一种基于相量分析的改进阻抗型有源配电网故障测距算法制造技术

本发明专利技术公开了属于电力系统的安全稳定运行技术领域的一种基于相量分析的改进阻抗型有源配电网故障测距算法，将故障前各电源接入点处FTU装置的同步检测数据,根据故障点过渡电阻消耗无功功率为零的功率特性，建立适用于各种故障类型、关于故障距离的一元二次测距方程。代入含分布式电源的前推回代潮流程序，执行负荷迭代计算，得到实际负荷功率,在无需预先判定故障类型和故障相的情况下实现三相不平衡有源配电网在各种故障类型下的故障测距，并计算真实故障点到主网距离xtotal，搜索测距过程结束。该算法不需要预先判断故障类型和故障相，并且具有较高的测距精度，本发明专利技术提出的有源配电网故障测距算法测距精度高和鲁棒性好。

An improved fault location algorithm for active impedance distribution network based on phasor analysis

The invention discloses a power system belongs to the technical field of safe and stable operation of the phasor analysis based on improved impedance type active fault location algorithm for distribution network, the power supply access point FTU device before fault synchronous detection data, according to the fault resistance of reactive power consumption for zero power characteristics, establish suitable various fault types, fault distance on one of the two range equation. Power flow program used with distributed power, execution load iterative calculation, the actual load power, three-phase unbalance fault location in various fault types of the active distribution network without the need to pre judge the fault type and phase of the case, and calculate the real fault point to the main search ranging distance xtotal the end. The algorithm does not need to judge the fault type and fault phase in advance, and has the advantages of high measuring accuracy.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电力系统的安全稳定运行
，特别涉及一种基于相量分析的改进阻抗型有源配电网故障测距算法。
技术介绍
配电系统直接面向各级终端用户分配电能，其稳定、高效的运行是保证用户供电质量和供电可靠性的关键。快速、精确的故障测距方法不仅可以缩小停电范围、辅助工作人员发现故障点并修复、提高供电可靠性，而且对整个电力系统的安全稳定经济运行意义重大。近年来，分布式电源(distributiongeneration，DG)渗透率在配电网中逐渐增大，DG接入在提高供电可靠性的同时，改变了潮流分布、故障电流水平和方向，使得传统的故障测距方法面临一定的挑战。配电网馈线上故障点定位问题一直是配电网故障研究中的难点，有源配电网故障测距需要解决的关键问题有：(1)线路参数分布不均匀和馈线沿线大量(单相、两相和三相)负荷、分支的存在，使得配电网三相系统不平衡；(2)故障后，DG类型、接地方式、并网容量和位置共同影响故障电流的特性和方向。其中，DG接地方式直接影响单相接地故障电流大小；DG与故障点的相对位置决定了故障电流的流动方向，对位于接入点下游的故障测距影响较大；(3)DG出力受自然条件影响而具有波动性、负荷大小具有时变性，而且DG参数(次暂态电抗和电动势)、故障过渡电阻等是未知的，这些不确定性变化和未知参数对有源配电网故障测距结果具有显著影响。目前，有源配电网故障定位方法主要可分为故障区段定位和故障测距。其中，有的根据重合闸与DG脱网的配合，改进原有故障过电流故障定位策略，有效解决了含分布式地电源架空配电网故障定位难题，但这种方法以限制每条馈线上DG接入容量比例为前提。基于馈线终端单元测量信息的定位方法主要分为阻抗法、特征匹配法、智能测距法。其中，基于序分量、相量和多代理系统的故障测距方法，未充分考虑DG和负荷特性。特征匹配法通过比较各个电源点电压计算值和测量值判断故障发生区段，适用于DG高渗透率情形，但负荷电流对故障测距结果影响较大。有的方法利用母线处的电压暂降特征信息，构建了电压暂降幅值和相位跳变的故障距离函数，并利用实测值与电压暂降数据库中计算值的匹配进行定位，该方法不能直接应用于含DG的有源配电网故障定位，且对故障过渡电阻和负荷变换的鲁棒性较差。近年来，神经网络算法、专家系统、优化算法、Petri网、信息匹配度和小波分析等智能测距法在电力故障测距方面得到广泛关注，尚无实际应用。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种基于相量分析的改进阻抗型有源配电网故障测距算法，其特征在于，该改进阻抗型故障测距算法包括：1)配电自动化主站接收保护动作信息，读取各电源接入点处FTU故障前、后同步电压、电流检测数据及各DG电源的接入点同步测量数据，并经DFT变换得到相应的相量，建立通用于各种故障类型、精确反应故障时负荷电流特性的计算模型；其中DFT变换为离散傅里叶变换；FTU为馈线终端设备；DG电源为分布式电源；2)将故障前各电源接入点处FTU装置的同步检测数据代入含DG电源的前推回代潮流程序，执行负荷迭代计算，得到实际负荷功率；并考虑负荷时变性，完成有源配电网负荷大小迭代计算；3)由于分支线路大量存在，对若干个位于不同线路区段上的可能故障点，在无需预先判定故障类型和故障相的情况下实现三相不平衡有源配电网在各种故障类型下的故障测距；该故障测距包含DG电源、从主电源接入的分支线路、中间负荷、电缆-架空线混合线路及复杂有源配电网的故障测距；4)启动故障测距，从最靠近主电源的线路区段开始迭代搜索和测距计算。基于节点三相阻抗矩阵各元素物理意义和过渡电阻消耗无功功率为零的功率特性，建立关于故障距离的一元二次测距方程；根据有源配电网线路区段电压、电流计算该线路相邻线路区段首端三相电压、电流相量；并进行迭代计算虚拟故障点电流5)当有源配电网线路区段全部遍历后，对记录的所有可能故障线路区段和相应故障点进行伪故障点识别校验；6)计算主电源到真实故障区段故障点距离xtotal，搜索测距过程结束。所述步骤1)建立通用于各种故障类型，每条线路区段上通过将该线路区段首端电压、电流相量和初始化虚拟故障点电流相量及线路参数信息代入一元二次有源配电网故障测距方程求解故障距离，x1、x2为其两个根；若x1、x2中至少有一个满足0＜xi＜L(i＝1,2)，L为该线路区段实际长度，则迭代计算虚拟点电流获取更加精确的故障距离；若x1、x2均不满足0＜xi＜L，则根据有源配电网线路区段电压、电流计算方法，计算该线路相邻线路区段首端三相电压、电流相量；有源配电网故障测距方程：简写为一元二次方程Ax2+Bx+C＝0，可解得故障距离x；其中，为故障点f三相电压和电流；分别为流入故障点f之前的电压、电流相量；Zabc和Yabc分别为节点三相支路阻抗阵和节点对地导纳阵；为流经故障点f之后电流相量；其中代表主网向短路点提供的短路电流；T为转置运算，Im为取虚部运算。所述步骤2)考虑负荷时变性，完成有源配电网负荷大小迭代计算，从全部线路区段中最靠近主电源的线路区段开始迭代搜索和测距计算；包括：2.1计算故障前主电源总负荷，如式(1)，S·pre_faultabc=S·sumabc-S·lineabc,---(1)]]>2.2计算负荷变化因子，如式(2)，Lchangeabc=|S·pre-faultabc||S·Lmaxabc|,---(2)]]>2.3计算各节点负荷功率修正值，如式(3)，S·iabc=Lchangeabc×Niabc,---(3)]]>2.4综合考虑迭代算法的计算精度与收敛速度之间的协调配合，则上述式(1)-式(3)中，S·Lmaxabc=N1abc+N2abc+...+Nnabc,S·sumabc=Σi=1k[U·iabc×(I·iabc)*],]]>S·lineabc=Z×I·×I·*;]]>式中，分别为系统故障前总负荷计算值和额定功率值。为负荷平均变化因子，用于定量表征负荷波动；为修正后节点i负荷功率，为该点额定负荷，n为负荷数；为系统故障发生前主网功率测量值，k为包含分布式电源在内的电源总数，为电源接入点i三相电压、电流。代表线路损耗，代表支路三相电流相量，Z代表支路三相阻抗对角阵，*代表共轭运算；2.5利用潮流计算求得新的线路损耗，并判断与前一次计算值之差，若小于门槛值ε1，则输出修正后的系统负荷节点的功率为上述节点负荷功率修正值所述步骤4)启动故障测距，从最靠近主电源的线路区段开始迭代搜索和测距计算；改进阻抗型故障测距算法基于节点三相阻抗矩阵各元素物理意义和过渡电阻消耗无功功率为零的功率特性，在复杂有源配电网中考虑线路分布电容及相间耦合因素，其线路区段首末端三相电压相量和三相电流相量之间的关系表达式为U·jabcI·jabc=aL-bL-cLdL×U&Cent本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于相量分析的改进阻抗型有源配电网故障测距算法，其特征在于，该故障测距算法包括：1)配电自动化主站接收保护动作信息，读取各电源接入点处FTU故障前、后同步电压、电流检测数据及各DG电源的接入点同步测量数据，并经DFT变换得到相应的相量，建立通用于各种故障类型、精确反应故障时负荷电流特性的计算模型；其中,DFT变换为离散傅里叶变换；FTU为馈线终端设备；DG电源为分布式电源；2)将故障前各电源接入点处FTU装置的同步检测数据代入含DG电源的前推回代潮流程序，执行负荷迭代计算，得到实际负荷功率；并考虑负荷时变性，完成有源配电网负荷大小迭代计算；3)由于分支线路大量存在，对若干个位于不同线路区段上的可能故障点，在无需预先判定故障类型和故障相的情况下实现三相不平衡有源配电网在各种故障类型下的故障测距；该故障测距包含DG电源、从主电源接入的分支线路、中间负荷、电缆‑架空线混合线路及复杂有源配电网的故障测距；4)启动故障测距，从最靠近主电源的线路区段开始迭代搜索和测距计算；基于节点三相阻抗矩阵各元素物理意义和过渡电阻消耗无功功率为零的功率特性，建立关于故障距离的一元二次测距方程；进行虚拟故障点电流的迭代计算，5)当有源配电网线路区段全部遍历后，对记录的所有可能故障线路区段和相应故障点进行伪故障点识别校验；6)计算主电源到真实故障区段故障点距离xtotal，搜索测距过程结束。...

【技术特征摘要】
1.一种基于相量分析的改进阻抗型有源配电网故障测距算法，其特征在于，该故障测距算法包括：1)配电自动化主站接收保护动作信息，读取各电源接入点处FTU故障前、后同步电压、电流检测数据及各DG电源的接入点同步测量数据，并经DFT变换得到相应的相量，建立通用于各种故障类型、精确反应故障时负荷电流特性的计算模型；其中,DFT变换为离散傅里叶变换；FTU为馈线终端设备；DG电源为分布式电源；2)将故障前各电源接入点处FTU装置的同步检测数据代入含DG电源的前推回代潮流程序，执行负荷迭代计算，得到实际负荷功率；并考虑负荷时变性，完成有源配电网负荷大小迭代计算；3)由于分支线路大量存在，对若干个位于不同线路区段上的可能故障点，在无需预先判定故障类型和故障相的情况下实现三相不平衡有源配电网在各种故障类型下的故障测距；该故障测距包含DG电源、从主电源接入的分支线路、中间负荷、电缆-架空线混合线路及复杂有源配电网的故障测距；4)启动故障测距，从最靠近主电源的线路区段开始迭代搜索和测距计算；基于节点三相阻抗矩阵各元素物理意义和过渡电阻消耗无功功率为零的功率特性，建立关于故障距离的一元二次测距方程；进行虚拟故障点电流的迭代计算，5)当有源配电网线路区段全部遍历后，对记录的所有可能故障线路区段和相应故障点进行伪故障点识别校验；6)计算主电源到真实故障区段故障点距离xtotal，搜索测距过程结束。2.根据权利要求1所述一种基于相量分析的改进阻抗型有源配电网故障测距算法，其特征在于，所述步骤1)建立通用于各种故障类型，每条线路区段上通过将该线路区段首端电压、电流相量和初始化虚拟故障点电流相量及线路参数信息代入一元二次有源配电网故障测距方程求解故障距离，x1、x2为其两个根；若x1、x2中至少有一个满足0＜xi＜L(i＝1,2)，L为该线路区段实际长度，则迭代计算虚拟点电流获取更加精确的故障距离；若x1、x2均不满足0＜xi＜L，则根据有源配电网线路区段电压、电流计算该线路相邻线路区段首端三相电压、电流相量；有源配电网故障测距方程：简写为一元二次方程Ax2+Bx+C＝0，可解得故障距离x；其中，为故障点f三相电压和电流；分别为流入故障点f之前的电压、电流相量；Zabc和Yabc分别为节点三相支路阻抗阵和节点对地导纳阵；为流经故障点f之后电流相量；其中代表主网向短路点提供的短路电流；T为转置运算，Im为取虚部运算。3.根据权利要求1所述一种基于相量分析的改进阻抗型有源配电网故障测距算法，其特征在于，所述步骤2)考虑负荷时变性，完成有源配电网负荷大小迭代计算，从全部线路区段中最靠近主电源的线路区段开始迭代搜索和测距计算；包括：2.1计算故障前主电源总负荷，如式(1)，S·pre_faultabc=S·sumabc-S·lineabc,---(1)]]>2.2计算负荷变化因子，如式(2)，Lchangeabc=|S·pre-faultabc||S·Lmaxabc|,---(2)]]>2.3计算各节点负荷功率修正值，如式(3)，S·iabc=Lchangeabc×Niabc,---(3)]]>2.4综合考虑迭代算法的计算精度与收敛速度之间的协调配合，则上述式(1)-式(3)中，S·Lmaxabc=N1abc+N2abc+...+Nnabc,S·sunabcΣi=Ik[U·iabc×(I·iabc)*],]]>S·lineabc=Z×I·×I·*;]]>式中，分别为系统故障前总负荷计算值和额定功率值，为负荷平均变化因子，用于定量表征负荷波动；为修正后节点i负荷功率，为该点额定负荷，n为负荷数；为系统故障发生前主网功率测量值，k为包含分布式电源在内的电源总数，为电源接入点i三相电压、电流；代表线路损耗，代表支路三相电流相量，Z代表支路三相阻抗对角阵，*代表共轭运算；2.5利用潮流计算求得新的线路损耗，并判断与前一次计算值之差，若小于门槛值ε1，则输出修正后的系统负荷节点的功率为上述节点负荷功率修正值4.根据权利要求3所述一种基于相量分析的改进阻抗型有源配电网故障测距算法，其特征在于，所述步骤4)启动故障测距，从最靠近主电源的线路区段开始迭代搜索和测距计算；改进阻抗型故障测距算法基于节点三相阻抗矩阵各元素物理意义和过渡电阻消耗无功功率为零的功率特性，在复杂有源配电网中考虑线路分布电容及相间耦合因素，其线路区段首末端三相电压相量和三相电流相量之间的关系表达式为U·jabcI·jabc=aL-bL-cLdL×U·iabLI·iabc---(4)]]>式中，aL＝dL＝E+0.5·L2·Zabc·Yabc；bL＝L·Zabc；cL...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴志辉，王旭，陈冰研，严思齐，
申请(专利权)人：华北电力大学保定，
类型：发明
国别省市：河北;13