一種配電網故障區段定位及隔離方法

陸玉軍　李澄　陳顥　葛永高　王伏亮

摘? ?要：當前配電網故障區段定位方法，未考慮配電網拓撲結構的狀態變化，不能準確獲取故障區域位置，存在故障定位準確度低、誤差大的問題。提出了考慮拓撲變化的配電網故障區段定位及隔離方法。構建配電網邏輯節點模型，判定配電網拓撲結構狀態，獲取斷開區域數據。設置故障信息判定標準，根據關聯矩陣得到到故障區域拓撲結構及故障區域位置。依據斷路器狀態，采用故障能源化平衡原理，完成配電網故障區段數據抓取及隔離。經實驗驗證，在時間點為70 S時，所提方法與傳統方法的故障定位準確度均達到最高值，傳統方法達到50%，而所提方法達到97%，在固定數據量為100 Mb條件下，傳統方法誤差率最高點取值為18%，所提方法的誤差率在3%上下浮動。由此可見所提方法故障定位準確度高、誤差小。

關鍵詞：拓撲變化;故障區段定位;故障隔離;改進矩陣算法;

中圖分類號：TM77? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：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

人們對電氣使用頻率逐漸加大的同時，配電網故障時常發生。基于此狀況，配電網故障定位方法成為配電網研究中的重要課題之一，如何高效精準的對配電網中的故障展開定位隔離，成為影響配電網供電穩定性的重要因素之一[1-2]。就目前的研究結果而言，配電網的故障診斷以及定位方法已經較為成熟，可直接將其應用于現實生活中。但配電網種類繁多，傳統的配電網故障定位方法無法適應多種配電網絡結構。原有的故障定位方法沒有考慮到拓撲變化對于定位結果的影響，時常造成定位誤差。

現有的配電網結構多為環網結構，在配電網運行時，配電網呈開環狀。拓撲變化對于故障定位的影響主要體現在故障的測定上，如果在定位過程中出現拓撲變化，則故障定位設備無法接受定位信號，造成定位誤差[3-5]。因而，在此次研究中設計考慮拓撲變化的配電網故障區段定位及隔離方法，對原有的故障定位與隔開方法展開優化。為保證文中設計方法的有效性，在方法設計完成后，構建實驗環節對該方法進行研究，獲取方法設計使用效果。

f（E） = 1，節點為T中的父節點-1，節點為T中的子節點? ? ? ?（7）

對上述公式進行整合，則最小配電區的斷路器狀態為：

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

通過上述兩公式對配電網中的電流情況進行研究，得出相應抓取到故障電流區狀態數據[21]，具體如下。

使用上述信息，可得出故障區域電流流向函數 fj（E）：

fi（E） = fi（E） * f （E）? ? ? ?（9）

通過故障平衡原理對配電區內的數據展開處理，得出配電網狀態信息函數：

fy（E） = 1，此區段內存在故障點，需要隔離0，此區段內不存在故障點

（10）

使用上述公式可完成區段內故障點的判定與隔離判定。為保證隔離的效果，設定開關函數對分段開關的狀態進行控制，控制系數設定為O，則有：

O = fy（E） = 1，開關開啟0，開關斷開? ? ? ? ?（11）

使用上述公式對配電網中的分段開關進行控制，提升對故障區段的隔離能力。通過對配電網的數學描述，提升故障定位隔離的精度。將此部分與上文中設計的配電網拓撲結構優化以及故障定位進行連接，形成完整的設計結果。至此，考慮拓撲變化的配電網故障區段定位及隔離方法設計完成。

2? ?仿真實驗分析

上述部分中完成考慮拓撲變化的配電網故障區段定位及隔離方法，單一的理論基礎無法完成完整的研究。因而，在方法設計完成后，應對上述設計方法展開檢測。在此次研究中，為明確文中設計方法的使用效果，采用仿真實驗的形式獲取文中設計方法的使用特征。

2.1? ?實驗環境設定

在此次實驗中，選用典型的配電網節點網絡對文中設計的方法展開仿真研究，具體配電網絡結構如圖2所示。在此網絡中共有30個節點，33條支路，現設定節點6、7、8之間發生故障。

在上述設定的配電網中，當節點6、7、8發生故障時，節點0、1、2、3、4、5、6、24-27、28、29均有電流輸出。設定在網絡出現故障時，故障信息設定為1，無故障設定為0。使用設計的考慮拓撲變化的配電網故障區段定位及隔離方法與原有不計入拓撲變換的故障定位方法對上述配電網展開處理，對比故障定位結果。

設定網絡中的初始電源為U = 5 KV，當上述設定節點發生故障時，使用文中方法與傳統方法對其展開定位。在此配電網絡中，收斂精度取值為0.001，則各節點的電流、功率可經過計算得出。因而，將電網中的電流、功率可作為實驗結果數據。

為提升此次實驗結果的可靠性，剔除實驗過程中出現但不需要記錄的數據。具體數據如下所示。

獲取實驗數據后，剔除上述無用數據，得出高精度的實驗數據并展開對比。

2.2? ?實驗設備

在此次實驗中，涉及到大量的仿真與運算，為保證實驗結果的可靠性。對實驗中使用的器械與設備型號進行設定，具體實驗設定結果如圖3所示。

上述設備分別為環境仿真設備以及高精度計算設備。通過上述兩部分完成配電網中的計算部分，并對計算結果展開分析。

針對此次使用中的重點部分，對設備的軟件展開設定，在此次實驗軟件中增加計算模塊以及3D Max模塊對配電網的運行狀態進行仿真與計算。

2.3? ?實驗結果分析

通過上述實驗結果可知，使用文中設計故障定位方法，可對配電網絡中的故障展開精準的定位。對實驗結果數據分析可知，在節點6出現電流激增，由此可知其下一個節點出現故障。且與故障節點相連的節點上報信息為“0”，而另一路上沒有出現故障的依舊有電流數據的出現，說明節點6、7、8出現故障。通過與設定的故障節點對比可知，文中設計方法定位結果與預設故障節點相同。

通過上述實驗結果可知，使用原有故障定位方法，對配電網絡中的故障的定位精度較差。對實驗結果數據分析可知，在節點7出現電流激增，且節點 10-13仍有微弱的電流產生。此方法上報信息中節點10-13的故障信息為“1”，說明對節點的定位出現誤差，由此可知，傳統方法的定位效果不佳。將傳統方法的定位結果與文中設計的方法行比較可知，文中設計方法的定位精度優于傳統方法的定位精度。綜上可知，文中設計的考慮拓撲變化的配電網故障區段定位及隔離方法優于原有配電網故障區段定位及隔離方法。

將上述兩組實驗數據導入matlab 3.0中，采用所提方法和傳統方法分別對其進行故障定位，比較二者的準確度及誤差率，所得結果如圖4、圖5所示：

由圖4可知，在規定時間為70 s內，所提方法和傳統方法的定位準確度均隨著時間的增加而上升。在70 s時，兩種方法均到達準確度的最高值，傳統方法達到50%，而所提方法達到97%，由此可見所提方法準確度高于傳統方法。

由圖5可知，在固定數據量100 Mb內，傳統方法的定位誤差率隨著隨著的增加而上升，其誤差率最高點取值為18%。隨著數據量的增加，所提方法的誤差率并沒產生較大的變化，其誤差率在3%上下浮動。由此可見所提方法比傳統方法誤差率低。

3? ?結? ?論

在配電網中有故障產生時，如何對故障位置展開快速定位與隔離，對于降低停電造成的損失，縮短停電時間，提升配電網的運行狀態、延長配電網的使用壽命具有重要意義。為有效提升電網用戶的滿意度，縮短停電給用戶造成的不適感，需要設定計算過程迅速、定位精度較高的配電網故障定位與隔離方法。因而，設計考慮基于斷路器的拓撲變化的配電網故障區段定位及隔離方法。此方法定精度與處理時長均達到目前配電網處理的標準。因而，在日后的研究與工作中，可將本設計方法推廣使用，為研究與日常工作提供理論基礎與技術支持。

參考文獻

[1]? ? 楊鑫，張家洪，李英娜，等. 基于FCM聚類的小電流接地系統故障區段定位[J]. 電力科學與工程，2019，35（12）：49-55.

[2]? ? 劉煜，王俊江，焦青，等. 含分布式電源的配電網故障定位改進矩陣算法[J]. 科學技術與工程，2019，19（34）：186-190.

[3]? ? 蘇運，劉思怡，張焰. 基于分層結構神經網絡的10 kV配電網單相接地故障區段定位方法[J]. 水電能源科學，2019，37（11）：176-179.

[4]? ? 高軍偉，陳文煒，鄭欣，等. 基于元胞混合蛙跳算法的配電網故障區段定位[J]. 電子測量技術，2019，42（22）：81-85.

[5]? ? 劉成民，戴中堅，陳軒. 基于TensorFlow框架的有源配電網深度學習故障定位方法[J]. 電力工程技術，2019，38（05）：8-15.

[6]? ? 李培培，王湘女，汪波，等. 基于電流相位變化的有源配電網故障區段定位[J]. 山東電力技術，2019，46（09）：1-7.

[7]? ? 王秋杰，金濤，申濤，等. 利用多因素降維的配電網區段定位完全解析模型[J]. 電工技術學報，2019，34（14）：3012-3024.

[8]? ? 殷志華，孫國強，丁建忠，等. 基于極點對稱模態分解的配電網單相接地故障區段定位技術[J]. 電力自動化設備，2019，39（06）：173-178.

[9]? ? 胡亞娟，曹志，朱紹杰，等. 基于Petri網的故障區段定位與故障模式辨識方法[J]. 智慧電力，2019，47（08）：63-68.

[10]? 高藝文，劉明忠，吳杰. 證據理論在配電網故障定位中的應用[J]. 四川電力技術，2018，41（06）：1-4.

[11]? 王秋杰，金濤，譚洪，等. 基于分層模型和智能校驗算法的配電網故障定位技術[J]. 電工技術學報，2018，33（22）：5327-5337.

[12]? 周海軍，王飛，周冬. 含分布式電源配電網故障的Petri網診斷方法[J]. 電網與清潔能源，2018，34（09）：39-46.

[13]? 單寶峰，陳軍港，撖奧洋，等. 基于QPSO算法的含分布式電源配電網故障診斷[J]. 青島大學學報（工程技術版），2018，33（01）：28-32.

[14]? 吳凡，趙晉泉，朱斌，等. 基于MOPSO的含分布式光伏配電網故障區段定位[J]. 電力系統保護與控制，2018，46（06）：46-53.

[15]? 李鑫燕，趙辛欣，吳喜春，等. 基于旋轉基的復雜配電網故障區段定位方法[J]. 電網與清潔能源，2018，34（02）：111-115.

[16]? 胡博，陳侃松，顧豪爽，等. 基于網絡拓撲變化的改進型按需路由協議[J]. 小型微型計算機系統，2019，40（03）：589-593.

[17]? 薛飛，石季英，袁大玲，等. 考慮配電網拓撲變化的廣義電源規劃[J]. 電力系統及其自動化學報，2019，31（10）：117-124.

[18]? 周愛華，裘洪彬，高昆侖，等. 基于圖數據庫的電網拓撲分析技術研究[J]. 電力信息與通信技術，2018，16（08）：23-27.

[19]? 譚雁英，薛亮，張艷寧，等. 通信拓撲變化條件下多無人機同時到達控制策略[J]. 西北工業大學學報，2018，36（03）：565-570.

[20]? 卓夢飛，王敬華. 繼電保護與配電自動化協同故障隔離技術[J]. 山東電力技術，2019，46（05）：17-20+34.

[21]? 洪亮，陳旸，余浩斌，等. 基于先進FTU的智能配電網面保護研究[J]. 電測與儀表，2018，55（15）：47-51.