一種基于pmu的配電網(wǎng)故障定位系統(tǒng)及其方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于PMU的配電網(wǎng)故障定位系統(tǒng)及其方法，該平臺(tái)包括若干個(gè)變電站外PMU，其分別安裝于變電站外的配電網(wǎng)預(yù)設(shè)節(jié)點(diǎn)處；所述變電站外PMU實(shí)時(shí)獲取安裝的配電網(wǎng)預(yù)設(shè)節(jié)點(diǎn)的電壓電流信息，并同步傳送至變電站內(nèi)PMU；變電站外PMU還連接至同一全球定位系統(tǒng)GPS上，變電站外PMU還將其自身位置信息傳送至變電站內(nèi)PMU；變電站內(nèi)PMU安裝于出線端；所述變電站內(nèi)PMU根據(jù)接收的變電站外PMU同步傳送來的電壓電流信息以及變電站外PMU的位置信息進(jìn)行故障選線和故障測(cè)距的計(jì)算；變電站內(nèi)PMU將計(jì)算得到的故障選線和故障測(cè)距結(jié)果傳送至云端服務(wù)器進(jìn)行存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)發(fā)。
【專利說明】
一種基于PMU的配電網(wǎng)故障定位系統(tǒng)及其方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于配電網(wǎng)故障領(lǐng)域，尤其涉及一種基于PMU的配電網(wǎng)故障定位系統(tǒng)及其 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，穩(wěn)定持續(xù)的供電變得尤為重要。近年來，我國(guó)的配電網(wǎng) 結(jié)構(gòu)變得越來越復(fù)雜，加之新能源電源和多類型負(fù)載的加入，使得配電網(wǎng)出現(xiàn)故障的概率 不斷增大，如何不受配電網(wǎng)的中性點(diǎn)接地方式和故障類型不同的影響而有效快速的找到故 障線路和故障點(diǎn)位置成為時(shí)下研究的重點(diǎn)。
[0003] 配電網(wǎng)故障定位的研究目的主要包括兩個(gè)方面:一是提高故障定位智能系統(tǒng)、裝 置以及方法措施的可靠性和準(zhǔn)確性以降低停電時(shí)間，提高電力企業(yè)運(yùn)行的可靠性;二是優(yōu) 化故障定位測(cè)量裝置的配置數(shù)量、安裝位置，降低配電網(wǎng)在這方面的投資、運(yùn)行成本。
[0004] 隨著我國(guó)電網(wǎng)向智能化發(fā)展，越來越多的智能化設(shè)備開始投入到電網(wǎng)的實(shí)際運(yùn)行 中，如相量測(cè)量裝置(PMU)。通過新型的設(shè)備可以獲取全網(wǎng)各測(cè)量節(jié)點(diǎn)的同步數(shù)據(jù)，并可對(duì) 數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)雜的運(yùn)算，如離散傅里葉變換(DFT)等。利用各PMU提供的同步數(shù)據(jù)通過雙端算 法可不受中性點(diǎn)接地方式、故障類型和過渡電阻的影響來實(shí)現(xiàn)故障精確定位。
[0005] 現(xiàn)有故障定位所存在的問題:現(xiàn)有的故障選線和故障測(cè)距是獨(dú)立分開的，并非形 成一個(gè)獨(dú)立運(yùn)行故障定位系統(tǒng)，使得采用的定位方法大都單一，即增加了實(shí)際應(yīng)用中的復(fù) 雜度，也降低了故障定位的精確度;無論是故障選線還是故障測(cè)距都受到中性點(diǎn)接地方式 和故障類型的影響，使得針對(duì)不同的中性點(diǎn)接地方式和故障類型采用不同的故障定位方 法;在實(shí)際應(yīng)用中，由于各測(cè)量節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)無法得到鏈接匯總，使得故障選線和測(cè)距大 部分都只用到了故障線路單端。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為了解決現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明提供一種基于PMU的配電網(wǎng)故障定位系統(tǒng)及其 方法。該平臺(tái)能夠?qū)⑦x線和故障定位同時(shí)實(shí)現(xiàn)，而且當(dāng)配電網(wǎng)發(fā)生變化時(shí)，該平臺(tái)能夠?qū)崟r(shí) 感知配電網(wǎng)的臺(tái)拓?fù)渥兓?本發(fā)明的變電站內(nèi)PMU能夠根據(jù)接收的變電站外PMU同步傳送來 的電壓電流信息以及變電站外PMU的位置信息進(jìn)行故障選線和故障測(cè)距的計(jì)算，從而減少 上傳至服務(wù)器的數(shù)據(jù)量，減輕了服務(wù)器的壓力。
[0007] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
[0008] -種基于PMU的配電網(wǎng)故障定位系統(tǒng)，包括：
[0009] 若干個(gè)變電站外PMU，其分別安裝于變電站外的配電網(wǎng)預(yù)設(shè)節(jié)點(diǎn)處;所述變電站外 PMU實(shí)時(shí)獲取安裝的配電網(wǎng)預(yù)設(shè)節(jié)點(diǎn)的電壓電流信息，并同步傳送至變電站內(nèi)PMU;
[0010] 所述變電站外PMU還連接至同一全球定位系統(tǒng)GPS上，變電站外PMU還將其自身位 置信息傳送至變電站內(nèi)PMU;
[0011 ]所述變電站內(nèi)PMU根據(jù)接收的變電站外PMU同步傳送來的電壓電流信息以及變電 站外PMU的位置信息進(jìn)行故障選線和故障測(cè)距的計(jì)算；
[0012] 所述變電站內(nèi)PMU將計(jì)算得到的故障選線和故障測(cè)距結(jié)果傳送至云端服務(wù)器進(jìn)行 存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)發(fā)。
[0013] 所述變電站外PMU與電壓互感器和電流互感器分別相連，所述電壓互感器和電流 互感器均與變電站外PMU的安裝在同一配電網(wǎng)預(yù)設(shè)節(jié)點(diǎn)處。
[0014] 所述變電站外PMU通過通信單元與變電站內(nèi)PMU相互通信。
[0015] 所述通信單元為4G網(wǎng)絡(luò)通信單元或WIFI無線網(wǎng)絡(luò)通信單元。
[0016]所述云端服務(wù)器還與遠(yuǎn)程監(jiān)控終端相連。
[0017] -種基于PMU的配電網(wǎng)故障定位系統(tǒng)的工作方法，包括以下步驟：
[0018] 步驟（1):搭建配電網(wǎng)故障定位系統(tǒng);將變電站外PMU配置到變電站外的配電網(wǎng)預(yù) 設(shè)節(jié)點(diǎn)處，所有變電站外PMU連接至同一全球定位系統(tǒng)GPS上；
[0019] 步驟(2):采集電壓電流信息和位置信息;變電站外PMU實(shí)時(shí)獲取安裝的配電網(wǎng)預(yù) 設(shè)節(jié)點(diǎn)的電壓電流信息并同步傳送至變電站內(nèi)PMU，變電站外PMU還將其自身位置信息傳送 至變電站內(nèi)PMU;
[0020] 步驟(3):計(jì)算故障選線和故障測(cè)距;變電站內(nèi)PMU根據(jù)接收的變電站外PMU同步傳 送來的電壓電流信息以及變電站外PMU的位置信息進(jìn)行故障選線和故障測(cè)距的計(jì)算，并將 計(jì)算得到的故障選線和故障測(cè)距結(jié)果傳送至云端服務(wù)器進(jìn)行存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)發(fā)。
[0021] 所述步驟(2)中，變電站外PMU通過電壓互感器和電流互感器實(shí)時(shí)獲取安裝的配電 網(wǎng)預(yù)設(shè)節(jié)點(diǎn)的電壓電流信息。
[0022] 在步驟(2)中，變電站外PMU還將實(shí)時(shí)獲取安裝的配電網(wǎng)預(yù)設(shè)節(jié)點(diǎn)的電壓電流信息 進(jìn)行傅里葉變換處理，得到電壓信息和電流信息的三相電壓和三相電流的基波向量值。
[0023] 所述步驟(3)中，故障選線的過程包括：
[0024]步驟(3.1 ? 1):設(shè)置負(fù)序電流的整定值，
[0025] 步驟(3.1.2):通過對(duì)稱分量法計(jì)算出配電網(wǎng)預(yù)設(shè)節(jié)點(diǎn)處負(fù)序電流的相量值并獲 取相量的實(shí)部和虛部；
[0026] 步驟(3.1.3):篩選構(gòu)成線路兩個(gè)端點(diǎn)的配電網(wǎng)預(yù)設(shè)節(jié)點(diǎn)，對(duì)篩選出的配電網(wǎng)預(yù)設(shè) 節(jié)點(diǎn)處的負(fù)序電流相量作差并求其絕對(duì)值，通過計(jì)算得到的絕對(duì)值與整定值進(jìn)行比較來判 斷故障線路。
[0027]所述步驟(3)中，根據(jù)雙端法進(jìn)行故障測(cè)距。
[0028]本發(fā)明的有益效果為：
[0029 ] (1)本發(fā)明的故障定位平臺(tái)所包含的所有PMU主要分為站內(nèi)PMU和站外PMU;站外的 PMU的計(jì)算結(jié)果通過網(wǎng)絡(luò)傳至站內(nèi)PMU，站內(nèi)PMU接收所有節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)，再利用獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行 相關(guān)的故障定位計(jì)算;站內(nèi)PMU故障定位的計(jì)算結(jié)果再通過站內(nèi)網(wǎng)絡(luò)傳至云端服務(wù)器，這樣 就可以將故障定位等算法放在底層，減少了數(shù)據(jù)的延遲，即減輕了服務(wù)器的壓力，也增加了 故障定位快速性；
[0030] (2)本發(fā)明的故障定位的平臺(tái)具有靈活性，在故障定位的算法改變時(shí)或用作其他 用途時(shí)，可通過網(wǎng)絡(luò)將算法下載至各平臺(tái)的PMU，并對(duì)各PMU進(jìn)行配置，進(jìn)行各PMU進(jìn)行配置 時(shí)的數(shù)據(jù)傳輸方向?yàn)?服務(wù)器一站內(nèi)PMU-站外PMU。
【附圖說明】
[0031]圖1是本發(fā)明的基于PMU的配電網(wǎng)故障定位系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖2是本發(fā)明的PMU測(cè)量節(jié)點(diǎn)圖；
[0033]圖3是雙電源環(huán)形供電網(wǎng)絡(luò)示意圖；
[0034]圖4a)是小電流接地系統(tǒng)單相接地故障電路圖；
[0035]圖4b)是小電流接地系統(tǒng)單相接地故障的負(fù)序等效網(wǎng)絡(luò)；
[0036]圖5是雙端電源故障示意圖；
[0037]圖6是正序網(wǎng)絡(luò)沿線推導(dǎo)電壓幅值。
【具體實(shí)施方式】
[0038]下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明：
[0039] 如圖1所示，本發(fā)明的基于PMU的配電網(wǎng)故障定位系統(tǒng)，包括：
[0040] 若干個(gè)變電站外PMU，其分別安裝于變電站外的配電網(wǎng)預(yù)設(shè)節(jié)點(diǎn)處;所述變電站外 PMU實(shí)時(shí)獲取安裝的配電網(wǎng)預(yù)設(shè)節(jié)點(diǎn)的電壓電流信息，并同步傳送至變電站內(nèi)PMU;
[0041 ] 所述變電站外PMU還連接至同一全球定位系統(tǒng)GPS上，變電站外PMU還將其自身位 置信息傳送至變電站內(nèi)PMU;
[0042]所述變電站內(nèi)PMU根據(jù)接收的變電站外PMU同步傳送來的電壓電流信息以及變電 站外PMU的位置信息進(jìn)行故障選線和故障測(cè)距的計(jì)算；
[0043] 所述變電站內(nèi)PMU將計(jì)算得到的故障選線和故障測(cè)距結(jié)果傳送至云端服務(wù)器進(jìn)行 存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)發(fā)。
[0044]其中，變電站內(nèi)PMU安裝于出線端。
[0045] 所述變電站外PMU與電壓互感器和電流互感器分別相連，所述電壓互感器和電流 互感器均與變電站外PMU的安裝在同一配電網(wǎng)預(yù)設(shè)節(jié)點(diǎn)處。
[0046] 所述變電站外PMU通過通信單元與變電站內(nèi)PMU相互通信。
[0047] 所述通信單元為4G網(wǎng)絡(luò)通信單元或WIFI無線網(wǎng)絡(luò)通信單元。
[0048] 每個(gè)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)流方向是雙向的，針對(duì)故障定位平臺(tái)，變電站外PMU只需計(jì)算出本 平臺(tái)采用的故障定位法所需要的數(shù)據(jù)，目的是減少通過4G網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，從而達(dá)到節(jié) 省流量的目的。采用4G網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)闹饕康模阂环矫?G網(wǎng)絡(luò)傳輸速度快，數(shù)據(jù)的延遲相對(duì)較 小，很適合故障定位快速尋找故障線路和故障點(diǎn)的要求，另一方面不用在平臺(tái)內(nèi)鋪設(shè)光纖 或普通網(wǎng)線，減少了成本，增加了安裝的方便性。
[0049] 由于移動(dòng)通信4G網(wǎng)絡(luò)具有通信速度快、網(wǎng)絡(luò)頻譜寬，通信靈活等特點(diǎn)，為了使故障 定位系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸延遲達(dá)到最低，所以變電站外安裝的PMU與變電站內(nèi)安裝的PMU通過移 動(dòng)通信4G無線網(wǎng)絡(luò)連接，變電站內(nèi)PMU與云端服務(wù)器通過變電站內(nèi)已建成的以太網(wǎng)絡(luò)連接。
[0050] 為了減少4G無線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸量，并充分發(fā)揮故障定位系統(tǒng)的特點(diǎn)，將充分利用 各個(gè)已安裝的設(shè)備計(jì)算功能。已安裝的設(shè)備采集節(jié)點(diǎn)電壓電流數(shù)據(jù)后直接在本裝置的嵌入 式系統(tǒng)計(jì)算，并將計(jì)算后同步數(shù)據(jù)通過4G網(wǎng)絡(luò)上傳至變電站內(nèi)PMU。變電站內(nèi)PMU將每個(gè)節(jié) 點(diǎn)的數(shù)據(jù)匯總并處理，并將處理結(jié)果上傳至云端服務(wù)器。云端服務(wù)器的指令也會(huì)通過有線 傳至變電站內(nèi)PMU再通過無線傳至變電站外PMU。
[0051] 進(jìn)一步地，云端服務(wù)器還與遠(yuǎn)程監(jiān)控終端相連。
[0052] 當(dāng)配電網(wǎng)發(fā)生變化時(shí)，該平臺(tái)能夠?qū)崟r(shí)感知配電網(wǎng)的臺(tái)拓?fù)渥兓?br>[0053] 我國(guó)的配電網(wǎng)可以分為高壓配電網(wǎng)（35-110KV)、中壓配電網(wǎng)（6-10KV)及低壓配電 網(wǎng)（220/380V)，低壓配電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)密度及復(fù)雜度高于中壓配電網(wǎng)，中壓配電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)密度 及復(fù)雜程度也高于高壓配電網(wǎng)。隨著電網(wǎng)的向主動(dòng)配電網(wǎng)快速發(fā)展，越來越多的新能源電 源會(huì)加入到配電網(wǎng)絡(luò)中。所以對(duì)電網(wǎng)的主動(dòng)調(diào)控使得電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)會(huì)實(shí)時(shí)的發(fā)生變 化，從而導(dǎo)致初步建成的故障定位系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)也并不是一成不變。原始故障定位系統(tǒng)拓 撲的改變會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)的傳輸及故障選線產(chǎn)生影響。配電網(wǎng)主要有輻射狀網(wǎng)、樹狀網(wǎng)、環(huán)狀網(wǎng)等 接線方式。本系統(tǒng)將以如圖3所示的雙電源環(huán)形供電網(wǎng)絡(luò)為例，說明拓?fù)涞淖詣?dòng)調(diào)整。
[0054] 如圖3所示一個(gè)簡(jiǎn)易的雙電源環(huán)形供電網(wǎng)絡(luò)示意圖，環(huán)形網(wǎng)絡(luò)共有設(shè)置10個(gè)測(cè)量 節(jié)點(diǎn)。電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)，圖示電網(wǎng)中間的開關(guān)會(huì)處于斷開狀態(tài)，兩側(cè)的電源正常供電，當(dāng)一 側(cè)的電源無法正常供電時(shí)，中間的開關(guān)合閉，由另一側(cè)的電源給整個(gè)網(wǎng)絡(luò)供電?，F(xiàn)將圖示網(wǎng) 絡(luò)按照虛線將其分為兩個(gè)系統(tǒng)，系統(tǒng)1中設(shè)有N(l-l)…N(l-4)四個(gè)從測(cè)量節(jié)點(diǎn)和N(l-〇) - 個(gè)主測(cè)量節(jié)點(diǎn)，系統(tǒng)2中設(shè)有N(2-l)…N(2-4)四個(gè)測(cè)量節(jié)點(diǎn)和N(2-0)-個(gè)主測(cè)量節(jié)點(diǎn)，其中 節(jié)點(diǎn)N(l-〇)及N(2-0)分別安裝在變電站1和變電站2中。此時(shí)站外的測(cè)量節(jié)點(diǎn)會(huì)實(shí)時(shí)的采集 該節(jié)點(diǎn)的三相電流電壓數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)在節(jié)點(diǎn)測(cè)量裝置的嵌入式系統(tǒng)初步處理，如:計(jì)算正序、 負(fù)序、零序參數(shù)等。之后會(huì)通過4G網(wǎng)絡(luò)被傳送到站內(nèi)節(jié)點(diǎn)N( 1-0)及N( 2-0)。站內(nèi)節(jié)點(diǎn)對(duì)站外 節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)處理打包通過站內(nèi)已有的以太網(wǎng)傳到云端服務(wù)器。
[0055] 假設(shè)變電站2停止供電，變電站1對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)供電。此時(shí)原屬于系統(tǒng)2的站內(nèi)節(jié)點(diǎn)N (2-0)已經(jīng)無法接收N(2-l)…N(2-4)四個(gè)節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，即故障定位系統(tǒng)2的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)被 打破。由于云端服務(wù)器已知電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)?，所以云端服?wù)器會(huì)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞淖兓?達(dá)節(jié)點(diǎn)變更指令，將系統(tǒng)2中的N(2-l)~N(2-4)四個(gè)節(jié)點(diǎn)變更為相鄰系統(tǒng)1的N(1-5)~N(1-9)節(jié)點(diǎn)。最終則會(huì)形成一個(gè)擁有10節(jié)點(diǎn)的故障定位系統(tǒng)1。節(jié)點(diǎn)變更完后，節(jié)點(diǎn)N(l-〇)則會(huì) 接收來自節(jié)點(diǎn)N(l-l)…N(l-8)的數(shù)據(jù)。
[0056] 電力網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞淖兓厝粫?huì)對(duì)故障定位系統(tǒng)的拓?fù)湓斐捎绊憽－h(huán)形供電網(wǎng)絡(luò)發(fā)生 單側(cè)電源無法供電時(shí)，為了使故障定位系統(tǒng)實(shí)時(shí)的適應(yīng)電網(wǎng)的拓?fù)渥兓?，云端服?wù)器對(duì)電 網(wǎng)中測(cè)量裝置的配置過程。當(dāng)一個(gè)故障定位系統(tǒng)F(n)中的測(cè)量節(jié)點(diǎn)被人為的脫離本系統(tǒng)并 接入到相鄰的故障定位系統(tǒng)F(n+1)時(shí)，發(fā)生拓?fù)渥兓挠蠪(n)和F(n+1)兩個(gè)系統(tǒng)。所以云 端服務(wù)器需對(duì)兩個(gè)系統(tǒng)的主從節(jié)點(diǎn)進(jìn)行配置。
[0057] 對(duì)于如圖2所示的單電源供電網(wǎng)絡(luò)，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)會(huì)組成一個(gè)故障定位系統(tǒng)。將整個(gè)系 統(tǒng)分為6段，分別為L(zhǎng)(1)'"L(6)，假設(shè)系統(tǒng)的L(6)段之間的開關(guān)被人為斷開，則從節(jié)點(diǎn)N(6-2)就會(huì)被孤立開。此時(shí)從節(jié)點(diǎn)N(6-2)的測(cè)量數(shù)據(jù)對(duì)于段落L(6)的故障定位就不會(huì)有任何作 用，所以云端服務(wù)器需對(duì)故障定位系統(tǒng)進(jìn)行重新配置。
[0058]圖2所示的N(6_2)節(jié)點(diǎn)被孤立時(shí)，由于該從節(jié)點(diǎn)脫離網(wǎng)絡(luò)后并未與其它網(wǎng)絡(luò)相連 接，所以故障定位系統(tǒng)拓?fù)洳⒉粫?huì)發(fā)生變化，該節(jié)點(diǎn)仍然屬于故障定位系統(tǒng)F(n)。云端服務(wù) 器只需將脫離拓?fù)涞墓?jié)點(diǎn)編號(hào)下傳至系統(tǒng)主節(jié)點(diǎn)，主節(jié)點(diǎn)根據(jù)節(jié)點(diǎn)編號(hào)改變裝置的配置參 數(shù)。如在故障選線中，L(6)線段不參與故障選線，N(6-2)節(jié)點(diǎn)上傳至主節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)不會(huì)被處 理，只會(huì)被暫時(shí)存儲(chǔ)。
[0059]本發(fā)明的基于PMU的配電網(wǎng)故障定位系統(tǒng)的工作方法，包括以下步驟：
[0060] 步驟（1):搭建配電網(wǎng)故障定位系統(tǒng);將變電站外PMU配置到變電站外的配電網(wǎng)預(yù) 設(shè)節(jié)點(diǎn)處，所有變電站外PMU連接至同一全球定位系統(tǒng)GPS上；
[0061] 步驟(2):采集電壓電流信息和位置信息;變電站外PMU實(shí)時(shí)獲取安裝的配電網(wǎng)預(yù) 設(shè)節(jié)點(diǎn)的電壓電流信息并同步傳送至變電站內(nèi)PMU，變電站外PMU還將其自身位置信息傳送 至變電站內(nèi)PMU;
[0062]步驟(3):計(jì)算故障選線和故障測(cè)距;變電站內(nèi)PMU根據(jù)接收的變電站外PMU同步傳 送來的電壓電流信息以及變電站外PMU的位置信息進(jìn)行故障選線和故障測(cè)距的計(jì)算，并將 計(jì)算得到的故障選線和故障測(cè)距結(jié)果傳送至云端服務(wù)器進(jìn)行存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)發(fā)。
[0063] 所述步驟(2)中，變電站外PMU通過電壓互感器和電流互感器實(shí)時(shí)獲取安裝的配電 網(wǎng)預(yù)設(shè)節(jié)點(diǎn)的電壓電流信息。
[0064]在步驟(2)中，變電站外PMU還將實(shí)時(shí)獲取安裝的配電網(wǎng)預(yù)設(shè)節(jié)點(diǎn)的電壓電流信息 進(jìn)行傅里葉變換處理，得到電壓信息和電流信息的三相電壓和三相電流的基波向量值。 [0065]本發(fā)明的故障選線的工作原理為：
[0066] 我國(guó)的電力網(wǎng)絡(luò)的中性點(diǎn)接地方式主要分為小電流接地系統(tǒng)和大電流接地系統(tǒng)。 小電流接地系統(tǒng)主要出現(xiàn)在我國(guó)的配電網(wǎng)絡(luò)中，又分為經(jīng)消弧線圈接地和不接地，大電流 接地系統(tǒng)分為直接接地和經(jīng)小電阻接地。架空線的故障類型主要分為單相接地故障，兩項(xiàng) 短路故障，兩相短路接地故障，三相短路故障和三相短路接地故障。為了使得選線的方法不 會(huì)受到中性點(diǎn)接地方式和故障類型不同的影響，本系統(tǒng)中的故障選線的依據(jù)是網(wǎng)絡(luò)中的負(fù) 序電流。負(fù)序電流的獲取主要是通過對(duì)稱分量法。
[0067] 分析計(jì)算之前提到的不對(duì)稱短路故障的方法很多，如對(duì)稱分量法、a0〇分量法、abc 坐標(biāo)系統(tǒng)中直接計(jì)算等。目前實(shí)際應(yīng)用得最多、最基本的方法是對(duì)稱分量法。
[0068]人們?cè)趯?shí)踐中發(fā)現(xiàn)，一組不對(duì)稱的三相量可以看成是三組不同的對(duì)稱三相量之 和。在線性系統(tǒng)里，可以應(yīng)用疊加定理，對(duì)這三組對(duì)稱分量分別按對(duì)稱三相電路去求解，然 后將結(jié)果疊加起來，就是不對(duì)稱三相電路的解答，這個(gè)方法就是對(duì)稱分量法。
[0069]設(shè)/^ 忠三個(gè)相量(F可以代表電動(dòng)勢(shì)、電壓或電流)不對(duì)稱，則可以分解成三 個(gè)對(duì)稱分量。
[0072]式中廣，戶S1，戶分別為三個(gè)相量的正序分量，三相量的大小相等，彼此相位互差 120。，與系統(tǒng)在正常運(yùn)行方式下的相序相同，即有之,二=6^,。正序分量也稱為 順序分量。
[0073] 鳥、2.，? .戶￡2分別為三個(gè)相量的負(fù)序分量，三相量的大小相等，彼此相位互差 120°，與系統(tǒng)在正常運(yùn)行方式下的相序相反，即有丨=tr/' 4:。負(fù)序分量也稱為 逆序分量。
[0074] 之K)，為》.，.六：0.分別為三個(gè)相量的零序分量，相量的大小相等，方向相同。即 尹m.二眘m=眘co.。
[0076] 以上兩組是對(duì)稱分量法的基本公式，是以A相為基準(zhǔn)得出的。
[0077] 所謂的基準(zhǔn)就是當(dāng)電力系統(tǒng)故障時(shí)，故障處的三相中，在連接方式和阻抗參數(shù)上 與其他兩相不一樣的那一相，也叫做特殊故障相。選擇好基準(zhǔn)相后，其他兩相的對(duì)稱分量則 以基準(zhǔn)相的對(duì)稱分量表不。
[0078] 利用對(duì)稱分量法分解出的負(fù)序電流不受負(fù)荷電流和系統(tǒng)震蕩的影響。圖4a)為經(jīng) 消弧線圈接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障示意圖，圖4b)為相應(yīng)的負(fù)序網(wǎng)絡(luò)等效圖。
[0079]圖4b)中的系統(tǒng)等效負(fù)序阻抗為Z2s，故障點(diǎn)k到母線端的線路負(fù)序阻抗為Z2kfl正常 線路的負(fù)序阻抗為z2lf，負(fù)載線路阻抗Zm和Z2kl分別為正常和故障線路負(fù)載的負(fù)序阻抗。我 國(guó)的配網(wǎng)大多以輻射形為主，所以每條線路所帶的符合相對(duì)較小，但是負(fù)荷阻抗較大。一般 線路的負(fù)荷阻抗要遠(yuǎn)遠(yuǎn)的大于線路的負(fù)序阻抗和系統(tǒng)負(fù)序阻抗。所以故障時(shí)的負(fù)序電流會(huì) 通過故障線路流向電源，相比之下的非故障線路的負(fù)序電流較小。
[0080] 在線路正常運(yùn)行時(shí)，線路中不會(huì)存在負(fù)序電流，但是現(xiàn)實(shí)中的負(fù)荷不平衡會(huì)使得 線路中存在負(fù)序電流。在不考慮線路的分布電容情況下，非故障線路的兩端所測(cè)量的零序 電流做差為零。對(duì)于發(fā)生故障的線路，相當(dāng)于在故障點(diǎn)添加一個(gè)負(fù)序的電流源，如圖4b)所 示，附加電流源的負(fù)序電流會(huì)流向母線和下一及線路。在這種情況下，故障點(diǎn)兩端所測(cè)量的 負(fù)序電流做差將不再為零，同零序電流一樣，故障點(diǎn)流出的零序電流等于全系統(tǒng)的總負(fù)序 電流。為了使算法不受負(fù)序電流大小的影響，將負(fù)序電流的方向也考慮在內(nèi)。本系統(tǒng)將對(duì)故 障點(diǎn)兩端測(cè)量的負(fù)序電流相量進(jìn)行做差比較來提高選線算法的有效性。
[0081] 基于負(fù)序電流的選線方法的實(shí)質(zhì)就是比較故障點(diǎn)兩端測(cè)量的負(fù)序電流相量的大 小，首先設(shè)置負(fù)序電流的整定值Iset，該整定值的選擇是以線路正常運(yùn)行時(shí)測(cè)得的負(fù)序電流 最大值Im ax與可靠系數(shù)的乘積。
[0082] 基于負(fù)序電流的選線方法的主要實(shí)現(xiàn)步驟如下：
[0083] (1)獲取各線路兩端的三相電流同步采樣值。
[0084] (2)對(duì)獲取的采樣值進(jìn)行傅里葉濾波算法，獲取三相電流的基波相量值。
[0085] (3)通過對(duì)稱分量法算出負(fù)序電流的相量值并獲取相量的實(shí)部和虛部。
[0086] (4)對(duì)每條線路的兩個(gè)端點(diǎn)的負(fù)序電流相量做差并求其絕對(duì)值，通過計(jì)算得到的 絕對(duì)值和整定值來判斷故障線路。
[0087]本發(fā)明的故障測(cè)距的原理：
[0088]圖5為雙端電源輸電線路的故障示意圖。設(shè)整條線路的總長(zhǎng)度為1，M、N為故障點(diǎn)兩 端的測(cè)量點(diǎn)，故障點(diǎn)F距離測(cè)量點(diǎn)M的距離為X，根據(jù)長(zhǎng)線波動(dòng)方程可知，若要求得任意位置x 的電壓，只需獲取該點(diǎn)兩端的電氣量。推導(dǎo)公式如下： r }t/r = UMcosh]K - ZC1M sink }X L0089」 1.... . , , . , x
[Ux = U^coshy[l - )+Zc^n s^7 Yv ~ A)
[0090]式中r 為傳播常數(shù)，々=鼻+八# kHs+/*?*0>)為波阻抗。
[0091] r為單位線路正序阻抗，Lo為單位線路長(zhǎng)度正序電感，g單位線路長(zhǎng)度電導(dǎo)，Co為單 位線路長(zhǎng)度電容。~為M端點(diǎn)測(cè)量的電壓電流相量，為N端點(diǎn)測(cè)量的電壓電流相量， .心為故障點(diǎn)處的電壓相量。
[0092] 假定F是故障點(diǎn)，則M和F之間任一點(diǎn)的電壓電流可以用M端的電壓電流表示。同理 可得N和F之間任一點(diǎn)的電壓電流可以用N端的電壓電流表示。所以，利用M和N兩端的電氣量 表示故障點(diǎn)處的電壓為： \U f = Umcoshyx-ZrJu n:
[0093] J . , 、 . t x (4) \y f' = Uycoshyij _x)vZ〔In sinh^il -為
[0094] 所以，利用兩端獲取的電氣量所計(jì)算得出的故障點(diǎn)電壓幅值相等即可求出故障點(diǎn) 距離X。
[0095] \〇f (5)
[0096] 圖6所示的是由M端和N端分別向?qū)Χ送频玫恼螂妷悍登€。圖6中所示的虛線 段是由M和N端點(diǎn)向?qū)Χ送茖?dǎo)越過故障點(diǎn)時(shí)的電壓，該電壓在實(shí)際線路中不是真實(shí)的電壓。
[0097] 從圖6中可以看出推導(dǎo)出的電壓幅值曲線是單調(diào)的，故障點(diǎn)就是兩線的交點(diǎn)，因此 找到該交點(diǎn)就是測(cè)距的關(guān)鍵。
[0098] 本系統(tǒng)中采用的兩端數(shù)據(jù)是同步的，采用的判據(jù)是電壓幅值相等原理且只適應(yīng)于 正弦模型。故障后兩端的測(cè)量點(diǎn)獲取的電氣量含有大量的高次諧波，所以本系統(tǒng)采用離散 傅里葉算法將高次諧波濾除以提高測(cè)距的精度。同時(shí)為了使濾波的效果更加理想，采用故 障后第二周波的數(shù)據(jù)。
[0099]由式(4)和式(5)可知，解長(zhǎng)線雙曲函數(shù)是故障點(diǎn)定位的最直接方法。直接解長(zhǎng)線 雙曲函數(shù)會(huì)比較復(fù)雜，本系統(tǒng)采用變步長(zhǎng)搜索迭代法以快速求出故障點(diǎn)的距離。假設(shè)線路 總長(zhǎng)度為1，實(shí)際故障點(diǎn)距離端點(diǎn)M的距離為X，故障差，.初始故障允許誤差為mpe， 最終故障允許誤差為fpe，初始搜索步長(zhǎng)為Step，具體實(shí)現(xiàn)方法如下：
[0100] (1)令x = 0并按照初始步長(zhǎng)Step在[0~1]范圍內(nèi)計(jì)算故障差err，直到errCmpe， 初次搜索迭代停止。
[0101] (2)將最后一個(gè)步長(zhǎng)作為2次搜索迭代的初始起點(diǎn)，并設(shè)置初始故障允許誤差為
，搜索步長(zhǎng)為
，按照設(shè)置參數(shù)進(jìn)行第2次搜索迭代，直至故障差
2次搜索迭 代停止。
[0102] (3)按照第(2)步所述，重復(fù)設(shè)置故障允許誤差和搜索步長(zhǎng)，直至err<fpe，這個(gè)搜 索迭代結(jié)束，得出最終故障距離為X。
[0103]該算法所需的數(shù)據(jù)有:故障點(diǎn)兩端故障后的工頻電壓電流相量、故障線路的總長(zhǎng) 度、線路的波阻抗、傳播系數(shù)。在本算法中，線路的長(zhǎng)度已知，波阻抗和傳播系數(shù)已算出，工 頻量為故障后兩側(cè)的12個(gè)量，包括11 3、1]1)、1]。、13、11)、1。。
[0104]上述雖然結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行了描述，但并非對(duì)本發(fā)明保護(hù)范 圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不 需要付出創(chuàng)造性勞動(dòng)即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護(hù)范圍以內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于PMU的配電網(wǎng)故障定位系統(tǒng)，其特征在于，包括： 若干個(gè)變電站外PMU，其分別安裝于變電站外的配電網(wǎng)預(yù)設(shè)節(jié)點(diǎn)處;所述變電站外PMU 實(shí)時(shí)獲取安裝的配電網(wǎng)預(yù)設(shè)節(jié)點(diǎn)的電壓電流信息，并同步傳送至變電站內(nèi)PMU; 所述變電站外PMU還連接至同一全球定位系統(tǒng)GPS上，變電站外PMU還將其自身位置信 息傳送至變電站內(nèi)PMU; 所述變電站內(nèi)PMU根據(jù)接收的變電站外PMU同步傳送來的電壓電流信息以及變電站外 PMU的位置信息進(jìn)行故障選線和故障測(cè)距的計(jì)算； 所述變電站內(nèi)PMU將計(jì)算得到的故障選線和故障測(cè)距結(jié)果傳送至云端服務(wù)器進(jìn)行存儲(chǔ) 和轉(zhuǎn)發(fā)。2. 如權(quán)利要求1所述的一種基于PMU的配電網(wǎng)故障定位系統(tǒng)，其特征在于，所述變電站 外PMU與電壓互感器和電流互感器分別相連，所述電壓互感器和電流互感器均與變電站外 PMU的安裝在同一配電網(wǎng)預(yù)設(shè)節(jié)點(diǎn)處。3. 如權(quán)利要求1所述的一種基于PMU的配電網(wǎng)故障定位系統(tǒng)，其特征在于，所述變電站 外PMU通過通信單元與變電站內(nèi)PMU相互通信。4. 如權(quán)利要求3所述的一種基于PMU的配電網(wǎng)故障定位系統(tǒng)，其特征在于，所述通信單 元為4G網(wǎng)絡(luò)通信單元或WIFI無線網(wǎng)絡(luò)通信單元。5. 如權(quán)利要求1所述的一種基于PMU的配電網(wǎng)故障定位系統(tǒng)，其特征在于，所述云端服 務(wù)器還與遠(yuǎn)程監(jiān)控終端相連。6. -種基于如權(quán)利要求1-5任一所述的PMU的配電網(wǎng)故障定位系統(tǒng)的工作方法，其特征 在于，包括以下步驟： 步驟（1):搭建配電網(wǎng)故障定位系統(tǒng);將變電站外PMU配置到變電站外的配電網(wǎng)預(yù)設(shè)節(jié) 點(diǎn)處，所有變電站外PMU連接至同一全球定位系統(tǒng)GPS上； 步驟(2):采集電壓電流信息和位置信息；變電站外PMU實(shí)時(shí)獲取安裝的配電網(wǎng)預(yù)設(shè)節(jié) 點(diǎn)的電壓電流信息并同步傳送至變電站內(nèi)PMU，變電站外PMU還將其自身位置信息傳送至變 電站內(nèi)PMU; 步驟(3):計(jì)算故障選線和故障測(cè)距;變電站內(nèi)PMU根據(jù)接收的變電站外PMU同步傳送來 的電壓電流信息以及變電站外PMU的位置信息進(jìn)行故障選線和故障測(cè)距的計(jì)算，并將計(jì)算 得到的故障選線和故障測(cè)距結(jié)果傳送至云端服務(wù)器進(jìn)行存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)發(fā)。7. 如權(quán)利要求6所述的基于PMU的配電網(wǎng)故障定位系統(tǒng)的工作方法，其特征在于，所述 步驟(2)中，變電站外PMU通過電壓互感器和電流互感器實(shí)時(shí)獲取安裝的配電網(wǎng)預(yù)設(shè)節(jié)點(diǎn)的 電壓電流信息。8. 如權(quán)利要求6所述的基于PMU的配電網(wǎng)故障定位系統(tǒng)的工作方法，其特征在于，在步 驟(2)中，變電站外PMU還將實(shí)時(shí)獲取安裝的配電網(wǎng)預(yù)設(shè)節(jié)點(diǎn)的電壓電流信息進(jìn)行傅里葉變 換處理，得到電壓信息和電流信息的三相電壓和三相電流的基波向量值。9. 如權(quán)利要求8所述的基于PMU的配電網(wǎng)故障定位系統(tǒng)的工作方法，其特征在于，所述 步驟(3)中，故障選線的過程包括： 步驟(3.1.1):設(shè)置負(fù)序電流的整定值， 步驟(3.1.2):通過對(duì)稱分量法計(jì)算出配電網(wǎng)預(yù)設(shè)節(jié)點(diǎn)處負(fù)序電流的相量值并獲取相 量的實(shí)部和虛部； 步驟(3.1.3):篩選構(gòu)成線路兩個(gè)端點(diǎn)的配電網(wǎng)預(yù)設(shè)節(jié)點(diǎn)，對(duì)篩選出的配電網(wǎng)預(yù)設(shè)節(jié)點(diǎn) 處的負(fù)序電流相量作差并求其絕對(duì)值，通過計(jì)算得到的絕對(duì)值與整定值進(jìn)行比較來判斷故 障線路。10.如權(quán)利要求8所述的基于PMU的配電網(wǎng)故障定位系統(tǒng)的工作方法，其特征在于，所述 步驟(3)中，根據(jù)雙端法進(jìn)行故障測(cè)距。
【文檔編號(hào)】G01R31/08GK105891673SQ201610203004
【公開日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2016年4月1日
【發(fā)明人】程新功, 井洪業(yè), 宗西舉, 張榮臻, 李瑋瑋, 王晗
【申請(qǐng)人】濟(jì)南大學(xué)