5G通信下基于多点同步信息的有源配电网单相接地故障区段定位方法技术

本发明专利技术公开了一种5G通信下基于多点同步信息的有源配电网单相接地故障区段定位方法，该方法针对分布式新能源接入配电网系统发生单相接地故障的情况下，根据5G超高可靠和低延时通信架构，获取配网多点同步方向信息，并基于定位目标函数构建、线性化、求解等过程构建复杂故障区段定位技术，该定位技术根据系统单相接地故障时上下游主谐振频率带差异，实现暂态零序方向判别，提出开关函数新定义以及区段定位目标函数，进一步可应用CPLEX求解器求解线性规划模型，实现故障识别与区段定位，本专利方法新颖，线性化后的逻辑关系定位模型不仅适用于单重故障，而且适用于多重故障；应用在新能源接入配电网系统能够加速新型电力系统故障的快速识别与恢复。故障的快速识别与恢复。故障的快速识别与恢复。

【技术实现步骤摘要】
5G通信下基于多点同步信息的有源配电网单相接地故障区段定位方法


[0001]本专利技术涉及一种区段定位方法的
，更具体地说是涉及有源配电网单相接地故障区段定位方法的


技术介绍

[0002]分布式电源大量接入后，配电网从单电源辐射型网络变成多源多向网络，准确、快速地定位线路故障是提高有源配电网供电可靠性的重要内容。根据配电系统接地方法和故障类型的不同，区段定位方法一般分为小电流区段定位方法和大电流区段定位方法。小电流故障下，由于三相工频故障电流变化微弱，此类区段定位方法大多以零序电流、零序电压或者高频谐波为故障信号源进行定位。根据故障信号源和定位原理的不同，此类区段定位方法可以分为基于FTU遥测数据的方法和基于FTU遥信数据的方法；基于遥测数据的方法包括稳态零序电流比较法、暂态零序电流相似法、5次谐波法、零序导纳法、重心频率法等；基于遥信数据的方法包括：稳态零序电流方向法、暂态零序电流方向法。小电流区段定位方法多采用分布式定位结构，该结构虽然简单、可靠，但是从定位实质上来说，其故障区段判别只利用相邻节点的故障数据，定位容错性较差。
[0003]近些年，基于遥信数据的区段定位优化类方法有了长足的发展，但是基于代数关系的线性区段定位优化方法还存在以下不足：1)具有较高的求解效率和数值稳定性，达到了在线定位的要求，但是忽略了故障信号在通信过程中传递时间和漏报、误报的影响，无法实现多点在线同步定位；2)按照三相故障电流方向分布来构建优化模型，虽然具有较好的容错性，但是只适用于配电网大电流故障，配电网发生概率最小的小电流故障不适用；3)只解决了单重故障问题，在多重故障下无法准确定位。

技术实现思路

[0004]为了解决新能源接入配电网在发生单相接地故障时，故障电流较小，全网电压一致，且线电压对称，仅仅利用零序基波分量实现故障定位又受消弧线圈接地的影响，难以实现高精度定位。新能源接入配电网，进一步改变了配电网供电的单向辐射性，使得传统区段定位技术难以适应。基于此，本专利技术提出一种5G通信下基于多点同步信息的有源配电网单相接地故障区段定位方法，该方法利用系统暂态零序方向，与基于开关函数计算的期望值构建目标函数，并引入线性化处理与求解实现故障识别与区段定位，方法新颖，线性化后的逻辑关系定位模型不仅适用于单重故障，而且适用于多重故障。
[0005]本专利技术所采用的技术方案是：
[0006]5G通信下基于多点同步信息的有源配电网单相接地故障区段定位方法，该方法包括5G通信网络架构、暂态零序方向判别频段选择、开关函数定义与线性化、目标函数构建与线性化和线性化模型求解。具体步骤如下：
[0007]步骤1：基于超高可靠和低延时通信业务和区段定位网络切片技术，设计基于5G的
区段定位通信架构；
[0008]步骤2：以故障点上、下游节点的主谐振频率为特征频段的下、上边界频率，并保留一定的裕度，选择交互频段作为暂态零序电流方向判别的特征频段；
[0009]步骤3：根据暂态零序电流方向的分布特点，根据节点状态新定义构建适用于单相接地故障的开关函数，并左右两边逼近方法实现开关函数线性化；
[0010]步骤4：基于暂态零序电流方向实测值与期望值构建区段定位目标函数，并引入辅助变量将目标函数线性化；
[0011]步骤5：利用CPLEX求解器求解线性规划模型实现区段定位与故障隔离。
[0012]本专利技术的有益效果在于：
[0013](1)基于5G通信，实现区域测量信息的交互，并在保护时延和可靠性上具有明显优势；
[0014](2)根据暂态零序电流方向分布特点构建的目标函数模型，在单相接地故障下能够准确定位故障区段；
[0015](3)采用左右逼近方法线性化的开关函数使得整个线性化后的定位模型不仅适用于单重故障，而且适用于多重故障。
附图说明
[0016]图1为本专利技术中5G通信网络架构；
[0017]图2为本专利技术中保护动作时序图；
[0018]图3为本专利技术中含4条馈线的有源配电网结构图；
[0019]图4为本专利技术中暂态零序电流方向分布特点图；
[0020]图5为本专利技术中馈线4的拓扑结构；
[0021]图6为本专利技术中节点S2和S3的暂态零序电流方向判别过程；
[0022]图7为本专利技术中暂态零序电流方向判别的故障频段选取；
[0023]图8为本专利技术中T型配电网拓扑结构；
[0024]图9为本专利技术中多电源多T型耦合节点配电网。
具体实施方式
[0025]本专利技术所提供的5G通信下基于多点同步信息的有源配电网单相接地故障区段定位方法，具体包括以下步骤：
[0026]步骤1：5G通信网络架构
[0027]5G通信一般有三种应用场景，分别为超高可靠和低延时通信(ultra
‑
Reliable and Low Latency Com
‑
munications,uRLLC)、增强型移动宽带和海量机器类通信。配电网的同步保护属于5G三大应用场景中的uRLLC业务，其对传输时延和可靠性有严格的要求。按照移动标准定义，一个集中通信网络架构主要由终端、基站、核心网、主站服务器组成，除了终端与基站属于空口传输，其他都是光纤汇聚的形式。为满足uRLLC业务的超低时延要求，需要在5G架构内引入网络切片技术。因此，基于5G通信有源配电网多点同步保护的通信网络架构如图1所示。
[0028]从故障发生到分段开关或联络开关收到动作信号并隔离故障的过程中，其整个基
于5G通信的保护过程包括以下环节：1)故障检测，该环节的时延包括设置的故障信号采样周波长度，FTU启动和计算的固有时间；2)遥信数据上传，该环节的时延包括FTU到5G基站的传输时延，5G基站到核心网的传输时延，核心网到主站的传输时延；3)故障区段识别，该环节的时延主要取决于定位模型的线性状态、变量维度、求解方法等因素；4)遥控数据下行，该环节的时延与遥信数据上传时间相同；5)开关动作，该环节主要为分段开关和联络开关收到动作信号后的固有动作时间。整个保护过程的动作时序图如图2所示。
[0029]步骤2：暂态零序方向判别频段选择
[0030]针对新能源接入的配电网，故障点上游节点的主谐振分量和故障点下游节点的主谐振分量各不相同，无论选择上游节点的主谐振分量还是下游节点的主谐振分量都会降低暂态零序电流方向判别的可靠性。为了提高暂态零序电流方向判别的可靠性，本专利以故障点上游节点的主谐振频率为特征频段选择下边界频率，以故障点下游节点的主谐振频率为特征频段选择上边界频率，并保留一定的裕度，选择交互频段作为暂态零序电流方向判别的特征频段。
[0031]步骤3：暂态零序电流方向的分布特征
[0032]以一个含有4条馈出线的有源配电网为例分析单相故障下暂态零序电流方向的分布特点，其中，在馈线3的中部和馈线4的末端接有分布式电源，主电源中性点经消弧线圈接地，分布式电源中性点不本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.5G通信下基于多点同步信息的有源配电网单相接地故障区段定位方法，其特征在于：该方法包括5G通信网络架构、暂态零序方向判别频段选择、开关函数定义与线性化、目标函数构建与线性化和线性化模型求解。2.根据权利要求1所述的5G通信下基于多点同步信息的有源配电网单相接地故障区段定位方法，其特征在于，所述5G通信网络架构具体如下：基于超高可靠和低延时通信业务，满足配电网故障发生到分段开关或联络开关收到动作信号并隔离故障过程的延时要求，在5G架构内引入区段定位网络切片技术，实现基站到核心网的空口传输。3.根据权利要求1所述的5G通信下基于多点同步信息的有源配电网单相接地故障区段定位方法，其特征在于，所述暂态零序方向判别频段选择具体如下：考虑到故障点上游节点的主谐振分量和故障点下游节点的主谐振分量各不相同，单一频率均会降低暂态零序电流方向判别的可靠性，提出构建以故障点上游节点的主谐振频率为特征频段选择下边界频率，以故障点下游节点的主谐振频率为特征频段选择上边界频率，并保留一定的裕度，选择交互频段作为暂态零序电流方向判别的特征频段。4.根据权利要求1所述的5G通信下基于多点同步信息的有源配电网单相接地故障区段定位方法，其特征在于，所述开关函数定义与线性化具体如下：步骤1：开关函数定义根据暂态零序电流方向的分布特点，构建出一种适用于单相接地故障的开关函数I
j
(X)：其中，[j,d]表示处于节点j下游的区段集合，∪表示逻辑“或”，X为线路区段故障集合X＝[x1,x2,...,x
N
]，其中1为正方向，0为反方向，该开关函数不仅适用于单电源配电网，而且还适用于分布式电源接入的配电网；步骤2：开关函数的线性化为了使线性化后的开关函数也适用于多重故障，本方法从左右两边对其进行线性化逼近，逼近方法如式(2)所示其中，K表示限定的最大故障重数，本专利设置K＝3；Σ表示代数“+”。5.根据权利要求1所述的5G通信下基于多点同步信息的有源配电...

【专利技术属性】
技术研发人员：李楠，谭友文，刘勇，曾德俊，皮志勇，李振兴，姚琦，王秋杰，
申请(专利权)人：三峡大学，
类型：发明
国别省市：