沈梓正，秦立軍，秦承龍

(華北電力大學(xué)現(xiàn)代電力研究院，北京 102206)

基于矩陣算法的配電網(wǎng)故障定位

沈梓正，秦立軍，秦承龍

(華北電力大學(xué)現(xiàn)代電力研究院，北京 102206)

分析了原有的配電網(wǎng)矩陣法故障定位中存在的問題，提出一種適用于輻射狀網(wǎng)及開環(huán)運(yùn)行環(huán)網(wǎng)的配電網(wǎng)故障定位算法。該算法仍以矩陣分析為核心，通過網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫纬删W(wǎng)絡(luò)關(guān)聯(lián)矩陣，然后結(jié)合饋線終端設(shè)備(FTU)上傳的故障信息形成故障判定矩陣，判定方法簡單。它不僅可以實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)單一故障的快速定位，而且對末端故障及多點(diǎn)故障也可以做出準(zhǔn)確判斷。通過編程實(shí)現(xiàn)算法，并用不同區(qū)域故障的模擬驗(yàn)證了算法的有效性。

配電網(wǎng);饋線自動化;故障定位;故障判定矩陣

0 引言

實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)故障點(diǎn)的準(zhǔn)確定位，快速隔離可以減小故障后的停電面積，縮短停電時間，提高供電質(zhì)量。目前，實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)故障定位和隔離的算法主要有兩類:一類是基于矩陣運(yùn)算的故障定位矩陣算法;另一類是人工智能型故障定位算法。以人工智能為基礎(chǔ)的遺傳算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模式識別算法等，由于計算時間長，很難滿足在線實(shí)時處理的要求，在實(shí)際中較少應(yīng)用。文獻(xiàn)［1］提出的基于FTU的配電網(wǎng)故障定位算法提出了單電源單故障定位的判斷方法，未考慮多電源閉環(huán)運(yùn)行情況。文獻(xiàn)［2］能夠?qū)崿F(xiàn)樹形網(wǎng)與開環(huán)運(yùn)行的故障定位，不需要進(jìn)行矩陣的乘法計算，運(yùn)算量小，節(jié)約時間，但是不適用于多電源、多故障點(diǎn)的情況。文獻(xiàn)［3］對故障矩陣進(jìn)行了重新定義且對每個電源都假定了一個正方向，適用于多電源，多故障點(diǎn)的情況，但是采用的矩陣乘法與規(guī)格化處理，運(yùn)算量大。文獻(xiàn)［4］適用于多電源供電情況下的單點(diǎn)故障情況，但忽略了饋線末端故障的判斷。

現(xiàn)實(shí)中，配電網(wǎng)通常閉環(huán)網(wǎng)絡(luò)開環(huán)運(yùn)行，即多電源供電聯(lián)絡(luò)開關(guān)斷開的環(huán)網(wǎng)也存在單電源供電輻射網(wǎng)?；谶@種現(xiàn)狀，本文提出一種適用于多電源并列運(yùn)行開環(huán)網(wǎng)絡(luò)與輻射形網(wǎng)絡(luò)的新型配電網(wǎng)故障判定矩陣算法，避免矩陣相乘或復(fù)雜規(guī)格化處理。

1 算法原理分析

1.1 網(wǎng)絡(luò)關(guān)聯(lián)矩陣的形成

將饋線上的斷路器、分段開關(guān)和聯(lián)絡(luò)開關(guān)當(dāng)作節(jié)點(diǎn)進(jìn)行統(tǒng)一編號。三電源并列供電開環(huán)運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)如圖1所示。當(dāng)單電源供電時，潮流方向?yàn)閱我涣飨?，無需指定正方向。當(dāng)多電源并列供電時，取由各電源正常供電時潮流方向?yàn)檎较?。以?lián)絡(luò)開關(guān)為分界點(diǎn)，將配電網(wǎng)進(jìn)行區(qū)域劃分，即每個電源到分界點(diǎn)之間為一個供電區(qū)域。根據(jù)節(jié)點(diǎn)有向連接關(guān)系構(gòu)造網(wǎng)絡(luò)關(guān)聯(lián)矩陣。假設(shè)網(wǎng)絡(luò)中共有N個節(jié)點(diǎn)，則可以構(gòu)造一個N階方陣組成的網(wǎng)絡(luò)關(guān)聯(lián)矩陣D。若節(jié)點(diǎn)i與節(jié)點(diǎn)j之間存在一條支路，則Dij=1;若節(jié)點(diǎn)之間沒有關(guān)聯(lián)或者方向與選取的潮流方向不同時，則Dij=0，即

圖1 三電源并列供電開環(huán)運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)

圖1 中電源A對應(yīng)區(qū)域的網(wǎng)絡(luò)描述矩陣為

同理，電源B和電源C對應(yīng)區(qū)域的網(wǎng)絡(luò)關(guān)聯(lián)矩陣分別為

整個網(wǎng)絡(luò)的關(guān)聯(lián)矩陣的表示是將所有區(qū)域的網(wǎng)絡(luò)關(guān)聯(lián)矩陣置于對角線上，其它元素置0，即D=

1.2 故障判定矩陣的形成

根據(jù)饋線的最大負(fù)荷，對各個FTU進(jìn)行整定。當(dāng)饋線發(fā)生故障時，故障電流流過各開關(guān)上的FTU，該FTU即將此故障電流記錄下來并上報給主站。通過修改流過故障電流的開關(guān)對應(yīng)節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)關(guān)聯(lián)矩陣中的元素，可以形成故障判定矩陣。具體原則如下:若節(jié)點(diǎn)i流過故障電流，則Dij=1，Dij(j≠i)即第i列元素保持不變，表示從其它節(jié)點(diǎn)到節(jié)點(diǎn)i有故障電流經(jīng)過，在矩陣中保留它們的關(guān)聯(lián)指向;若節(jié)點(diǎn)i無故障電流流過，Dij=0且Dij(j≠i)即第i列元素全部置0，表示沒有從其它節(jié)點(diǎn)流向節(jié)點(diǎn)i的故障電流，其它節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)i的關(guān)聯(lián)指向或者被故障點(diǎn)隔斷。圖1中流過故障電流的開關(guān)有1A、2A、1B、2B、4B、1C，因此其故障判定矩陣可以列寫為

1.3 故障點(diǎn)判定原理

由故障判定矩陣P可簡單判斷出故障點(diǎn)前端節(jié)點(diǎn)，若 Pii=1，Pij=0(j≠i)，則可判定節(jié)點(diǎn) i為故障點(diǎn)前端的節(jié)點(diǎn)。但是不能確定故障為節(jié)點(diǎn)之間的饋線故障還是末端饋線的故障。若節(jié)點(diǎn)j無故障電流流過，則對故障判定矩陣P的處理，要忽略其它節(jié)點(diǎn)指向j的聯(lián)系，需要原來的網(wǎng)絡(luò)關(guān)聯(lián)矩陣D來輔助判定，判定原則:末端饋線的故障Pii=1，Dij=0，即節(jié)點(diǎn)i流過故障電流，但節(jié)點(diǎn)i在網(wǎng)絡(luò)中不流向任何節(jié)點(diǎn)，說明節(jié)點(diǎn)i為末端饋線上端的節(jié)點(diǎn);節(jié)點(diǎn)間饋線的故障Pii=1，Dij=1且Pij≠1，即節(jié)點(diǎn)i流過故障電流，節(jié)點(diǎn)i到節(jié)點(diǎn)j之間存在一條正向饋線，節(jié)點(diǎn)j無故障電流流過，故障電流在饋線上“有進(jìn)無出”，故障點(diǎn)在節(jié)點(diǎn)i與節(jié)點(diǎn)j之間。

對于圖1所示的情況，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)關(guān)聯(lián)矩陣和故障判定矩陣，由 P22=1，D23=1，D24=1，可判定故障發(fā)生在節(jié)點(diǎn)2A、節(jié)點(diǎn)3A之間的饋線支路上。同理可以判斷節(jié)點(diǎn)4B、5B和8B之間的支路與節(jié)點(diǎn)1C和2C之間的支路也有故障發(fā)生。

2 算法的實(shí)現(xiàn)

2.1 算法流程

算法實(shí)現(xiàn)的編程語言采用的是面向?qū)ο蟮目梢暬幊陶Z言VC++語言，它具有結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)、編譯速度快和運(yùn)行效率高等特點(diǎn)。將程序劃分為若干個獨(dú)立的功能模塊，盡可能減少各功能模塊之間的影響。故障定位程序由以下幾個部分組成:配電網(wǎng)拓?fù)湫畔⒌墨@取，用來形成網(wǎng)絡(luò)關(guān)聯(lián)矩陣;FTU上傳的故障信息獲取，與網(wǎng)絡(luò)關(guān)聯(lián)矩陣結(jié)合形成故障判定矩陣;故障結(jié)果輸出，將算法判定的故障區(qū)域告知工作人員。算法的故障判定矩陣的形成流程如圖2所示。故障定位的算法流程如圖3所示。程序最后形成的用戶界面如圖4所示。

圖2 形成故障判定矩陣P流程圖

2.2 算法驗(yàn)證

以圖1中配電網(wǎng)為例，對不同區(qū)域的故障通過程序進(jìn)行了驗(yàn)證，圖4為程序輸出的用戶界面。選取5種情況為例，包括末端饋線和節(jié)點(diǎn)間故障，故障定位算例測試結(jié)果如表1所示。

表1 故障定位算例驗(yàn)證表

由表1可以看出，其數(shù)據(jù)證明了該矩陣定位算法的準(zhǔn)確性。

3 結(jié)論

該算法以故障判定矩陣為核心，判定配電網(wǎng)故障區(qū)域，判據(jù)簡單、編程易實(shí)現(xiàn)且不存在漏判現(xiàn)象，滿足實(shí)時在線的快速故障判定需求。它可以對輻射形和開環(huán)運(yùn)行環(huán)網(wǎng)形配電網(wǎng)任意區(qū)域多處故障進(jìn)行準(zhǔn)確定位。

［1］陳清川，王成楷，楊振中.一種基于網(wǎng)形結(jié)構(gòu)矩陣的配電網(wǎng)故障定位改進(jìn)算法研究［J］.電氣技術(shù)，2010(12):31 －34，38.

［2］王飛，孫瑩.配電網(wǎng)故障定位的改進(jìn)矩陣算法［J］.電力系統(tǒng)自動化，2003，27(24):45 －46，49.

［3］衛(wèi)志農(nóng)，何樺，鄭玉平.配電網(wǎng)故障定位的一種新算法［J］.電力系統(tǒng)自動化，2001，25(14):48 －50.

［4］畢元，房鑫炎，俞國勤，等.通用矩陣算法和區(qū)域辨識法電力故障定位算法［J］.電力系統(tǒng)及其自動化學(xué)報，2010(6).

Fault location for distribution network based on matrix algorithm

SHEN Zizheng，QIN Lijun，Qin Chenglong
(Modern Electric Power Institute of North China Electric Power University，Beijing 102206，China)

This paper analyzes the problems in fault location for the original distribution network matrix，proposes a fault location algorithm applying to radial network and ring network running with open loop，an algorithm with matrix analysis at the core which formulates network association matrix by network topology and fault judgment matrix，easy to judge，by fault information uploaded by feeder terminal unit(FTU).This method can not only realize rapid location of single fault，but accurately judge end and multi－ fiber fault of distribution network.The algorithm is programmed and is proved to be effective by simulating fault in different areas.

distribution network;feeder automation;fault location;fault judgment matrix

TM711

A

1002－1663(2012)02－0100－03

2012－01－17

沈梓正(1988－)，女，華北電力大學(xué)現(xiàn)代電力研究院電力系統(tǒng)及其自動化專業(yè)在讀碩士研究生。

(責(zé)任編輯 郭金光)