本發(fā)明涉及一種有源配電網(wǎng)的故障測(cè)距方法，屬于配電網(wǎng)自動(dòng)化技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

各種分布式電源不斷接入配電網(wǎng)，分布式電源的滲透率也不斷提升，這都使的有源配電網(wǎng)的故障定位技術(shù)成為保障供電可靠性和供電質(zhì)量的關(guān)鍵技術(shù)之一。在常規(guī)配電網(wǎng)中，利用故障點(diǎn)上游開(kāi)關(guān)處能夠檢測(cè)到故障電流而故障點(diǎn)下游開(kāi)關(guān)處檢測(cè)不到故障電流的現(xiàn)象實(shí)現(xiàn)故障區(qū)段的定位。而在分布式電源高度滲透的有源配電網(wǎng)中，分布式電源提供的短路電流可能使流過(guò)故障點(diǎn)下游開(kāi)關(guān)的故障電流大于過(guò)電流整定值，導(dǎo)致常規(guī)的故障定位方法失效。

國(guó)內(nèi)外針對(duì)分布式電源對(duì)有源配電網(wǎng)故障定位的影響及相應(yīng)解決方案的研究成果主要是集中在利用阻抗法、同步機(jī)近似模型法、或使用同步電壓電流相量的方法進(jìn)行故障定位，目前上述基于同步相量定位方法，需要在開(kāi)關(guān)處加裝同步相量測(cè)量裝置和高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，通過(guò)比較線路兩段的相量差和智能終端之間的相互通信來(lái)實(shí)現(xiàn)故障區(qū)段定位，但無(wú)法確定故障發(fā)生的距離，這些方法增加了計(jì)算工作量，并且只考慮系統(tǒng)中只接入一個(gè)分布式電源的情況，沒(méi)有考慮分布式電源多點(diǎn)接入情況。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述多目標(biāo)優(yōu)化算法的不足，本發(fā)明提出了一種適用于分布式電源多點(diǎn)接入情況下的有源配電網(wǎng)的故障測(cè)距方法，其能夠?qū)崿F(xiàn)有源配電網(wǎng)的故障測(cè)距。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題采取的技術(shù)方案是：

本發(fā)明提供的一種有源配電網(wǎng)的故障測(cè)距方法，其特征是，包括以下步驟：首先獲得有源配電網(wǎng)的數(shù)據(jù)，其次對(duì)每個(gè)供電區(qū)段進(jìn)行判斷以確認(rèn)故障區(qū)段，然后利用前推回代法計(jì)算故障點(diǎn)下游對(duì)故障點(diǎn)的注入電流，再者計(jì)算故障區(qū)段下游端的電壓相量和電流相量，并計(jì)算故障點(diǎn)的標(biāo)稱位置，最后計(jì)算故障點(diǎn)到變電站的距離。

優(yōu)選地，所述源配電網(wǎng)的數(shù)據(jù)包括拓?fù)?、?fù)荷和線路的電氣參數(shù)，以及變電站在故障時(shí)的電壓電流相量和分布式電源的同步電流相量。

本發(fā)明提供的另一種有源配電網(wǎng)的故障測(cè)距方法，其特征是，包括以下步驟：

步驟1，獲得有源配電網(wǎng)的數(shù)據(jù)；

所述有源配電網(wǎng)的數(shù)據(jù)至少包括以下數(shù)據(jù)：拓?fù)洹⒇?fù)荷和線路的電氣參數(shù)、變電站在故障時(shí)的電壓電流相量和分布式電源的同步電流相量；

設(shè)故障發(fā)生在節(jié)點(diǎn)k和k+1之間，則故障點(diǎn)處的電壓表示為：

其中，vf為故障點(diǎn)處的電壓，if為故障點(diǎn)處的電流，φ為三階單位矩陣，m為故障距離，zk,k+1為線路的串聯(lián)阻抗矩陣，yk為線路的并聯(lián)導(dǎo)納矩陣，為故障區(qū)段起始端k的電壓，為故障區(qū)段起始端k的電流；

故障點(diǎn)處的電流表示為：

其中，為故障點(diǎn)上游注入故障點(diǎn)的電流，為故障點(diǎn)下游注入故障點(diǎn)的電流；

故障點(diǎn)上游注入電流為：

由式(1)和式(2)得到如下故障點(diǎn)處的電阻為：

其中，和分別表示故障點(diǎn)處第i相和第j相的電壓，λi和λj分別表示故障點(diǎn)處各相的狀態(tài)，即該相故障則為1，否則為0；

步驟2，對(duì)供電區(qū)段進(jìn)行判斷確認(rèn)故障區(qū)段，設(shè)則ik為故障前故障區(qū)段上游端k處的電流相量；

步驟3，如果供電區(qū)段的故障區(qū)段上游端的電流與下游端電流之比η小于等于參考值ε時(shí)則轉(zhuǎn)到步驟4，否則轉(zhuǎn)到步驟2進(jìn)行判斷下一個(gè)供電區(qū)段；

步驟4，利用前推回代法計(jì)算故障點(diǎn)下游對(duì)故障點(diǎn)的注入電流；

根據(jù)潮流計(jì)算中的前推回代方法，利用斐波那契搜索算法計(jì)算得到故障點(diǎn)下游對(duì)故障點(diǎn)的注入電流

在回代過(guò)程中，第k+1端的電壓表示為：

其中，和分別表示第k+1端和第k端的三相電壓矢量，表示第k+1端的三相電流矢量，a和b為阻抗矩陣；

在回代過(guò)程中，第k端與第k+1端的電壓、電流相量的關(guān)系表示為：

其中，表示第k端的三相電流矢量，c和d為阻抗矩陣；

當(dāng)故障區(qū)段接分布式電源時(shí)，如果在分布式電源處的智能電子設(shè)備所測(cè)得的同步電流相量為iied，則第k+1端的電流矢量表示為：

前推回代過(guò)程執(zhí)行到參考端電壓誤差小于參考值ε時(shí)，得到

步驟5，計(jì)算故障區(qū)段下游端的電壓電流相量，并使用斐波那契搜索算法計(jì)算故障區(qū)段中第q段下游注入電流；

在多分段多聯(lián)絡(luò)的情況下，故障區(qū)段第k+1端的狀態(tài)通過(guò)式(8)計(jì)算并更新，即

其中，為第k+1端的三相電流相量，為故障時(shí)匯集到第k+1端所有其他段電流相量之和；

當(dāng)有分布式電源時(shí)，式(9)改寫(xiě)為：

式中，是故障時(shí)由分布式電源提供的故障電流；

由于是關(guān)于故障區(qū)段內(nèi)故障距離m的函數(shù)，因此將確定的故障區(qū)段平均分為n段，則每段下游注入電流表示為利用斐波那契搜索算法計(jì)算每個(gè)故障區(qū)段的下游注入電流；

步驟6，如果供電區(qū)段的故障區(qū)段上游端的電流與下游端電流之比η小于等于參考值ε時(shí)則轉(zhuǎn)到步驟7，否則轉(zhuǎn)到轉(zhuǎn)到第4步計(jì)算下一個(gè)故障區(qū)段的下游注入電流；

步驟7，計(jì)算故障發(fā)生的距離；

當(dāng)滿足

且q≤n(11)時(shí)，

則故障在區(qū)段中的標(biāo)稱位置為：

式中，m^nt為使得式(4)值最小時(shí)的區(qū)段標(biāo)稱長(zhǎng)度，即0≤m^nt≤1，mq和mq-1分別表示為故障區(qū)段第q段和第q-1段到區(qū)段上游端點(diǎn)的標(biāo)稱距離；

故障點(diǎn)到變電站的距離為：

其中，di為第i段饋線的長(zhǎng)度，dk表示故障區(qū)段饋線的長(zhǎng)度。

優(yōu)選地，在供電區(qū)段的故障區(qū)段上游端的電流與下游端電流之比η與參考值ε的判據(jù)如下：

η≤ε(14)

其中，ε∈[0.3,0.5]且為定值。

本發(fā)明的有益效果如下：

本發(fā)明考慮分布式電源多點(diǎn)接入，只須通過(guò)使用局部電壓電流相量以及分布式電源的同步電流相量就能進(jìn)行有源配電網(wǎng)的故障測(cè)距，而且通過(guò)比較區(qū)段兩段的電流就可實(shí)現(xiàn)對(duì)于故障區(qū)段的定位；它通過(guò)在線路上每個(gè)分布式電源處均裝設(shè)智能終端設(shè)備ied監(jiān)測(cè)同步電流相量，通過(guò)計(jì)算故障電流和來(lái)自故障點(diǎn)下游電流對(duì)故障電流的貢獻(xiàn)度實(shí)現(xiàn)了對(duì)于故障的定位測(cè)距，適用于多點(diǎn)分布式電源接入的情況下的故障測(cè)距。

與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明具有以下的優(yōu)點(diǎn)：

1、充分考慮分布式電源多點(diǎn)接入的情況，而不是局限于分布式電源單點(diǎn)接入的情況；

2、須通過(guò)使用局部電壓、電流相量以及分布式電源的同步電流相量就能進(jìn)行有源配電網(wǎng)故障測(cè)距；

3、只需通過(guò)比較區(qū)段上下游電流就可確定故障區(qū)段；

4、主站只參與故障區(qū)段確定后的故障點(diǎn)定位，故障區(qū)段定位不需主站參與

5、不需要額外增加設(shè)備的投資。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例1的方法流程圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例2的故障線路模型示意圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例2的方法流程圖。

具體實(shí)施方式

為能清楚說(shuō)明本方案的技術(shù)特點(diǎn)，下面通過(guò)具體實(shí)施方式，并結(jié)合其附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)闡述。下文的公開(kāi)提供了許多不同的實(shí)施例或例子用來(lái)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的不同結(jié)構(gòu)。為了簡(jiǎn)化本發(fā)明的公開(kāi)，下文中對(duì)特定例子的部件和設(shè)置進(jìn)行描述。此外，本發(fā)明可以在不同例子中重復(fù)參考數(shù)字和/或字母。這種重復(fù)是為了簡(jiǎn)化和清楚的目的，其本身不指示所討論各種實(shí)施例和/或設(shè)置之間的關(guān)系。應(yīng)當(dāng)注意，在附圖中所圖示的部件不一定按比例繪制。本發(fā)明省略了對(duì)公知組件和處理技術(shù)及工藝的描述以避免不必要地限制本發(fā)明。

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明通過(guò)計(jì)算線路上的分布電源對(duì)故障電流的貢獻(xiàn)度來(lái)實(shí)現(xiàn)有源配電網(wǎng)的故障測(cè)距，其適用于分布式電源多點(diǎn)接入情況下的有源配電網(wǎng)故障測(cè)距。

實(shí)施例1

如圖1所示，本發(fā)明的一種有源配電網(wǎng)的故障測(cè)距方法，它包括以下步驟：首先獲得有源配電網(wǎng)的數(shù)據(jù)，其次對(duì)每個(gè)供電區(qū)段進(jìn)行判斷以確認(rèn)故障區(qū)段，然后利用前推回代法計(jì)算故障點(diǎn)下游對(duì)故障點(diǎn)的注入電流，再者計(jì)算故障區(qū)段下游端的電壓相量和電流相量，并計(jì)算故障點(diǎn)的標(biāo)稱位置，最后計(jì)算故障點(diǎn)到變電站的距離。

優(yōu)選地，所述源配電網(wǎng)的數(shù)據(jù)包括拓?fù)洹⒇?fù)荷和線路的電氣參數(shù)，以及變電站在故障時(shí)的電壓電流相量和分布式電源的同步電流相量。

實(shí)施例2

如圖2和圖3所示，本發(fā)明的另一種有源配電網(wǎng)的故障測(cè)距方法，它包括以下步驟：

步驟1，獲得有源配電網(wǎng)的數(shù)據(jù)；

步驟2，對(duì)供電區(qū)段進(jìn)行判斷確認(rèn)故障區(qū)段，設(shè)則ik為故障前故障區(qū)段上游端k處的電流相量；

步驟3，如果供電區(qū)段的故障區(qū)段上游端的電流與下游端電流之比η小于等于參考值ε時(shí)則轉(zhuǎn)到步驟4，否則轉(zhuǎn)到步驟2進(jìn)行判斷下一個(gè)供電區(qū)段；

步驟4，利用前推回代法計(jì)算故障點(diǎn)下游對(duì)故障點(diǎn)的注入電流；

步驟5，計(jì)算故障區(qū)段下游端的電壓電流相量，并使用斐波那契搜索算法計(jì)算故障區(qū)段中第q段下游注入電流；

步驟6，如果供電區(qū)段的故障區(qū)段上游端的電流與下游端電流之比η小于等于參考值ε時(shí)則轉(zhuǎn)到步驟7，否則轉(zhuǎn)到轉(zhuǎn)到第4步計(jì)算下一個(gè)故障區(qū)段的下游注入電流；

步驟7，計(jì)算故障發(fā)生的距離。

實(shí)施例2的具體實(shí)現(xiàn)方案如下：

若故障發(fā)生在節(jié)點(diǎn)k和k+1之間，那么故障點(diǎn)處的電壓可以表示為：

其中，vf為故障點(diǎn)處的電壓，if為故障點(diǎn)處的電流，φ為三階單位矩陣，m為故障距離，zk,k+1為線路的串聯(lián)阻抗矩陣，yk為線路的并聯(lián)導(dǎo)納矩陣，為故障區(qū)段起始端k的電壓，為故障區(qū)段起始端k的電流。而故障點(diǎn)處的電流可以表示為：

其中，為故障點(diǎn)上游注入故障點(diǎn)的電流，為故障點(diǎn)下游注入故障點(diǎn)的電流。

故障的線路模型如圖2所示。

故障點(diǎn)上游注入電流為：

由式(1)和式(2)可以得到如下故障點(diǎn)處的電阻為：

其中和分別表示故障點(diǎn)處第i相和第j相的電壓，λi和λj分別表示故障點(diǎn)處各相的狀態(tài)，即該相故障則為1，否則為0。

根據(jù)潮流計(jì)算中的前推回代方法，利用斐波那契搜索算法可以計(jì)算得到故障點(diǎn)下游對(duì)故障點(diǎn)的注入電流在實(shí)際故障發(fā)生時(shí)，所有的負(fù)荷均可等效為電阻，而所有的分布式電源均可等效為電流源，因此在分布式電源處的stu通過(guò)測(cè)量可以得到其同步電流相量。根據(jù)前推回代法過(guò)程中，第k+1端的電壓可表示為：

其中和分別表示第k+1端和第k端的三相電壓矢量，表示第k+1端的三相電流矢量，a和b為阻抗矩陣。在回代過(guò)程中，第k端與第k+1端的電壓電流相量的關(guān)系可以表示為：

其中表示第k端的三相電流矢量，c和d為阻抗矩陣。若故障區(qū)段接分布式電源，如果在分布式電源處的智能電子設(shè)備(ied)所測(cè)得的同步電流相量為iied，那么第k+1端的電流矢量可表示為

當(dāng)前推回代過(guò)程執(zhí)行到參考端電壓誤差小于ε時(shí)，就可得到

在多分段多聯(lián)絡(luò)的情況下，故障區(qū)段第k+1端的狀態(tài)可以通過(guò)式(8)計(jì)算并更新，即

其中，為只考慮本段時(shí)在第k+1端的三相電流相量，為故障時(shí)匯集到第k+1端所有其他段電流相量之和。有分布式電源，則式(9)可以改寫(xiě)為

式中是故障時(shí)由分布式電源提供的故障電流。

由于是關(guān)于故障區(qū)段內(nèi)故障距離m的函數(shù)，因此將確定的故障區(qū)段平均分為n段，則每段下游注入電流表示為利用斐波那契搜索算法計(jì)算每段下游注入電流，當(dāng)滿足

時(shí)，則故障在區(qū)段中的標(biāo)稱位置為：

式中m^nt為使得式(4)值最小時(shí)的區(qū)段標(biāo)稱長(zhǎng)度，即0≤m^nt≤1mq，mq-1分別表示為故障區(qū)段第q段和第q-1段到區(qū)段上游端點(diǎn)的標(biāo)稱距離。因此可以得到故障距變電站的距離為：

其中，di為第i段饋線的長(zhǎng)度，dk表示故障區(qū)段饋線的長(zhǎng)度。

在現(xiàn)有技術(shù)的電力系統(tǒng)中，分布式電源接入后引起的供電線路的電壓變化量不應(yīng)超過(guò)供電線路的5％，即分布式電源的額定電流與并網(wǎng)點(diǎn)短路時(shí)系統(tǒng)短路電流之比小于5％，同時(shí)分布式電源短路電流不會(huì)大于其額定電流的6倍，因此可以得出結(jié)論：在實(shí)際有源配電網(wǎng)中，分布式電源提供的短路電流不會(huì)超過(guò)系統(tǒng)提供的短路電流的30％。也就意味著故障區(qū)段上游端的電流與下游端電流之比不大于0.3?？紤]到負(fù)荷電流及電流互感器測(cè)量誤差等因素的影響，對(duì)故障定位判據(jù)通常留有一定的裕度，所以設(shè)置識(shí)別故障區(qū)段判據(jù)如下：

η≤ε(14)

其中ε∈[0.3,0.5]且為定值，該值也可判斷故障區(qū)段內(nèi)故障點(diǎn)所在區(qū)間。

本發(fā)明進(jìn)行故障定位測(cè)距的具體流程如圖3所示，該有源配電網(wǎng)故障測(cè)距步驟為：

1)獲得有源配電網(wǎng)的數(shù)據(jù)，例如拓?fù)?、?fù)荷和線路的電氣參數(shù)、變電站在故障時(shí)的電壓電流相量和分布式電源的同步電流相量；

2)對(duì)每個(gè)供電區(qū)段進(jìn)行判斷，以確認(rèn)故障區(qū)段，其中設(shè)而ik為故障前故障區(qū)段上游端k處的電流相量；

3)若滿足式(14)式，轉(zhuǎn)到第4步進(jìn)行故障區(qū)段中故障點(diǎn)位置判斷，否則轉(zhuǎn)到第2步判斷下個(gè)區(qū)段；

4)利用前推回代法計(jì)算故障點(diǎn)下游對(duì)故障點(diǎn)的注入電流；

5)計(jì)算故障區(qū)段下游端的電壓電流相量，并使用斐波那契搜索算法計(jì)算故障區(qū)段中第q段下游注入電流；

6)若滿足式(14)，則轉(zhuǎn)到第7步計(jì)算故障點(diǎn)的標(biāo)稱位置，否則轉(zhuǎn)到第4步計(jì)算故障區(qū)段下一段的下游注入電流；

7)根據(jù)式(12)和(13)計(jì)算故障發(fā)生的距離，即得到故障點(diǎn)到變電站的距離。

通過(guò)在線路上每個(gè)分布式電源處均裝設(shè)智能終端設(shè)備ied監(jiān)測(cè)同步電流相量，利用本發(fā)明的測(cè)距方法通過(guò)計(jì)算故障電流和來(lái)自故障點(diǎn)下游電流對(duì)故障電流的貢獻(xiàn)度實(shí)現(xiàn)了對(duì)于故障的定位測(cè)距。

本發(fā)明充分考慮了分布式電源多點(diǎn)接入的情況，只須通過(guò)使用局部電壓電流相量以及分布式電源的同步電流相量就能進(jìn)行有源配電網(wǎng)故障測(cè)距的方法，而且通過(guò)比較區(qū)段兩段的電流就可實(shí)現(xiàn)對(duì)于故障區(qū)段的定位。

以上所述只是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也被視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。