一种基于基追踪算法的配电网故障区间定位及测距方法技术

本发明专利技术公开了一种基于基追踪算法的配电网故障区间定位及测距方法，包括：收集配电网的拓扑结构与支路导纳等数据并对节点编号，构建配电网节点阻抗模值矩阵；确定电压测量节点位置和数量，并根据测量节点电压的变化判断配电网是否发生故障；当发生短路故障时，构建求解节点正序电流变化量模值的欠定节点电压方程，利用基追踪算法求解并对其有效化处理；根据节点电流变化量模值，判断故障节点位置；该方法可在有效测量点不足时解决配电网短路故障区间定位的问题。障区间定位的问题。障区间定位的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于基追踪算法的配电网故障区间定位及测距方法


[0001]本专利技术涉及电力系统继电保护领域，具体涉及一种基于基追踪算法的配电网故障区间定位及测距方法。

技术介绍

[0002]配电网快速、准确定位故障区间是及时隔离故障区域以及恢复非故障区域供电的前提，对于提升系统可靠性具有重要意义。据统计，电网80％以上的故障均发生在配网侧。随着大量分布式电源接入配电网成为一个正常运行功率与故障电流双向流动的有源网络，使故障区段定位变得复杂化，传统的定位算法不再适用。同时传统的故障定位方法需要满足数据的严格同步和高采样频率，满足这两个条件的装置造价高昂，导致很多故障定位方法难以在实际中得以运用。现有基于广域通信的配电网故障定位方法得到的最小故障区域都只能确定在2个测量点之间，当配网中测量点较少时，定位的故障区域大，仍需较长时间来排查故障。所以研究在测点数量不足时满足准确性的配电网故障区间定位新技术是亟需解决的技术难题。

技术实现思路

[0003]本专利技术目的：在于提供一种基于基追踪算法的配电网故障区间定位及测距方法，该方法能够根据配电网发生短路故障时重构出来的节点电流变化量模值大小准确实现短路故障的区间定位及测距。
[0004]为实现以上功能，本专利技术设计一种基于基追踪算法的配电网故障区间定位及测距方法，包括如下步骤：
[0005]步骤1：收集配电网的拓扑结构，采集拓扑结构相关数据，包括各节点之间的支路导纳、各节点与零电位点之间的导纳、节点总数N，并对拓扑结构中所有节点进行编号；
[0006]步骤2：根据各节点之间的支路导纳、各节点与零电位点之间的导纳，构建配电网的节点导纳矩阵Y
N
×
N
，通过Y
N
×
N
求取逆矩阵得到节点阻抗矩阵Z
N
×
N
，并对Z
N
×
N
中所有元素取模值得到节点阻抗模值矩阵Z
′
N
×
N
；
[0007]步骤3：根据预设规则，确定配电网的电压测量节点的位置和数量M；
[0008]步骤4：测量各电压测量节点的电压，判断配电网是否发生短路故障；当判断配电网发生了短路故障，执行步骤5；否则以预设周期重复执行本步骤；
[0009]步骤5：当配电网发生短路故障时，计算各电压测量节点短路故障前、后的正序电压变化量模值向量ΔU
M
×1；
[0010]步骤6：根据节点阻抗模值矩阵Z
′
N
×
N
，获得各电压测量节点与拓扑结构中所有节点之间的阻抗模值矩阵Z
′
M
×
N
，基于各电压测量节点短路故障前、后的正序电压变化量模值向量ΔU
M
×1、各节点正序电流变化量模值向量ΔI
N
×1、阻抗模值矩阵Z
′
M
×
N
，构建欠定节点电压方程，其中各节点正序电流变化量模值向量ΔI
N
×1为待求解的变量；
[0011]步骤7：针对欠定节点电压方程，通过基追踪方法将其转化为l1范数优化问题；
[0012]步骤8：利用l1范数优化问题求解各节点正序电流变化量模值向量ΔI
N
×1，求解步骤如下：首先，将l1范数优化问题中的绝对值函数转换为以两个非负列向量u
N
×1与v
N
×1来表示的线性函数；其次，根据转换所获得的线性函数，将非线性的l1范数优化问题转化为线性规划问题；最后，利用线性规划问题解法求解出各节点正序电流变化量模值向量ΔI
N
×1；
[0013]步骤9：将求解得到各节点正序电流变化量模值向量ΔI
N
×1中的所有节点正序电流变化量模值进行有效化处理，获得有效化处理后的各节点正序电流变化量模值向量ΔI
′
N
×1；
[0014]根据ΔI
′
N
×1中各节点正序电流变化量模值情况，执行步骤10、步骤11、或步骤12；
[0015]步骤10：ΔI
′
N
×1中只有一个节点正序电流变化量模值不为0时，则该不为0的节点位置即为故障位置点，结束故障定位判断；
[0016]步骤11：ΔI
′
N
×1中仅有两个节点正序电流变化量模值不为0时，则判断故障点在两节点之间的线路上，并计算出故障点在该线路区间中的位置，结束故障定位判断；
[0017]步骤12：ΔI
′
N
×1中出现多个节点正序电流变化量模值不为0时，选取ΔI
′
N
×1中正序电流变化量模值最大的节点作为主导节点，令其上游节点的正序电流变化量模值为0，在主导节点下游的所有节点中正序电流变化量模值最大的节点值不变，其他节点模值为0，然后继续执行步骤11，计算出故障位置。
[0018]有益效果：相对于现有技术，本专利技术的优点包括：
[0019]本专利技术设计了一种基于基追踪算法的配电网故障区间定位及测距方法，可有效测量点不足时解决配电网短路故障区间定位的问题，并且本专利技术计算简单，电压值只需要稳态值，避免了数据的严格同步和高采样频率等特点，适用广泛，安装测点较少经济性好且不会受到伪故障点的影响。本专利技术能够准确实现配电网故障区间定位及测距，有效减少了故障排查时所需的人力物力，提高了配电自动化水平。
附图说明
[0020]图1是根据本专利技术实施例提供的一种基于基追踪算法的配电网故障区间定位及测距方法的流程图；
[0021]图2是根据本专利技术实施例提供的IEEE33节点拓扑结构示意图；
[0022]图3(a)是根据本专利技术实施例提供的节点2发生AB两相短路时各节点正序电流变化量示意图；
[0023]图3(b)是根据本专利技术实施例提供的节点5发生AB两相短路时各节点正序电流变化量示意图；
[0024]图4是根据本专利技术实施例提供的区段3
‑
4的20％处发生三相短路时各节点正序电流变化量示意图；
[0025]图5是根据本专利技术实施例提供的区段5
‑
25的20％处发生AB两相短路时各节点正序电流变化量示意图。
具体实施方式
[0026]下面结合附图对本专利技术作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本专利技术的技术方案，而不能以此来限制本专利技术的保护范围。
[0027]参照图1，本专利技术实施例提供的一种基于基追踪算法的配电网故障区间定位及测距方法，参照图1，包括如下步骤：
[0028]步骤1：收集配电网的拓扑结构，采集拓扑结构相关数据，包括各节点之间的支路导纳、各节点与零电位点之间的导纳、节点总数N，并对拓扑结构中所有节点进行编号；
[0029]步骤2：根据各节点之间的支路导纳、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于基追踪算法的配电网故障区间定位及测距方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1：收集配电网的拓扑结构，采集拓扑结构相关数据，包括各节点之间的支路导纳、各节点与零电位点之间的导纳、节点总数N，并对拓扑结构中所有节点进行编号；步骤2：根据各节点之间的支路导纳、各节点与零电位点之间的导纳，构建配电网的节点导纳矩阵Y
N
×
N
，通过Y
N
×
N
求取逆矩阵得到节点阻抗矩阵Z
N
×
N
，并对Z
N
×
N
中所有元素取模值得到节点阻抗模值矩阵Z
′
N
×
N
；步骤3：根据预设规则，确定配电网的电压测量节点的位置和数量M；步骤4：测量各电压测量节点的电压，判断配电网是否发生短路故障；当判断配电网发生了短路故障，执行步骤5；否则以预设周期重复执行本步骤；步骤5：当配电网发生短路故障时，计算各电压测量节点短路故障前、后的正序电压变化量模值向量ΔU
M
×1；步骤6：根据节点阻抗模值矩阵Z
′
N
×
N
，获得各电压测量节点与拓扑结构中所有节点之间的阻抗模值矩阵Z
′
M
×
N
，基于各电压测量节点短路故障前、后的正序电压变化量模值向量ΔU
M
×1、各节点正序电流变化量模值向量ΔI
N
×1、阻抗模值矩阵Z
′
M
×
N
，构建欠定节点电压方程，其中各节点正序电流变化量模值向量ΔI
N
×1为待求解的变量；步骤7：针对欠定节点电压方程，通过基追踪方法将其转化为l1范数优化问题；步骤8：利用l1范数优化问题求解各节点正序电流变化量模值向量ΔI
N
×1，求解步骤如下：首先，将l1范数优化问题中的绝对值函数转换为以两个非负列向量u
N
×1与v
N
×1来表示的线性函数；其次，根据转换所获得的线性函数，将非线性的l1范数优化问题转化为线性规划问题；最后，利用线性规划问题解法求解出各节点正序电流变化量模值向量ΔI
N
×1；步骤9：将求解得到各节点正序电流变化量模值向量ΔI
N
×1中的所有节点正序电流变化量模值进行有效化处理，获得有效化处理后的各节点正序电流变化量模值向量ΔI
′
N
×1；根据ΔI
′
N
×1中各节点正序电流变化量模值情况，执行步骤10、步骤11、或步骤12；步骤10：ΔI
′
N
×1中只有一个节点正序电流变化量模值不为0时，则该不为0的节点位置即为故障位置点，结束故障定位判断；步骤11：ΔI
′
N
×1中仅有两个节点正序电流变化量模值不为0时，则判断故障点在两节点之间的线路上，并计算出故障点在该线路区间中的位置，结束故障定位判断；步骤12：ΔI
′
N
×1中出现多个节点正序电流变化量模值不为0时，选取ΔI
′
N
×1中正序电流变化量模值最大的节点作为主导节点，令其上游节点的正序电流变化量模值为0，在主导节点下游的所有节点中正序电流变化量模值最大的节点值不变，其他节点模值为0，然后继续执行步骤11，计算出故障位置。2.根据权利要求1所述的一种基于基追踪算法的配电网故障区间定位及测距方法，其特征在于：步骤2中配电网的节点导纳矩阵Y
N
×
N
、通过Y
N
×
N
求取逆矩阵得到的节点阻抗矩阵Z
N
×
N
、对Z
N
×
N
中所有元素取模值得到的节点阻抗模值矩阵Z
′
N
×
N
如下式：
式中：N为配电网拓扑结构中的节点总数，Y
i
·
i
为第i个节点的自导纳，Y
i
·
j
为第i个节点与第j个节点之间的互导纳，Z
j
·
j
为第j个节点的自阻抗，Z
i
·
j
为第i个节点与第j个节点之间的互阻抗，Z
′
j
·
j
为第j个节点的自阻抗模值，Z
′
i
·
j
为第i个节点与第j个节点之间的互阻抗模值，y
i
·0为第i个节点与零电位点之间的支路导纳，y
i
·
j
为第i个节点与第j个节点之间的支路导纳。3.根据权利要求2所述的一种基于基追踪算法的配电网故障区间定位及测距方法，其特征在于：步骤3中配电网的电压测量节点分为必装节点和选装节点，其中必装节点的位置为：配电网参考电源出口处的节点；具有3个分支...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈奎，徐必强，于文清，朱文豪，施伊琳，郭辉，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：