梁英達(dá)，田 書，劉明杭

基于相量校正的多源配電網(wǎng)故障區(qū)段定位

梁英達(dá)，田 書，劉明杭

(河南理工大學(xué)電氣工程與自動化學(xué)院，河南 焦作 454000)

為簡化含分布電源的配電網(wǎng)故障定位算法過程，并提高故障定位算法的容錯(cuò)性，以矩陣算法為基礎(chǔ)提出一種改進(jìn)的區(qū)段定位算法。首先，建立描述節(jié)點(diǎn)區(qū)段關(guān)系的結(jié)構(gòu)描述矩陣，并通過判斷是否檢測到過電流及過流方向建立故障信息矩陣。然后，利用結(jié)構(gòu)描述矩陣和故障信息矩陣相乘得到故障判斷矩陣，并根據(jù)區(qū)段對應(yīng)矩陣中行元素構(gòu)成的不同將區(qū)段劃分類型，建立各類型區(qū)段下反映所有故障情況的故障判據(jù)。最后，對照故障判斷矩陣行元素與故障判據(jù)，判斷出發(fā)生故障的區(qū)段。針對配網(wǎng)中FTU上傳信息易發(fā)生畸變的情況，提出了基于相量校正的信息畸變校正方法，通過故障電流與正常運(yùn)行電流相位差異進(jìn)行定位結(jié)果的修正，降低故障信息畸變對定位結(jié)果的影響。對DG的投切狀況以及配電網(wǎng)兩相和三相短路的單重多重故障進(jìn)行仿真，結(jié)果驗(yàn)證了所提故障定位算法的原理簡單、準(zhǔn)確度好并具有一定的容錯(cuò)能力。

配電網(wǎng)區(qū)段定位；分布式電源；矩陣算法；信息畸變；FTU

0 引言

我國在近年提出“雙碳”政策，鼓勵(lì)并支持新能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。越來越多的新能源設(shè)備接入電力系統(tǒng)，新能源發(fā)電將會在未來占有很大比例。分布式電源的不斷引入，為配電網(wǎng)的運(yùn)行穩(wěn)定和安全帶來了諸多問題，傳統(tǒng)配電網(wǎng)的運(yùn)行方式無法支持新能源配電系統(tǒng)的工作模式。如何減少配電網(wǎng)的故障次數(shù)，在配網(wǎng)發(fā)生故障后快速反應(yīng)并解決故障，恢復(fù)電力系統(tǒng)正常運(yùn)行，為用戶提供安全穩(wěn)定高質(zhì)量的電能是面臨的當(dāng)務(wù)之急[1-3]。分布式電源接入配電網(wǎng)后，電流的流動方向由原來的單向流動變?yōu)榱穗p向流動，這也意味著傳統(tǒng)配電網(wǎng)向主動配電網(wǎng)過渡。當(dāng)配電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，安裝在分段開關(guān)和斷路器處的饋線終端(feeder terminal unit, FTU)會將檢測到的故障信息上傳至系統(tǒng)主站，但經(jīng)FTU上傳的遙信信息易發(fā)生信息畸變，因此一般基于FTU的故障定位方法都需要對畸變信息校正[4-7]。同步相量測量裝置(phase measurement unit, PMU)在輸電系統(tǒng)中已得到成功應(yīng)用[8-11]，微型PMU具有電壓電流相量同步測量、遠(yuǎn)距離通信和電源供電等功能，具有高精度、高采樣率和時(shí)鐘同步等優(yōu)點(diǎn)，為配電網(wǎng)故障定位技術(shù)的發(fā)展提供了優(yōu)良的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)[12-14]。

近年來對新能源環(huán)境下的配電網(wǎng)故障定位研究層出不窮，文獻(xiàn)[15]提出多分支配電網(wǎng)分區(qū)原則和特征網(wǎng)絡(luò)微型PMU配置原則，基于多分支配電網(wǎng)的特征網(wǎng)絡(luò)劃分和微型PMU配置，研究分析特征網(wǎng)絡(luò)中分支故障情況下的故障行波極性特點(diǎn)，提出了特征網(wǎng)絡(luò)分支故障行波識別算法。文獻(xiàn)[16]結(jié)合饋線終端(FTU)檢測到的過流信息，設(shè)置了“0、1、-1”3種工作模式，表示此處是否檢測到過電流及過電流反向，可直接將電流方向考慮進(jìn)判斷矩陣。文獻(xiàn)[17]提出基于矩陣分析的故障區(qū)段定位方法，通過故障信息和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渚仃嚨冗M(jìn)行矩陣運(yùn)算求解故障饋線區(qū)段，求解原理簡單直接，但易受FTU信息畸變影響，容錯(cuò)性能低。文獻(xiàn)[18]提出了含分布式電源配電網(wǎng)故障區(qū)段定位的線性規(guī)劃模型和求解方法，適用于多個(gè)DG投切和聯(lián)絡(luò)開關(guān)開斷變化，具有一定容錯(cuò)性，但此方法適用于單重故障情況，難以較好地解決多重故障問題。文獻(xiàn)[19]對以配電網(wǎng)同步相量測量裝置為基礎(chǔ)的中壓配電網(wǎng)精確故障定位方法的研究進(jìn)行了分析和展望，指明了PMU在配電網(wǎng)中實(shí)現(xiàn)故障精確定位的優(yōu)勢和重要性。文獻(xiàn)[20]提出了一種基于矩陣算法的改進(jìn)區(qū)段定位算法，利用FTU上傳的遙信信息和遙測信息的對比，對畸變信息進(jìn)行校正，具有一定的準(zhǔn)確性和容錯(cuò)性，但原理較復(fù)雜。

針對上述方法存在的問題，本文提出一種基于矩陣算法的改進(jìn)區(qū)段定位算法，通過建立簡單的描述矩陣和故障信息矩陣，并根據(jù)歸納出的合理故障判據(jù)來判斷故障區(qū)段。針對FTU遙信信息的信息畸變問題，提出了利用同步相量測量裝置檢測的電流相位信息判斷過電流流向，再以此為參照校正畸變信息的方法。本文通過多個(gè)算例驗(yàn)證了此方法在發(fā)生信息畸變和多重故障情況下的準(zhǔn)確性。

1 基于改進(jìn)矩陣算法的故障定位方法

根據(jù)圖論相關(guān)知識，作一個(gè)含分布式電源(DG)的配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖，如圖1為配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖。圖中將配網(wǎng)當(dāng)中的各斷路器、分段開關(guān)以及聯(lián)絡(luò)開關(guān)作為節(jié)點(diǎn)[20]。

圖1 配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖

1.1 建立節(jié)點(diǎn)與區(qū)段連接關(guān)系描述矩陣

根據(jù)描述矩陣的形成規(guī)則，可得到圖1所示的配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖的描述矩陣如式(2)所示。

由式(2)可知，不同的配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)有不同的描述矩陣，當(dāng)配網(wǎng)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時(shí)，例如增加區(qū)段和節(jié)點(diǎn)時(shí)，就在矩陣中增加對應(yīng)的行和列來與之對應(yīng)，當(dāng)然增加部分同樣按照矩陣形成規(guī)則置“0”或“1”；當(dāng)某區(qū)段切除后，須將該區(qū)段在矩陣中對應(yīng)的行元素全部置零。這就表示現(xiàn)實(shí)配電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)建立后，當(dāng)配網(wǎng)部分結(jié)構(gòu)發(fā)生，結(jié)構(gòu)描述矩陣可以靈活更新。DG的投切情況除了可以直接觀測以外，也可以通過節(jié)點(diǎn)上傳的過流信息判斷，因此這里可以先不考慮DG的投切。

1.2 故障信息矩陣的建立

當(dāng)出現(xiàn)故障電流時(shí)，饋線終端(FTU)對比設(shè)置的電流越限值和所采集電流大小，判斷測量值是否越限，以遙信形式將測量信息作SOE記錄，再主動將故障信息上報(bào)到主站或子站[20]。進(jìn)而建立一個(gè)反映故障電流信息的矩陣，矩陣由配電網(wǎng)中的節(jié)點(diǎn)上傳信息組成，上傳信息包括該節(jié)點(diǎn)處是否檢測到過電流，以及過電流的方向信息。規(guī)定故障過電流方向與全網(wǎng)正方向一致，設(shè)置“-1，0，1”3種模式反映配電網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)上傳的故障電流信息，依據(jù)以上所述機(jī)制構(gòu)造信息矩陣。故障信息矩陣為對角矩陣，與描述矩陣維數(shù)相同。矩陣的對角元素的確定如式(3)所示。

假設(shè)圖1中的配電網(wǎng)區(qū)段(5)發(fā)生故障，則其對應(yīng)的故障信息矩陣如式(4)所示。

1.3 故障判斷矩陣及判據(jù)

1.3.1故障區(qū)段分類

由式(2)可以看出，一般情況下一個(gè)區(qū)段與兩個(gè)節(jié)點(diǎn)相連，則該區(qū)段對應(yīng)的矩陣中的行所包含的非零元素(即“1”)的個(gè)數(shù)為2，如區(qū)段(1)、(3)、(5)；某一行的非零元素個(gè)數(shù)為3，表示其對應(yīng)區(qū)段與3個(gè)節(jié)點(diǎn)相連，定義為“T”型區(qū)段，如區(qū)段(2)、(4)；同理，行元素個(gè)數(shù)為1，只與一個(gè)節(jié)點(diǎn)相連，如區(qū)段(6)、(7)、(8)。將矩陣中行元素?cái)?shù)為1的區(qū)段定義為末端區(qū)段。在下文的判斷矩陣中將不包括對末端區(qū)段的定位，針對末端區(qū)段定位將另立判據(jù)，該判據(jù)同樣依據(jù)節(jié)點(diǎn)過流信息，且不獨(dú)立于其他區(qū)段定位的過程。

1.3.2故障判斷矩陣的建立

1.3.3建立對應(yīng)矩陣的故障判據(jù)

當(dāng)含DG的配電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)，網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)不會產(chǎn)生過流信息，故障信息矩陣為零陣，當(dāng)配電網(wǎng)中某區(qū)段發(fā)生故障時(shí)，生成對角矩陣。判斷故障時(shí)，需將故障判斷矩陣中各區(qū)段對應(yīng)的行元素對比故障判據(jù)，就能判斷出故障區(qū)段。該判據(jù)不僅考慮到DG投切情況，也適用于單段、多段區(qū)段發(fā)生故障的情況，具體判據(jù)如下(下文“[ ]”中的數(shù)字先后順序與其對應(yīng)的行中元素從左到右的先后順序相同)：

1) 一般兩節(jié)點(diǎn)區(qū)段故障判據(jù)，當(dāng)原行非零元素變?yōu)閇1,1]時(shí)，說明該區(qū)段未發(fā)生故障；當(dāng)變?yōu)閇1,0]、[1,-1]、[0,-1]時(shí)，說明該區(qū)段發(fā)生故障。

2)“T”型區(qū)段故障判據(jù)，當(dāng)原非零元素變?yōu)閇1,1,1]、[1,0,1]、[1,1,-1]時(shí)，說明該行對應(yīng)的區(qū)段未發(fā)生故障；當(dāng)變?yōu)閇1,0,0]、[1,-1,-1]、[1,-1,0]、[1,0,-1]、[0,-1,-1]、[0,0,-1]、[0,-1,0]時(shí)，說明該區(qū)段發(fā)生故障。

3) 末端區(qū)段故障判據(jù)，要對末端區(qū)段進(jìn)行故障檢測，需要在該區(qū)段的下游增設(shè)節(jié)點(diǎn)，如圖1所示，在上述的矩陣中用到了1～8節(jié)點(diǎn)的信息，9～11節(jié)點(diǎn)為增設(shè)節(jié)點(diǎn)，用于支持上游所連接末端區(qū)段的故障判據(jù)。要判斷末端區(qū)段是否發(fā)生故障，需要結(jié)合該區(qū)段在判斷矩陣中的節(jié)點(diǎn)信息和其對應(yīng)的增設(shè)節(jié)點(diǎn)的上傳信息。若該區(qū)段兩端信息組合為[1,0]、[1,-1]、[0,-1]，說明該末端區(qū)段發(fā)生故障；若該區(qū)段兩端信息組合為[1,1]、[-1,-1]、[0，0]，說明該末端區(qū)段未發(fā)生故障。

2 DG投切對故障判據(jù)的影響

在主動配電網(wǎng)的故障定位過程中，DG的投切情況對定位過程的影響，最終都可以由節(jié)點(diǎn)上傳的過流信息反映出來。對于傳統(tǒng)的配電網(wǎng)故障定位而言，DG的接入將原單向流動的故障電流變?yōu)殡p向，因此有了上文反映電流流向的定位策略[21-25]。

如圖2所示，在含DG的配電網(wǎng)絡(luò)中，當(dāng)某一下游含分布電源的區(qū)段發(fā)生短路故障時(shí)，該區(qū)段上游節(jié)點(diǎn)流過與配網(wǎng)正方向相同的過電流，下游節(jié)點(diǎn)流過與配網(wǎng)正方向反向的過電流；當(dāng)該區(qū)段下游的DG切除后，發(fā)生短路故障時(shí)，該區(qū)段上游節(jié)點(diǎn)檢測到系統(tǒng)電源或系統(tǒng)電源協(xié)同其他分布電源的過電流，下游節(jié)點(diǎn)檢測不到過電流。這兩種情況通過前文的策略都可以在故障信息矩陣中得到描述。

圖2 DG投切對過電流流向影響

2.1 算例分析

在圖1的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中選擇一條含DG的支路進(jìn)行分析。

當(dāng)DG1從配網(wǎng)中切除而DG2投入配網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，區(qū)段(5)發(fā)生故障后，得到的信息矩陣如式(7)所示。

除式(7)所含節(jié)點(diǎn)外，節(jié)點(diǎn)9、10、11節(jié)點(diǎn)信息為0、0、-1，可得到故障判斷矩陣式(8) 。

由1.3節(jié)的判據(jù)可知，區(qū)段(5)發(fā)生故障，其他區(qū)段均未故障。由此可證明，分布式電源的投切情況可以通過設(shè)備上傳的故障信息反映出來，DG的投切最終影響某一區(qū)段故障信息的組合形式，參照合理的故障判據(jù)仍可以得到正確的故障位置結(jié)果。

2.2 DG投切條件下的判據(jù)可行性分析

由2.1節(jié)算例結(jié)果可以看出，DG的投切不影響定位的最終結(jié)果。在本文所描述的算法中，DG的投切直接影響到的是節(jié)點(diǎn)上傳的過流信息，所提策略將區(qū)段分為多種類型，對不同類型的區(qū)段故障信息分別建立判據(jù)，能夠清晰且有效地判斷出故障位置。對于單區(qū)段故障適用的同時(shí)也適用于多區(qū)段故障的情況，上文故障判據(jù)已考慮對應(yīng)類型區(qū)段下的所有情況，并能有效定位故障區(qū)段。此定位方法可以根據(jù)區(qū)段類型建立不同容量的判據(jù)，以達(dá)到定位的目的，同樣適用于含DG的復(fù)雜配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，算例結(jié)論證明了這種定位方法可行性高，定位準(zhǔn)確。

3 通過電流相角判斷過電流方向

隨著PMU在電網(wǎng)中的應(yīng)用和發(fā)展，檢測信息的準(zhǔn)確性將越來越高。在含DG的配電網(wǎng)中，故障后電流與故障前負(fù)荷電流的相角有較大差異[26-29]。

圖3 故障電流示意圖

3.1 三相短路故障電流相位特征

配網(wǎng)發(fā)生三相短路故障時(shí)，分析線路暫態(tài)電流相位關(guān)系，等效線路如圖4所示。

圖4 三相短路等效圖

圖4中B點(diǎn)為檢測點(diǎn)，F(xiàn)1、F2為上下游設(shè)置的故障點(diǎn)位置，故障前負(fù)載電流可以由式(9)得到。

式中：為F1點(diǎn)短路時(shí)B處測得的暫態(tài)電流；為DG側(cè)電壓。對比式(9)、式(10)暫態(tài)狀態(tài)下等式右側(cè)電壓部分可知，的值較小，相位超前于，式(10)中電壓向量取了負(fù)值，其相位較式(9)電壓相位落后。所以得到落后于。負(fù)荷電流與電壓相量關(guān)系如圖5所示。

切除DG后的三相短路等效電路如圖6所示。

圖6 切除DG的三相短路等效圖

圖7 電流相位關(guān)系圖

3.2 兩相短路故障電流相位特征

假設(shè)配電線路a、b兩相發(fā)生短路故障，現(xiàn)只對發(fā)生兩相短路故障時(shí)的正序暫態(tài)電流與故障前電流作相位比對分析，圖8為兩相短路示意圖。

式中：為F1故障時(shí)暫態(tài)正序電流分量；為F1故障點(diǎn)電壓；、為正負(fù)序網(wǎng)絡(luò)阻抗。

當(dāng)F2點(diǎn)短路時(shí)，短路電流表達(dá)式為

切除分布電源后發(fā)生兩相短路故障的情況如圖9所示。

圖9 不含DG的兩相短路故障圖

由圖9可知，當(dāng)F1點(diǎn)故障時(shí)，B點(diǎn)未檢測到故障電流。當(dāng)下游的F2發(fā)生故障時(shí)，可計(jì)算得到故障電流正序分量相角為正，落后于故障前負(fù)荷電流。

圖10 正序電流相位關(guān)系圖

兩相接地短路故障與兩相短路故障原理相同，其故障電流相位均與故障點(diǎn)電壓相位相關(guān)。

4 基于電流相位信息的畸變信息校正

4.1 信息畸變校正原理

在以饋線終端(FTU)為基礎(chǔ)的信息傳輸系統(tǒng)中，遙信信息發(fā)生信息畸變不可避免。外部環(huán)境以及噪聲干擾、延遲等因素會使定位結(jié)果發(fā)生誤判或漏判。誤判和漏判方式如表1所示。

表1 信息畸變形式

在圖1配電網(wǎng)中，若區(qū)段(3)發(fā)生故障，同時(shí)節(jié)點(diǎn)4發(fā)生漏報(bào)，區(qū)段(3)、(4)的故障信息變?yōu)閇1,0]、[0,-1,-1]，此時(shí)參照判據(jù)得到(3)、(4)同時(shí)故障，對兩區(qū)段對應(yīng)的節(jié)點(diǎn)信息修正，可得到正確結(jié)果；若節(jié)點(diǎn)4發(fā)生誤報(bào)，(3)、(4)故障信息變?yōu)閇1,1]、[1,-1,-1]，得到區(qū)段(4)發(fā)生故障，對該區(qū)段對應(yīng)節(jié)點(diǎn)4、5、7故障信息進(jìn)行修正，修正后結(jié)果為[1,-1]、[-1,-1,-1]，修正后結(jié)果正確。同理，當(dāng)對照故障判據(jù)檢測到故障區(qū)段后，只要對所有故障區(qū)段作故障信息修正，即可得到正確的故障位置。

但有一種情況較為特殊，當(dāng)故障判斷矩陣相比網(wǎng)絡(luò)描述矩陣無變化，而故障信息矩陣并非零陣時(shí)，說明配電網(wǎng)確實(shí)發(fā)生了故障。此時(shí)應(yīng)對系統(tǒng)電源和分布電源端節(jié)點(diǎn)作校正。

4.2 信息畸變校正過程

本文提出的信息畸變校正方法需要在復(fù)雜配電網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)處配置微型同步相量測量裝置(PMU)，以獲得信息校正過程中所需的電流相位信息。如圖11所示，在含DG的配網(wǎng)各開關(guān)節(jié)點(diǎn)安裝微型PMU，用于獲取故障前后節(jié)點(diǎn)處的電流相位。

圖11 微型PMU配置圖

Fig.11 Micro PMU configuration diagram

畸變信息的校正過程：

1) 提取配網(wǎng)故障后的故障判斷矩陣。

2) 根據(jù)故障判據(jù)推斷矩陣中故障區(qū)段。

3) 找到與故障區(qū)段相關(guān)聯(lián)的節(jié)點(diǎn)。

4) 采集關(guān)聯(lián)節(jié)點(diǎn)處故障前后電流相位信息，并通過第3節(jié)的相量分析方法對電流相位進(jìn)行分析，判斷節(jié)點(diǎn)處的過電流流向。

5) 通過步驟(4)的分析，重新將關(guān)聯(lián)節(jié)點(diǎn)信息置“1、0、-1”。

6) 經(jīng)過步驟(5)對故障區(qū)段關(guān)聯(lián)節(jié)點(diǎn)的信息修正后，重新生成故障信息矩陣，再右乘結(jié)構(gòu)描述矩陣，得到修正后的故障判斷矩陣。

7) 最終由修正后的矩陣對應(yīng)故障判據(jù)得出故障區(qū)段。

總而言之，是對故障判斷矩陣得到的故障區(qū)段節(jié)點(diǎn)信息進(jìn)行查找對比，由同步相量檢測設(shè)備測出故障節(jié)點(diǎn)處有關(guān)相量信息，判斷出對應(yīng)節(jié)點(diǎn)處過電流流向，以此為參照完成節(jié)點(diǎn)故障信息修正。

5 仿真分析

以圖12所示的含DG配電網(wǎng)系統(tǒng)圖為例，S表示系統(tǒng)主電源，考慮分布電源DG1、DG2的投切對配網(wǎng)定位的影響。通過系統(tǒng)發(fā)生單重、多重的三相或兩相短路故障進(jìn)行仿真測試，驗(yàn)證本文所提方法的適用性。

圖12 含DG的配電網(wǎng)系統(tǒng)圖

5.1 兩相短路故障的故障定位仿真

如圖12所示，對此系統(tǒng)不同位置進(jìn)行單重和多重兩相短路故障的測試，證明本文所提方法的有效性，測試結(jié)果如表2和表3所示。

如表2和表3所示，表中相位差一欄表示故障電流正序分量的相位角與負(fù)載電流相位角的差值，負(fù)值表示故障后相位超前故障前，正值表示故障后相位落后于故障前。在表3中，當(dāng)區(qū)段(4)、(9)同時(shí)故障時(shí)，節(jié)點(diǎn)5未檢測到過電流，因此節(jié)點(diǎn)5處故障信息為“0”。區(qū)段(4)為“T”型區(qū)段，區(qū)段內(nèi)故障點(diǎn)的位置不同，產(chǎn)生的故障信息不同。表2中增設(shè)了DG1切除后的故障定位結(jié)果，可以看出當(dāng)分布電源切除后，部分檢測節(jié)點(diǎn)檢測不到過電流，依據(jù)1.3節(jié)的故障判據(jù)仍可以判斷故障位置。所以當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生兩相的單重多重短路故障時(shí)，本文所提方法能夠準(zhǔn)確定位故障位置。

表2 兩相短路單重故障測試結(jié)果

表3 兩相短路多重故障測試結(jié)果

5.2 三相短路故障的故障定位仿真

三相短路定位過程對照兩相短路仿真的故障區(qū)段進(jìn)行仿真分析。表4為三相短路時(shí)單重故障的測試結(jié)果，表5為三相短路時(shí)多重故障的測試結(jié)果。表5中切除DG1后區(qū)段(4)的下游檢測相位差為負(fù)值，區(qū)段(9)的上游檢測相位差為正值，在結(jié)合是否檢測到過電流的結(jié)果后，輸出的故障信息分別為[1,0]、[0,-1]，根據(jù)故障判據(jù)判斷后故障區(qū)段未發(fā)生誤判，該結(jié)果說明了本文所提方法的準(zhǔn)確性。

表4 三相短路單重故障測試結(jié)果

表5 三相短路多重故障測試結(jié)果

5.3 信息畸變影響下的故障定位仿真

5.1節(jié)、5.2節(jié)分別驗(yàn)證了三相短路和兩相短路故障下，未發(fā)生信息畸變的定位結(jié)果，同時(shí)驗(yàn)證了DG投切對定位的影響。本節(jié)將針對圖6所示的配電網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)生信息畸變情況下，通過第4節(jié)所描述信息修正方法對系統(tǒng)發(fā)生短路情況進(jìn)行驗(yàn)證，由于三相短路與兩相短路驗(yàn)證過程差異不大，在此不作詳細(xì)說明。驗(yàn)證結(jié)果如表6所示。

表6 畸變信息校正的故障定位測試

由表6數(shù)據(jù)可知，在測試過程中，單個(gè)或多個(gè)節(jié)點(diǎn)信息發(fā)生畸變，經(jīng)修正后均能得到正確定位結(jié)果，表中“—”表示無結(jié)果所述特殊情況，當(dāng)電源側(cè)區(qū)段發(fā)生故障且末端節(jié)點(diǎn)上傳信息發(fā)生畸變時(shí)，經(jīng)信息修正后可以得到正確定位結(jié)果。因此，由表1—表6的所有數(shù)據(jù)可以總結(jié)出，本文所提故障定位算法及畸變信息修正方法具有一定的準(zhǔn)確性。

6 結(jié)論

本文所提以矩陣為基礎(chǔ)的新算法只需建立結(jié)構(gòu)矩陣和故障信息矩陣，不需要將DG的投切情況考慮進(jìn)矩陣中，這樣簡化了建立判斷矩陣的步驟，減少了矩陣計(jì)算過程中發(fā)生錯(cuò)誤的因素，同時(shí)降低了計(jì)算時(shí)間。在故障判據(jù)中考慮了分布電源的投切情況，結(jié)合本文引用的相量分析方法，有效地定位不同故障類型下的單重多重故障，能很好地應(yīng)對信息畸變問題，保證定位過程完整的同時(shí)也提高了定位結(jié)果的容錯(cuò)性。但當(dāng)同一支路上的兩區(qū)段同時(shí)發(fā)生故障，且支路下游未接入電源時(shí)，處于下游位置的故障區(qū)段在上游故障區(qū)段修復(fù)之前，不容易被定位，需要逐級檢測并恢復(fù)故障區(qū)段。

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Fault section location of multi-source distribution network based on phasor correction

LIANG Yingda, TIAN Shu, LIU Minghang

(School of Electrical Engineering and Automation, Henan Polytechnic University, Jiaozuo 454000, China)

To simplify the process of using a distribution network fault location algorithm with distributed generation, and to improve the fault tolerance of the algorithm, an improved section location algorithm is proposed based on a matrix algorithm. First, a structural description matrix to describe the relationship between node and sections is established. To determine whether the overcurrent and its direction are detected, the fault information matrix is established. Then, the fault judgment matrix is obtained by multiplying the structural description matrix and the fault information matrix. The section is divided into different types according to the row elements in the section corresponding matrix, and the fault criterion is established to reflect all the fault conditions in each type of section. Finally, the fault section is determined by comparing the row elements of the fault judgment matrix and the fault criterion. Since FTU upload information is prone to distortion in a distribution network, this paper proposes an information distortion correction method based on phasor correction. The positioning results are corrected by the phase difference between the fault current and the normal operation current, and the influence of fault information distortion on the positioning results is reduced. The switching status of DG and the single and multiple faults of two-phase and three-phase short circuits in a distribution network are simulated. The simulation results verify that the fault location algorithm proposed in this paper is simple in principle, has good accuracy and a certain fault tolerance.

distribution network section positioning; distributed generation; matrix algorithm; information distortion; FTU

10.19783/j.cnki.pspc.220509

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目資助(61403127)

This work is supported by the National Natural Science Foundation of China (No. 61403127).

2022-04-11；

2022-05-13

梁英達(dá)(1995—)，男，通信作者，在讀碩士研究生，主要研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)故障診斷；E-mail: 1984978854@ qq.com

田 書(1963—)，女，碩士，教授，碩士生導(dǎo)師，主要研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)運(yùn)行與控制、繼電保護(hù)；E-mail: ts8917815@163.com

劉明杭(1996—)，男，在讀碩士研究生，主要研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)優(yōu)化調(diào)度。E-mail: 924654908@qq.com

(編輯 周金梅)