基于同步时间戳的光伏接入配电网故障定位方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种基于同步时间戳的光伏接入配电网故障定位方法及装置，由智能网关的采样模块和光伏并网逆变器进行故障电流采样，然后将故障电流信息传输给分布时钟模块，由分布时钟模块进行同步时间戳标记，再通过工业以太网将标记有时间戳的电流信息上传给故障分析平台，由故障分析平台对获得的采样时间做同步修正，并进行故障定位的逻辑判断，给出故障定位结果，然后根据该结果下发控制指令给智能网关，由智能网关的微控制器接收指令，最后由接触器开关进行故障电路的切除，将真正的故障电路切换至待检修状态，其他电路还原至正常运行状态。本发明专利技术将复杂的配电网故障设备分类，不同类型的设备根据不同定位方式，可以精确的定位到故障的区段。

【技术实现步骤摘要】
基于同步时间戳的光伏接入配电网故障定位方法及装置
本专利技术涉及配电网诊断
，具体涉及一种基于同步时间戳的光伏接入配电网故障定位方法。
技术介绍
在我国的配电网，3kV-10kV电网以中性点不接地方式为主，35kV和66kV电网主要采用中性点经消弧线圈接地方式，以上均可称为中性点非有效接地方式，或小电流接地系统。故障定位是配电网自动化中的核心技术环节，当配电网发生故障时，运行维护人员的首要任务就是快速确定故障区段，尽量缩小巡线范围，让抢修人员能够准确、高效地到达故障点开展工作。而采用的故障定位技术先进与否，直接影响用户故障停电时长，进一步影响社会、经济、生活等方面。配电网发生单相接地故障的几率最高，可占总故障的60％-80％左右，因此，当发生单相接地故障时快速、准确地定位故障点，对于提高配电网供电可靠性具有重要的意义。目前配电网故障定位方法主要有阻抗法、行波法、S注入信号法和基于配网自动化的方法。阻抗法测距方法受线路阻抗参数、电源参数以及线路负荷的影响较大，且当配电线路分支较多结构较为复杂时，该方法不能排除伪故障点导致定位结果不唯一；行波法测距利用行波在故障点和线路之间往返一趟或者到达线路两端的时间差来估算故障距离，但在配电系统中，由于配电网结构复杂，混合线路接头处、线路分支处和负荷处均为波阻抗的不连续点，行波在波阻抗不连续点的折射和反射造成线路一端测得的行波波形特别复杂，很难正确识别出故障点的反射波；S信号注入法在接地过渡电阻较小的情况下，有较高的定位精度，但随着接地过渡电阻的增大定位精度会大大降低，另外该方法只能在系统不断电、故障点一直存在的条件下进行，需要工作人员沿路线巡视，通过肉眼观察发现故障点，不能适应于配电网自动化的发展；基于配网自动化的方法是对配电网上的设备进行远程实时监视、测量、协调及控制的一个集成系统，一般利用馈线终端(FeederTerminalUnit,FTU)实现线路故障信息的检测，并将检测结果通过通讯网络送至SCADA系统，SCADA系统根据一定的故障定位算法可自动定位出故障所在区段，该方法对通信系统和计算机主站要求较高，当线路故障时，要求相应的信息及时传到上级站，上级站发送的控制信息也能迅速准确的传送到FTU，而且实时采集信息必须安装大量的数据采集装置，因此投资很大。随着全球范围内能源危机和环境污染问题日益突出，以光伏发电为代表的可再生能源发电正在快速发展，分布式发电(DistributedGeneration,DG)目前得到广泛应用。DG对提高电网的安全可靠性、经济性及灵活性等方面有积极的作用。但是DG的接入使传统的辐射型配电网的网络结构发生变化，增加了线路拓扑的复杂度同时也会对配电网潮流分布产生影响，这使得基于传统配电网故障定位方法运用于含DG的配电网时会产生较大误差或出现故障定位结果不唯一的情况。针对分布式电源接入引起的故障定位缺陷问题，BoutsikaTN将含DG配电网的馈线分为DG上游馈线、DG上游最末一条线路及DG下游馈线H种情况进行讨论。对于DG上游的馈线，将每个保护的I段与其下条馈线保护的I段构成一个通信单元，根据新的规则完成故障定位；DG上游最末一条线路，需在线路末端安装方向组件，定位原理与DG上游的馈线相同；DG下游馈线的保护只要按原电流保护助增的情况整定动作电流即可。GirgisA在广域网基础上的，通过结合每条线路末端方向组件提供的功率方向信息和DG上游第一条出线上的保护动作信息完成配电网的故障定位。以上两种方法存在的共同问题是不能判别馈线末端的故障。张安龙等结合光伏电源故障电流特性，通过遍历搜索候选母线，确定使得电气故障后故障电压实测值与理论计算值最为吻合的母线和故障类型，从而确定故障最邻近的母线，但其理论计算使用的过度电阻是近似值，导致母线定位结果可能会出现误差。王飞等考虑到分布式电源接入后配电网呈现为多电源网络的特性，建立了配电网网络描述矩阵和故障信息矩阵，通过矩阵算法实现故障定位，该方法的不足是需要进行矩阵相乘和规格化处理，运算量大，处理时间长。
技术实现思路
针对上述现有技术，本专利技术需要提出了一种新的含DG的配电网故障定位方法，以解决光伏接入配电网故障定位中潮流双向问题，迅速的定位到故障的相关区域。本专利技术提出一种基于同步时间戳的光伏接入配电网故障定位方法，在所述配电网中接入光伏并网逆变器，配电网的馈线各端、分布式电源和负荷处分别接入智能网关，用于故障电流的采样以及线路故障时的切除保护；所述智能网关和光伏并网逆变器分别与分布时钟模块连接，均支持分布时钟功能，由分布时钟模块为采样电压电流标记时间戳，每次采样电压电流都标记有时间戳；智能网关和分布式电源通过工业以太网实时的与故障分析平台通信；所述故障分析平台是在一个上位机中实现的，该平台通过智能网关和分布式电源获得故障数据，同时智能网关和分布式电源也接收故障分析平台控制指令，所述智能网关和光伏并网逆变器进行同频自由采样，然后由故障分析平台根据采样时间戳做同步修正处理，故障分析平台集成故障诊断与控制于一体，可对获得的采样时间戳做同步修正，并进行故障定位的逻辑判断，给出故障定位结果；然后根据该结果下发控制指令给智能网关，由智能网关的微控制器接收指令，最后由接触器开关进行故障电路的切除，将真正的故障电路切换至待检修状态，其他电路还原至正常运行状态。进一步的，所述故障定位方法包括对馈线、分布式电源以及负荷的故障定位，对于馈线的故障定位主要基于故障电流分量电流差动，对于分布式电源和负荷的故障定位主要基于故障时间戳和故障信息：(1)配电网馈线故障定位：根据相邻电流互相关原理，自由采样馈线各端电压、电流信息，上位机故障分析平台对采样时间戳做同步修正，再根据故障分量电流差动，可以准确的判断出故障是在保护区段之内还是之外，从而实现馈线上故障区段的定位；(2)分布式电源故障定位：根据故障时间戳，确定真正发生故障的电源，当分布式电源G1、G2、G3任意一个内部发生短路故障，导致G1、G2、G3自动退出配电网，此时故障分析平台根据故障前这三个分布式电源故障电流特性及其时间戳，判断哪个分布式电源因为真正故障退出配电网系统，对于真正故障的电源，从系统切除，进入待检修状态；对于被动故障的电源，尝试再次并入配电网系统；(3)负荷故障定位：当负荷内部发生短路故障时，故障分析平台根据故障时间戳进行区段定位，然后切除故障负荷区段，检修故障，当负荷区域L2、G4、L3任一内部发生短路故障，导致L2、G4、L3自动退出配电网，可根据故障电流时间戳和故障电流特性，判别故障发生位置，其他正常分布式电源以及负荷尝试再次并入配电网系统。进一步的，所述馈线的故障定位具体步骤如下：(1)同步时间戳的实现基于故障电流分量差动的定位方法要求底层采样设备(包括光伏并网逆变器或负荷)具有时钟同步功能，通过底层设备外扩分布时钟模块来实现，线路各端的底层采样设备，以相同频率自由采样并循环存储于本地缓冲区，以故障分析平台作为主时钟，底层采样设备作为从时钟，由分布时钟模块进行同步时间戳的实现，每组采样数据标记时间戳；(2)馈线的故障定位①数据同步处理经过步骤(1)所述同步时间戳后，系统各个分布时间基本校时一致，然后通过配电网的通信网络，每2个工频周期上传一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于同步时间戳的光伏接入配电网故障定位方法，其特征在于，在所述配电网中接入光伏并网逆变器，配电网的馈线各端、分布式电源和负荷处分别接入智能网关，用于故障电流的采样以及线路故障时的切除保护；所述智能网关和光伏并网逆变器分别与分布时钟模块连接，均支持分布时钟功能，由分布时钟模块为采样电压电流标记时间戳，每次采样电压电流都标记有时间戳；智能网关和分布式电源通过工业以太网实时的与故障分析平台通信；所述故障分析平台是在一个上位机中实现的，该平台通过智能网关和分布式电源获得故障数据，同时智能网关和分布式电源也接收故障分析平台控制指令，所述智能网关和光伏并网逆变器进行同频自由采样，然后由故障分析平台根据采样时间戳做同步修正处理，故障分析平台集成故障诊断与控制于一体，可对获得的采样时间戳做同步修正，并进行故障定位的逻辑判断，给出故障定位结果；然后根据该结果下发控制指令给智能网关，由智能网关的微控制器接收指令，最后由接触器开关进行故障电路的切除，将真正的故障电路切换至待检修状态，其他电路还原至正常运行状态。

【技术特征摘要】
1.一种基于同步时间戳的光伏接入配电网故障定位方法，其特征在于，在所述配电网中接入光伏并网逆变器，配电网的馈线各端、分布式电源和负荷处分别接入智能网关，用于故障电流的采样以及线路故障时的切除保护；所述智能网关和光伏并网逆变器分别与分布时钟模块连接，均支持分布时钟功能，由分布时钟模块为采样电压电流标记时间戳，每次采样电压电流都标记有时间戳；智能网关和分布式电源通过工业以太网实时的与故障分析平台通信；所述故障分析平台是在一个上位机中实现的，该平台通过智能网关和分布式电源获得故障数据，同时智能网关和分布式电源也接收故障分析平台控制指令，所述智能网关和光伏并网逆变器进行同频自由采样，然后由故障分析平台根据采样时间戳做同步修正处理，故障分析平台集成故障诊断与控制于一体，可对获得的采样时间戳做同步修正，并进行故障定位的逻辑判断，给出故障定位结果；然后根据该结果下发控制指令给智能网关，由智能网关的微控制器接收指令，最后由接触器开关进行故障电路的切除，将真正的故障电路切换至待检修状态，其他电路还原至正常运行状态。2.根据权利要求1所述的基于同步时间戳的光伏接入配电网故障定位方法，其特征在于，所述故障定位方法包括对馈线、分布式电源以及负荷的故障定位，对于馈线的故障定位主要基于故障电流分量电流差动，对于分布式电源和负荷的故障定位主要基于故障时间戳和故障信息：(1)配电网馈线故障定位：根据相邻电流互相关原理，自由采样馈线各端电压、电流信息，上位机故障分析平台对采样时间戳做同步修正，再根据故障分量电流差动，可以准确的判断出故障是在保护区段之内还是之外，从而实现馈线上故障区段的定位；(2)分布式电源故障定位：根据故障时间戳，确定真正发生故障的电源，当分布式电源G1、G2、G3任意一个内部发生短路故障，导致G1、G2、G3自动退出配电网，此时故障分析平台根据故障前这三个分布式电源故障电流特性及其时间戳，判断哪个分布式电源因为真正故障退出配电网系统，对于真正故障的电源，从系统切除，进入待检修状态；对于被动故障的电源，尝试再次并入配电网系统；(3)负荷故障定位：当负荷内部发生短路故障时，故障分析平台根据故障时间戳进行区段定位，然后切除故障负荷区段，检修故障，当负荷区域L2、G4、L3任一内部发生短路故障，导致L2、G4、L3自动退出配电网，可根据故障电流时间戳和故障电流特性，判别故障发生位置，其他正常分布式电源以及负荷尝试再次并入配电网系统。3.根据权利要求2所述的基于同步时间戳的光伏接入配电网故障定位方法，其特征在于，所述馈线的故障定位具体步骤如下：(1)同步时间戳的实现基于故障电流分量差动的定位方法要求底层采样设备具有时钟同步功能，通过底层设备外扩分布时钟模块来实现，线路各端的底层采样设备，以相同频率自由采样并循环存储于本地缓冲区，以故障分析平台作为主时钟，底层采样设备作为从时钟，由分布时钟模块进行同步时间戳的实现，每组采样数据标记时间戳；(2)馈线的故障定位①数据同步处理经过步骤(1)所述同步时间戳后，系统各个分布时间基本校时一致，然后通过配电网的通信网络，每2个工频周期上传一次数据至故障分析平台，故障分析平台根据采样时间戳对不同设备的采样数据做同步修正处理：首先进行同一时刻定标，选取设备G2的时间戳1为起始时刻，记G2[1]，依此时刻为基准确定其他设备的相对起始时刻，遍历其他设备时间戳流，当其他设备的时间戳与G2[1]的时间间隔小于二分之一采样周期，则确定此时遍历的时间戳为相对起始时刻；当其他设备的时间戳与G2[1]的时间间隔大于二分之一采样周期条件，则将G2[2]的时间作为起始时刻G2[1]，再执行上述的遍历，依次类推直到完成所有设备起始时刻定标；同步修正后，则G2[1]、G1[3]、S1[2]、S2[2]标记为同一时刻，可认为该时间戳对应的电流为“同步采样电流”，之后G2[n]、G1[n+2]、S1[n+1]、S2[n+1]认为是同一时刻；一般，同一设备只需要修正一次，当有新的设备启动并入系统时，该设备需要做如上同步修正处理；②故障分量提取由智能网关对馈线采样的电压和电流等效，以iLoad为正常运行时的负荷电流，iM和iN为故障时的采样电流即故障电流，当K1处发生短路故障，根据叠加原理可知，输电线路发生故障时的状态可视为正常运行状态与故障附加状态的叠加，即故障时的电流是负荷电流与故障分量电流之和；馈线故障附加状态下的电流即是故障分量电流，由故障点的故障电动势单独作用产生，其中igm和ign为两端的故障分量电流，ugm和ugn为两端的故障分量电压，uF为故障电动势，RF为过渡电阻，由上分析则有：igm＝iM-iLoad(3)式...

【专利技术属性】
技术研发人员：栗峰，黄富才，汪东平，刘宁波，张东山，徐涛，汪春，马燕，华光辉，李焕友，夏俊荣，王斌，叶荣波，费全虎，刘海璇，汪毅，王有威，张祥文，徐伟，许晓慧，陈文龙，赫卫国，刘瑞增，许伟军，梁硕，李伟，孔爱良，
申请(专利权)人：国网宁夏电力有限公司，国网宁夏电力有限公司石嘴山供电公司，中国电力科学研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：宁夏,64