本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)繼電保護(hù)領(lǐng)域，具體涉及一種含多t接逆變型分布式電源配電網(wǎng)的故障定位方法。

背景技術(shù)：

配電網(wǎng)故障區(qū)間定位是實(shí)現(xiàn)故障區(qū)段有效隔離和快速恢復(fù)供電的前提，對于保證供電質(zhì)量和提高系統(tǒng)可靠性具有重要作用。隨著越來越多的分布式電源接入中低壓配電網(wǎng)，配電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)發(fā)生了根本性的變化，由單電源系統(tǒng)變成多電源系統(tǒng)，快速故障定位將更加復(fù)雜。此外，由于分布式電源具有靈活方便的控制模式，若能有效隔離故障區(qū)段，可以利用分布式電源向其他健全區(qū)域繼續(xù)供電，減小停電范圍。

目前，接入中低壓配電網(wǎng)的分布式電源多為光伏發(fā)電系統(tǒng)或風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的逆變型dg(inverter-interfaceddistributedgenerator，iidg)。隨著iidg滲透率和并網(wǎng)容量的不斷增大，為防止iidg大規(guī)模脫網(wǎng)對電網(wǎng)的正常運(yùn)行帶來影響，光伏電站和風(fēng)電場并網(wǎng)技術(shù)規(guī)定中對iidg提出了低電壓穿越的要求。即使在配電網(wǎng)發(fā)生故障的情況，iidg仍并網(wǎng)運(yùn)行，且輸出更多的無功電流支撐電壓。在故障情況下，iidg輸出電流與iidg的容量、當(dāng)前出力、故障類型和故障位置有關(guān)，這將導(dǎo)致傳統(tǒng)的配電網(wǎng)故障定位方法不再適用。尤其是當(dāng)iidg分散接入饋線時，即使iidg可以等效為壓控電流源，然而其并網(wǎng)點(diǎn)電壓并不能容易獲得，因此故障電流分布的求解也就存在困難。因此，如何利用盡可能少的故障信息，準(zhǔn)確判斷故障發(fā)生位置，實(shí)現(xiàn)快速故障隔離，是保證配電網(wǎng)安全可靠運(yùn)行的關(guān)鍵因素。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種含多t接逆變型分布式電源配電網(wǎng)的故障定位方法，該方法有效解決了多個分布式電源t接于線路時的繼電保護(hù)問題，且本方法不受分布式電源接入數(shù)量、接入位置、故障類型以及過渡電阻的影響，具有較強(qiáng)的適用性和工程實(shí)用性。

本發(fā)明的目的可以通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種含多t接逆變型分布式電源配電網(wǎng)的故障定位方法，所述方法包括以下步驟：

1)繼電保護(hù)裝置上電；

2)初始化線路參數(shù)；

3)獲取分布式電源的有功參考功率pref,j和無功參考功率qref,j，其中，j為第j個分布式電源，j＝1、2、3……n，n為t接在線路mn上的分布式電源的個數(shù)；

4)母線m和母線n處的繼電保護(hù)裝置分別對母線m、母線n的三相電壓和三相電流進(jìn)行采樣、變換，得到母線m的正序電壓相量和母線m的正序電流相量母線n的正序電壓相量和母線n的正序電流相量

5)假設(shè)線路正常運(yùn)行，分別從母線m處和母線n處計(jì)算各個公共聯(lián)接點(diǎn)pcc點(diǎn)的正序電壓和的值；

6)根據(jù)繼電保護(hù)裝置獲取的各pcc點(diǎn)的參考功率和計(jì)算所得的母線m處和母線n處pcc點(diǎn)正序電壓和以及各分布式電源的控制策略，計(jì)算各分布式電源的輸出電流從而進(jìn)一步計(jì)算下一個分布式電源的公共聯(lián)接點(diǎn)電壓；

7)根據(jù)從母線n側(cè)推導(dǎo)所得的母線m處的正序電壓與步驟4)測得的母線m的電壓向量計(jì)算母線m側(cè)的比較電壓絕對值同樣地，根據(jù)從母線m側(cè)推導(dǎo)所得的母線n處的正序電壓與步驟4)測得的母線n的電壓向量計(jì)算母線n側(cè)的比較電壓絕對值

8)判斷母線m側(cè)的比較電壓絕對值是否大于m側(cè)的比較電壓整定值或母線n側(cè)的比較電壓絕對值是否大于n側(cè)的比較電壓整定值若是，則判斷為饋線區(qū)內(nèi)故障，啟動保護(hù)動作，同時啟動故障定位算法，否則，則表明區(qū)內(nèi)無故障，返回步驟5)；

9)根據(jù)分布式電源接入點(diǎn)的位置對饋線進(jìn)行分區(qū)，分為n+1個區(qū)段，每個區(qū)段的阻抗分別為z1、z2、z3……zn+1，從區(qū)段1開始，假設(shè)第k個區(qū)段發(fā)生故障，計(jì)算故障點(diǎn)離區(qū)段首端的pcc點(diǎn)的測量阻抗z'k和測量距離百分比l'k％，若0％<l'k％<100％，則故障發(fā)生在區(qū)段k，否則，假設(shè)第k+1個區(qū)段發(fā)生故障，計(jì)算其測量距離百分比。

優(yōu)選的，步驟5)中，所述由母線m處的測量電壓、電流推導(dǎo)所得的pcc點(diǎn)正序電壓的計(jì)算方式為：

其中，zm為第m個區(qū)段的線路阻抗，為第j個分布式電源的輸出電流計(jì)算值，為母線m的正序電壓向量，為母線m的正序電流相量，k表示所要計(jì)算分布式電源并網(wǎng)點(diǎn)電壓的第k個pcc點(diǎn)；

所述由母線n處的測量電壓、電流推導(dǎo)所得的pcc點(diǎn)正序電壓的計(jì)算公式為：

其中，zn+1-m為第n+1-m個區(qū)段的線路阻抗，n為t接在線路mn上的分布式電源的個數(shù)，j表示第j個分布式電源，m表示第m個區(qū)段，k表示所要計(jì)算分布式電源并網(wǎng)點(diǎn)電壓的第k個pcc點(diǎn)，為第j個分布式電源的輸出電流計(jì)算值，為母線n的正序電壓相量，為母線n的正序電流相量。

優(yōu)選的，步驟6)中，各分布式電源的輸出電流的計(jì)算公式為：

式中，為線路正常運(yùn)行時公共聯(lián)接點(diǎn)的正序電壓有效值，為分布式電源并網(wǎng)點(diǎn)的實(shí)際正序電壓，pref,j、qref,j為分布式電源的有功參考功率和無功參考功率，imax為分布式電源最大輸出電流，δ為公共聯(lián)接點(diǎn)正序電壓a相軸線與d軸的夾角，id表示d軸電流，iq表示q軸電流，i為虛部符號。

優(yōu)選的，步驟7)中，從母線n側(cè)推導(dǎo)母線m處的正序電壓的計(jì)算公式為：

此處，n為t接在線路mn上的分布式電源的個數(shù)，j表示第j個分布式電源，m表示第m個區(qū)段，zn+1-m為第n+1-m個區(qū)段的線路阻抗，為第j個分布式電源的輸出電流，為母線n的正序電壓相量，為母線n的正序電流相量；

從母線m側(cè)推導(dǎo)母線n處的正序電壓的計(jì)算公式為：

此處，n為t接在線路mn上的分布式電源的個數(shù)，j表示第j個分布式電源，m表示第m個區(qū)段，為第j個分布式電源的輸出電流，zm為第m段線路的線路阻抗，為母線m的正序電壓相量，為母線m的正序電流相量。

優(yōu)選的，步驟8)中，所述母線m側(cè)比較電壓整定值的計(jì)算公式為：

式中為發(fā)生最靠近母線m側(cè)的區(qū)外故障時m側(cè)母線比較電壓的大??；

所述母線n側(cè)比較電壓整定值的計(jì)算公式為：

式中為發(fā)生最靠近母線n側(cè)的區(qū)外故障時n側(cè)母線比較電壓的大小。

優(yōu)選的，步驟8)中，所述母線m側(cè)的比較電壓絕對值的計(jì)算公式為：

所述母線n側(cè)的比較電壓絕對值的計(jì)算公式為：

其中，為母線m的正序電壓相量，為母線n的正序電壓相量，為從母線n側(cè)推導(dǎo)所得的母線m處的正序電壓，為從母線m側(cè)推導(dǎo)所得的母線n處的正序電壓。

優(yōu)選的，步驟9)中，測量阻抗z'k的計(jì)算公式為：

式中，

其中，為母線m的正序電壓相量，為母線n的正序電壓相量，為母線m的正序電流相量，為母線n的正序電流相量，為第j個分布式電源的輸出電流，zm為第m段線路的線路阻抗，zn+1-m為第n+1-m個區(qū)段的線路阻抗。

優(yōu)選的，步驟9)中，測量距離百分比l'k％的計(jì)算公式為：

優(yōu)選的，步驟9)中，根據(jù)分布式電源接入點(diǎn)的位置對饋線進(jìn)行分區(qū)，分為n+1個區(qū)段，每個區(qū)段的阻抗分別為z1、z2、z3……zn+1，z1為母線m與第一個公共聯(lián)接點(diǎn)pcc1之間的線路阻抗，zn+1為母線n與第n個公共聯(lián)接點(diǎn)pccn之間的線路阻抗，zj為第j-1個公共聯(lián)接點(diǎn)pccj-1與第j個公共聯(lián)接點(diǎn)pccj之間的線路阻抗。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)和有益效果：

1、本發(fā)明利用分布式電源的故障等值模型，通過推導(dǎo)分布式電源的并網(wǎng)點(diǎn)電壓即可實(shí)現(xiàn)對分布式電源輸出電流的求解。

2、本發(fā)明通過假設(shè)所保護(hù)饋線正常運(yùn)行，從而利用兩端電壓互相推導(dǎo)的結(jié)果與實(shí)際測量電壓的比較，判斷饋線內(nèi)部是否發(fā)生故障，作為故障定位的啟動判據(jù)。

3、本發(fā)明通過假設(shè)不同區(qū)段故障進(jìn)行一一求解，當(dāng)求解所得的故障距離滿足假設(shè)條件即可判斷該假設(shè)區(qū)段為實(shí)際故障區(qū)段，從而實(shí)現(xiàn)含多t接逆變型分布式電源配電網(wǎng)的故障定位。

4、本發(fā)明考慮了多個分布式電源t接于線路的情況，并通過兩端電壓電流測量值計(jì)算故障距離，有效解決了多個分布式電源t接于線路時的故障定位問題，且本方法不受分布式電源接入數(shù)量、接入位置、故障類型以及過渡電阻的影響，具有較強(qiáng)的適用性和工程實(shí)用性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一種含多t接逆變型分布式電源配電網(wǎng)的故障定位方法的配電網(wǎng)單線圖。

圖2為本發(fā)明一種含多t接逆變型分布式電源配電網(wǎng)的故障定位方法的流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。

實(shí)施例：

本實(shí)施例以圖1所示的10kv中性點(diǎn)不接地簡單配電網(wǎng)為例，系統(tǒng)基準(zhǔn)容量為500mva，基準(zhǔn)電壓為10.5kv，系統(tǒng)阻抗值為xs＝0.126ω。線路均為架空線路，其線路參數(shù)為x1＝0.347ω/km，r1＝0.27ω/km。饋線1有4個逆變型分布式電源接入，將饋線分為4個區(qū)段，各區(qū)段的長度分別為0.8km，1km，2km，3km；饋線2只有一個逆變型分布式電源接入，其長度為4km。iidg1～iidg5的容量分別為2mw，2mw，1mw，1.5mw和1.2mw，正常運(yùn)行時各iidg的出力分別為1.8mw，1.5mw，1mw，1.5mw和1.2mw。負(fù)荷1為7mw，負(fù)荷2為4mw，功率因數(shù)均為0.9。

利用pscad/emtdc仿真軟件對系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析，饋線內(nèi)部故障判據(jù)中，krel為1.2，和分別為0.3638和0.3684。因此，饋線內(nèi)部故障的判別判據(jù)為

本實(shí)施例提供了一種含多t接逆變型分布式電源配電網(wǎng)的故障定位方法，該方法的流程圖如圖2所示，包括以下步驟：

步驟一、繼電保護(hù)裝置上電；

步驟二、初始化線路參數(shù)：各個分布式電源之間的線路阻抗分別為z1＝0.216+i0.2776、z2＝0.27+i0.347、z3＝0.54+i0.694、z4＝0.81+i1.041和z5＝1.08+i1.388，其中z1為母線m與第一個公共連接點(diǎn)pcc1之間的線路阻抗，z2為第一個公共連接點(diǎn)pcc1與第二個公共連接點(diǎn)pcc2之間的線路阻抗；

步驟三、獲取每個分布式電源的實(shí)際功率pdg,j，其中，j為第j個分布式電源，j＝1、2、3……n，n為t接在線路mn上的分布式電源的個數(shù)，各個分布式電源實(shí)際功率分別為：1.8mw，1.5mw，1mw，1.5mw和1.2mw；

步驟四、母線m和母線n處的繼電保護(hù)裝置分別對母線m、母線n的三相電壓和三相電流進(jìn)行采樣、變換，得到母線m的正序電壓相量和母線m的正序電流相量母線n的正序電壓相量和母線n的正序電流相量

步驟五、假設(shè)線路正常運(yùn)行，分別從母線m處和母線n處計(jì)算各個公共聯(lián)接點(diǎn)pcc點(diǎn)的正序電壓和的值；

所述由母線m處的測量電壓、電流推導(dǎo)所得的pcc點(diǎn)正序電壓的計(jì)算方式為：

其中，zm為第m個區(qū)段的線路阻抗，為第j個分布式電源的輸出電流計(jì)算值，為母線m的正序電壓向量，為母線m的正序電流相量，k表示所要計(jì)算分布式電源并網(wǎng)點(diǎn)電壓的第k個pcc點(diǎn)；

所述由母線n處的測量電壓、電流推導(dǎo)所得的pcc點(diǎn)正序電壓的計(jì)算公式為：

其中，zn+1-m為第n+1-m個區(qū)段的線路阻抗，n為t接在線路mn上的分布式電源的個數(shù)，j表示第j個分布式電源，m表示第m個區(qū)段，k表示所要計(jì)算分布式電源并網(wǎng)點(diǎn)電壓的第k個pcc點(diǎn)，為第j個分布式電源的輸出電流計(jì)算值，為母線n的正序電壓相量，為母線n的正序電流相量。

步驟六、根據(jù)繼電保護(hù)裝置獲取的各pcc點(diǎn)的參考功率和計(jì)算所得的母線m處和母線n處pcc點(diǎn)正序電壓和以及各分布式電源的控制策略，計(jì)算各分布式電源的輸出電流從而進(jìn)一步計(jì)算下一個分布式電源的公共聯(lián)接點(diǎn)電壓；

其中，各分布式電源的輸出電流的計(jì)算公式為：

式中，為線路正常運(yùn)行時公共聯(lián)接點(diǎn)的正序電壓有效值，為分布式電源并網(wǎng)點(diǎn)的實(shí)際正序電壓，pref,j、qref,j為分布式電源的有功參考功率和無功參考功率，imax為分布式電源最大輸出電流，δ為公共聯(lián)接點(diǎn)正序電壓a相軸線與d軸的夾角，id表示d軸電流，iq表示q軸電流，i為虛部符號。

步驟七、根據(jù)從母線n側(cè)推導(dǎo)所得的母線m處的正序電壓與步驟四測得的母線m的電壓向量計(jì)算母線m側(cè)的比較電壓絕對值同樣地，根據(jù)從母線m側(cè)推導(dǎo)所得的母線n處的正序電壓與步驟四測得的母線n的電壓向量計(jì)算母線n側(cè)的比較電壓絕對值

其中，從母線n側(cè)推導(dǎo)母線m處的正序電壓的計(jì)算公式為：

此處，n為t接在線路mn上的分布式電源的個數(shù)，j表示第j個分布式電源，m表示第m個區(qū)段，zn+1-m為第n+1-m個區(qū)段的線路阻抗，為第j個分布式電源的輸出電流，為母線n的正序電壓相量，為母線n的正序電流相量；

從母線m側(cè)推導(dǎo)母線n處的正序電壓的計(jì)算公式為：

此處，n為t接在線路mn上的分布式電源的個數(shù)，j表示第j個分布式電源，m表示第m個區(qū)段，為第j個分布式電源的輸出電流，zm為第m段線路的線路阻抗，為母線m的正序電壓相量，為母線m的正序電流相量。

步驟八、判斷母線m側(cè)的比較電壓絕對值是否大于m側(cè)的比較電壓整定值或母線n側(cè)的比較電壓絕對值是否大于n側(cè)的比較電壓整定值若是，則判斷為饋線區(qū)內(nèi)故障，啟動保護(hù)動作，同時啟動故障定位算法，否則，則表明區(qū)內(nèi)無故障，返回步驟五；

其中，所述母線m側(cè)比較電壓整定值的計(jì)算公式為：

式中為發(fā)生最靠近母線m側(cè)的區(qū)外故障時m側(cè)母線比較電壓的大??；

所述母線n側(cè)比較電壓整定值的計(jì)算公式為：

式中為發(fā)生最靠近母線n側(cè)的區(qū)外故障時n側(cè)母線比較電壓的大小。

所述母線m側(cè)的比較電壓絕對值的計(jì)算公式為：

所述母線n側(cè)的比較電壓絕對值的計(jì)算公式為：

其中，為母線m的電壓相量，為母線n的電壓相量，為從母線n側(cè)推導(dǎo)所得的母線m處的正序電壓，為從母線m側(cè)推導(dǎo)所得的母線n處的正序電壓。

步驟九、根據(jù)分布式電源接入點(diǎn)的位置對饋線進(jìn)行分區(qū)，可分為區(qū)段1，2，……，n+1，各區(qū)段的線路阻抗分別為：z1＝0.216+i0.2776、z2＝0.27+i0.347、z3＝0.54+i0.694、z4＝0.81+i1.041和z5＝1.08+i1.388。從區(qū)段1開始，假設(shè)第k個區(qū)段發(fā)生故障，計(jì)算故障點(diǎn)離區(qū)段首端pcc點(diǎn)的測量阻抗z'k和測量距離百分比l'k％，若0％<l'k％<100％，則故障發(fā)生在區(qū)段k，否則，假設(shè)第k+1個區(qū)段發(fā)生故障，計(jì)算其測量距離百分比。

測量阻抗z'k的計(jì)算公式為：

式中

測量距離百分比l'k％的計(jì)算公式為：

表1給出了區(qū)段l1～l5故障所得的比較電壓大小，由表可知，當(dāng)故障發(fā)生在饋線內(nèi)部l1～l4時，比較電壓的值都很大；而但故障發(fā)生在饋線外部l5時，比較電壓的值則非常小，因此比較電壓的大小可以區(qū)分區(qū)內(nèi)外故障。

表1

表2給出了在饋線不同區(qū)段中點(diǎn)設(shè)置不同故障類型時故障定位計(jì)算結(jié)果，由表2可知，只有當(dāng)假設(shè)條件與實(shí)際故障情況一致時，其計(jì)算結(jié)果才滿足假設(shè)條件，且故障定位準(zhǔn)確。若故障點(diǎn)在假設(shè)故障發(fā)生區(qū)段的上游時，則其測量距離百分比將表現(xiàn)為負(fù)值；若故障點(diǎn)在假設(shè)故障發(fā)生區(qū)段的下游時，則測量距離將超過假設(shè)區(qū)段的長度，其測量距離百分比也就超過100％。

表2

表3給出了同一區(qū)段不同故障位置故障定位計(jì)算結(jié)果，由表可知，當(dāng)故障發(fā)生在區(qū)段l2的0％、25％、50％、75％和100％時，其計(jì)算結(jié)果與實(shí)際情況一致。

表3

表4進(jìn)一步給出了區(qū)段l2不同過渡電阻故障定位計(jì)算結(jié)果，由表可知，故障定位算法并不受過渡電阻影響，其故障定位結(jié)果仍能正確反映故障位置。

表4

以上所述，僅為本發(fā)明專利較佳的實(shí)施例，但本發(fā)明專利的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明專利所公開的范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明專利的技術(shù)方案及其發(fā)明專利構(gòu)思加以等同替換或改變，都屬于本發(fā)明專利的保護(hù)范圍。