含分布式电源的配电网的自适应故障区段定位方法技术

一种含分布式电源的配电网的自适应故障区段定位方法，将含分布式电源的配电网划分为多个双端无分支的区段。在已知所有区段的线路参数的条件下，采集各个区段两端节点处的电压、电流信息，经相模变换得到节点处的模电压、模电流以及线路的模参数，节点模电流经傅里叶变换得到节点模电流相位角。利用区段的线路空载检测和模电流差流检测，仅当区段内的线路非空载并且该区段的模电流差流过流的情况下启动区段的故障判定，通过区段的模电流相角差值绝对值与判定阈值的比较，得出区段的故障判定结果。利用含分布式电源的配电网内所有区段的故障判定结果生成系统故障判定矩阵，通过对系统故障判定矩阵中元素值的判定，得出故障点所在区段。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种含分布式电源的配电网的故障区段定位方法。
技术介绍
配电网故障定位技术能够在配电网故障后准确找出故障所在方位，有利于配电网故障的准确隔离以及快速及时的维修处理。同时，配电网故障的准确定位也是故障后配电网供电恢复的先决条件。因此，配电网故障定位技术对整个配电网的安全、稳定、高效运行有着重要的意义和作用。随着分布式发电技术的日渐成熟与微网运行控制技术的进步，越来越多的分布式电源(DistributedGenerators，DG)不断接入配电网，使得传统的被动配电网变为含有分布式电源的有源配电网，其中双向的潮流、分布式电源出力的波动性以及逆变型分布式电源的低短路电流输出特性使得传统的配电网保护与故障定位方法的整定难度加大，并容易造成误动、拒动的情况，因而不再适用。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，该方法通过建立分析模型得出故障区间判定的电流阈值，在实际应用中受模型参数准确度与网络运行拓扑变化的影响大，不具备自适应性。中国专利技术专利201510170001.5公开了一种基于FTU的配电网故障定位方法，该方法利用矩阵算法确定故障所在区间，其定位的准确性依赖于各个FTU对节点过流情况的正确判定以及可靠的通信，错误的故障信息或信号畸变将可能导致故障定位精度降低甚至出错。N.Perera等人在《IEEETRANSACTIONSONPOWERDELIVERY》2008年第23卷第4期所著《IsolationofFaultsinDistributionNetworkswithDistributedGenerators》中通过比较小波系数的符号实现故障区段的定位，但小波算法冗长复杂，对硬件的采样率及数据处理能力要求高，高昂的配置成本使其在配电网中难以实现应用。目前，国内外对于含分布式电源的配电网的故障定位的研究多以节点电流作为主要的故障特征信息源，即这些方法用于判定含分布式电源的配电网内故障所在方位的故障特征量均是节点电流或由节点电流经变换或处理产生的。考虑到含分布式电源的配电网的拓扑结构复杂，设备种类繁多且操作频度高，分布式电源的出力易受环境因素影响而产生波动，整个网络的运行状态将时刻发生变化，这使得整个网络内各个节点处的判定阈值需要实时的计算整定，否则将无法保证故障定位的准确性和可靠性。因此，以节点电流为故障特征信息源的故障定位方法在含分布式电源的配电网中应用时必须配置相应的阈值实时更新机制，这些方法必须通过对判定阈值高频率的刷新以产生保证其可靠、有效所必需的自适应性。然而，每一次阈值的整定都要收集全网的状态信息，阈值的计算将产生可观的计算量，整定阈值的更新需要高速、可靠的通信系统支撑，这些因素使得故障定位的判定阈值在实际情况下难以做到对系统运行状态变化的快速跟踪，进而造成这些方法在自适应性上的不足。随着配电网中分布式电源渗透率的不断提升与智能配电网的发展，未来智能化的配电网将具有更高的分布式电源渗透率和更加灵活多变的拓扑结构，网络内部发电与用电具有较大的自由度和较强的波动性，这将会对故障定位方法适应复杂多变的运行状态的能力提出更高的要求，即要求故障定位方法具备较强的自适应性。因此，现有的含分布式电源的配电网的故障定位方法并不能够适应智能配电网的发展趋势。综上所述，在智能配电网发展的潮流中，面对高分布式电源渗透率的含分布式电源的配电网的快速保护、故障小范围隔离以及故障后供电恢复实现系统自愈的实际需求，在含分布式电源的配电网中仍然需要一种更加快速、有效，并具备良好自适应性的在线故障定位方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有的含分布式电源的配电网的故障定位方法所存在的自适应性不足的问题，提出一种适用于含分布式电源的配电网的自适应故障区段定位方法。本专利技术可以在含分布式电源的配电网中实现在线的故障区段定位，能够在含分布式电源的配电网内发生多种故障，如单相接地短路、两相接地短路、两相相间短路、三相短路的情况下快速、准确、可靠地定位故障，且不受非故障扰动的影响，具有良好的自适应性与通用性，适用于同时含有多种类型线路，如单相线路、两相线路、三相线路的含分布式电源的配电网。本专利技术所采取的技术方案是：本专利技术方法首先对一个含分布式电源的配电网进行区段划分，并对该含分布式电源的配电网内的各个节点和区段编号；然后，采集该含分布式电源的配电网中的各个区段内两端节点处的电压和电流信号，利用设计的相模变换矩阵，对区段进行相模变换，将区段内耦合的电气量转化为相互独立的模量，得出各个模量所对应的模电压、模电流、线路单位长度的串联模阻抗与并联模导纳。接着，选择一个适宜的模量用于区段故障的判定。经区段的线路空载检测与模电流差流检测，仅在当区段内的线路非空载并且区段的模电流差流过流的情况下，进行区段故障的判定。进入区段故障判定过程后，求取所选取的用于区段故障判定的模量对应区段的模电流相角差值的绝对值，并通过所求的模电流相角差值的绝对值与判定阈值的比较得出区段的故障判定结果。最后，利用含分布式电源的配电网内各个区段的故障判定结果，根据系统故障判定矩阵的生成与判定方法，对该含分布式电源的配电网进行故障判定与故障定位，并得到当前时刻下的故障定位结果。本专利技术方法的具体步骤如下：(一)对含分布式电源的配电网进行区段划分所述含分布式电源的配电网的区段划分方法为：在一个含分布式电源的配电网内，将该配电网按其拓扑结构划分为若干个双端无分支区段，即所划分的各个区段有且仅有两个端节点，且区段在两个端节点之间无其他分支路。完成区段划分后，对节点和区段进行编号，为各个节点和区段赋予其唯一的编号。(二)对含分布式电源的配电网内区段进行相模变换，将区段内耦合的电气量转化为相互独立的模量在步骤(一)的基础上，采集该含分布式电源的配电网中各个区段内两端节点处的电压和电流信号，利用设计的相模变换矩阵，对区段进行相模变换，将区段内耦合的电气量转化为相互独立的模量，得出各个模量所对应的模电压、模电流、线路单位长度的串联模阻抗与并联模导纳。(1)所述的相模变换矩阵的设计方法如下：一般情况下，含分布式电源的配电网中往往同时含有三相线路、两相线路以及单相线路，经区段划分后形成相应的三相区段、两相区段以及单相区段。对于含分布式电源的配电网中的某一个n相区段，n＝1,2,3，令该区段内的线路以其一端节点为长度的原点，其线路长度变化的正方向为原点指向该区段另一端节点，可定义该区段的线路本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种含分布式电源的配电网的自适应故障区段定位方法，其特征在于：首先对一个含分布式电源的配电网进行区段划分，并对该含分布式电源的配电网内的各个节点和区段编号；然后，采集该含分布式电源的配电网中的各个区段内两端节点处的电压和电流信号，利用设计的相模变换矩阵，对区段进行相模变换，将区段内耦合的电气量转化为相互独立的模量，得出各个模量所对应的模电压、模电流、线路单位长度的串联模阻抗与并联模导纳；接着，选择一个适宜的模量用于区段故障的判定；经区段的线路空载检测与模电流差流检测，仅在当区段内的线路非空载并且区段的模电流差流过流的情况下，进行区段故障的判定；进入区段故障判定过程后，求取所选取的用于区段故障判定的模量对应区段的模电流相角差值的绝对值，并通过所求的模电流相角差值的绝对值与判定阈值的比较得出区段的故障判定结果；最后，利用含分布式电源的配电网内各个区段的故障判定结果，根据系统故障判定矩阵的生成与判定方法，对该含分布式电源的配电网进行故障判定与故障定位，并得到当前时刻下的故障定位结果。

【技术特征摘要】
1.一种含分布式电源的配电网的自适应故障区段定位方法，其特征在于：首先对一个
含分布式电源的配电网进行区段划分，并对该含分布式电源的配电网内的各个节点和区段编
号；然后，采集该含分布式电源的配电网中的各个区段内两端节点处的电压和电流信号，利
用设计的相模变换矩阵，对区段进行相模变换，将区段内耦合的电气量转化为相互独立的模
量，得出各个模量所对应的模电压、模电流、线路单位长度的串联模阻抗与并联模导纳；接
着，选择一个适宜的模量用于区段故障的判定；经区段的线路空载检测与模电流差流检测，
仅在当区段内的线路非空载并且区段的模电流差流过流的情况下，进行区段故障的判定；进
入区段故障判定过程后，求取所选取的用于区段故障判定的模量对应区段的模电流相角差值
的绝对值，并通过所求的模电流相角差值的绝对值与判定阈值的比较得出区段的故障判定结
果；最后，利用含分布式电源的配电网内各个区段的故障判定结果，根据系统故障判定矩阵
的生成与判定方法，对该含分布式电源的配电网进行故障判定与故障定位，并得到当前时刻
下的故障定位结果。
2.按照权利要求1所述的自适应故障区段定位方法，其特征在于：所述的对含分布式
电源的配电网进行区段划分的方法为：在一个含分布式电源的配电网内划分出若干个双端无
分支区段，每个区段有且仅有两个端节点，且区段在两个端节点之间无其他分支路；并对该
含分布式电源的配电网内的各个节点和区段编号。
3.按照权利要求1所述的自适应故障区段定位方法，其特征在于，所述的相模变换矩
阵的设计方法为：
步骤1、求取区段内线路的参数矩阵K(n)；K(n)的求取可以依据以下计算公式：
K(n)＝[R(n)+j·(2πf)·L(n)]·[j·(2πf)·C(n)]
其中，j2＝-1；
步骤2、计算线路参数矩阵K(n)对应的线路参数换位平衡的矩阵矩阵的计算
方法如下：
若则有其中α和β分别满足以下公式：
α = 1 n · Σ i = 1 n κ i i ]]> β = 1 n ( n - 1 ) · [ Σ i = 1 n ( Σ j = 1 n κ i j ) - n · α ] ]]>步骤3、设计矩阵将矩阵写成如下所示的形式：
其中，aij为矩阵中的元素，且有aij＝aji成立，i＝1,…,n，j＝1,…,n，且i≠j；A为矩阵的系
数，有根据区段的相数n，按照如下所示的三条约束规则对矩阵内各个元素的取值进行设
计：
①当n＝1时，即该区段为单相区段，中的元素应当满足下式所述的约束条件：
a11＝1
②当n＝2时，即该区段为两相区段，中的元素应当满足下式所述的约束条件：
a 11 = a 21 ≠ 0 a 12 + a 22 = 0 ]]>③当n＝3时，即该区段为三相区段，中的元素应当满足下式所述的约束条件：
a 11 = a 21 = a 31 ≠ 0 a 12 + a 22 + a 32 = 0 a 13 + a 23 + a 33 = 0 a 22 ≠ 0 , a 23 = a 32 ≠ 0 , a 33 ≠ 0 a 22 ≠ a 32 , a 23 ≠ a 33 ]]>步骤4、计算矩阵的特征值矩阵矩阵的特征值矩阵的计算可依据以下
公式：
λ ( n ) * = Φ ( n ) * - 1 · K ( n ) * · Φ ( n ) * = d i a g ( λ 11 * , ... , λ n n * ) ]]>步骤5、利用矩阵和矩阵K(n)，计算矩阵矩阵的计算公式为：
步骤6、计算一阶扰动量矩阵W(n)；
一阶扰动量矩阵其中，wij为矩阵W(n)中的元素，i＝1,…,n，j＝1,…,n，且满足以下条件：
w i j = 0 λ i i * = λ j j * - κ ~ i j λ i i * - λ j j * λ i i * ≠ λ j j * ]]>步骤7、计算矩阵K(n)的变换矩阵Φ(n)；计算矩阵K(n)的变换矩阵Φ(n)可依据以下计算公
式：
Φ ( n ) = Φ ( n ) * + Φ ( n ) * · W ( n ) = Φ ( n ) * · ( E ( n ) + W ( n ) ) ]]>其中，E(n)为一个n阶的单位矩阵；
步骤8、对变换矩阵Φ(n)进行施密特对角化处理，经矩阵转置后，最终可得所需的相模
变换矩阵Φ(n)T；
在所述的相模变换矩阵的设计方法中，需要已知区段内的相数n，电压、电流相量的基
波频率f，区段内线路单位长度的串联电阻矩阵R(n)，单位为Ω/km，串联电感矩阵L(n)，单
位为H/km，以及并联电容矩阵C(n)，单位为F/km，它们的数学表达式分别为：
其中，rij表示该区段内线路单位长度的串联自阻，i＝j；rij表示该区段内线路单位长度的
串联互阻，i≠j；lij表示该区段内线路单位长度的串联自感，i＝j；lij表示该区段内线路单位长
度的串联互感，i≠j；cij表示该区段内线路单位长度的并联自电容，i＝j；cij表示该区段内线路
单位长度的并联互电容，i≠j。
4.按照权利要求1所述的自适应故障区段定位方法，其特征在于，所述的利用相模变
换矩阵，对区段进行相模变换，将区段内耦合的电气量转化为相互独立的模量的方法为：
令含分布式电源的配电网中某一个n相区段内的任意一个节点处的节点电压矩阵为
U(n)、节点电流矩阵为I(n)，该节点所在线路单位长度的串联阻抗矩阵为Z(n)，该节点所在线
路单位长度的并联导纳矩阵为Y(n)，其中：
U ( n ) = U 1 . . . ...

【专利技术属性】
技术研发人员：牛耕，周龙，裴玮，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