一种基于有限PMU配置的配电网故障定位方法技术

本发明专利技术公开了一种基于有限PMU配置的配电网故障定位方法，涉及配电网故障定位领域，包括下列步骤：步骤1：通过对故障分量网络的故障等效电路进行推导，列出故障等效电路上的故障节点电压方程，对复数形式的节点电压方程解耦，基于解耦结果建立压缩感知模型；步骤2：利用l1正则化最小二乘法求解压缩感知模型，得出近似故障电流，对近似故障电流进行归一化处理，构建可疑故障区间集合；步骤3：求解可疑故障区间集合中各故障点对应的电压残差和故障距离，求得故障个数以及故障所在位置。求得故障个数以及故障所在位置。求得故障个数以及故障所在位置。

【技术实现步骤摘要】
一种基于有限PMU配置的配电网故障定位方法


[0001]本专利技术涉及配电网故障定位领域，具体是一种基于有限PMU配置的配电网故障定位方法。

技术介绍

[0002]配电网故障定位对电力系统的运行具有重要意义。快速准确的找出故障位置能大大减少故障恢复时间，提高电网供电质量和可靠性，提升用户满意度，同时也能降低运营商的运营成本。配电网相较输电网结构上更为复杂，支路众多，这给配电网的故障定位带来极大的挑战。随着通信技术和广域测量技术的不断发展，微型同步向量测量装置(micro
‑
phasor measurement unit,
μ
PMU)的应用愈加广泛。PMU能获取配电网中高精度、同步的电气相量数据，其幅值和相角误差仅为0.5％和0.01
°
，这为配电网中故障的准确定位提供了条件。近年来，国内外学者对基于同步相量测量单元的配电网故障定位方法进行了广泛、深入的研究。在目前已有的关于利用PMU进行故障定位的方法中，大部分方法仍需系统节点半数以上的PMU，方能准确定位故障，并且关于多重故障的研究不多。因此，如何利用少量的量测终端实现配电网多重故障定位是亟待解决的实际问题。

技术实现思路

[0003]鉴于上述技术缺点，本专利技术提供了一种基于有限PMU配置的配电网故障定位方法。
[0004]为实现上述专利技术目的，本专利技术的技术方案如下：
[0005]一种基于有限PMU配置的配电网故障定位方法，包括下列步骤：
[0006]步骤1：通过对故障分量网络的故障等效电路进行推导，列出故障等效电路上的故障节点电压方程，对复数形式的节点电压方程解耦，基于解耦结果建立压缩感知模型，执行步骤2；
[0007]步骤2：利用l1正则化最小二乘法求解压缩感知模型，得出近似故障电流，对近似故障电流进行归一化处理，构建可疑故障区间集合，执行步骤3；
[0008]步骤3：求解可疑故障区间集合中各故障点对应的电压残差和故障距离，求得故障个数以及故障所在位置。
[0009]优选的，所述步骤1中，在不改变原有线路拓扑结构的基础上，通过叠加原理和等效变换推导对故障分量网络的故障等效电路进行推导，列出的故障节点电压方程为有限量测终端下的故障节点电压方程，该方程为：
[0010][0011]ΔV
i1
表示第i个节点的正序电压，表示i节点的正序自阻抗，表示i和j节点正序互阻抗，分别表示故障点相邻的上、下游节点虚拟注入电流。
[0012]优选的，所述步骤S1的压缩感知模型适用于单故障和复故障两种情形，所述压缩感知模型为：
[0013]ΔV1＝Z1·
ΔI1[0014][0015][0016]ΔV
real
＝Z
real
·
ΔI
real
[0017]ΔV1表示所有节点的正序电压，Z1表示所有节点的正序自阻抗，表示第v个故障的虚拟注入电流，Re表示各矩阵中元素的实部，Im表示各矩阵中元素的虚部。
[0018]优选的，所述步骤2中，利用l1正则化最小二乘法求解压缩感知模型需对该模型等价变换，等价模型为：
[0019][0020]式中，X为k稀疏的向量；Φ∈R
M
×
N
(K＜M＜＜N)为观测矩阵；Y∈R
M
为观测向量；参数λ＞0，具有平衡解向量X稀疏度和近似误差的作用；
[0021]优选的，所述步骤2中，利用l1正则化最小二乘法求解压缩感知模型求解近似故障电流并对该电流进行归一化处理时，设定阈值选取归一化重构向量中主导元素。
[0022]优选的，所述步骤2中，构建可疑故障区间集合时，还包括以下步骤：
[0023]步骤S21：将以主导元素表示的节点为首节点和末节点的所有支路作为该节点的一阶故障区间；
[0024]步骤S22：将与一阶故障区间相邻的所有支路称为该节点的二阶故障区间；
[0025]步骤S23：重复步骤S21到步骤S22，得出n阶故障区间，将多阶故障区间组合得出可疑故障区间集合。
[0026]优选的，所述步骤3中，求得故障个数以及故障所在位置时，还包括以下步骤：
[0027]步骤S31：假定系统发生单故障，依次计算出在单故障情况下可疑故障集合所对应的电压残差和故障距离，判断是否满足电压残差最小且r满足0≤r≤1的条件，若满足，则进入步骤S42，若不满足，则进入步骤S33；
[0028]步骤S32：输出满足条件的故障个数以及故障位置；
[0029]步骤S33：假定系统故障个数加一，依次计算出系统故障个数加一的复故障情况下可疑故障集合所对应的电压残差和故障距离，进入步骤S44；
[0030]步骤S34：重复步骤S33，在满足电压残差最小、且r满足0≤r≤1的条件时，进入步骤S32。
[0031]优选的，所述步骤31中的电压残差计算公式为：
[0032][0033]R(p)第p个疑似故障支路的残差，v表示第v个故障，K表示故障个数，表示与第v个故障所处疑似故障区间的首末节点编号对应Z
real
中的第j,q,j+N,q+N列元素，j,q为相邻节点，ΔI表示在该疑似故障区间下重构电流向量中的非零元素值。
[0034]本专利技术的有益效果是：
[0035](1)发生故障时，配电网拓扑结构发生变化，本方法无需生成新的节点阻抗矩阵，而是将将故障等效至相邻节点上，节点阻抗矩阵与正常运行的系统保持一致。
[0036](2)仅需少量的量测终端便能进行全网故障定位，无论是单故障或者多故障情形都能有效定位故障点，并且在多故障情形下无需预知故障个数，本方法能自适应确定故障个数。
[0037](3)通过对压缩感知重构的向量进行处理，确定所有疑似故障区段，以电压残差和故障距离来确定实际故障区段，提高了故障定位的准确性。
[0038](4)故障区段定位准确率较高，基本不受过渡电阻、故障类型和噪声影响；故障测距会在一定程度上受过渡电阻和噪声影响，但也能取得较好的测距结果，能满足实际应用需求。
附图说明
[0039]图1为本专利技术故障定位方法流程示意图；
[0040]图2为本专利技术故障网络分解示意图；
[0041]图3为本专利技术故障支路模型；
[0042]图4为本专利技术故障支路等效模型；
[0043]图5为本专利技术n阶故障区间示意图；
[0044]图6为本专利技术故障定位算法流程图；
[0045]图7为本专利技术IEEE33节点PMU配置图；
[0046]图8为本专利技术单故障重构电流归一化值；
[0047]图9为本专利技术双重故障重构电流归一化值。
具体实施方式
[0048]下面结合本专利技术的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于有限PMU配置的配电网故障定位方法，其特征在于，包括下列步骤：步骤1：通过对故障分量网络的故障等效电路进行推导，列出故障等效电路上的故障节点电压方程，对复数形式的节点电压方程解耦，基于解耦结果建立压缩感知模型，执行步骤2；步骤2：利用l1正则化最小二乘法求解压缩感知模型，得出近似故障电流，对近似故障电流进行归一化处理，构建可疑故障区间集合，执行步骤3；步骤3：求解可疑故障区间集合中各故障点对应的电压残差和故障距离，求得故障个数以及故障所在位置。2.根据权利要求1所述的一种基于有限PMU配置的配电网故障定位方法，其特征在于，所述步骤1中，在不改变原有线路拓扑结构的基础上，通过叠加原理和等效变换推导对故障分量网络的故障等效电路进行推导，列出的故障节点电压方程为有限量测终端下的故障节点电压方程，该方程为：ΔV
i1
表示第i个节点的正序电压，表示i节点的正序自阻抗，表示i和j节点正序互阻抗，分别表示故障点相邻的上、下游节点虚拟注入电流。3.根据权利要求1所述的一种基于有限PMU配置的配电网故障定位方法，其特征在于，所述步骤S1的压缩感知模型适用于单故障和复故障两种情形，所述压缩感知模型为：ΔV1＝Z1·
ΔI
11
ΔV
real
＝Z
real
·
ΔI
real
ΔV1表示所有节点的正序电压，Z1表示所有节点的正序自阻抗，表示第v个故障的虚拟注入电流，Re表示各矩阵中元素的实部，Im表示各矩阵中元素的虚部。4.根据权利要求1所述的一种基于有限PMU配置的配电网故障定位方法，其特征在于，所述步骤2中，利用l1正则化最小二乘法求解压缩感知模型需对该模型等价变换，等价模型为：
式中，X为k稀疏的向量；Φ∈R
M
×
N
(K＜M＜＜N)为观测矩阵；Y∈R

【专利技术属性】
技术研发人员：高红均，杨睿，贺帅佳，刘俊勇，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：