陸玉軍　李澄　陳顥　葛永高　王伏亮

摘? ?要：當(dāng)前配電網(wǎng)故障區(qū)段定位方法，未考慮配電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的狀態(tài)變化，不能準(zhǔn)確獲取故障區(qū)域位置，存在故障定位準(zhǔn)確度低、誤差大的問(wèn)題。提出了考慮拓?fù)渥兓呐潆娋W(wǎng)故障區(qū)段定位及隔離方法。構(gòu)建配電網(wǎng)邏輯節(jié)點(diǎn)模型，判定配電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)狀態(tài)，獲取斷開(kāi)區(qū)域數(shù)據(jù)。設(shè)置故障信息判定標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)關(guān)聯(lián)矩陣得到到故障區(qū)域拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及故障區(qū)域位置。依據(jù)斷路器狀態(tài)，采用故障能源化平衡原理，完成配電網(wǎng)故障區(qū)段數(shù)據(jù)抓取及隔離。經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，在時(shí)間點(diǎn)為70 S時(shí)，所提方法與傳統(tǒng)方法的故障定位準(zhǔn)確度均達(dá)到最高值，傳統(tǒng)方法達(dá)到50%，而所提方法達(dá)到97%，在固定數(shù)據(jù)量為100 Mb條件下，傳統(tǒng)方法誤差率最高點(diǎn)取值為18%，所提方法的誤差率在3%上下浮動(dòng)。由此可見(jiàn)所提方法故障定位準(zhǔn)確度高、誤差小。

關(guān)鍵詞：拓?fù)渥兓?故障區(qū)段定位;故障隔離;改進(jìn)矩陣算法;

中圖分類(lèi)號(hào)：TM77? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

A Method for Locating and Isolating Fault Section of Distribution Network

LU Yu-jun？覮，LI Cheng，CHEN hao，GE Yong-gao，WANG Fu-liang

（Jiangsu Frontier Electric Power Technology Co.，Ltd.，Nanjing，Jiangsu 211100，China）

Abstract：The current fault location method of the distribution network does not take into account the state changes of the distribution network topology，can not accurately obtain the location of the fault area，and has the problems of low fault location accuracy and large errors. A fault location and isolation method for distribution network considering topology changes is proposed. Construct a logical node model of the distribution network，determine the topology status of the distribution network，and obtain data on disconnected areas. Set the fault information judgment standard，and get the fault area topology and fault area location according to the correlation matrix. According to the boundary node status，the principle of fault energy balance is adopted to complete the data capture and isolation of the faulty section of the distribution network. It is verified by experiments that the fault location accuracy of the proposed method and the traditional method reaches the highest value when the time point is 70 S，the traditional method reaches 50%，and the proposed method reaches 97%. Under the condition of a fixed data volume of 100 Mb The highest point of the traditional method is 18%，and the error rate of the proposed method fluctuates around 3%. It can be seen that the proposed method has high accuracy and small error location.

Key words：topology change;fault section location;fault isolation;improved matrix algorithm

人們對(duì)電氣使用頻率逐漸加大的同時(shí)，配電網(wǎng)故障時(shí)常發(fā)生?；诖藸顩r，配電網(wǎng)故障定位方法成為配電網(wǎng)研究中的重要課題之一，如何高效精準(zhǔn)的對(duì)配電網(wǎng)中的故障展開(kāi)定位隔離，成為影響配電網(wǎng)供電穩(wěn)定性的重要因素之一[1-2]。就目前的研究結(jié)果而言，配電網(wǎng)的故障診斷以及定位方法已經(jīng)較為成熟，可直接將其應(yīng)用于現(xiàn)實(shí)生活中。但配電網(wǎng)種類(lèi)繁多，傳統(tǒng)的配電網(wǎng)故障定位方法無(wú)法適應(yīng)多種配電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。原有的故障定位方法沒(méi)有考慮到拓?fù)渥兓瘜?duì)于定位結(jié)果的影響，時(shí)常造成定位誤差。

現(xiàn)有的配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)多為環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，在配電網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，配電網(wǎng)呈開(kāi)環(huán)狀。拓?fù)渥兓瘜?duì)于故障定位的影響主要體現(xiàn)在故障的測(cè)定上，如果在定位過(guò)程中出現(xiàn)拓?fù)渥兓瑒t故障定位設(shè)備無(wú)法接受定位信號(hào)，造成定位誤差[3-5]。因而，在此次研究中設(shè)計(jì)考慮拓?fù)渥兓呐潆娋W(wǎng)故障區(qū)段定位及隔離方法，對(duì)原有的故障定位與隔開(kāi)方法展開(kāi)優(yōu)化。為保證文中設(shè)計(jì)方法的有效性，在方法設(shè)計(jì)完成后，構(gòu)建實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)對(duì)該方法進(jìn)行研究，獲取方法設(shè)計(jì)使用效果。

f（E） = 1，節(jié)點(diǎn)為T(mén)中的父節(jié)點(diǎn)-1，節(jié)點(diǎn)為T(mén)中的子節(jié)點(diǎn)? ? ? ?（7）

對(duì)上述公式進(jìn)行整合，則最小配電區(qū)的斷路器狀態(tài)為：

fi（E） = 1，有故障電流通過(guò)0，無(wú)故障電流通過(guò)-1，故障電流的反方向電流通過(guò) （8）

通過(guò)上述兩公式對(duì)配電網(wǎng)中的電流情況進(jìn)行研究，得出相應(yīng)抓取到故障電流區(qū)狀態(tài)數(shù)據(jù)[21]，具體如下。

使用上述信息，可得出故障區(qū)域電流流向函數(shù) fj（E）：

fi（E） = fi（E） * f （E）? ? ? ?（9）

通過(guò)故障平衡原理對(duì)配電區(qū)內(nèi)的數(shù)據(jù)展開(kāi)處理，得出配電網(wǎng)狀態(tài)信息函數(shù)：

fy（E） = 1，此區(qū)段內(nèi)存在故障點(diǎn)，需要隔離0，此區(qū)段內(nèi)不存在故障點(diǎn)

（10）

使用上述公式可完成區(qū)段內(nèi)故障點(diǎn)的判定與隔離判定。為保證隔離的效果，設(shè)定開(kāi)關(guān)函數(shù)對(duì)分段開(kāi)關(guān)的狀態(tài)進(jìn)行控制，控制系數(shù)設(shè)定為O，則有：

O = fy（E） = 1，開(kāi)關(guān)開(kāi)啟0，開(kāi)關(guān)斷開(kāi)? ? ? ? ?（11）

使用上述公式對(duì)配電網(wǎng)中的分段開(kāi)關(guān)進(jìn)行控制，提升對(duì)故障區(qū)段的隔離能力。通過(guò)對(duì)配電網(wǎng)的數(shù)學(xué)描述，提升故障定位隔離的精度。將此部分與上文中設(shè)計(jì)的配電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)優(yōu)化以及故障定位進(jìn)行連接，形成完整的設(shè)計(jì)結(jié)果。至此，考慮拓?fù)渥兓呐潆娋W(wǎng)故障區(qū)段定位及隔離方法設(shè)計(jì)完成。

2? ?仿真實(shí)驗(yàn)分析

上述部分中完成考慮拓?fù)渥兓呐潆娋W(wǎng)故障區(qū)段定位及隔離方法，單一的理論基礎(chǔ)無(wú)法完成完整的研究。因而，在方法設(shè)計(jì)完成后，應(yīng)對(duì)上述設(shè)計(jì)方法展開(kāi)檢測(cè)。在此次研究中，為明確文中設(shè)計(jì)方法的使用效果，采用仿真實(shí)驗(yàn)的形式獲取文中設(shè)計(jì)方法的使用特征。

2.1? ?實(shí)驗(yàn)環(huán)境設(shè)定

在此次實(shí)驗(yàn)中，選用典型的配電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)對(duì)文中設(shè)計(jì)的方法展開(kāi)仿真研究，具體配電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖2所示。在此網(wǎng)絡(luò)中共有30個(gè)節(jié)點(diǎn)，33條支路，現(xiàn)設(shè)定節(jié)點(diǎn)6、7、8之間發(fā)生故障。

在上述設(shè)定的配電網(wǎng)中，當(dāng)節(jié)點(diǎn)6、7、8發(fā)生故障時(shí)，節(jié)點(diǎn)0、1、2、3、4、5、6、24-27、28、29均有電流輸出。設(shè)定在網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障時(shí)，故障信息設(shè)定為1，無(wú)故障設(shè)定為0。使用設(shè)計(jì)的考慮拓?fù)渥兓呐潆娋W(wǎng)故障區(qū)段定位及隔離方法與原有不計(jì)入拓?fù)渥儞Q的故障定位方法對(duì)上述配電網(wǎng)展開(kāi)處理，對(duì)比故障定位結(jié)果。

設(shè)定網(wǎng)絡(luò)中的初始電源為U = 5 KV，當(dāng)上述設(shè)定節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)，使用文中方法與傳統(tǒng)方法對(duì)其展開(kāi)定位。在此配電網(wǎng)絡(luò)中，收斂精度取值為0.001，則各節(jié)點(diǎn)的電流、功率可經(jīng)過(guò)計(jì)算得出。因而，將電網(wǎng)中的電流、功率可作為實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)。

為提升此次實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可靠性，剔除實(shí)驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)但不需要記錄的數(shù)據(jù)。具體數(shù)據(jù)如下所示。

獲取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)后，剔除上述無(wú)用數(shù)據(jù)，得出高精度的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并展開(kāi)對(duì)比。

2.2? ?實(shí)驗(yàn)設(shè)備

在此次實(shí)驗(yàn)中，涉及到大量的仿真與運(yùn)算，為保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可靠性。對(duì)實(shí)驗(yàn)中使用的器械與設(shè)備型號(hào)進(jìn)行設(shè)定，具體實(shí)驗(yàn)設(shè)定結(jié)果如圖3所示。

上述設(shè)備分別為環(huán)境仿真設(shè)備以及高精度計(jì)算設(shè)備。通過(guò)上述兩部分完成配電網(wǎng)中的計(jì)算部分，并對(duì)計(jì)算結(jié)果展開(kāi)分析。

針對(duì)此次使用中的重點(diǎn)部分，對(duì)設(shè)備的軟件展開(kāi)設(shè)定，在此次實(shí)驗(yàn)軟件中增加計(jì)算模塊以及3D Max模塊對(duì)配電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行仿真與計(jì)算。

2.3? ?實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

通過(guò)上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，使用文中設(shè)計(jì)故障定位方法，可對(duì)配電網(wǎng)絡(luò)中的故障展開(kāi)精準(zhǔn)的定位。對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)分析可知，在節(jié)點(diǎn)6出現(xiàn)電流激增，由此可知其下一個(gè)節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障。且與故障節(jié)點(diǎn)相連的節(jié)點(diǎn)上報(bào)信息為“0”，而另一路上沒(méi)有出現(xiàn)故障的依舊有電流數(shù)據(jù)的出現(xiàn)，說(shuō)明節(jié)點(diǎn)6、7、8出現(xiàn)故障。通過(guò)與設(shè)定的故障節(jié)點(diǎn)對(duì)比可知，文中設(shè)計(jì)方法定位結(jié)果與預(yù)設(shè)故障節(jié)點(diǎn)相同。

通過(guò)上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，使用原有故障定位方法，對(duì)配電網(wǎng)絡(luò)中的故障的定位精度較差。對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)分析可知，在節(jié)點(diǎn)7出現(xiàn)電流激增，且節(jié)點(diǎn) 10-13仍有微弱的電流產(chǎn)生。此方法上報(bào)信息中節(jié)點(diǎn)10-13的故障信息為“1”，說(shuō)明對(duì)節(jié)點(diǎn)的定位出現(xiàn)誤差，由此可知，傳統(tǒng)方法的定位效果不佳。將傳統(tǒng)方法的定位結(jié)果與文中設(shè)計(jì)的方法行比較可知，文中設(shè)計(jì)方法的定位精度優(yōu)于傳統(tǒng)方法的定位精度。綜上可知，文中設(shè)計(jì)的考慮拓?fù)渥兓呐潆娋W(wǎng)故障區(qū)段定位及隔離方法優(yōu)于原有配電網(wǎng)故障區(qū)段定位及隔離方法。

將上述兩組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)導(dǎo)入matlab 3.0中，采用所提方法和傳統(tǒng)方法分別對(duì)其進(jìn)行故障定位，比較二者的準(zhǔn)確度及誤差率，所得結(jié)果如圖4、圖5所示：

由圖4可知，在規(guī)定時(shí)間為70 s內(nèi)，所提方法和傳統(tǒng)方法的定位準(zhǔn)確度均隨著時(shí)間的增加而上升。在70 s時(shí)，兩種方法均到達(dá)準(zhǔn)確度的最高值，傳統(tǒng)方法達(dá)到50%，而所提方法達(dá)到97%，由此可見(jiàn)所提方法準(zhǔn)確度高于傳統(tǒng)方法。

由圖5可知，在固定數(shù)據(jù)量100 Mb內(nèi)，傳統(tǒng)方法的定位誤差率隨著隨著的增加而上升，其誤差率最高點(diǎn)取值為18%。隨著數(shù)據(jù)量的增加，所提方法的誤差率并沒(méi)產(chǎn)生較大的變化，其誤差率在3%上下浮動(dòng)。由此可見(jiàn)所提方法比傳統(tǒng)方法誤差率低。

3? ?結(jié)? ?論

在配電網(wǎng)中有故障產(chǎn)生時(shí)，如何對(duì)故障位置展開(kāi)快速定位與隔離，對(duì)于降低停電造成的損失，縮短停電時(shí)間，提升配電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)、延長(zhǎng)配電網(wǎng)的使用壽命具有重要意義。為有效提升電網(wǎng)用戶(hù)的滿(mǎn)意度，縮短停電給用戶(hù)造成的不適感，需要設(shè)定計(jì)算過(guò)程迅速、定位精度較高的配電網(wǎng)故障定位與隔離方法。因而，設(shè)計(jì)考慮基于斷路器的拓?fù)渥兓呐潆娋W(wǎng)故障區(qū)段定位及隔離方法。此方法定精度與處理時(shí)長(zhǎng)均達(dá)到目前配電網(wǎng)處理的標(biāo)準(zhǔn)。因而，在日后的研究與工作中，可將本設(shè)計(jì)方法推廣使用，為研究與日常工作提供理論基礎(chǔ)與技術(shù)支持。

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