含dg的配電網(wǎng)的區(qū)段故障檢測(cè)與定位方法
【專利摘要】一種含DG的配電網(wǎng)的區(qū)段故障檢測(cè)與定位方法，利用區(qū)段兩端節(jié)點(diǎn)處保護(hù)裝置安裝點(diǎn)采集到的三相電流信息，采用克拉克變換，將三相電流變?yōu)榭死甩?、β模電流，克拉克α、β模電流?jīng)過(guò)傅里葉變換得到克拉克α、β模電流的相角，并將相角數(shù)據(jù)上傳繼電保護(hù)控制中心，繼電保護(hù)控制中心通過(guò)計(jì)算各個(gè)區(qū)段的克拉克α、β模電流的相角差值，可在電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，通過(guò)比較各個(gè)區(qū)段的克拉克α、β模電流的相角差值的絕對(duì)值與閾值的關(guān)系，檢測(cè)出故障并找出故障點(diǎn)所在區(qū)段，及時(shí)切除故障區(qū)段以完成保護(hù)動(dòng)作。本發(fā)明可用于高滲透率下的含分布式電源的配電網(wǎng)的區(qū)段故障檢測(cè)與定位。
【專利說(shuō)明】含DG的配電網(wǎng)的區(qū)段故障檢測(cè)與定位方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種含DG的配電網(wǎng)的故障檢測(cè)與定位方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 配電網(wǎng)的故障檢測(cè)與定位是配電網(wǎng)電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的重要組成部分，對(duì)配電網(wǎng) 的安全運(yùn)行有著重大意義，是實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)自愈的重要保證，可在配電網(wǎng)發(fā)生故障后及時(shí)的 切除故障區(qū)域，使得整個(gè)系統(tǒng)受故障影響的范圍最小。隨著分布式發(fā)電技術(shù)的發(fā)展，越來(lái)越 多的分布式電源（Distributed Generators, DG)接入配電網(wǎng)，造成配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的改變 以及故障電流幅值與方向的變化，給配電網(wǎng)的繼電保護(hù)帶來(lái)了諸多問(wèn)題，如存在故障的檢 測(cè)盲區(qū)、繼電保護(hù)無(wú)法協(xié)調(diào)配合等，使得配電網(wǎng)傳統(tǒng)的過(guò)流保護(hù)方法不能滿足繼電保護(hù)的 要求。
[0003] 中國(guó)發(fā)明專利201210532103. 3公開了一種基于阻抗模型短路故障特征的含DG配 電網(wǎng)故障區(qū)間判定方法，建立含DG配電網(wǎng)三相不對(duì)稱阻抗模型，分析并提取含DG配網(wǎng)阻抗 模型下的短路電流故障特征作為判定故障區(qū)間的指標(biāo)，該方法進(jìn)行故障定位的準(zhǔn)確度易受 電網(wǎng)結(jié)構(gòu)變化造成系統(tǒng)等效阻抗變化的影響，不具有自適應(yīng)性，不能迎合智能配電網(wǎng)的發(fā) 展趨勢(shì)。
[0004] 中國(guó)發(fā)明專利201310579589.0公開了一種基于矩陣運(yùn)算的配電網(wǎng)10kV饋線故障 定位方法，該方法依靠位于節(jié)點(diǎn)處的饋線終端裝置（Feeder Terminal Unit,FTU)采集電流 信息，對(duì)電力系統(tǒng)的路徑矩陣進(jìn)行運(yùn)算和修正，得到故障判斷矩陣，對(duì)故障區(qū)域進(jìn)行判斷， 但該方法進(jìn)行故障判定是依據(jù)短路電流值，在高DG滲透率下容易形成故障檢測(cè)的死區(qū)，電 網(wǎng)中的DG投切可能造成故障的誤判，該方法對(duì)通信要求較高，當(dāng)通信發(fā)生誤碼或故障時(shí)可 能導(dǎo)致該方法出錯(cuò)甚至失效。
[0005] N. Perera ;A. D. Rajapakse 等人在《IEEE TRANSACTIONS ON POWER DELIVERY》 2008 年第 23 卷第 4 期所著《Isolation of Faults in Distribution Networks With Distributed Generators》采用比較小波系數(shù)符號(hào)的方法對(duì)故障進(jìn)行檢測(cè)和定位，雖然采 用小波變換法進(jìn)行多尺度分析可以取得良好的故障檢測(cè)靈敏度以及準(zhǔn)確的區(qū)段定位，但采 用該方法無(wú)法避免非故障情況下的電力系統(tǒng)狀態(tài)變化對(duì)故障檢測(cè)準(zhǔn)確度帶來(lái)的影響，此 夕卜，小波算法冗長(zhǎng)復(fù)雜，對(duì)硬件的采樣率要求高，配置成本很高，不易實(shí)現(xiàn)。
[0006] 目前國(guó)內(nèi)外對(duì)于含有分布式電源的電力系統(tǒng)故障的檢測(cè)與定位多是利用各個(gè)節(jié) 點(diǎn)處測(cè)量點(diǎn)獲取的電壓、電流信息，經(jīng)過(guò)進(jìn)一步處理后得到基于節(jié)點(diǎn)的幅值量的判斷信息， 通過(guò)與設(shè)定的閾值進(jìn)行對(duì)比，進(jìn)行故障的判定和區(qū)段的定位，采用該類方法無(wú)法避免電力 系統(tǒng)非故障情況下的暫態(tài)變化對(duì)故障檢測(cè)定位方法產(chǎn)生的影響，不具有較好的自適應(yīng)性； 基于傳統(tǒng)的過(guò)流保護(hù)方法進(jìn)行改進(jìn)得到的含DG的配電網(wǎng)故障定位方法，針對(duì)性強(qiáng)，不具有 廣泛的通用性和自適應(yīng)性，一旦電網(wǎng)結(jié)構(gòu)或狀態(tài)發(fā)生改變，可能造成故障定位算法的失效； 采用差動(dòng)電流保護(hù)方法雖然具有一定效果，但是實(shí)際配置成本高，通信傳輸?shù)碾娏餍畔?矢量，包含電流的幅值和方向，對(duì)于繼電保護(hù)通信帶寬要求較高。
[0007] 綜上所述，面對(duì)分布式電源大規(guī)模并網(wǎng)發(fā)電以及智能電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)完全自愈的實(shí)際需 求，仍需一種更加快速且有效的故障檢測(cè)和定位方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有的含有分布式電源的配電網(wǎng)的故障檢測(cè)與定位存在 的自適應(yīng)性不足的問(wèn)題，提出一種含DG的配電網(wǎng)的區(qū)段故障檢測(cè)與定位方法。本發(fā)明可以 使含有分布式電源的配電網(wǎng)在多種運(yùn)行狀態(tài)下，如：分布式電源的投切、負(fù)載的變化，實(shí)現(xiàn) 快速、可靠的區(qū)段故障檢測(cè)與準(zhǔn)確的故障定位，從而切除故障區(qū)段，保證了電力系統(tǒng)的安全 穩(wěn)定運(yùn)行。
[0009] 本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是：
[0010] 本發(fā)明含DG的配電網(wǎng)的區(qū)段故障檢測(cè)與定位方法，采用克拉克變換，將三相電流 變?yōu)榭死甩?、β模電流。通過(guò)分別對(duì)電力系統(tǒng)區(qū)段的克拉克α、β模電流的相角差值在 非故障情況與故障情況下的分析，得出在電力系統(tǒng)為非純阻性系統(tǒng)的條件下，結(jié)合克拉克 α、β模電流的相角差值，可以迅速、可靠的檢測(cè)出各種類型的電力系統(tǒng)故障：?jiǎn)蜗嘟拥毓?障、兩相相間故障、兩相接地故障、三相相間故障、三相接地故障，并且可以準(zhǔn)確的找出故障 區(qū)段。判定依據(jù)為：當(dāng)電力系統(tǒng)區(qū)段的克拉克α、β模電流的相角差值的絕對(duì)值均為0°， 則判定該區(qū)段內(nèi)沒有故障；當(dāng)電力系統(tǒng)區(qū)段的克拉克α、β模電流的相角差值中任意一個(gè) 的絕對(duì)值大于0°，則判定該區(qū)段內(nèi)發(fā)生故障，且故障點(diǎn)位于該區(qū)段內(nèi)。本發(fā)明可以快速、有 效的檢測(cè)出電力系統(tǒng)區(qū)段中的故障并能夠準(zhǔn)確的定位故障區(qū)段。
[0011] 本發(fā)明含DG的配電網(wǎng)的區(qū)段故障檢測(cè)與定位方法提出了電流的相角差值的定 義。對(duì)于電力系統(tǒng)而言，任何一個(gè)電力系統(tǒng)均能夠被η個(gè)節(jié)點(diǎn)任意地劃分為η+1個(gè)部分，其 中，η>0且η為整數(shù)。令電力系統(tǒng)中任意兩個(gè)不相同節(jié)點(diǎn)之間的部分稱為這兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間 的電力系統(tǒng)區(qū)段。若節(jié)點(diǎn)X處的電流相角為θ (X)，其中X = 1，2,…，η,若η - + 可認(rèn) 為Θ (X)為電力系統(tǒng)的電流相角函數(shù)，且在該電力系統(tǒng)中徑向上為連續(xù)。因此，位于任意的 兩個(gè)不相同的節(jié)點(diǎn)i、j之間的電力系統(tǒng)區(qū)段的電流的相角差值可定義為節(jié)點(diǎn)i、j處的電 流相角之差，其表達(dá)式為：Λ Θ (i，j) = Θ (i)-0 (j)，式中：i、j為不相同的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)，i>〇， j>i，且i、j均為整數(shù)，θ (X)為節(jié)點(diǎn)X處的電流相角，X = 1，2,…，η。
[0012] 令節(jié)點(diǎn)處的三相電流夂、4、Λ為：
[0013]

【權(quán)利要求】
1. 一種含DG的配電網(wǎng)的區(qū)段故障檢測(cè)與定位方法，其特征在于，將電力系統(tǒng)區(qū)段兩端 節(jié)點(diǎn)處的電流相角之差定義為電流的相角差值；采用克拉克變換將三相電流信息變?yōu)榭死?克α、β模電流信息；在電力系統(tǒng)為非純阻性系統(tǒng)的條件下，當(dāng)電力系統(tǒng)區(qū)段的克拉克α 模電流的相角差值與克拉克β模電流的相角差值的絕對(duì)值均為0°，則判定該區(qū)段內(nèi)沒有 故障；當(dāng)電力系統(tǒng)區(qū)段的克拉克α模電流的相角差值、克拉克β模電流的相角差值中任意 一個(gè)的絕對(duì)值大于0°，則判定該區(qū)段內(nèi)發(fā)生故障，且故障點(diǎn)位于該區(qū)段內(nèi)； 所述的區(qū)段定義為：將電力系統(tǒng)被為η個(gè)節(jié)點(diǎn)任意地劃分為η+1個(gè)部分，η>0,且η為整 數(shù)，令電力系統(tǒng)中任意兩個(gè)不相同節(jié)點(diǎn)之間的部分稱為這兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的區(qū)段。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的含DG的配電網(wǎng)的區(qū)段故障檢測(cè)與定位方法，其特征在于，在 實(shí)際應(yīng)用中，可以通過(guò)設(shè)置閾值ΚΛ θ，以進(jìn)行故障的判定，其中ΚΛ θ > 0, S卩：當(dāng)電力系統(tǒng)區(qū) 段的克拉克α模電流的相角差值與克拉克β模電流的相角差值的絕對(duì)值均小于等于閾值 ΚΛ0時(shí)，判定該區(qū)段內(nèi)沒有故障；當(dāng)電力系統(tǒng)區(qū)段的克拉克α模電流的相角差值、克拉克 β模電流的相角差值中任意一個(gè)的絕對(duì)值大于閾值ΚΛ0時(shí)，判定該區(qū)段內(nèi)發(fā)生故障，且故 障點(diǎn)位于該區(qū)段內(nèi)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的含DG的配電網(wǎng)的區(qū)段故障檢測(cè)與定位方法，其特征在于，所 述的含DG的配電網(wǎng)的區(qū)段故障檢測(cè)與定位方法的實(shí)現(xiàn)步驟如下： 步驟一、通過(guò)各個(gè)節(jié)點(diǎn)處配置的本地測(cè)量與數(shù)據(jù)處理裝置（301)，采集三相電流信息， 利用克拉克變換，將三相電流信息變?yōu)榭死甩?、β模電流信息? 步驟二、將克拉克變換得到的克拉克α、β模電流信息，經(jīng)過(guò)傅里葉變換，得到克拉克 α、β模電流相角； 步驟三、將克拉克α、β模電流相角的數(shù)據(jù)經(jīng)通信鏈路上傳繼電保護(hù)控制中心（302); 步驟四、繼電保護(hù)控制中心（302)從數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置中讀取當(dāng)前時(shí)刻的電力系統(tǒng)各個(gè)節(jié) 點(diǎn)的狀態(tài)信息，并生成當(dāng)前時(shí)刻的電力系統(tǒng)狀態(tài)信息矩陣，計(jì)算得出各區(qū)段的克拉克α模 電流的相角差值和克拉克β模電流的相角差值； 步驟五、依據(jù)以下判據(jù)，對(duì)所有的電力系統(tǒng)區(qū)段進(jìn)行故障檢測(cè)與定位：若某一電力系統(tǒng) 區(qū)段的克拉克α模電流的相角差值和克拉克β模電流的相角差值的絕對(duì)值均小于等于閾 值ΚΛ0時(shí)，則該區(qū)段正常運(yùn)行；若某一電力系統(tǒng)區(qū)段內(nèi)的克拉克α模電流的相角差值、克 拉克β模電流的相角差值中任意一個(gè)的絕對(duì)值大于閾值Κ ΛΘ時(shí)，則該區(qū)段內(nèi)發(fā)生故障，且 故障點(diǎn)位于該區(qū)段內(nèi)； 步驟六、繼電保護(hù)控制中心（302)記錄判斷出的故障區(qū)段標(biāo)號(hào)，與此同時(shí)，繼電保護(hù)控 制中心（302)向故障的區(qū)段兩端的節(jié)點(diǎn)i、j處的保護(hù)裝置發(fā)出動(dòng)作信號(hào)，切除故障的區(qū)段， 完成保護(hù)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的含DG的配電網(wǎng)的區(qū)段故障檢測(cè)與定位方法，其特征在于，繼 電保護(hù)控制中心（302)包含初始化設(shè)置模塊（401)與電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)故障檢測(cè)與定位模塊 (402)，電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)故障檢測(cè)與定位模塊（402)內(nèi)包含數(shù)據(jù)輸入與各電流模量的相角差 值計(jì)算模塊（403)、區(qū)段故障檢測(cè)與定位模塊（404)與綜合判斷模塊（405);其中，區(qū)段故障 檢測(cè)與定位模塊（404)中對(duì)電力系統(tǒng)區(qū)段的克拉克α模電流的相角差值、克拉克β模電 流的相角差值進(jìn)行檢測(cè)和判定的算法采用串行設(shè)計(jì)，將克拉克α模電流的相角差值作為 主檢測(cè)量，克拉克β模電流的相角差值作為輔助的檢測(cè)量。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的含DG的配電網(wǎng)的區(qū)段故障檢測(cè)與定位方法，其特征在于，初 始化設(shè)置模塊（401)的運(yùn)行流程為： 流程一、進(jìn)行初始化設(shè)置； 流程二、對(duì)電力系統(tǒng)各個(gè)節(jié)點(diǎn)和區(qū)段進(jìn)行標(biāo)號(hào)，其中電力系統(tǒng)中編號(hào)為N的區(qū)段兩端 的節(jié)點(diǎn)分別為i、j，其中，N>0且N為整數(shù)，i>0且i為整數(shù)，j>i且j為整數(shù)，然后進(jìn)入電 力系統(tǒng)實(shí)時(shí)故障檢測(cè)與定位模塊（402)內(nèi)的數(shù)據(jù)輸入與各電流模量的相角差值計(jì)算模塊 (403)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的含DG的配電網(wǎng)的區(qū)段故障檢測(cè)與定位方法，其特征在于，數(shù) 據(jù)輸入與各電流模量的相角差值計(jì)算模塊（403)的運(yùn)行流程為 ： 流程一、輸入當(dāng)前時(shí)刻各個(gè)節(jié)點(diǎn)處的克拉克α、β模電流相角信息； 流程二、建立電力系統(tǒng)狀態(tài)信息矩陣； 流程三、計(jì)算各個(gè)區(qū)段的克拉克α、β模電流的相角差值，然后令電力系統(tǒng)區(qū)段號(hào)Ν = 1，進(jìn)入?yún)^(qū)段故障檢測(cè)與定位模塊（404)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的含DG的配電網(wǎng)的區(qū)段故障檢測(cè)與定位方法，其特征在于，區(qū) 段故障檢測(cè)與定位模塊（404)的運(yùn)行流程為： 流程一、判斷區(qū)段Ν的克拉克α模電流的相角差值的絕對(duì)值是否大于閾值ΚΛΘ，若是， 則進(jìn)入流程三，若否，則進(jìn)入流程二； 流程二、判斷區(qū)段Ν的克拉克β模電流的相角差值的絕對(duì)值是否大于閾值ΚΛΘ，若是， 則進(jìn)入流程三，若否，則進(jìn)入綜合判斷模塊（405); 流程三、判定區(qū)段Ν內(nèi)部發(fā)生故障； 流程四、記錄故障區(qū)段標(biāo)號(hào)Ν以及該區(qū)段兩端對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)標(biāo)號(hào)i、j ; 流程五、向區(qū)段N兩端的節(jié)點(diǎn)i、j處的繼電保護(hù)裝置發(fā)送動(dòng)作信號(hào)； 流程六、輸出：區(qū)段N內(nèi)部發(fā)生故障，然后進(jìn)入綜合判斷模塊（405)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的含DG的配電網(wǎng)的區(qū)段故障檢測(cè)與定位方法，其特征在于，綜 合判斷模塊（405)的運(yùn)行流程為： 流程一、判斷電力系統(tǒng)區(qū)段號(hào)N是否小于區(qū)段總數(shù)，若是，則進(jìn)入流程二，若否，則進(jìn)入 流程二； 流程二、執(zhí)行Ν = N+1，對(duì)下一個(gè)區(qū)段執(zhí)行區(qū)段故障檢測(cè)與定位模塊（404)內(nèi)的流程； 流程三、判斷電力系統(tǒng)各個(gè)區(qū)段是否均無(wú)故障，若是，則進(jìn)入流程四，若否，則進(jìn)入流程 五； 流程四、判定電力系統(tǒng)各區(qū)段無(wú)故障，然后進(jìn)入數(shù)據(jù)輸入與各電流模量的相角差值計(jì) 算模塊（403); 流程五、判定電力系統(tǒng)區(qū)段A、N2、…、Nn故障并輸出故障檢測(cè)與定位結(jié)果，然后進(jìn)入 數(shù)據(jù)輸入與各電流模量的相角差值計(jì)算模塊（403)。
【文檔編號(hào)】G06F19/00GK104297628SQ201410410035
【公開日】2015年1月21日 申請(qǐng)日期:2014年8月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月19日
【發(fā)明者】牛耕, 周龍, 齊智平 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院電工研究所