广域电流时间序列的配电网单相接地故障定位方法技术

本发明专利技术公开了一种广域电流时间序列的配电网单相接地故障定位方法，在配电线路沿线装设录波型故障指示器，当线路发生单相接地故障，沿线布置的故障指示器启动并记录零序电流信息，基于线路的分布参数模型，推导零序电流、线路参数与故障位置的数学关系式，利用故障后的广域电流时间序列构造故障定位函数矩阵；将求解故障定位函数矩阵转化成求解非线性方程组的最小二乘解，使用混沌粒子群算法搜索故障点，实现故障精确定位。本发明专利技术理论上不受过渡电阻与故障初始角的影响，能在一定程度上抵消故障指示器系统误差带来的定位误差，提高故障定位精度，具有较高的实际应用价值。

Single-phase Grounding Fault Location Method for Distribution Network Based on Wide Area Current Time Series

【技术实现步骤摘要】
广域电流时间序列的配电网单相接地故障定位方法
本专利技术涉及电力系统电力线路故障定位的设计领域，尤其涉及一种广域电流时间序列的配电网单相接地故障定位方法。
技术介绍
我国配电网大多为小电流接地系统，在各种故障类型中，单相接地故障发生几率最高。由于配电网拓扑结构复杂，馈线分支众多，供电半径小，电压等级低，存在故障量不突出(一般仅为数安培)、不稳定(电弧接地发生频繁)与不确定性(消弧线圈的补偿使工频电流失去故障特征)等问题，如何实现精确的故障定位是近年来该领域专家学者关注的热点。目前，随着配电自动化技术的发展，利用沿线装设的馈线终端单元(FTU)、故障指示器，进行故障定位有着越来越广阔的应用前景。因此，利用广域电流时间序列进行故障定位能在一定程度上抵消故障指示器系统误差带来的定位误差，提高故障定位精度，具有重要的现实意义。
技术实现思路
专利技术目的：为了进一步提高配电网故障定位的精度，本专利技术提出广域电流时间序列的配电网单相接地故障定位方法。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：广域电流时间序列的配电网单相接地故障定位方法，包括如下步骤：步骤一：在配网线路沿线安装录波型故障指示器，当线路上发生单相接地故障时，沿线布置的故障指示器启动，判断故障区段并记录故障线路上各个故障指示器测量的零序电流相量；步骤二：将故障线路多测点、多时刻的零序电流信号称作广域电流时间序列，假设故障点上游的故障指示器为p1,…,pm，下游的故障指示器为q1,…,qn，故障指示器测量数据的时刻分别为t1,…,ts，分别将测得的零序电流相量存放在矩阵I中。步骤三：对于矩阵I的第k行，将故障点上游故障指示器pi、pi+1与故障点下游故障指示器qj-1、qj的零序电流相量代入下式构造故障定位函数：故障定位函数的推导过程如下所示：对于零序参数恒定的线路，在已知线路始、末端零序电压电流相量的条件下，可分别利用下两式计算任意点x处的零序电压、电流相量：其中，x为距线路始端的距离，γ(0)与分别为零序网络的传播常数和特征阻抗；与分别代表从线路始端、末端推算至x处的零序电流；与分别代表从线路始端、末端推算至x处的零序电压，二者之差的绝对值可作为故障精确定位函数：选择pi与qj作为线路始、末端，利用上式构造故障定位函数其中，为距故障指示器pi的距离，为pi与qj之间的距离，考虑到上式中的电压相量与无法由故障指器直接测得，可综合利用pi、qj及相邻的故障指示器pi+1、qj-1的电流信息求解未知的零序电压，以pi作为线路首端计算pi+1处的电流，以qj作为线路末端计算qj-1处的电流：将上式移相可得：将上式代入消掉与可以得到仅包含电流相量与线路参数的故障定位函数：其中，x代表的是距线路始端的距离，利用广域电流时间序列构造故障定位函数矩阵Y：其中，Y的行表示同一时刻不同测点构造的故障定位函数，列表示不同时刻相同测点构造的故障定位函数。步骤四：使用混合粒子群算法在故障区段内搜索故障点的位置，目标函数为故障定位函数矩阵对应的残差平方和函数S(x)：混沌粒子群算法搜索故障位置的步骤如下所示：①初始化种群的数量N和粒子的初始位置X＝[x1，x2，···，xN]和初始速度V＝[v1，v2，···，vN]。②计算各个粒子对应的残差平方和S(x)，初始化最优种群位置。③利用下式更新每一个粒子的位置和速度：vK+1＝wvK+c1n1(pbest,K-xK)+c2n2(gbest,K-xK)xK+1＝xK+vK+1其中，xK为当前的粒子位置；xK+1迭代后的粒子位置；K表示迭代次数；pbest,K为当前粒子的最优解位置；gbest,K为整个种群的最优解位置；vK、vK+1为粒子速度；c1、c2为加速度常数；w为惯性权重；④计算新粒子对应的残差平方和，以残差平方和最小为目标，更新当前粒子的最优解位置与种群的最优解位置，不断循环迭代，当迭代次数K>50或种群最优解对应的残差平方和S(x)<s×10-8，输出种群的最优解位置，即为故障位置。有益效果：本专利技术理论上不受过渡电阻与故障初始角的影响，能在一定程度上抵消故障指示器系统误差带来的定位误差，具有较高的定位精度和工程实践意义。附图说明图1为本专利技术流程图。图2为架空线、电缆混合线路示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作更进一步的说明。一个典型的10kV区域配电网电缆线路如图2所示，电缆转弯、分支处设有电缆T形井，电缆线路间隔一定距离设有电缆中间井。本专利技术提出了广域电流时间序列的配电网单相接地故障定位方法，如图1所示，包括如下步骤：步骤一：，将故障指示器安装在电缆分支箱、电缆T形井与电缆中间井中，当线路上发生单相接地故障时，沿线布置的故障指示器启动，判断故障区段并记录故障线路上各个故障指示器测量的零序电流相量。步骤二：将故障线路多测点、多时刻的零序电流信号称作广域电流时间序列，假设故障点上游的故障指示器为p1,…,pm，下游的故障指示器为q1,…,qn，故障指示器测量数据的时刻分别为t1,…,ts，分别将测得的零序电流相量存放在矩阵I中。步骤三：对于矩阵I的第k行，将故障点上游故障指示器pi、pi+1与故障点下游故障指示器qj-1、qj的零序电流相量代入下式构造故障定位函数：故障定位函数的推导过程如下所示：对于零序参数恒定的线路，在已知线路始、末端零序电压电流相量的条件下，可分别利用下两式计算任意点x处的零序电压、电流相量：其中，x为距线路始端的距离，γ(0)与分别为零序网络的传播常数和特征阻抗；与分别代表从线路始端、末端推算至x处的零序电流；与分别代表从线路始端、末端推算至x处的零序电压，二者之差的绝对值可作为故障精确定位函数：选择pi与qj作为线路始、末端，利用上式构造故障定位函数其中，为距故障指示器pi的距离，为pi与qj之间的距离，考虑到上式中的电压相量与无法由故障指器直接测得，可综合利用pi、qj及相邻的故障指示器pi+1、qj-1的电流信息求解未知的零序电压，以pi作为线路首端计算pi+1处的电流，以qj作为线路末端计算qj-1处的电流：将上式移相可得：将上式代入消掉与可以得到仅包含电流相量与线路参数的故障定位函数：其中，x代表的是距线路始端的距离，利用广域电流时间序列构造故障定位函数矩阵Y：其中，Y的行表示同一时刻不同测点构造的故障定位函数，列表示不同时刻相同测点构造的故障定位函数。步骤四：使用混合粒子群算法在故障区段内搜索故障点的位置，目标函数为故障定位函数矩阵对应的残差平方和函数S(x)：混沌粒子群算法搜索故障位置的步骤如下所示：①初始化种群的数量N和粒子的初始位置X＝[x1，x2，···，xN]和初始速度V＝[v1，v2，···，vN]。②计算各个粒子对应的残差平方和S(x)，初始化最优种群位置。③利用下式更新每一个粒子的位置和速度：vK+1＝wvK+c1n1(pbest,K-xK)+c2n2(gbest,K-xK)xK+1＝xK+vK+1其中，xK为当前的粒子位置；xK+1迭代后的粒子位置；K表示迭代次数；pbest,K为当前粒子的最优解位置；gbest,K为整个种群的最优解位置；vK、vK+1为粒子速度；c1、c2为加速度常数；w为惯性权重；④计算新粒子对应的残差平方和，以残差平方和最小为目本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.广域电流时间序列的配电网单相接地故障定位方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤一：在配网线路沿线安装录波型故障指示器，任意两个故障指示器i、j之间的距离为Lij；当线路上发生单相接地故障时，沿线布置的故障指示器启动，判断故障区段并记录故障线路上各个故障指示器测量的零序电流相量；步骤二：将故障线路多测点、多时刻的零序电流信号称作广域电流时间序列，假设故障点上游的故障指示器为p1,…,pm，下游的故障指示器为q1,…,qn，故障指示器测量数据的时刻分别为t1,…,ts，分别将测得的零序电流相量I

【技术特征摘要】
1.广域电流时间序列的配电网单相接地故障定位方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤一：在配网线路沿线安装录波型故障指示器，任意两个故障指示器i、j之间的距离为Lij；当线路上发生单相接地故障时，沿线布置的故障指示器启动，判断故障区段并记录故障线路上各个故障指示器测量的零序电流相量；步骤二：将故障线路多测点、多时刻的零序电流信号称作广域电流时间序列，假设故障点上游的故障指示器为p1,…,pm，下游的故障指示器为q1,…,qn，故障指示器测量数据的时刻分别为t1,…,ts，分别将测得的零序电流相量I(0)存放在矩阵I中；步骤三：对于矩阵I的第k行，将故障点上游故障指示器pi、pi+1与故障点下游故障指示器qj-1、qj的零序电流相量代入下式构造故障定位函数：利用广域电流时间序列构造故障定位函数矩阵Y：其中，Y的行表示同一时刻不同测点构造的故障定位函数，列表示不同时刻相同测点构造的故障定位函数；γ(0)与分别为零序网络的传播常数和特征阻抗；步骤四：将求解故障定位函数矩阵Y转化成求解非线性方程组的最小二乘解，使用混合粒子群算法在故障区段内搜索故障点的位置，当满足收敛条件时，停止迭代循环，输出种群的最优解位置，即为故障位置。2.根据权利要求1所述的广域电流时间序列的配电网单相接地故障定位方法，其特征在于：步骤三中，故障定位函数的推导过程如下所示：对于零序参数恒定的线路，在已知线路始、末端零序电压电流相量的条件下，分别利用下两式计算任意点x处的零序电压、电流相量：其中，x为距线路始端的距离，与分别代表从线路始端、末端推算至x处的零序电流相量；与分别代表从线路始端、末端推算至x处的零序电压，二者之差的绝对值作为故障精确定位函数：选择pi与qj作为线路始、末端，利用上式构造故障定位函数其中，为距故障指示器pi的距离，为pi与qj之间的距...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁睿，徐皓远，叶开，彭楠，王冠华，侯添钰，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32