个分支时，为保证线路上任意位置的故障均能被准确定位，应至少在现有的线路首端数据采集装置基础上，在与线路首端相隔最多节点的节点处增设一处数据采集装置，例如在图1所示情况中，除O点已有的数据采集装置外，还应在与其相隔最多节点的I点处增设一处数据采集装置。
1.2)同一节点存在多个分支的情况
当同一节点处存在两个分支时，仅根据线路首端电气量进行故障测距，将在两个分支上分别得到一个疑似故障点。此时在任一分支末端增设一个采集装置，根据该采集装置得到的信息计算故障点到该采集装置的距离，即可确定两个疑似故障点中的一个为实际故障位置。
当同一节点处存在三个及以上的分支时，仅根据线路首端电气量进行故障测距，将在每个分支上分别得到一个疑似故障点，如图3所示，若只在A点增设采集装置，则仍存在f2与f3两个疑似故障点。设分支数量为n，则需要在其中n-1个分支末端增设数据采集装置以确定实际故障位置。实际工程中，该分支数量一般不超过三个，即最多需要增设两处数据采集装置。
1.3)多个分支有子分支的情况
当多个分支有子分支时，若只在其中一个分支的子分支末端增设数据采集装置，则可能无法确定另一分支的子分支上的疑似故障点是否为实际故障位置，如图4所示。此时若仅在B点或C点增设一处采集装置，则对于分支DE与分支DF上发生的故障，根据两处测量装置的数据进行故障定位，仍会得到f1与f2两个疑似故障点。此时需要在两个分支的子分支中各选择一个，在其末端增设数据采集装置。若子分支数量为三个或三个以上，则需要按照上一条原则，进一步增设采集装置。
为方便实际工程中的实施，可将集电线路拓扑结构以树型结构表示，例如图1中1#集电线路的拓扑结构转化为树型结构后如图2所示。
树型结构中，顶端的节点称为根节点，在线路中对应线路首端已有的智能数据采集装置所在位置。在一个节点下方与其直接连接的节点称为该节点的子节点，该节点为子节点的父节点。例如图2中，A点为O点的子节点，O点为A点的父节点；B、F两点为A点的子节点，A点为这两点的父节点；依此类推。拥有相同父节点的两个节点称为兄弟节点，例如图2中，B点与F点为兄弟节点，D点与G点为兄弟节点，H点与E点为兄弟节点。若一个节点没有子节点，则称该节点为一个叶子节点，例如图2中点F、G、E、I均为叶子节点。
进行上述定义后，数据采集装置的增设原则可概括为前述的三条原则。
2)根据线路首端电气量确定疑似故障点位置
从线路首端的数据采集装置提取故障相电压故障相电流/>和零序电流/>由于风机单元升压变压器采用Y-Δ接法，零序电流无法在风机支路上流通。考虑到风电场的弱馈特性，认为故障电流全部由系统侧提供；再考虑到同一集电线路上风机型号一般相同，且故障后各风机出口处电压相近，此处认为所有风机在故障期间提供的电流/>相同，设风机总数为n，则有：
以此为基础即可计算各区段的电流分布。例如图1中，区段OA上流通的电流为区段AB上流通的电流为/>区段BC上流通的电流为/>区段AF上流通的电流为/>依此类推。
得到各区段电流分布后，即可依次假定故障点位于各区段，根据公式(1)计算得到若干个疑似故障点。
3)根据线路末端电气量确定各疑似故障点是否为实际故障位置
选择一个疑似故障点，检索增设的数据采集装置中与其间隔的节点数目最少的一个，从中提取故障相电压与电流/>考虑到风电场的线路拓扑结构与变压器接线方式，故障点下游的零序电流非常微弱，因此在线路末端增设的采集装置可能无法采集到零序电流信号，只能从线路首端的采集装置获取零序电流信号/>在此基础上，为保证计算的正确性，需保持全部采集装置时钟同步。
依次假定故障位于各区段，基于线路末端电气量与线路参数列方程求解故障点位置。例如，假定故障位于区段m，线路末端区段m+n与区段m之间的区段为区段m+1、区段m+2、……、区段m+n-1，则可列出方程：
其中l'f为故障点到区段m末端的距离，将公式(3)分解为实部与虚部即可求解l'f与Rf。若l'f与根据公式(1)计算得到的lf符合线路拓扑结构，则可认为得到的故障点为实际故障位置。否则应转入其它疑似故障点的计算。
例如，对于图3所示情况，设数据采集装置安装于O、A、B，实际故障位置为f3。首先根据O点处的采集装置得到的数据进行计算，得到疑似故障点f1、f2、f3(即得到lTf1、lTf2、lTf3)。对f1，根据A点的采集装置得到的数据进行计算，得到lf1A，经验证发现不满足lTf1+lf1A＝lTA，因此f1不是实际故障位置。同理可得f2不是实际故障位置。对f3，可根据A、B两点中任意一处的采集装置测得的数据进行计算，此处不妨取A点的采集装置的数据，计算得到lTf3'，经验证发现满足lTf3'＝lTf3，由此确定f3为实际故障位置。
Claims (1)
1.一种风电场多分支集电线路单相接地故障测距方法,包括下列步骤：
(1)在线路末端增设测量点，方法如下：
1)将风电场拓扑结构转化为树型结构，线路首端测量点位置对应根节点，风机支路与线路的连接点及线路之间的连接点为节点，并按照以下原则增设测量点：
A.至少在与根节点间隔最多节点的一个叶子节点处增设一处数据采集装置；
B.若符合原则A的叶子节点有n,n≥2，个兄弟节点,则应在其中的n-1个兄弟节点处增设数据采集装置；
C.除符合原则A的叶子节点外，若任何叶子节点由有兄弟节点，则应在这些兄弟节点处增设数据采集装置；
(2)在故障发生后，提取各测量点故障后两个周波的故障相电压、电流及零序电流信息，得到多组相电压、相电流与零序电流的相量值；
(3)按照下列方法进行故障测距：
1)将两个相邻节点之间的线路定义为一个区段，规定一个区段靠近母线的一侧为其首端，远离母线的一侧为其末端，依次假定故障位于各区段，基于线路首端电气量与线路参数列方程求解故障点位置，方法如下：假定故障位于区段m，线路首端与区段m之间的区段为区段1、区段2、……、区段m-2、区段m-1，列出方程：
其中，为线路首端电压，/>和/>为区段i上的正、负、零序电流，li为区段i长度，z1、z0为单位长度线路的正序、零序阻抗，lf为故障点到区段m首端的距离，Rf为故障点过渡电阻；规定流向母线的方向为电流正方向；将方程分解为实部与虚部即可求解lf与Rf；若lf＜lm，则认为该故障位置合理，记录为疑似故障点，转入下一区段的计算，否则直接转入下一区段的计算；
2)依次假定故障位于各疑似故障点所在区段，基于线路末端电气量及线路首端零序电流信息与线路参数列方程求解故障点位置，若所得位置与第1)步所得到的所在区段的疑似故障点位置重合，则判断该位置为实际故障点，否则转入其它疑似故障点的计算，直到所有疑似故障点搜索完毕，其中，所述线路参数包括线路单位长度正序阻抗z1、单位长度零序阻抗z0及各区段长度li。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110674678.8A CN113447758B (zh) | 2021-06-17 | 2021-06-17 | 一种风电场多分支集电线路单相接地故障测距方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110674678.8A CN113447758B (zh) | 2021-06-17 | 2021-06-17 | 一种风电场多分支集电线路单相接地故障测距方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113447758A CN113447758A (zh) | 2021-09-28 |
| CN113447758B true CN113447758B (zh) | 2023-08-18 |
Family
ID=77811661
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110674678.8A Active CN113447758B (zh) | 2021-06-17 | 2021-06-17 | 一种风电场多分支集电线路单相接地故障测距方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113447758B (zh) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114002544B (zh) * | 2021-10-11 | 2024-03-08 | 北京四方继保工程技术有限公司 | 一种多端线路保护故障定位及测距的方法 |
| CN117375066A (zh) * | 2023-09-05 | 2024-01-09 | 长江勘测规划设计研究有限责任公司 | 一种新能源电站集电线路单回多分支优化系统及其方法 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| PL380012A1 (pl) * | 2006-06-23 | 2007-12-24 | ABB Spółka z ograniczoną odpowiedzialnością | Sposób lokalizacji zwarć w liniach energetycznych z wieloma odgałęzieniami |
| CN107167703A (zh) * | 2017-05-16 | 2017-09-15 | 清华大学 | 一种风电场集电线路单相接地故障测距方法 |
| CN107817420A (zh) * | 2017-09-18 | 2018-03-20 | 天津大学 | 非全程同杆并架双回输电线路非同步数据故障测距方法 |
| CN110261719A (zh) * | 2019-07-16 | 2019-09-20 | 清华大学 | 一种风电场集电线路单相弧光高阻接地故障测距方法 |
| CN111076872A (zh) * | 2019-12-17 | 2020-04-28 | 天津大学 | 基于多线路零序电流信息的花瓣式城市电网接地故障精确定位方法 |
| CN112816831A (zh) * | 2021-03-18 | 2021-05-18 | 华北电力大学（保定） | 风电场集电线单相接地故障定位方法 |
-
2021
- 2021-06-17 CN CN202110674678.8A patent/CN113447758B/zh active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| PL380012A1 (pl) * | 2006-06-23 | 2007-12-24 | ABB Spółka z ograniczoną odpowiedzialnością | Sposób lokalizacji zwarć w liniach energetycznych z wieloma odgałęzieniami |
| CN107167703A (zh) * | 2017-05-16 | 2017-09-15 | 清华大学 | 一种风电场集电线路单相接地故障测距方法 |
| CN107817420A (zh) * | 2017-09-18 | 2018-03-20 | 天津大学 | 非全程同杆并架双回输电线路非同步数据故障测距方法 |
| CN110261719A (zh) * | 2019-07-16 | 2019-09-20 | 清华大学 | 一种风电场集电线路单相弧光高阻接地故障测距方法 |
| CN111076872A (zh) * | 2019-12-17 | 2020-04-28 | 天津大学 | 基于多线路零序电流信息的花瓣式城市电网接地故障精确定位方法 |
| CN112816831A (zh) * | 2021-03-18 | 2021-05-18 | 华北电力大学（保定） | 风电场集电线单相接地故障定位方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 基于决策树体系的预想故障集下风电场扰动风险测度评估;卓毅鑫等;《电工技术学报》;20151231;第30卷(第S2期);全文 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN113447758A (zh) | 2021-09-28 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN113447758B (zh) | 一种风电场多分支集电线路单相接地故障测距方法 | |
| CN109283429B (zh) | 一种基于正负序阻抗相等原理的配电网故障测距方法 | |
| CN109901013B (zh) | 一种利用电流、电压突变量极性来判别配电网故障方向的方法 | |
| CN111384725A (zh) | 一种新能源电站的短路电流计算方法和系统 | |
| CN110880743B (zh) | 一种基于肯德尔秩相关性的风电场站送出线路纵联保护方法 | |
| CN112083286B (zh) | 一种风电场集电线路单相接地故障选线方法 | |
| CN109359327B (zh) | 多用途智能配电网仿真系统及仿真方法 | |
| CN113777440A (zh) | 一种光伏电站集电线路单相接地故障的定位方法 | |
| CN113030644B (zh) | 多数据源信息融合的配电网故障定位方法 | |
| Tang et al. | Distribution system modeling using CYMDIST for study of high penetration of distributed solar photovoltaics | |
| CN107462810B (zh) | 一种适用于有源配电网的故障区段定位方法 | |
| CN106410862B (zh) | 基于有功恢复斜率校正的风电场单机等值方法 | |
| CN110261719A (zh) | 一种风电场集电线路单相弧光高阻接地故障测距方法 | |
| CN113054661A (zh) | 一种基于堪培拉距离的新能源场站送出线路纵联保护方法 | |
| CN112505489A (zh) | 风电场集电线故障定位方法 | |
| CN112098773A (zh) | 一种含分布式电源配电网相间短路故障定位方法 | |
| CN110165644B (zh) | 一种基于暂态电流时频特性的新能源场站纵联保护方法 | |
| Saciak et al. | A novel calculation method for steady-state short-circuit currents in Meshed DC-grids | |
| CN112083284B (zh) | 一种风电场集电线路故障区段与故障分支识别方法 | |
| CN112595932B (zh) | 一种适用于中压直流配电网的单极故障选线方法 | |
| CN112083285B (zh) | 一种大规模风电场长距离送出线路时域双端故障测距方法 | |
| CN114280425A (zh) | 基于负荷端相电压幅值变化量的配电网短路故障判断方法 | |
| Gupta et al. | Apparent power loss based equivalent model of wind farm collector system | |
| CN112649756A (zh) | 风电场集电线单相接地故障测距方法、系统、介质及设备 | |
| CN112670966A (zh) | 一种含光伏配电网的自适应电流保护方法 |
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 |