一種基于pmu的配電網(wǎng)混合故障測距方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于PMU的配電網(wǎng)混合故障測距方法及裝置，屬于電網(wǎng)故障測距
技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 2011年，科技部在國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃(863計劃)先進能源技術(shù)領(lǐng)域部署的 智能電網(wǎng)重大項目研究全面展開。作為智能電網(wǎng)的重要組成部分，智能配電網(wǎng)是推動智能 電網(wǎng)發(fā)展的源頭和動力，也是智能電網(wǎng)建設(shè)的關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域。智能配電網(wǎng)運行控制的典型 特征是實現(xiàn)自愈控制，智能配電網(wǎng)自愈控制的關(guān)鍵技術(shù)之一是實現(xiàn)故障情況下的故障定 位、網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)與供電恢復(fù)，以自愈為特征的智能配電網(wǎng)是未來電網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。配 電網(wǎng)作為電力網(wǎng)的末端，直接反映著用戶在電能安全、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟等方面所提出的要求。隨 著我國配電網(wǎng)絡(luò)的不斷發(fā)展，用戶對供電的可靠性和供電質(zhì)量提出了更高的要求，一旦配 電網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障，應(yīng)盡快找出故障發(fā)生的位置并采取隔離，提出應(yīng)對策略恢復(fù)對用戶的供 電，故故障精確定位顯得尤為重要。
[0003] 目前，國外對同步相量測量裝置(PMU)在配電網(wǎng)上的應(yīng)用已經(jīng)有了大量的研究，并 且有了實際的應(yīng)用。在配電網(wǎng)的診斷上面，PMU的應(yīng)用包括故障定位與檢測、孤島檢測、狀態(tài) 估計、電壓穩(wěn)定性監(jiān)測以及電能質(zhì)量監(jiān)測和事故后分析。在控制方面的應(yīng)用包括對配電網(wǎng) 的保護與控制、電壓無功優(yōu)化、微電網(wǎng)協(xié)調(diào)以及電力系統(tǒng)恢復(fù)等。因此，將PMU應(yīng)用到配電網(wǎng) 中，不僅是有必要的，而且也是未來配電網(wǎng)發(fā)展的一個必然趨勢。在國內(nèi)，國家電網(wǎng)公司在 關(guān)于"十一五"期間加強電網(wǎng)調(diào)度工作的意見指出，要在330千伏及以上主網(wǎng)架和網(wǎng)內(nèi)主力 電廠部署PMU，實現(xiàn)國家、區(qū)域、省三級廣域相量測量系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)，提高電網(wǎng)動態(tài)測量水平， 但對PMU在配電網(wǎng)上應(yīng)用的研究較少。而故障指示器FI技術(shù)較為成熟，并且其工作可靠，成 本低，已有大量產(chǎn)品應(yīng)用于電力系統(tǒng)。
[0004] 配電網(wǎng)短路故障定位技術(shù)包括故障選線、區(qū)段定位和故障測距，其技術(shù)難度逐級 遞增。目前，國內(nèi)外故障定位的研究成果很多，但多是針對110KV及以上的高壓輸電線路，而 中低壓配電線路的故障定位技術(shù)尚處于研究階段。基于PMU的故障定位研究多數(shù)集中在輸 電系統(tǒng)，沒有關(guān)于在配電網(wǎng)短路故障定位方面的研究。
[0005] 目前，適用于配電網(wǎng)的短路故障測距的方法有:行波法、阻抗法和基于配電網(wǎng)自動 化系統(tǒng)的定位方法。行波法難以區(qū)分波阻抗不連續(xù)點產(chǎn)生的折反射波，并且沒有性價比合 適的行波檢測設(shè)備;基于配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)的定位方法只能實現(xiàn)故障區(qū)段定位，并且對配 電網(wǎng)自動化水平要求較高，同時其次重合閘對系統(tǒng)沖擊較大，易造成大范圍停電；阻抗法所 需的測量端少，易于實現(xiàn)，能夠適用于只有單端測量條件的配電網(wǎng)。因此利用阻抗法對于實 現(xiàn)龐大配電網(wǎng)的故障定位是實際可行的。單端阻抗法的故障測距僅需要單端電壓、電流作 為輸入量，且適用于大電流接地系統(tǒng)的各種類型的故障，是目前應(yīng)用較多的測距技術(shù)之一， 且該技術(shù)成本較低，易于實施，適用于規(guī)模龐大的配電系統(tǒng)。雙端同步相量測距法響應(yīng)速度 快，測距精度高，適用于故障條件下的相量測量。然而，上述方法中仍然沒有一種能在不同 短路故障類型、故障電阻、故障距離等多種不確定因素下，實現(xiàn)較高精度的故障測距。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于提供一種易于實現(xiàn)、精度高、避免偽故障點干擾的基于PMU的配 電網(wǎng)混合故障測距方法及裝置，該方法將基于PMU的雙端同步相量法和單端阻抗法結(jié)合，排 除了偽故障點，在不同短路故障類型、故障電阻、故障距離等多種不確定因素下依然可行有 效，能夠?qū)崿F(xiàn)較高精度的故障測距。
[0007] 本發(fā)明的技術(shù)方案:一種基于PMU的配電網(wǎng)混合故障測距方法，在配電網(wǎng)的各個分 支首端安裝故障指示器FI，在主干線各個分段開關(guān)安裝饋線終端裝置FTU，在變電站和主干 線末端各安裝一臺同步相量測量裝置PMU，通過基于GPS信號的PMU對配電網(wǎng)故障前后電壓、 電流進行同一時標下的量測，并提供時標統(tǒng)一的相位和幅值信息，得到全網(wǎng)任意兩個節(jié)點 之間的相角差;這樣，當配電網(wǎng)發(fā)生故障時，故障回路中各個分段開關(guān)處的FTU和FI會有故 障電流流過而產(chǎn)生報警信號，并將該報警信號上傳到變電站子站，再通過邏輯判斷得出相 應(yīng)的故障區(qū)段或故障分支，若故障區(qū)段在變電站與N母線之間，則采用基于變電站和N處同 步量測的雙端同步相量法測量出故障點到變電站的距離;若故障發(fā)生在分支饋線，則采用 基于雙端PMU的單端阻抗法測量出故障點到變電站的距離。
[0008] 上述方法中，所述的主干線的故障測距是基于變電站和N處安裝的PMU測量得到的 故障前后同步電氣量，利用對稱分量法進行故障前后電氣量的相模變換，得到相互獨立的 三序相分量，將PMU測得的故障后電氣量減去正常情況下的電氣量得到故障分量。
[0009] 上述方法中，所述的雙端同步相量法是直接利用正序故障分量即可實現(xiàn)所有故障 類型的故障定位，并不需要事先知道故障發(fā)生相，且不受故障電阻的影響，保證了主干線故 障測距的精確性。
[0010] 上述方法中，所述的單端阻抗法是利用故障時故障區(qū)段上游節(jié)點處的電壓和電流 三序分量即可實現(xiàn)所有故障類型定位。
[0011] 上述方法中，所述的故障類型包括單相接地短路故障、兩相相間短路故障、兩相接 地短路故障和三相短路故障。
[0012] -種由上述方法構(gòu)建的基于PMU的配電網(wǎng)混合故障測距裝置，包括變電站、與變電 站連接的主干線以及連接在主干線上的分支線，在變電站內(nèi)設(shè)置有信息處理子站，在主干 線的各分段開關(guān)上均安裝有饋線終端裝置FTU，在每條分支線的首端安裝有故障指示器FI， 同時在變電站和主干線末端處安裝有同步相量測量裝置PMU，兩側(cè)的PMU通過GPS與衛(wèi)星進 行實時通訊并將故障前后的電氣量信息傳輸?shù)叫畔⑻幚碜诱?，同時FTU和FI通過無線通信 通道與信息處理子站連接。
[0013] 上述裝置中，對于10KV多分支的輻射型配電網(wǎng)絡(luò)，只需在變電站和主干線末端各 裝設(shè)一臺PMU即可實現(xiàn)配電饋線精確的故障測距。
[0014] 由于采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明的優(yōu)點在于:本發(fā)明在先定段后測距的基礎(chǔ)上，采 用了基于同步相量測量裝置(PMU)的混合故障測距法來進行配電網(wǎng)精確的短路故障測距， 即將基于PMU的雙端同步相量法和單端阻抗法結(jié)合，排除了偽故障點的問題，而且在不同短 路故障類型、故障電阻、故障距離等多種不確定因素下依然能夠?qū)崿F(xiàn)較高精度的故障測距。 此外，本發(fā)明根據(jù)相模變換原理很好地克服了輸配電線路參數(shù)實際上的不平衡對故障測距 精度的影響，既適用于不換位線路，也適用于各種換位線路，而且本發(fā)明采用的雙端基頻電 氣量故障定位方法不受故障類型和接地電阻的影響，可實現(xiàn)較高精度的故障測距。
【附圖說明】
[0015] 圖1為本發(fā)明中10KV配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖； 圖2為本發(fā)明中PMU裝置結(jié)構(gòu)圖； 圖3為本發(fā)明中FTU硬件總體框架圖； 圖4為本發(fā)明中TMS320LF 2407與RS-232通信接口電路； 圖5為本發(fā)明中故障指示器FI的基本結(jié)構(gòu)圖； 圖6為本發(fā)明中簡單輻射型配電線系統(tǒng)單線圖； 圖7為本發(fā)明中配電網(wǎng)故障定位的總體流程框圖； 圖8為本發(fā)明中測距算法仿真驗證單線圖； 圖9為本發(fā)明中基于PMU的雙端測距誤差曲線圖； 圖10為本發(fā)明中基于PMU的單端測距誤差曲線圖。
【具體實施方式】
[0016] 為了使本發(fā)明目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明 作進一步的詳細說明。
[0017]本發(fā)明的實施例：圖1是10KV配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，BRK表示變電站出線斷路器，S1~S4 表示主干線上裝有饋線終端裝置(FTU)的分段開關(guān)，S5~S7表示分支饋線不裝饋線終端裝 置(FTU)的分段開關(guān)，F(xiàn)I1~FI3表示裝設(shè)在分支配電饋線首端的故障指示器(FI)，變電站和 主干饋線末端各裝設(shè)一臺同步相量測量裝置(PMU)，且變電站作為信息處理子站。PMU1和 PMU2通過GPS接收器提供一個秒脈沖信號和一個時間標簽，時間可以是當?shù)貢r間，也可以是 國際標準時鐘時間，脈沖信號通過鎖相晶振器分割得到需要的模擬信號采樣脈沖，模擬信 號是經(jīng)過變壓器和濾波器處理后的電壓電流信號。同時FTU和FI檢測的故障電流信息通過 高速通信通道電纜或光纖上傳到信息處理子站。鑒于FI低成本高可靠性的特點，利用其來