基于节点综合注入电流的配电网接地故障定位方法及装置

技术领域

本发明属于配电网故障区段定位技术领域，更具体地，涉及一种基于节点综合注入电流的配电网接地故障定位方法及装置。

背景技术

配电网分支节点众多，分支点将馈线划分为多个区段，区段定位即确定故障点所在区段。故障区段定位是故障精确定位的前提，同时也是故障隔离及非故障区域供电恢复的关键。因此，针对配电网故障区段定位开展研究，具有重要的现实意义。

现有配电网故障区段定位方法主要包括矩阵法、人工智能法及零模电流检测特征法；矩阵法及人工智能法利用FTU、FI等设备的故障过流信息定位故障区段，通常适用于相间故障；零模电流检测特征法利用零模电流波形相似程度或极性特征定位故障区段，实质上是一种基于零模电流差动原理的方法，适用于单相接地故障区段定位。

现有区段定位方法普遍利用电流测量信息实现故障区段定位，因而要求在全部分支点处均布置测点。然而，配电网中通过分支杆/塔构成分支点的情况极为普遍，由于杆塔的空间及受力限制，通常仅能在网络末端及部分分支点布置测点，导致配电网测点布置局部受限。目前基于零模电流检测特征的接地故障区段定位方法仍处于理论研究阶段，当前研究普遍假定测点完全布置(即各分支点及网络末端均布置测点)，限制了接地故障区段定位方法在实际工程中的推广应用。

发明内容

针对现有技术的缺陷和改进需求，本发明提供了一种基于节点综合注入电流的配电网接地故障定位方法及装置，旨在解决现有的配电网接地故障定位方法是假定测点完全布置，但实际由于杆塔的空间及受力限制，通常仅能在网络末端及部分分支点布置测点，而引起接地故障定位不准确的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面提供了一种基于节点综合注入电流的配电网接地故障定位方法，包括以下步骤：

S1、获取故障后各测点检测到的零模电压和零模电流，所述各测点布置在所述配电网的末端；

S2、以所述配电网中各分支点及网络末端为节点，将任意两个相邻的节点d、k之间的线路划为一个区段；

S3、选择任意一个区段d-k，将测点M

S4、选择任意一个节点p，且p≠d,k，推算与节点p关联的所有分支线路的零模电流之和；并计算节点p的对地电容电流；

S5、计算节点p的注入电流，进而得到节点p的综合注入电流；

S6、遍历除节点d及节点k外的节点，重复步骤S4～S5，得到对应于所述区段d-k的节点综合注入电流之和；

S7、遍历除所述区段d-k外的区段，重复步骤S3～S6，输出节点综合注入电流之和最小值对应的区段为故障区段。

进一步地，所述步骤S3中，利用所述测点M

将所述推算路径上各区段分别等效为π型集中参数模型，列写KVL方程推算测点M

进一步地，所述步骤S4中，

与节点p关联的所有分支线路的零模电流之和为：

其中，i

节点p的对地电容电流i

其中，C

进一步地，所述步骤S5具体包括：

S51、若节点p为网络末端节点，则节点p的注入电流为：

其中，i

若节点p为分支节点，则节点p的注入电流为：

S52、节点p的综合注入电流i

其中，n为采样时刻总数。

进一步地，所述步骤S6中区段d-k的节点综合注入电流之和i

其中，N为除节点d及节点k外的节点数。

本发明另一方面提供了一种基于节点综合注入电流的配电网接地故障定位装置，包括：

数据获取模块，用于获取故障后各测点检测到的零模电压和零模电流，所述各测点布置在所述配电网的末端；

区段划分模块，用于以所述配电网中各分支点及网络末端为节点，将任意两个相邻的节点d、k之间的线路划为一个区段；

第一计算模块，用于选择任意一个区段d-k，将测点M

第二计算模块，用于选择任意一个节点p，且p≠d,k，推算与节点p关联的所有分支线路的零模电流之和；并计算节点p的对地电容电流；

第三计算模块，用于计算节点p的注入电流，进而得到节点p的综合注入电流；

第四计算模块，用于遍历除节点d及节点k外的节点，重复执行所述第二计算模块和第三计算模块的操作，得到对应于所述区段d-k的节点综合注入电流之和；

输出模块，用于遍历除所述区段d-k外的区段，重复执行所述第一计算模块、第二计算模块、第三计算模块和第四计算模块的操作，输出节点综合注入电流之和最小值对应的区段为故障区段。

本发明还提供了一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述任一项所述的方法的步骤。

本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述任一项所述的方法的步骤。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案，能够取得以下有益效果：

(1)本发明提供了一种基于节点综合注入电流的配电网接地故障定位方法及装置，以所述配电网中各分支点及网络末端为节点，将任意两个相邻的节点之间的线路划为一个区段；利用网络末端处各测点检测到的零模电压及零模电流，推算测点与区段的推算路径上各分支点的电压，进而得到所有分支线路零模电流；利用推算得到的零模电流及测量电流，计算节点注入电流；进而基于多时刻测量数据，得到节点综合注入电流；最终输出节点综合注入电流之和最小值对应的区段为故障区段。如此，本发明在测点局部受限场景下，能够实现接地故障区段的无盲区定位，并且故障区段定位准确性不受中性点接地方式、过渡电阻及故障初相角的影响，具有良好的应用前景。

(2)本发明综合利用区段两端的线路推算电流计算各节点的注入电流，并综合多时刻采样数据冗余计算节点注入电流，消除计算误差、测量误差等因素对计算精度的影响，从而提高故障区段定位准确性。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种基于节点综合注入电流的配电网接地故障定位方法的流程示意图；

图2为本发明实施例提供的T型分支配电网及其零模等效网络示意图；

图3为本发明在PSCAD/EMTDC软件平台中搭建的配电网仿真测试系统示意图；

图4为本发明实例中区段B

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本实施例提供了一种基于节点综合注入电流的配电网接地故障定位方法，如图1所示，包括以下步骤：

S1、获取故障后各测点检测到的零模电压和零模电流，所述各测点布置在所述配电网的末端；

S2、以所述配电网中各分支点及网络末端为节点，将任意两个相邻的节点d、k之间的线路划为一个区段；

S3、选择任意一个区段d-k，将测点M

具体的，所述步骤S3中，利用所述测点M

S4、选择任意一个节点p，且p≠d,k，推算与节点p关联的所有分支线路的零模电流之和；并计算节点p的对地电容电流；

具体的，与节点p关联的所有分支线路的零模电流之和为：

其中，i

节点p的对地电容电流i

其中，C

S5、计算节点p的注入电流，进而得到节点p的综合注入电流；

具体的，所述步骤S5具体包括：

S51、若节点p为网络末端节点，则节点p的注入电流为：

其中，i

若节点p为分支节点，则节点p的注入电流为：

S52、节点p的综合注入电流i

其中，n为采样时刻总数。

S6、遍历除节点d及节点k外的节点，重复步骤S4～S5，得到对应于所述区段d-k的节点综合注入电流之和；

具体的，所述步骤S6中区段d-k的节点综合注入电流之和i

其中，N为除节点d及节点k外的节点数。

S7、遍历除所述区段d-k外的区段，重复步骤S3～S6，输出节点综合注入电流之和最小值对应的区段为故障区段。

下面，以图2所示的T型分支配电网及其零模等效网络为例，对本发明的技术细节进行说明。应当理解，本发明的故障区段定位方法适用于复杂拓扑结构的配电网，并不仅限于图2所示的结构，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图2中略去了电源、变压器及负荷，S、R及E为网络末端，B为分支点。同时，考虑测点局部受限场景，仅在各网络末端处布置测点M

对非故障区段RB列写KVL方程，分支点B处电压的推算值

对故障区段SB列写KVL方程，分支点B处电压的推算值

根据中点差分公式，式(1)中微分项可表示为：

式中：m为第m个采样时刻，T为采样步长。

将式(4)代入式(1)并经等式变换可得：

其中：u

式中：u

若将各网络末端端点及分支点视为节点，根据KCL方程列写节点R的注入电流i

i

式中：i

由测点M

i

同理，对于节点S，其由S端线路电流推算的节点注入电流i

i

由式(2)、(3)和式(6)，区段SB的S端线路电流推算值i

i

式中：

综合式(9)～式(12)，可得：

i

区段SB的B端线路电流推算值

i′

相应的，对于节点S，其由B端线路电流推算的节点注入电流i′

i′

综合式(15)～式(16)，可得：

i′

考虑最不利的情况，即分支点B处发生单相接地故障，则根据式(13)及(17)：

根据式(18)可知，当分支点及其附近发生单相接地故障时，通过该分支点处的线路电流计算节点注入电流，即可对故障节点进行灵敏、可靠识别,进而实现故障区段的定位。

为实现无盲区故障区段定位，综合利用区段两端的线路推算电流计算各节点的注入电流。并综合多时刻采样数据冗余计算节点注入电流，消除计算误差、测量误差等因素对计算精度的影响，以提高故障区段定位准确性。定义任意节点V

图3为本发明采用的仿真测试系统，该仿真系统采用英国城市配电网实际拓扑结构，包含15个网络端点及12个分支点，线路总长度19495m，各端点及分支点将该网络划分为26个区段，各区段编号、配电线路长度分别如表1、图3所示。该仿真测试系统中，在各网络端点处布置M

表1仿真测试系统中区段编号

以图3中区段B

由图4可以看出，f

本发明另一方面提供了一种基于节点综合注入电流的配电网接地故障定位装置，包括：

数据获取模块，用于获取故障后各测点检测到的零模电压和零模电流，所述各测点布置在所述配电网的末端；

区段划分模块，用于以所述配电网中各分支点及网络末端为节点，将任意两个相邻的节点d、k之间的线路划为一个区段；

第一计算模块，用于选择任意一个区段d-k，将测点M

第二计算模块，用于选择任意一个节点p，且p≠d,k，推算与节点p关联的所有分支线路的零模电流之和；并计算节点p的对地电容电流；

第三计算模块，用于计算节点p的注入电流，进而得到节点p的综合注入电流；

第四计算模块，用于遍历除节点d及节点k外的节点，重复执行所述第二计算模块和第三计算模块的操作，得到对应于所述区段d-k的节点综合注入电流之和；

输出模块，用于遍历除所述区段d-k外的区段，重复执行所述第一计算模块、第二计算模块、第三计算模块和第四计算模块的操作，输出节点综合注入电流之和最小值对应的区段为故障区段。

本申请实施例中提供的基于节点综合注入电流的配电网接地故障定位装置中的各个模块的实现可为计算机程序的形式。该计算机程序可在终端或服务器上运行。该计算机程序构成的程序模块可存储在电子设备的存储器上。该计算机程序被处理器执行时，实现本申请实施例中所描述方法的步骤。

本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质。一个或多个包含计算机可执行指令的非易失性计算机可读存储介质，当所述计算机可执行指令被一个或多个处理器执行时，使得所述处理器执行基于节点综合注入电流的配电网接地故障定位方法的步骤。

一种包含指令的计算机程序产品，当其在计算机上运行时，使得计算机执行基于节点综合注入电流的配电网接地故障定位方法。

本申请所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(RAM)，它用作外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据率SDRAM(DDR SDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、同步链路(Synchlink)DRAM(SLDRAM)、存储器总线(Rambus)直接RAM(RDRAM)、直接存储器总线动态RAM(DRDRAM)、以及存储器总线动态RAM(RDRAM)。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。