王建鵬, 譚博學(xué)， 張　威， 徐　林， 張富偉

(1.山東理工大學(xué) 電氣與電子工程學(xué)院， 山東 淄博 255049;

2.國網(wǎng)山東壽光市供電公司， 山東 壽光 262700)

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一種10kV配電網(wǎng)故障定位統(tǒng)一矩陣算法

王建鵬1,2, 譚博學(xué)1， 張威1， 徐林1， 張富偉1

(1.山東理工大學(xué) 電氣與電子工程學(xué)院， 山東 淄博 255049;

2.國網(wǎng)山東壽光市供電公司， 山東 壽光 262700)

摘要：復(fù)雜的配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)造成故障準(zhǔn)確定位的困難，根據(jù)配電網(wǎng)實(shí)際情況以及理論分析搭建了較為復(fù)雜的配電網(wǎng)模型并在以往配電網(wǎng)故障定位矩陣算法的基礎(chǔ)上提出一種適用于10kV配電網(wǎng)故障定位的統(tǒng)一矩陣算法.該算法適用于輻射狀、樹狀以及環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)等貼近實(shí)際配電網(wǎng)的構(gòu)架，能夠準(zhǔn)確定位各個(gè)區(qū)間的故障以及多重故障，在故障判據(jù)上得到統(tǒng)一.

關(guān)鍵詞：配電網(wǎng)； 故障定位； 矩陣算法

為了快速實(shí)現(xiàn)故障定位，文獻(xiàn)[1-4]提出了配電網(wǎng)故障定位矩陣算法，這些算法基本原理都是生成網(wǎng)絡(luò)描述矩陣和故障信息矩陣，二者相乘，在進(jìn)行規(guī)格化處理，形成故障判別矩陣.文獻(xiàn)[5-6]在配電網(wǎng)模型上做出了改進(jìn)，提出了有向圖來描述配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，避免了矩陣相乘和規(guī)格化處理，減少了計(jì)算量.文獻(xiàn)[7]提出了綜合判斷矩陣法適用于多電源的情況，但無法定位饋線末端故障.文獻(xiàn)[8]提出了一種基于故障過流度的矩陣算法，能夠?qū)崿F(xiàn)多電源供電、多重故障以及各個(gè)區(qū)間的故障定位，但卻不能準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)在含有集中式環(huán)網(wǎng)柜的配電網(wǎng)的故障定位.綜上所提出的各種算法，各有優(yōu)點(diǎn)，也存在各自的缺點(diǎn)，本文就是在以往矩陣算法的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，搭建接近實(shí)際配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的模型，對于配電網(wǎng)的各個(gè)區(qū)間以及多重故障都能進(jìn)行準(zhǔn)確的故障定位，而且算法簡單，運(yùn)算速度快，判據(jù)簡單統(tǒng)一.

110kV配電網(wǎng)接線方式

在我國的配電網(wǎng)中10kV這個(gè)電壓等級所占的比重最大，可以分為城市用電、工廠用電和農(nóng)村用電.配電網(wǎng)是由架空線路和電纜線路構(gòu)成，根據(jù)對供電可靠性的要求，架空線路和電纜線路都有不同的接線方式.架空線路有輻射形接線、樹干式接線以及環(huán)網(wǎng)式接線等接線方式；電纜線路有多回路平行線式、普通環(huán)式、拉手式、雙回路輻射形以及雙回路拉手環(huán)式等接線方式.

近年來，隨著技術(shù)的提升，配電網(wǎng)中架空—電纜混合線路的應(yīng)用越來越廣泛，由于架空線路與電纜線之間的差別以及不同接線方式的采用，使得配電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，故障定位也較為困難.

根據(jù)實(shí)際配電網(wǎng)中的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及各種接線方式的適用條件，本文搭建了一個(gè)接近實(shí)際配電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)接線，如圖1所示，該模型涵蓋了配電網(wǎng)中典型的接線方式，包括輻射形接線方式以及含有環(huán)網(wǎng)柜的手拉手式接線方式.該配電網(wǎng)接線貼近實(shí)際配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，利用該接線方便地進(jìn)行故障定位算法的演算.

圖1　典型的10kV配電網(wǎng)接線方式

2故障定位基本原理

2.1基本概念

網(wǎng)絡(luò)描述矩陣D，將饋線上具有FTU的斷路器、分段器及聯(lián)絡(luò)開關(guān)當(dāng)作節(jié)點(diǎn)并編號，除此之外還將沒有安裝FTU的饋線末端也定義為節(jié)點(diǎn)，在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲?，假定有N個(gè)節(jié)點(diǎn)，可構(gòu)造一個(gè)N階方陣D，令

(1)

故障信息矩陣G，當(dāng)配電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，各個(gè)節(jié)點(diǎn)中會有不同的故障電流信息，如果節(jié)點(diǎn)i流過正向的故障電流，則gi=1；其他情況下gi=0.對于沒有安裝FTU的饋線末端節(jié)點(diǎn)，定義其故障信息始終為0.

(2)

2.2故障定位步驟

首先，對配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行規(guī)范化處理，即將配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡化，目的是為了能夠使配電網(wǎng)的故障定位算法更加簡單，方便實(shí)現(xiàn)算法準(zhǔn)確進(jìn)行故障定位.

然后對于配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溥M(jìn)行劃分區(qū)段，區(qū)段分為“十”字型、T型、中間型和末端型，同時(shí)要確定每個(gè)區(qū)段所包含的支路和節(jié)點(diǎn).

(3)

最后定義各個(gè)區(qū)段的故障過流度，如下：

(4)

Mk為所劃分的第k個(gè)區(qū)段Qk的故障過流度.

根據(jù)以上原理，在故障信息矩陣中為1的元素所對應(yīng)的節(jié)點(diǎn)一定是發(fā)生故障的路徑節(jié)點(diǎn)，由(4)計(jì)算后，在非故障路徑所組成的區(qū)段的故障過流度一定為0，而在故障路徑所構(gòu)成的區(qū)段的故障過流度一定是一個(gè)正值，并且，在故障發(fā)生的區(qū)域的故障過流度為1.根據(jù)以上的的分析過程可以準(zhǔn)確且統(tǒng)一的定位故障發(fā)生的區(qū)段.

綜上，配電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，故障定位算法的基本流程如下圖2所示.

圖2　故障定位基本流程

3算例分析

算例采用如圖3所示的配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)基于實(shí)際配電網(wǎng)搭建而成，是一種典型的架空-電纜混合線路的配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，電纜線路中有環(huán)網(wǎng)柜的接入，其中含有實(shí)際配電網(wǎng)中常見的典型的接線方式，如輻射形、環(huán)網(wǎng)型等.其中圖3中的□代表的是分段開關(guān).

首先，將結(jié)構(gòu)圖進(jìn)行規(guī)范化處理并且假定該網(wǎng)絡(luò)的功率正方向，處理后的模型如圖4所示.□代表分段開關(guān)

圖3　10kV配電網(wǎng)線路結(jié)構(gòu)

圖4　 規(guī)范化處理后配電網(wǎng)模型

該網(wǎng)絡(luò)正方向如圖中虛線所示，由左側(cè)電源作為唯一電源，其他電源都假定為負(fù)荷，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)描述矩陣定義可得該配電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)描述矩陣D為

如圖4所示，故障可分為：

①“十”字形分支故障，即節(jié)點(diǎn)3、4、13、14之間的區(qū)段V，此時(shí)故障信息矩陣為，G=[1110000000000000]

②T型分支故障，即節(jié)點(diǎn)2、3、7之間的區(qū)段II，此時(shí)故障信息矩陣為，G=[1100000000000000]

③中間饋線故障，即節(jié)點(diǎn)1、2之間的區(qū)段I，此時(shí)故障信息矩陣為，G=[1000000000000000]

④末端饋線故障，即節(jié)點(diǎn)13、9之間的區(qū)段IX，此時(shí)故障信息矩陣為，G=[1110000000001000]各個(gè)區(qū)段發(fā)生時(shí)，計(jì)算每個(gè)區(qū)段內(nèi)的過流度見表1.

由表1中過流度的計(jì)算結(jié)果可知，過流度為1的區(qū)段即為故障區(qū)段，當(dāng)模型中任何區(qū)段發(fā)生單一故障或者多重故障時(shí)都可以根據(jù)表中的結(jié)果來判斷故障區(qū)間，結(jié)果與假設(shè)的故障區(qū)段一一對應(yīng)，可見該算法運(yùn)行結(jié)果正確，可以準(zhǔn)確的進(jìn)行故障定位.

表1故障時(shí)各區(qū)段故障過流度

故障過流度故障區(qū)段VIIIIXIIIIIIIVVVIVIIVIIIIXX21.5001000002100000000100020000021.500000010

4結(jié)束語

本文根據(jù)實(shí)際配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)以及配電網(wǎng)接線方式理論分析搭建了10kV配電網(wǎng)模型，通過該模型驗(yàn)證了所提出的配電網(wǎng)故障定位矩陣算法，該方法對于多重故障和末端故障等各區(qū)間的故障以及單一故障和多重故障都能夠準(zhǔn)確判斷，并且在判據(jù)上得到統(tǒng)一性.

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(編輯：劉寶江)

An unified matrix algorithm used in 10kV power distribution fault location

WANG Jian-peng1,2，TAN Bo-xue1，ZHANG Wei1,XU Lin1, ZHANG Fu-wei1

(1.School of Electrical and Electronic Engineering,Shandong University of Technology, Zibo 255049, China;

2.The State Grid Power Supply Company of Shandong Shouguang,Shouguang 262700,China )

Abstract:The complex structure of power distribution network make it difficult to do the fault location of power distribution network accurately. According to actual situation and the analysis of the theory of distribution network, this paper sets up a distribution network model and presents a unified matrix algorithm which based on the previous matrix algorithms and this algorithm can be used in the 10kV power distribution network. This algorithm can not be applicable to the actual distribution network structure covering radial, tree and ring structures, but also can locate each section of the fault and multiple faults and it also can be unified in the fault criterion.

Key words:power distribution network; fault location; matrix algorithm

中圖分類號：TM762

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1672-6197(2016)02-0053-03

作者簡介：王建鵬，男，673551812@qq.com; 通信作者： 譚博學(xué)，男，tanboxue@sdut.edu.cn

收稿日期：2015-03-19