基于电流相位比较的有源配电网故障隔离方法技术

本发明专利技术涉及一种基于电流相位比较的有源配电网故障隔离方法，其利用配电线路上各配电自动化终端在故障前后电流相位相同的特点，以故障前的负荷电流相位为基准，计算故障电流分量与负荷电流分量的相位关系，通过比较相邻配电自动化终端的相位关系构成故障隔离判据，即若相邻配电自动化终端所测量到故障电流分量方向相同，则判定为区外故障，否则为区内故障。该方案对通信要求低，无需装设电压互感器。大量的仿真表明，新方案能够解决传统故障隔离方案应用于有源配电网所带来的故障隔离误判以及失效等问题，具有良好的应用前景。

Fault Isolation Method for Active Distribution Network Based on Current Phase Comparison

The present invention relates to a fault isolation method for active distribution network based on current phase comparison, which takes advantage of the fact that the current phase of each distribution automation terminal on the distribution line is the same before and after the fault, takes the load current phase before the fault as the reference, calculates the phase relationship between the fault current component and the load current component, and composes the fault by comparing the phase relationship between adjacent distribution automation terminals. Barrier isolation criterion, that is, if the direction of fault current component measured by adjacent distribution automation terminals is the same, it is determined as an out-of-area fault, otherwise it is an in-area fault. This scheme has low communication requirements and does not need to install voltage transformers. A large number of simulation results show that the new scheme can solve the problems of fault isolation misjudgment and failure caused by traditional fault isolation scheme applied in active distribution network, and has a good application prospect.

【技术实现步骤摘要】
基于电流相位比较的有源配电网故障隔离方法
本专利技术属于配电网故障隔离领域，具体涉及一种基于电流相位比较的有源配电网故障隔离方法。
技术介绍
随着新能源发电技术的日渐成熟，分布式电源被更多的用户所接受，大量的分布式电源接入配电网，一定程度上改变了传统配电网辐射性的单电源网络结构，使配电网网络中的潮流流向由单向变为双向潮流。我国配电自动化系统所采用的故障定位策略是根据短路电流上报信息进行故障定位，传统故障定位原理如下：如果一个区域的入点经历了故障电流，并且该区域的所有末点(或是末梢点)均未经历故障电流，则故障在该区域内；若至少有一个末点经历了故障电流，则故障不在该区域内。例如对于图1所示的配电网，QF是变电站出线断路器，A、B、C、D、E是分段开关。当开关C、D、E所围的区域λ(C,D,E)内发生故障时，开关S、A和C会流过短路电流并上报短路电流信息，其余节点不流过短路电流。对于区域λ(S,A)，其端点S、A都上报了短路电流信息，因此依据传统故障定位原理，故障不在该区域中。对于区域λ(A,B,C)，其有两个端点A、C上报了短路电流信息，因此依据传统故障定位原理，故障不在该区域中。对于区域λ(C,D,E)，其端点C上报了短路电流信息，而所有其他端点均未上报短路电流信息，因此依据传统故障定位原理，故障就在该区域中。对于接入了分布式电源的配电网，当配电网中的分布式电源渗透率较低时，通过设定合适的电流阈值，消除分布式电源提供的短路电流的影响，传统的故障隔离方案仍能可靠地隔离故障。但是，若分布式电源的渗透率较高(通常为超过30％)时，其提供短路电流的能力与主电源相差不大时，此时很难单独利用故障电流的幅值实现可靠地隔离故障。也就是说，分布式发电接入馈线时，某个区域发生故障后，除了该区域的主电源侧端点会流过短路电流以外，该区域与分布式电源DG连接的端点也会流过由分布式电源DG提供的短路电流。若故障发生在近主网电源侧，此时主网电源所提供的短路电流与分布式电源DG提供的短路电流相差较大时，可以通过设置短路电流上报阈值，来区分主网电源与分布式电源DG所供出的短路电流，从而根据短路电流分布信息进行故障定位。当故障发生在近分布式电源DG侧，或者发生在馈线末端，此时主电网源与分布式电源DG供出的短路电流相差很小时，则难以进行区分，依靠短路电流信息的传统故障定位方法可能发生误判。以图2为例，当发生如图所示故障，断路器QF和分段开关A感受到由主电源所供出的短路电流，上报故障信息，分段开关B、C、D和E感受到由DG供出的短路电流，也上报故障信息。若两者相差较大时，则可以通过设置短路电流上报阈值，使得只有感受到主电源故障电流的QF和A上报短路电流，此时依据短路电流信息的传统故障定位方法可以正确判断出故障发生在区域λ(A,B,C)内。若主网电源与分布式电源DG两者供出的短路电流差别较小时，则找到适当的电流上报阀值将两者进行区分，可能造成QF、A、B、C、D和E均上报短路电流信息，依靠短路电流信息的传统故障定位方法无法正确地判断出故障区域，即传统配电网利用配电自动化终端(FTU)测量电流的大小进行故障区段定位，从而进行隔离故障的方案失效。因此，研究适用于有源配电网的故障隔离方案具有重要的意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种克服以上现有技术存在的缺陷，能够针对含有分布式电源的配电网，尤其是含有高渗透率分布式电源的配电网而快速识别并隔离故障，从而增加故障隔离可靠性的基于电流相位比较的有源配电网故障隔离方法。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种基于电流相位比较的有源配电网故障隔离方法，应用于包含有高渗透率分布式电源的配电网中以判断并隔离故障，所述基于电流相位比较的有源配电网故障隔离方法包括以下步骤：步骤1：当所述配电网中发生故障后，故障所在馈线上的各配电自动化终端均分别获取其所在位置在故障发生前一周波的三相电流信息和故障发生后一周波的三相电流信息；步骤2：每个所述配电自动化终端中，对所获得的故障发生前一周波的三相电流信息和故障发生后一周波的三相电流信息分别进行滤波和傅里叶基频提取，得到所述配电自动化终端所在位置在故障发生前一周波的三相电流采样值和故障发生后一周波的三相电流采样值；步骤3：每个所述配电自动化终端中，基于故障发生前一周波的三相电流采样值和故障发生后一周波的三相电流采样值计算得到所述配电自动化终端所在位置的三相电流故障分量值；步骤4：每个所述配电自动化终端中，将三相电流故障分量值经过相模变换解耦为正序、负序、零序的故障电流分量；将故障发生前一周波的三相电流采样值经过相模变换解耦为正序、负序、零序的负荷电流分量；步骤5：每个所述配电自动化终端中，将正序的故障电流分量和正序的负荷电流分量相比而得到相位差；步骤6：每个所述配电自动化终端中，将所述相位差与预设的相位区间进行比较，判断所述相位差是否落入所述相位区间中而得到相位判断结果；步骤7：比较所述馈线中每个区段两端的所述配电自动化终端的相位判断结果，若一个区段两端的所述配电自动化终端的相位判断结果相同，则故障发生在该区段外；若一个区段两端的所述配电自动化终端的相位判断结果不同，则故障发生在该区段内，该发生故障的区段两端的所述配电自动化终端下达跳闸命令来进行故障隔离。所述步骤1中，若所述配电自动化终端检测到由故障导致的突变量，则故障发生在该所述配电自动化终端所在馈线上。所述步骤3中，所述三相电流故障分量值的计算公式为：其中，为故障发生后一周波的三相电流采样值，为故障发生前一周波的三相电流采样值，为三相电流故障分量值。所述步骤4中，所述正序、负序、零序的故障电流分量的计算公式为：其中，分别为三相电流故障分量值，分别为正序、负序、零序的故障电流分量；所述正序、负序、零序的负荷电流分量的计算公式为：其中，分别为故障发生前一周波的三相电流采样值，分别为正序、负序、零序的负荷电流分量；a＝ej120°，a2＝ej240°，且1+a+a2＝0，a3＝1。所述步骤5中，所述相位差的计算公式为：其中，θ为所述相位差。所述步骤6中，所述配电自动化终端根据所述相位差是否落入所述相位区间而输出不同信号，若所述相位差落入所述相位区间，则所述配电自动化终端输出第一信号，否则输出第二信号；所述步骤7中，比较所述馈线中每个区段两端的所述配电自动化终端的输出信号，若一个区段两端的所述配电自动化终端输出信号相同，则故障发生在该区段外；若一个区段两端的所述配电自动化终端输出信号不同，则故障发生在该区段内，该发生故障的区段两端的所述配电自动化终端下达跳闸命令来进行故障隔离。所述第一信号为0，所述第二信号为1，或者所述第一信号为1，所述第二信号为0。所述相位区间为其中为预设的灵敏角。由于上述技术方案运用，本专利技术与现有技术相比具有下列优点：本专利技术的故障隔离方法只利用了电流的信息量，不用采集电压信息，无需加设电压互感器，对于大规模配电网具有一定的经济性；由于电流相位变化判断可以在本地装置实现，只需上报相位差是否在相位区间的判断结果信号，不要求同步性，对通信要求不高。仿真结果表明该方法不受故障类型、故障位置、分布式电源类型、过渡电阻等因素的影响，能够准确判断并隔离故障，大大增加了故障隔离的可靠性，适用于含高渗透率分布本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于电流相位比较的有源配电网故障隔离方法，应用于包含有高渗透率分布式电源的配电网中以判断并隔离故障，其特征在于：所述基于电流相位比较的有源配电网故障隔离方法包括以下步骤：步骤1：当所述配电网中发生故障后，故障所在馈线上的各配电自动化终端均分别获取其所在位置在故障发生前一周波的三相电流信息和故障发生后一周波的三相电流信息；步骤2：每个所述配电自动化终端中，对所获得的故障发生前一周波的三相电流信息和故障发生后一周波的三相电流信息分别进行滤波和傅里叶基频提取，得到所述配电自动化终端所在位置在故障发生前一周波的三相电流采样值和故障发生后一周波的三相电流采样值；步骤3：每个所述配电自动化终端中，基于故障发生前一周波的三相电流采样值和故障发生后一周波的三相电流采样值计算得到所述配电自动化终端所在位置的三相电流故障分量值；步骤4：每个所述配电自动化终端中，将三相电流故障分量值经过相模变换解耦为正序、负序、零序的故障电流分量；将故障发生前一周波的三相电流采样值经过相模变换解耦为正序、负序、零序的负荷电流分量；步骤5：每个所述配电自动化终端中，将正序的故障电流分量和正序的负荷电流分量相比而得到相位差；步骤6：每个所述配电自动化终端中，将所述相位差与预设的相位区间进行比较，判断所述相位差是否落入所述相位区间中而得到相位判断结果；步骤7：比较所述馈线中每个区段两端的所述配电自动化终端的相位判断结果，若一个区段两端的所述配电自动化终端的相位判断结果相同，则故障发生在该区段外；若一个区段两端的所述配电自动化终端的相位判断结果不同，则故障发生在该区段内，该发生故障的区段两端的所述配电自动化终端下达跳闸命令来进行故障隔离。...

【技术特征摘要】
1.一种基于电流相位比较的有源配电网故障隔离方法，应用于包含有高渗透率分布式电源的配电网中以判断并隔离故障，其特征在于：所述基于电流相位比较的有源配电网故障隔离方法包括以下步骤：步骤1：当所述配电网中发生故障后，故障所在馈线上的各配电自动化终端均分别获取其所在位置在故障发生前一周波的三相电流信息和故障发生后一周波的三相电流信息；步骤2：每个所述配电自动化终端中，对所获得的故障发生前一周波的三相电流信息和故障发生后一周波的三相电流信息分别进行滤波和傅里叶基频提取，得到所述配电自动化终端所在位置在故障发生前一周波的三相电流采样值和故障发生后一周波的三相电流采样值；步骤3：每个所述配电自动化终端中，基于故障发生前一周波的三相电流采样值和故障发生后一周波的三相电流采样值计算得到所述配电自动化终端所在位置的三相电流故障分量值；步骤4：每个所述配电自动化终端中，将三相电流故障分量值经过相模变换解耦为正序、负序、零序的故障电流分量；将故障发生前一周波的三相电流采样值经过相模变换解耦为正序、负序、零序的负荷电流分量；步骤5：每个所述配电自动化终端中，将正序的故障电流分量和正序的负荷电流分量相比而得到相位差；步骤6：每个所述配电自动化终端中，将所述相位差与预设的相位区间进行比较，判断所述相位差是否落入所述相位区间中而得到相位判断结果；步骤7：比较所述馈线中每个区段两端的所述配电自动化终端的相位判断结果，若一个区段两端的所述配电自动化终端的相位判断结果相同，则故障发生在该区段外；若一个区段两端的所述配电自动化终端的相位判断结果不同，则故障发生在该区段内，该发生故障的区段两端的所述配电自动化终端下达跳闸命令来进行故障隔离。2.根据权利要求1所述的基于电流相位比较的有源配电网故障隔离方法，其特征在于：所述步骤1中，若所述配电自动化终端检测到由故障导致的突变量，则故障发生在该所述配电自...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴健，雷响，徐近龙，周飞，焦在滨，
申请(专利权)人：国网江苏省电力有限公司苏州供电分公司，西安交通大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32