本發(fā)明涉及配電自動化、配電網(wǎng)故障診斷，屬于智能電網(wǎng)領域，具體涉及基于電壓暫降信息的復雜配電網(wǎng)故障定位方法。
技術(shù)背景
隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，各行各業(yè)對電能質(zhì)量的要求不斷提高，過長的故障停電時間將帶來嚴重的經(jīng)濟損失。據(jù)統(tǒng)計，用戶80％的停電事件是由配電網(wǎng)的故障引起的，因此，在配電網(wǎng)發(fā)生故障后，實現(xiàn)快速、準確的故障定位能夠縮短故障停運時間，為故障隔離和恢復提供基礎，進而提高配電網(wǎng)的可靠性指標。傳統(tǒng)的配電網(wǎng)故障定位方法多是基于饋線終端單元(ftu)上傳的故障過流信息，利用矩陣算法或人工智能算法確定故障區(qū)段，這種定位方法僅能將故障定位到兩個饋線監(jiān)控終端之間，定位結(jié)果的精度不高，尤其是對于電纜線路而言，其仍需要較長的故障巡線時間。同時，由于我國配電自動化水平不高，大多數(shù)配電網(wǎng)中的分支線上沒有安裝饋線監(jiān)控單元，僅通過熔斷器來進行保護，故傳統(tǒng)的故障定位方法適用范圍較小。對于配電自動化水平不高、分支線較多的復雜配電網(wǎng)，基于電壓暫降信息的復雜配電網(wǎng)故障定位方法研究在實際應用中有更強的適應性和魯棒性，具有十分重要的理論與現(xiàn)實意義。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明要解決的問題是，克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種基于電壓暫降信息的復雜配電網(wǎng)故障定位方法。本發(fā)明在配電網(wǎng)故障定位方案設計中，提出利用饋線監(jiān)控終端(ftu)以及電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)記錄電壓暫降信息、電流信息實現(xiàn)故障點的精確定位，同時該方法僅需要簡單的復數(shù)運算，容易程序化實現(xiàn)，最大程度地提高故障定位的準確度，縮短故障巡線時間，提高用戶滿意度。
為解決技術(shù)問題，本發(fā)明的解決方案包括以下步驟：
步驟1、利用饋線監(jiān)控終端上報的故障過流信息初步確定故障區(qū)段；
按照分段開關(guān)及ftu的位置將配電網(wǎng)分成幾個區(qū)段，利用饋線監(jiān)控終端上報的故障過流信息形成故障信息向量，與描述配電網(wǎng)拓撲的網(wǎng)絡描述矩陣結(jié)合，計算得到故障判定矩陣，從而初步確定故障區(qū)段，將故障范圍縮小到兩個終端之間。
步驟2、利用饋線監(jiān)控終端上傳的故障中電流向量信息確定故障點短路電流量；將與各區(qū)段直接相鄰的ftu分為兩類，一類電流從ftu流入該故障區(qū)段，另一類電流從ftu流出該故障區(qū)段。確定故障區(qū)段后，忽略故障過程中故障區(qū)段內(nèi)負荷電流的影響，估算得到故障點實際的故障電流向量。
步驟3、利用電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)中各監(jiān)測點上傳的電壓暫降信息及系統(tǒng)節(jié)點阻抗矩陣計算故障點故障電流向量；對該故障區(qū)段內(nèi)的各節(jié)點進行故障分析：假定故障發(fā)生在各節(jié)點，利用各監(jiān)測點的電壓暫降信息計算得到各節(jié)點的故障電流向量。
步驟4、遍歷該故障區(qū)段內(nèi)的各節(jié)點，將得到的故障電流向量與利用ftu信息計算的實際故障電流向量對比，計算故障電流向量偏差值，即故障電流向量偏差值最小的節(jié)點即認為是真正的故障節(jié)點。
本發(fā)明中，所述步驟(1)是通過下述方式實現(xiàn)的：
根據(jù)配電網(wǎng)的拓撲，將各ftu安裝點作為故障區(qū)段對應的分界節(jié)點，形成描述網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡描述矩陣m，其維數(shù)即網(wǎng)絡中安裝ftu的數(shù)量，當節(jié)點i與節(jié)點j之間存在饋線時，對應的元素mij、mji為1，其余元素為0；當配電網(wǎng)發(fā)生故障后，根據(jù)ftu上傳的故障過流信息形成故障信息矩陣g，如果節(jié)點處的ftu沒有流過超過提前設定閾值的故障電流，則其對應的對角元素gii為1，其余元素為0。對于單電源的輻射狀配電網(wǎng)絡，當其發(fā)生故障時，若與區(qū)段相連的ftu既有流過故障電流又有未流過故障電流的，則該區(qū)段為故障區(qū)段。因此，將網(wǎng)絡描述矩陣m與故障信息矩陣g相乘得到故障判定矩陣q，對其進行規(guī)格化處理后即可判斷故障區(qū)段。
本發(fā)明中，所述步驟(2)是通過下述方式實現(xiàn)的：
將與故障區(qū)段直接相鄰的ftu分為兩類：一類電流從ftu流入該故障區(qū)段，流過該類ftu的故障中電流向量記為ii；另一類電流從ftu流出該故障區(qū)段，流過該類ftu的故障中電流向量記為ij。計算實際故障時故障點短路電流值的公式為：
式中，ife為故障電流向量近似值，n1、n2分別與為該故障區(qū)段相鄰第一類、第二類ftu的數(shù)量。
本發(fā)明中，所述步驟(3)是通過下述方式實現(xiàn)的：
配電網(wǎng)發(fā)生故障后，相當于在故障點f處加入了一個注入電流-if，從而能夠?qū)⒐收现械呐潆娋W(wǎng)分成兩個部分，因此，網(wǎng)絡中任一節(jié)點處的電壓值能夠分為兩部分：正常分量和故障分量，如式所示：
式中：ui為節(jié)點i處故障中的電壓向量，ui(0)為節(jié)點i處故障前的電壓向量，zif為節(jié)點i與故障點f處的互阻抗，if為故障電流向量，n為網(wǎng)絡中的節(jié)點數(shù)。zif通過離線計算網(wǎng)絡的節(jié)點阻抗矩陣得到，得到節(jié)點阻抗矩陣后，利用電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)得到各監(jiān)測點故障前及故障中的電壓向量ui(0)、ui，即可計算得到故障節(jié)點處的故障電流向量。
本發(fā)明中，所述步驟(4)是通過下述方式實現(xiàn)的：
確定故障點所在區(qū)段后，對該故障區(qū)段內(nèi)的各節(jié)點進行故障分析：假定故障發(fā)生在各節(jié)點，從而得到各節(jié)點的故障電流向量，將得到的故障電流向量與利用ftu信息計算的故障電流向量對比計算電流向量偏差值，即電流向量偏差值最小的節(jié)點即認為是真正的故障節(jié)點，定義電流向量偏差值為：
式中：δk為假設第k個節(jié)點故障得到的故障電流平均值與實際故障電流偏差向量的模，ifkm為假設第k個節(jié)點故障,由第m個監(jiān)測點電壓暫降信息得到的故障電流向量，nnode為故障區(qū)段內(nèi)的總節(jié)點數(shù)，nm為電能質(zhì)量監(jiān)測點的總個數(shù)。
得到所有δk后，其最小值所對應的節(jié)點即輸出為故障診斷的故障節(jié)點。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：
本發(fā)明利用少數(shù)幾個電能質(zhì)量監(jiān)測點提供的電壓暫降信息及饋線監(jiān)控終端的信息，實現(xiàn)了復雜配電網(wǎng)的精確故障定位。對于分支線路較多、結(jié)構(gòu)復雜的實際配電網(wǎng)，其定位結(jié)果較為準確，不受分支線的影響，且結(jié)果受接地電阻、負荷模型、故障類型影響較小，有利于縮短實際配電網(wǎng)故障巡線時間、用戶停電時間，從而提高配電網(wǎng)可靠性指標?；陔妷簳航敌畔⒌膹碗s配電網(wǎng)故障定位方法在實際應用中針對結(jié)構(gòu)復雜的配電網(wǎng)具有更強的適應性和魯棒性。
附圖說明
圖1是基于電壓暫降信息的復雜配電網(wǎng)故障定位方法設計流程圖
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的原理和具體執(zhí)行方法進行描述。
如圖1所示，基于電壓暫降信息的復雜配電網(wǎng)故障定位方法，其具體流程包括：
(1)利用饋線監(jiān)控終端上報的故障過流信息初步確定故障區(qū)段；
(2)利用饋線監(jiān)控終端上傳的故障中電流向量信息確定故障點短路電流量；
(3)利用各監(jiān)測點上傳的電壓暫降信息及系統(tǒng)節(jié)點阻抗矩陣計算故障點短路電流量；
(4)遍歷系統(tǒng)中的各節(jié)點，計算短路電流偏差值，確定故障節(jié)點。
所述步驟(1)包括：
采用矩陣算法，利用饋線監(jiān)控終端上報的故障過流信息形成故障信息向量，與描述配電網(wǎng)拓撲的網(wǎng)絡描述矩陣結(jié)合，計算得到故障判定矩陣，從而初步確定故障區(qū)段，將故障范圍縮小到兩個終端之間。
所述步驟(2)包括：
按照分段開關(guān)及ftu的位置將配電網(wǎng)分成幾個區(qū)段，將與各區(qū)段直接相鄰的ftu分為兩類，一類電流從ftu流入該區(qū)段，另一類電流從ftu流出該區(qū)段。確定故障區(qū)段后，忽略故障過程中故障區(qū)段內(nèi)負荷電流的影響，估算得到故障點實際的短路電流值。
所述步驟(3)包括：
對該區(qū)段內(nèi)的各節(jié)點進行故障分析，假定故障發(fā)生在各節(jié)點，利用各監(jiān)測點的電壓向量信息，計算得到各節(jié)點的故障電流值。
所述步驟(4)包括：
遍歷故障區(qū)段內(nèi)的所有節(jié)點，將得到的故障電流向量與利用ftu信息計算的實際故障電流對比，誤差最小的節(jié)點即認為是真正的故障節(jié)點。
本發(fā)明中，所述步驟(1)是通過下述方式實現(xiàn)的：
根據(jù)配電網(wǎng)的拓撲，將各ftu安裝點作為對應節(jié)點，形成描述網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡描述矩陣m，其維數(shù)即網(wǎng)絡中安裝ftu的數(shù)量，當節(jié)點i與節(jié)點j之間存在饋線時，對應的元素mij、mji為1，其余元素為0；當配電網(wǎng)發(fā)生故障后，根據(jù)ftu上傳的故障過流信息形成故障信息矩陣g，如果節(jié)點處的ftu沒有流過超過提前設定閾值的故障電流，則其對應的對角元素gii為1，其余元素為0。對于單電源的輻射狀配電網(wǎng)絡，當其發(fā)生故障時，若與區(qū)段相連的ftu既有流過故障電流又有未流過故障電流的，則該區(qū)段為故障區(qū)段。因此，將網(wǎng)絡描述矩陣m與故障信息矩陣g相乘得到故障判定矩陣q，對其進行規(guī)格化處理后即可判斷故障區(qū)段。
本發(fā)明中，所述步驟(2)是通過下述方式實現(xiàn)的：
將與各區(qū)段直接相鄰的ftu分為兩類，一類電流從ftu流入該區(qū)段，流過該類ftu的故障中電流記為ii；另一類電流從ftu流出該區(qū)段，流過該類ftu的故障中電流記為ij。計算實際故障時故障點短路電流的公式為：
式中，ife為故障電流向量近似值，n1、n2分別與為該區(qū)段相鄰第一類、第二類ftu的數(shù)量。
本發(fā)明中，所述步驟(3)是通過下述方式實現(xiàn)的：
配電網(wǎng)發(fā)生故障后，相當于在故障點f處加入了一個注入電流-if，可以將故障中的配電網(wǎng)分成兩個部分，因此，網(wǎng)絡中任一節(jié)點處的電壓值可以分為兩部分，正常分量和故障分量，如式所示：
式中：ui為節(jié)點i處故障中的電壓向量，ui(0)為節(jié)點i處故障前的電壓向量，zif為節(jié)點i與故障點f處的互阻抗，if為故障電流向量，n為網(wǎng)絡中的節(jié)點數(shù)。zif可以通過離線計算網(wǎng)絡的節(jié)點阻抗矩陣得到，得到節(jié)點阻抗矩陣后，利用電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)得到各監(jiān)測點故障前及故障中的電壓向量ui(0)、ui，即可計算得到故障節(jié)點處的故障電流向量。
本發(fā)明中，所述步驟(4)是通過下述方式實現(xiàn)的：
確定故障點所在區(qū)段后，對該區(qū)段內(nèi)的各節(jié)點進行故障分析，假定故障發(fā)生在各節(jié)點，可以得到各節(jié)點的故障電流值，將得到的故障電流向量與利用ftu信息計算的故障電流對比，誤差最小的節(jié)點即認為是真正的故障節(jié)點。定義電流向量偏差值為：
式中：δk為假設第k個節(jié)點故障得到的故障電流平均值與實際故障電流偏差向量的模，ifkm為假設第k個節(jié)點故障,由第m個監(jiān)測點電壓暫降信息得到的故障電流，nnode為故障區(qū)段內(nèi)的總節(jié)點數(shù)，nm為電能質(zhì)量監(jiān)測點的總個數(shù)。
得到所有δk后，其最小值所對應的節(jié)點即輸出為故障診斷的故障節(jié)點。
凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。