CN1286405A - 对配电网故障进行定位的方法 - Google Patents

Abstract

一种对配电网故障进行定位的方法,包括:将配电网的结构信息、存储在网络控制中心:构造各线路的故障信息向量G_k和各联络开关的故障信息向量G_L;计算网络描述矩阵;计算配电网的故障信息向量:计算故障信息矩阵;对故障信息矩阵P进行规格化处理,得到故障判断矩阵:根据故障判断矩阵判断故障所在位置。应用本发明的方法,需在控制中心存储的配电网结构信息量和实现一次故障定位的计算量都很小。能适用于一个或一个以上电源供电的配电网故障定位。

Description

对配电网故障进行定位的方法

本发明属于电力自动化领域，更具体地说，是一种确定配电网故障位置的方法。

随着电力自动化技术的发展，城市供电可靠性需求的日益提高，电力系统配电网络实现馈线自动化功能的步伐近年逐步加快。馈线自动化的关键是，当线路发生故障时，如何快速、准确地确定故障位置，从而尽快隔离故障区段，并使线路非故障段恢复正常运行。《配电自动化系统》(刘键，倪建立，邓永辉。中国水利水电出版社。1999年版)第4章第4.3节介绍了一种故障定位方法。在配电线路上安装多个监控终端(如FTU)，各监控终端向控制中心发送被监控处线路运行情况信息，控制中心预先将断路器、分段开关、联络开关等被监控点进行编号，构造一个网络描述矩阵，根据各监控终端发送的信息(被监控点是否有故障电流)生成一个故障信息矩阵，通过所述网络描述矩阵和故障信息矩阵的运算得到一个故障判断矩阵，从而寻求故障区段、判断故障的位置。该方法存在以下缺点：1、该方法仅适用于树状分支网络(仅含一个电源点，向下包含若干分支)或联络开关断开时的环形网络(即开环运行)，对于两个或两个以上的电源点并列运行(联络开关闭合，对双电源环网也称闭环运行)时，该方法不能适用，必须采用别的定位判据，增加了故障定位算法的复杂性，降低了定位系统的可靠性，系统的鲁棒性较差(即对配电网络运行方式变化的适应能力较弱)；2、该方法网络描述矩阵与故障信息矩阵都是采用系统所有监测点信息的方阵，需在控制中心存储的信息量及计算量都很大，当监控点较多时，难以满足系统的实时性要求。

本发明的目的在于，提供一种新的配电网的故障定位方法，这种方法能克服上述方法的缺点，能减少系统存储量和计算量，不仅能解决普通树状网络以及开环运行的环网的故障定位，还能解决闭环运行等复杂结构的环网的故障定位问题。

本发明的方法，包括以下步骤：

(1)根据配电网的结构将下列信息存储在网络控制中心

①将每个电源(变电站)到与其相连的联络开关之间线路视为一条线路(一条环网视为两条线路，线路分界点为环网的联络开关)，根据每一条线路的结构，构造一方阵，其方法为：将每一条线路上的各监控点进行编号，线路k中各监控点的编号为k₁、k₂、…、k_i、…k_n，所述监控点指分段开关、断路器等，但不包括联络开关；若k_i与k_j存在一条馈线支路，则置矩阵D_k的元素D_ij=1，否则置其为0，由此形成维数为n的方阵；

②根据每一个联络开关与其所相连线路中各监控点的连接状态构造一个列向量：联络开关L与k_i间存在一条馈线支路，则置列向量D_Lk的元素D_Lki为1，否则置其为0，形成n维列向量D_Lk；

(2)构造各线路的故障信息向量G_k和各联络开关的故障信息向量G_L：

①规定每一条线路中电源指向监控点的方向为正方向，若所在监控点存在故障过流信号，且故障过流信号方向为正，则该监控点的故障信号为1，若所在监控点存在方向为负的故障过流信号，则该监控点的故障信号为-1，若监控点不存在故障过流信号，则该监控点的故障信号为0，将故障信号按监控点顺序排列，在控制分站或控制主站按线路的监控点形成故障信息向量G_k；

②以联络开关所连接的某一条线路的方向为联络开关的方向，用上述确定故障信号数值的方法确定联络开关的故障信息向量为G_L；

(3)计算网络描述矩阵若在一条线路k中存在过流信号，即取线路k的网络结构方阵为网络描述矩阵

D=D_k；

若在线路k和线路m二条线路上含有故障过流信息，且其联络开关L上具有故障过流信号，表明线路处于环网闭环运行状态，将步骤(1)中的线路k和线路m的网络结构方阵D_k、D_m以及联络开关L的列向量连接信息D_Lk、D_Lm按下式计算，形成一个网络描述矩阵D：

式中D^T表示矩阵的转置；(4)计算配电网的故障信息向量若仅在一条线路k中存在过流信号，取该线路的故障信息向量G_k为故障信息向量

G=G_k；若在线路k和线路m二条线路上含有故障过流信息，将按步骤(2)得到的线路k和线路m的故障信息向量G_k和G_m及联络开关故障信息向量按下式计算配电网的故障信息向量： $G=\left[\underset{-G_m}{\overset{G_K}{\±G_L}}\right]$

式中-G_m表示将G_m中每一个元素取它的相反数得到的向量，±G_L表示：若联络开关L的方向取线路k的方向，G_L数值不变，若联络开关L的方向取线路m的方向，则将G_L的数值取它的相反数；

(5)计算故障信息矩阵

用所述网络描述矩阵D和故障信息向量G计算故障信息矩阵

P：

P_ij=G_i×D_ij

(6)对故障信息矩阵P进行规格化处理，得到故障判断矩阵P＇

若网络描述矩阵D中第j行元素至少有三个元素D_jm、D_jn…D_jk为1，且G_m、G_n…G_k中至少有两个元素为1、或至少有两个元素为-1，则将P中元素相应的第j行和第j列元素全置为0；

(7)根据步骤(6)中的故障判断矩阵判断故障所在位置：

对矩阵P＇中的上三角阵和下三角阵中的对应元素相减，即

R_ij=P′_ij-P′_ij，若R_ij≠0，即其结果为非零，则可判断故障发生在节点i与节点j之间。若R_ij≠0、R_ik≠0…R_kn≠0，则可判断故障发生在节点i、节点j、节点k…节点n之间，对应原网络结构方阵，即可判断故障所在区段的位置。

下面结合附图和实施例对本发明进行详细描述。

图1是本发明的工作流程图。

图2是应用本发明进行故障定位的一个三电源配网结构图。

图1所描述的本发明的工作流程，已在上述本发明方案中进行了详细描述，此处不再重复。

图2是一个包括三个电源、两个联络开关并带分支线路的配电网结构实例。图中，A、B、C表示三个电源(变电站)，L1、L2表示两个联络开关，配电网以两个联络开关分成三条A、B、C线路，A1～A4、B1～B7、C1～C3分别表示线路A、线路B、线路C中的断路器、分断开关等被监控点。图示的情况表示一个联络开关L1闭合(即一条手拉手环网闭环运行)，在分支线路F点发生短路故障。下面详细说明用本发明对故障定位的过程。

1．在控制中心存储下列网络结构信息：

2．构造各线路的故障信息向量和各联络开关的信息向量：

当F点发生故障时，线路A和线路B出现故障过流信息，故障过流信息(以电源点流出为正，联络开关的方向按线路A方向考虑)可表示为：

3、计算网络描述矩阵为：

4、计算故障信息向量为：G=[G^T _A G_1L-G^T _B]=[1 1 1 1 1 1-1-1-1-1 0 0]^T

5、计算故障信息矩阵P，其中P_ij=G_i×D_ij：

6、对故障信息矩阵进行规格化处理，得到故障判断矩阵：

由于在网络描述矩阵中，第7行元素的第6列、第8列和第10列为1，即超过3个1，且G[8]和G[10]均为-1，故对故障信息矩阵P中的第7列和第7行元素全置为零，网络描述矩阵中第10行元素的第7列、第11列、第12列为1，但故障信息向量中只有G[7]=-1，故不需对其进行规格化处理。故障判断矩阵为：

7、进行故障定位：

将故障判断矩阵的上三角阵和下三角阵中的对应元素相减，可以发现

P’(10，11)-P’(11，10)≠0，

P’(10，12)-P’(12，10)≠0，即故障可定位于点10，11，12之间，即监测(控)点B5，B6，B7之间，定位过程结束。

本发明的方法与已有技术的方法法相比，有以下优点：

1．需在控制中心存储的配电网结构信息量大大减少。以配电网含三条线路为例，设监控点数目分别为N₁、N₂、N₃，总数为N，用本发明的方法，需存储的参数量约为N₁ ²+N₂ ²+N₃ ²，对比文献所提供的方法需要存储的信息参数量约为N²，相差约2(N₁N₂+N₂N₃+N₁N₃)。

2．实现一次故障定位的计算量大大减少。因本方法中的故障信息矩阵是用网络描述矩阵和故障信息向量中对应元素相乘得到的，且网络描述矩阵与故障信息向量均只需取网络中部分结构信息，维数比对比已有技术大为减小，故比已有技术中的用系统网络描述矩阵和故障描述矩阵相乘得到故障判断矩阵的计算量大大减少。因计算量大大减少，不仅提高了系统故障定位的实时性，也便于设立子站用单片机系统实现系统的故障定位功能。

3．适用范围广泛。已有技术只适用于一个电源供电的配电网故障定位，本发明不仅能适用于一个电源供电的配电网故障定位，还能适用于两个电源供电的配电网进行故障定位。对于两个以上的电源供电的配电网，本发明经适当改进后，也能适用。

Claims (1)

1、在由监控终端、控制中心组成的配电自动化系统对配电网出现的短路故障进行定位的方法，包括以下步骤：

(1)根据配电网的结构将下列信息存储在网络控制中心

①将每个电源(变电站)到与其相连的联络开关之间线路视为一条线路(一条环网视为两条线路，线路分界点为环网的联络开关)，根据每一条线路的结构，构造一方阵，其方法为：将每一条线路上的各监控点进行编号，线路k中各监控点的编号为k₁、k₂、…、k_i、…k_n，所述监控点指分段开关、断路器等，但不包括联络开关；若ki与kj存在一条馈线支路，则置矩阵D_k的元素D_ij=1，否则置其为0，由此形成维数为n的方阵；

②根据每一个联络开关与其所相连线路中各监控点的连接状态构造一个列向量：联络开关L与k_i间存在一条馈线支路，则置列向量D_LK的元素D_Lki为1，否则置其为0，形成n维列向量D_Lk；

(2)构造各线路的故障信息向量G_k和各联络开关的故障信息向量GL：

①规定每一条线路中电源指向监控点的方向为正方向，若所在监控点存在故障过流信号，且故障过流信号方向为正，则该监控点的故障信号为1，若所在监控点存在方向为负的故障过流信号，则该监控点的故障信号为-1，若监控点不存在故障过流信号，则该监控点的故障信号为0，将故障信号按监控点顺序排列，在控制分站或控制主站按线路的监控点形成故障信息向量G_k；

②以联络开关所连接的某一条线路的方向为联络开关的方向，用上述确定故障信号数值的方法确定联络开关的故障信息向量为G_L；

(3)计算网络描述矩阵

若在一条线路k中存在过流信号，即取线路k的网络结构方阵为网络描述矩阵

D=D_k；

若在线路k和线路m二条线路上含有故障过流信息，且其联络开关L上具有故障过流信号，表明线路处于环网闭环运行状态，将步骤(1)中的线路k和线路m的网络结构方阵D_k、D_m以及联络开关L的列向量连接信息D_Lk、D_Lm按下式计算，形成一个网络描述矩阵D：

式中D^T表示矩阵的转置；

(4)计算配电网的故障信息向量若仅在一条线路k中存在过流信号，取该线路的故障信息向量G_k为故障信息向量

G=G_k；若在线路k和线路m二条线路上含有故障过流信息，将按步骤(2)得到的线路k和线路m的故障信息向量G_k和G_m及联络开关故障信息向量按下式计算配电网的故障信息向量： $G=\left[\underset{-G_M}{\overset{G_K}{\±G_L}}\right]$ 式中-G_m表示将G_m中每一个元素取它的相反数得到的向量，±G_L表示：若联络开关L的方向取线路k的方向，G_L数值不变，若联络开关L的方向取线路m的方向，则将G_L的数值取它的相反数：

(5)计算故障信息矩阵

用所述网络描述矩阵D和故障信息向量G计算故障信息矩阵P：

P_ij=G_i×D_ij

(6)对故障信息矩阵P进行规格化处理，得到故障判断矩阵P＇若网络描述矩阵D中第j行元素至少有三个元素D_jm、D_jn…D_jk为1，且G_m、G_n…G_k中至少有两个元素为1、或至少有两个元素为-1，则将P中元素相应的第j行和第j列元素全置为0；

(7)根据步骤(6)中的故障判断矩阵判断故障所在位置：

对矩阵P＇中的上三角阵和下三角阵中的对应元素相减，即R_ij=P′_ij-P′_ij，若R_ij≠0，即其结果为非零，则可判断故障发生在节点i与节点j之间。若R_ij≠0、R_ik≠0…R_kn≠0，则可判断故障发生在节点i、节点j、节点k…节点n之间，对应原网络结构方阵，即可判断故障所在区段的位置。

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