含DG的配电网的区段故障检测与定位方法技术

一种含DG的配电网的区段故障检测与定位方法，利用区段两端节点处保护装置安装点采集到的三相电流信息，采用克拉克变换，将三相电流变为克拉克α、β模电流，克拉克α、β模电流经过傅里叶变换得到克拉克α、β模电流的相角，并将相角数据上传继电保护控制中心，继电保护控制中心通过计算各个区段的克拉克α、β模电流的相角差值，可在电力系统发生故障时，通过比较各个区段的克拉克α、β模电流的相角差值的绝对值与阈值的关系，检测出故障并找出故障点所在区段，及时切除故障区段以完成保护动作。本发明专利技术可用于高渗透率下的含分布式电源的配电网的区段故障检测与定位。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种含DG的配电网的故障检测与定位方法。
技术介绍
配电网的故障检测与定位是配电网电力系统继电保护的重要组成部分，对配电网的安全运行有着重大意义，是实现配电网自愈的重要保证，可在配电网发生故障后及时的切除故障区域，使得整个系统受故障影响的范围最小。随着分布式发电技术的发展，越来越多的分布式电源(Distributed Generators，DG)接入配电网，造成配电网网络结构的改变以及故障电流幅值与方向的变化，给配电网的继电保护带来了诸多问题，如存在故障的检测盲区、继电保护无法协调配合等，使得配电网传统的过流保护方法不能满足继电保护的要求。中国专利技术专利201210532103.3公开了一种基于阻抗模型短路故障特征的含DG配电网故障区间判定方法，建立含DG配电网三相不对称阻抗模型，分析并提取含DG配网阻抗模型下的短路电流故障特征作为判定故障区间的指标，该方法进行故障定位的准确度易受电网结构变化造成系统等效阻抗变化的影响，不具有自适应性，不能迎合智能配电网的发展趋势。中国专利技术专利201310579589.0公开了一种基于矩阵运算的配电网10kV馈线故障定位方法，该方法依靠位于节点处的馈线终端装置(Feeder Terminal Unit，FTU)采集电流信息，对电力系统的路径矩阵进行运算和修正，得到故障判断矩阵，对故障区域进行判断，但该方法进行故障判定是依据短路电流值，在高DG渗透率下容易形成故障检测的死区，电网中的DG投切可能造成故障的误判，该方法对通信要求较高，当通信发生误码或故障时可能导致该方法出错甚至失效。N.Perera；A.D.Rajapakse等人在《IEEE TRANSACTIONS ON POWER DELIVERY》2008年第23卷第4期所著《Isolation of Faults in Distribution Networks With Distributed Generators》采用比较小波系数符号的方法对故障进行检测和定位，虽然采用小波变换法进行多尺度分析可以取得良好的故障检测灵敏度以及准确的区段定位，但采用该方法无法避免非故障情况下的电力系统状态变化对故障检测准确度带来的影响，此外，小波算法冗长复杂，对硬件的采样率要求高，配置成本很高，不易实现。目前国内外对于含有分布式电源的电力系统故障的检测与定位多是利用各个节点处测量点获取的电压、电流信息，经过进一步处理后得到基于节点的幅值量的判断信息，通过与设定的阈值进行对比，进行故障的判定和区段的定位，采用该类方法无法避免电力系统非故障情况下的暂态变化对故障检测定位方法产生的影响，不具有较好的自适应性；基于传统的过流保护方法进行改进得到的含DG的配电网故障定位方法，针对性强，不具有广泛的通用性和自适应性，一旦电网结构或状态发生改变，可能造成故障定位算法的失效；采用差动电流保护方法虽然具有一定效果，但是实际配置成本高，通信传输的电流信息为矢量，包含电流的幅值和方向，对于继电保护通信带宽要求较高。综上所述，面对分布式电源大规模并网发电以及智能电网实现完全自愈的实际需求，仍需一种更加快速且有效的故障检测和定位方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有的含有分布式电源的配电网的故障检测与定位存在的自适应性不足的问题，提出一种含DG的配电网的区段故障检测与定位方法。本专利技术可以使含有分布式电源的配电网在多种运行状态下，如：分布式电源的投切、负载的变化，实现快速、可靠的区段故障检测与准确的故障定位，从而切除故障区段，保证了电力系统的安全稳定运行。本专利技术所采取的技术方案是：本专利技术含DG的配电网的区段故障检测与定位方法，采用克拉克变换，将三相电流变为克拉克α、β模电流。通过分别对电力系统区段的克拉克α、β模电流的相角差值在非故障情况与故障情况下的分析，得出在电力系统为非纯阻性系统的条件下，结合克拉克α、β模电流的相角差值，可以迅速、可靠的检测出各种类型的电力系统故障：单相接地故障、两相相间故障、两相接地故障、三相相间故障、三相接地故障，并且可以准确的找出故障区段。判定依据为：当电力系统区段的克拉克α、β模电流的相角差值的绝对值均为0°，则判定该区段内没有故障；当电力系统区段的克拉克α、β模电流的相角差值中任意一个的绝对值大于0°，则判定该区段内发生故障，且故障点位于该区段内。本专利技术可以快速、有效的检测出电力系统区段中的故障并能够准确的定位故障区段。本专利技术含DG的配电网的区段故障检测与定位方法提出了电流的相角差值的定义。对于电力系统而言，任何一个电力系统均能够被n个节点任意地划分为n+1个部分，其中，n>0且n为整数。令电力系统中任意两个不相同节点之间的部分称为这两个节点之间的电力系统区段。若节点x处的电流相角为θ(x)，其中x＝1,2,…,n，若n→+∞，可认为θ(x)为电力系统的电流相角函数，且在该电力系统中径向上为连续。因此，位于任意的两个不相同的节点i、j之间的电力系统区段的电流的相角差值可定义为节点i、j处的电流相角之差，其表达式为：Δθ(i,j)＝θ(i)-θ(j)，式中：i、j为不相同的两个节点，i>0，j>i，且i、j均为整数，θ(x)为节点x处的电流相角，x＝1,2,…,n。令节点处的三相电流为：I·A=2IAsin(ωt+θA)=IA∠θAI·B=2IBsin(ωt+θB)=IB∠θBI·C=2ICsin(ωt+θC)=IC∠θC]]>克拉克变换数学表达式为：I·0I·αI·β=13131323-13-13033-33·I·AI·BI·C]]>因此，对节点处采集得到的三相电流信息做克拉克变换，得到克拉克α、β模电流有：I·α=23I·A-13I·B-13I·CI·β=33(I·B-I·C)]]>若令克拉克α、β模电流表示为：I·α=2Iαsin(ωt+θα)=Iα&an本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种含DG的配电网的区段故障检测与定位方法，其特征在于，将电力系统区段两端节点处的电流相角之差定义为电流的相角差值；采用克拉克变换将三相电流信息变为克拉克α、β模电流信息；在电力系统为非纯阻性系统的条件下，当电力系统区段的克拉克α模电流的相角差值与克拉克β模电流的相角差值的绝对值均为0°，则判定该区段内没有故障；当电力系统区段的克拉克α模电流的相角差值、克拉克β模电流的相角差值中任意一个的绝对值大于0°，则判定该区段内发生故障，且故障点位于该区段内；所述的区段定义为：将电力系统被为n个节点任意地划分为n+1个部分，n>0，且n为整数，令电力系统中任意两个不相同节点之间的部分称为这两个节点之间的区段。

【技术特征摘要】
1.一种含DG的配电网的区段故障检测与定位方法，其特征在于，将电力系统区段两端
节点处的电流相角之差定义为电流的相角差值；采用克拉克变换将三相电流信息变为克拉克
α、β模电流信息；在电力系统为非纯阻性系统的条件下，当电力系统区段的克拉克α模电
流的相角差值与克拉克β模电流的相角差值的绝对值均为0°，则判定该区段内没有故障；当
电力系统区段的克拉克α模电流的相角差值、克拉克β模电流的相角差值中任意一个的绝对
值大于0°，则判定该区段内发生故障，且故障点位于该区段内；
所述的区段定义为：将电力系统被为n个节点任意地划分为n+1个部分，n>0，且n为
整数，令电力系统中任意两个不相同节点之间的部分称为这两个节点之间的区段。
2.根据权利要求1所述的含DG的配电网的区段故障检测与定位方法，其特征在于，在
实际应用中，可以通过设置阈值KΔθ，以进行故障的判定，其中KΔθ＞0，即：当电力系统
区段的克拉克α模电流的相角差值与克拉克β模电流的相角差值的绝对值均小于等于阈值
KΔθ时，判定该区段内没有故障；当电力系统区段的克拉克α模电流的相角差值、克拉克β模
电流的相角差值中任意一个的绝对值大于阈值KΔθ时，判定该区段内发生故障，且故障点位
于该区段内。
3.根据权利要求1所述的含DG的配电网的区段故障检测与定位方法，其特征在于，所
述的含DG的配电网的区段故障检测与定位方法的实现步骤如下：
步骤一、通过各个节点处配置的本地测量与数据处理装置(301)，采集三相电流信息，
利用克拉克变换，将三相电流信息变为克拉克α、β模电流信息；
步骤二、将克拉克变换得到的克拉克α、β模电流信息，经过傅里叶变换，得到克拉克
α、β模电流相角；
步骤三、将克拉克α、β模电流相角的数据经通信链路上传继电保护控制中心(302)；
步骤四、继电保护控制中心(302)从数据存储装置中读取当前时刻的电力系统各个节
点的状态信息，并生成当前时刻的电力系统状态信息矩阵，计算得出各区段的克拉克α模电
流的相角差值和克拉克β模电流的相角差值；
步骤五、依据以下判据，对所有的电力系统区段进行故障检测与定位：若某一电力系统
区段的克拉克α模电流的相角差值和克拉克β模电流的相角差值的绝对值均小于等于阈值
KΔθ时，则该区段正常运行；若某一电力系统区段内的克拉克α模电流的相角差值、克拉克β

\t模电流的相角差值中任意一个的绝对值大于阈值KΔθ时，则该区段内发生故障，且故障点位
于该区段内；
步骤六、继电保护控制中心(302)记录判断出的故障区段标号，与此同时，继电保护
控制中心(302)向故障的区段两端的节点i、j处的保护装置发出动作信号，切除故障的区
段，完成保护。
4.根据权利要求3所述的含DG的配电网的区段故障检测与定位方法，其特征在于，继
电保护控制中心(302)包含初始化设置模块(401)与电力系统实时故障检测与定位模块
(4...

【专利技术属性】
技术研发人员：牛耕，周龙，齐智平，
申请(专利权)人：中国科学院电工研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11