配電網(wǎng)廣域故障定位方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)分析技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及到電力系統(tǒng)中的繼電保護(hù)技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002] 快速和精確的故障定位對于迅速恢復(fù)供電和提高電力系統(tǒng)的可靠性至關(guān)重要，能 夠減小故障對系統(tǒng)的影響范圍，提尚電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。目如，電壓等級$父尚的配電網(wǎng)在實(shí) 際現(xiàn)場主要采用"遠(yuǎn)跳-重合"策略定位故障，通過故障后從電源側(cè)開始多級延時重合閘后 檢測是否有過電流來鎖定故障所在的區(qū)間，耗時較長，對于復(fù)雜線路可能需要數(shù)分鐘才能 確定故障位置，難以保證供電可靠性。
[0003] 而對于電壓等級較低的配電網(wǎng)，通常采用非直接接地方式，不接地或者經(jīng)消弧線 圈接地，在這種接地方式下發(fā)生接地故障時故障電流會比較小，對傳統(tǒng)的過流保護(hù)很不利。
[0004] 隨著智能電網(wǎng)的發(fā)展，風(fēng)機(jī)、光伏電池等分布式電源（Distribute Generator，DG) 在配電網(wǎng)中的滲透率越來越高，會給傳統(tǒng)配電網(wǎng)帶來影響，其潮流方向不再是單一的，使得 傳統(tǒng)配電網(wǎng)中配置的保護(hù)日顯不足。分布式電源DG的滲透率增加會加大配電網(wǎng)系統(tǒng)的復(fù) 雜程度，使用行波法時行波的波形會更加的復(fù)雜，很難識別故障點(diǎn)的反射波，因此，行波法 在含DG配電網(wǎng)的故障測距中的應(yīng)用受到了很大的限制，適用性不強(qiáng)。而對于注入法，隨著 DG的接入，注入特種信號產(chǎn)生的激勵會發(fā)生本質(zhì)性的變化，也很難實(shí)現(xiàn)精確的故障定位。
[0005] 綜上所述，基于非直接接地系統(tǒng)和分布式電源DG的特點(diǎn)，有必要尋求一種適用于 低壓含分布式電源配電網(wǎng)的故障定位方法，而我國城市IOkV配電網(wǎng)系統(tǒng)常采用中性點(diǎn)經(jīng) 消弧線圈接地方式，降低單相接地故障以及暫態(tài)電弧對于系統(tǒng)的影響。同時這樣的接地方 式使得傳統(tǒng)保護(hù)與故障定位無法正確動作。另外，隨著智能電網(wǎng)的快速發(fā)展，集合了智能測 量和計(jì)算的電子設(shè)備（intelligent electronic device，IED)已經(jīng)廣泛用于配電系統(tǒng)中。 利用IH)元件實(shí)現(xiàn)廣域非同步測量并定位故障，同時結(jié)合配電網(wǎng)中的斷路器可以在不影響 系統(tǒng)其它部分正常運(yùn)行的條件下將故障部分從系統(tǒng)中隔離。經(jīng)消弧線圈接地的系統(tǒng)發(fā)生不 對稱接地故障時雖然故障電流很小，但是會引起相電壓的不對稱，可以通過監(jiān)測故障電壓 負(fù)序分量的增加量的方法來檢測和定位故障。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 鑒于此，本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種基于故障電壓負(fù)序分 量的配電網(wǎng)故障定位方法，利用故障發(fā)生點(diǎn)距離與故障后故障電壓負(fù)序分量之間的關(guān)系， 需要在配電變壓器的低壓側(cè)裝設(shè)數(shù)據(jù)采集裝置以獲取故障后的故障電壓負(fù)序分量值，并由 此判斷接地故障的發(fā)生點(diǎn)。
[0007] 為了實(shí)現(xiàn)此目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為如下。
[0008] -種配電網(wǎng)廣域故障定位方法，所述方法包括以下步驟：
[0009] A、故障發(fā)生后，測量配電網(wǎng)各變壓器低壓側(cè)的故障電壓負(fù)序分量值；
[0010] B、比較各測量點(diǎn)所測故障電壓負(fù)序分量值，根據(jù)所述故障電壓負(fù)序分量值的大小 將各變壓器劃分為不同的族群；
[0011] C、根據(jù)所述故障電壓負(fù)序分量與故障發(fā)生點(diǎn)至各測量點(diǎn)距離之間的關(guān)系，定位故 障發(fā)生點(diǎn)。
[0012] 其中，測量配電網(wǎng)各變壓器低壓側(cè)的故障電壓負(fù)序分量包括：
[0013] A1、故障發(fā)生后第一預(yù)定時間內(nèi)測量點(diǎn)電壓減去故障發(fā)生前第一預(yù)定時間內(nèi)測量 點(diǎn)電壓，獲得故障電壓；
[0014] A2、對故障電壓進(jìn)行快速傅里葉變換處理，并沿故障電壓時間軸移動小窗，得到基 頻分量后進(jìn)行對稱分量變換，獲得故障電壓的負(fù)序分量；
[0015] A3、經(jīng)過第二預(yù)定時間后故障電壓的負(fù)序分量變得穩(wěn)定，將穩(wěn)定后的值作為故障 電壓的負(fù)序分量值。
[0016] 所述第一預(yù)定時間為五個周波時間，所述第二預(yù)定時間為10毫秒。
[0017] 步驟C中，所述故障電壓負(fù)序分量值與故障發(fā)生點(diǎn)至各測量點(diǎn)距離之間的關(guān)系 為： rnm"n U1^ _{{l-x)Z,me+Zsuml))Zsl _8] ，
[0019] 其中Wp和分別為不同測量點(diǎn)的故障電壓負(fù)序分量值，
[0020] X為故障發(fā)生點(diǎn)離電源的距離；
[0021] Zline為線路負(fù)序阻抗；
[0022] Zsuml= Z sl+ZtJPI Z _2= Z s2+Zt2，
[0023] Zsi和Z S2為系統(tǒng)側(cè)等效負(fù)序阻抗；
[0024] Ztl和Z t2為變壓器負(fù)序阻抗。
[0025] 另外，步驟A中當(dāng)負(fù)荷側(cè)的阻抗發(fā)生變化時，將阻抗變化率的倒數(shù)作為新的系數(shù) 乘以阻抗變化前的故障電壓負(fù)序分量值，作為故障電壓負(fù)序分量值。
[0026] 當(dāng)變壓器低壓側(cè)連接有分布式電源時，步驟A2獲得故障電壓的負(fù)序分量后，通過 線性最小二乘法來獲得穩(wěn)定的故障電壓的負(fù)序分量值。
[0027] 變壓器低壓側(cè)連接有分布式電源導(dǎo)致故障發(fā)生點(diǎn)但故障電壓負(fù)序分量值族群分 布相同時，先確定故障所在的族群，然后動作隔離開關(guān)隔離故障，如果隔離失敗可縮小故障 所在區(qū)域并由上層的隔離開關(guān)進(jìn)行隔離。
[0028] 通過采用本發(fā)明的配電網(wǎng)廣域故障定位方法，能夠獲得以下技術(shù)效果：
[0029] (1)在故障定位過程中，數(shù)據(jù)采集裝置只需要記錄故障電壓負(fù)序分量的幅值；
[0030] (2)不需要額外的同步和實(shí)時數(shù)據(jù)通信，實(shí)現(xiàn)簡單；
[0031] (3)本發(fā)明的故障定位方法不易受到過渡電阻和負(fù)荷的變化的影響，因此精度更 尚。
【附圖說明】
[0032] 圖1為簡單雙端供電配電網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0033] 圖2為簡單雙端供電配電網(wǎng)負(fù)序等效結(jié)構(gòu)示意圖。
[0034] 圖3為根據(jù)本發(fā)明【具體實(shí)施方式】含有數(shù)據(jù)采集裝置的配電網(wǎng)系統(tǒng)示意圖。
[0035] 圖4為根據(jù)本發(fā)明【具體實(shí)施方式】測試所用配電網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0036] 圖5為根據(jù)本發(fā)明【具體實(shí)施方式】發(fā)生F3故障時變壓器DTl低壓側(cè)測得的三相電 壓波形示意圖。
[0037] 圖6為根據(jù)本發(fā)明【具體實(shí)施方式】發(fā)生F3故障時，各測量點(diǎn)測得的故障電壓負(fù)序分 量值結(jié)果示意圖。
[0038] 圖7為根據(jù)本發(fā)明【具體實(shí)施方式】發(fā)含分布式電源DG的配電網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0039] 圖8為根據(jù)本發(fā)明【具體實(shí)施方式】發(fā)生F9故障時的DG側(cè)故障電壓負(fù)序分量值結(jié)果 圖。
【具體實(shí)施方式】
[0040] 下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明作詳細(xì)說明。
[0041] 以下公開詳細(xì)的示范實(shí)施例。然而，此處公開的具體結(jié)構(gòu)和功能細(xì)節(jié)僅僅是出于 描述示范實(shí)施例的目的。
[0042] 然而，應(yīng)該理解，本發(fā)明不局限于公開的具體示范實(shí)施例，而是覆蓋落入本公開范 圍內(nèi)的所有修改、等同物和替換物。在對全部附圖的描述中，相同的附圖標(biāo)記表示相同的元 件。
[0043] 同時應(yīng)該理解，如在此所用的術(shù)語"和/或"包括一個或多個相關(guān)的列出項(xiàng)的任意 和所有組合。另外應(yīng)該理解，當(dāng)部件或單元被稱為"連接"或"耦接"到另一部件或單元時， 它可以直接連接或耦接到其他部件或單元，或者也可以存在中間部件或單元。此外，用來描 述部件或單元之間關(guān)系的其他詞語應(yīng)該按照相同的方式理解（例如，"之間"對"直接之間"、 "相鄰"對"直接相鄰"等）。
[0044] 介紹本發(fā)明的技術(shù)方案之間，首先說明本發(fā)明所采用的基本原理。
[0045] 在圖1中，假設(shè)接地故障發(fā)生在距離左側(cè)電源X千米的位置，故障之后故障點(diǎn)可以 等效成一個負(fù)序電壓源，負(fù)序分量電路圖如圖2所示。顯然，故障電壓負(fù)序分量的幅值會沿 著線路和變壓器支路下降，并且距離故障點(diǎn)越遠(yuǎn)，故障電壓負(fù)序分量值越小。圖中，2 1_表 示線路負(fù)序阻抗，Zt表示變壓器負(fù)序阻抗，Z s表示系統(tǒng)側(cè)等效負(fù)序阻抗。
[0046] 過渡電阻Rf會影響故障點(diǎn)k處的故障電壓負(fù)序分量值U k(2)，從而影響到從故障點(diǎn) 流向兩側(cè)支路的負(fù)序電流1/2)和I 2(2)的大小。但是，對于一個線路參數(shù)和負(fù)荷參數(shù)已知的 配電網(wǎng)