一种基于pmu的配电网混合故障测距方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种基于PMU的配电网混合故障测距方法及装置，属于电网故障测距
技术领域。
【背景技术】
[0002] 2011年，科技部在国家高技术研究发展计划(863计划)先进能源技术领域部署的 智能电网重大项目研究全面展开。作为智能电网的重要组成部分，智能配电网是推动智能 电网发展的源头和动力，也是智能电网建设的关键技术领域。智能配电网运行控制的典型 特征是实现自愈控制，智能配电网自愈控制的关键技术之一是实现故障情况下的故障定 位、网络重构与供电恢复，以自愈为特征的智能配电网是未来电网技术发展的必然趋势。配 电网作为电力网的末端，直接反映着用户在电能安全、优质、经济等方面所提出的要求。随 着我国配电网络的不断发展，用户对供电的可靠性和供电质量提出了更高的要求，一旦配 电网络出现故障，应尽快找出故障发生的位置并采取隔离，提出应对策略恢复对用户的供 电，故故障精确定位显得尤为重要。
[0003] 目前，国外对同步相量测量装置(PMU)在配电网上的应用已经有了大量的研究，并 且有了实际的应用。在配电网的诊断上面，PMU的应用包括故障定位与检测、孤岛检测、状态 估计、电压稳定性监测以及电能质量监测和事故后分析。在控制方面的应用包括对配电网 的保护与控制、电压无功优化、微电网协调以及电力系统恢复等。因此，将PMU应用到配电网 中，不仅是有必要的，而且也是未来配电网发展的一个必然趋势。在国内，国家电网公司在 关于"十一五"期间加强电网调度工作的意见指出，要在330千伏及以上主网架和网内主力 电厂部署PMU，实现国家、区域、省三级广域相量测量系统的联网，提高电网动态测量水平， 但对PMU在配电网上应用的研究较少。而故障指示器FI技术较为成熟，并且其工作可靠，成 本低，已有大量产品应用于电力系统。
[0004] 配电网短路故障定位技术包括故障选线、区段定位和故障测距，其技术难度逐级 递增。目前，国内外故障定位的研究成果很多，但多是针对110KV及以上的高压输电线路，而 中低压配电线路的故障定位技术尚处于研究阶段。基于PMU的故障定位研究多数集中在输 电系统，没有关于在配电网短路故障定位方面的研究。
[0005] 目前，适用于配电网的短路故障测距的方法有:行波法、阻抗法和基于配电网自动 化系统的定位方法。行波法难以区分波阻抗不连续点产生的折反射波，并且没有性价比合 适的行波检测设备;基于配电网自动化系统的定位方法只能实现故障区段定位，并且对配 电网自动化水平要求较高，同时其次重合闸对系统冲击较大，易造成大范围停电；阻抗法所 需的测量端少，易于实现，能够适用于只有单端测量条件的配电网。因此利用阻抗法对于实 现庞大配电网的故障定位是实际可行的。单端阻抗法的故障测距仅需要单端电压、电流作 为输入量，且适用于大电流接地系统的各种类型的故障，是目前应用较多的测距技术之一， 且该技术成本较低，易于实施，适用于规模庞大的配电系统。双端同步相量测距法响应速度 快，测距精度高，适用于故障条件下的相量测量。然而，上述方法中仍然没有一种能在不同 短路故障类型、故障电阻、故障距离等多种不确定因素下，实现较高精度的故障测距。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于提供一种易于实现、精度高、避免伪故障点干扰的基于PMU的配 电网混合故障测距方法及装置，该方法将基于PMU的双端同步相量法和单端阻抗法结合，排 除了伪故障点，在不同短路故障类型、故障电阻、故障距离等多种不确定因素下依然可行有 效，能够实现较高精度的故障测距。
[0007] 本发明的技术方案:一种基于PMU的配电网混合故障测距方法，在配电网的各个分 支首端安装故障指示器FI，在主干线各个分段开关安装馈线终端装置FTU，在变电站和主干 线末端各安装一台同步相量测量装置PMU，通过基于GPS信号的PMU对配电网故障前后电压、 电流进行同一时标下的量测，并提供时标统一的相位和幅值信息，得到全网任意两个节点 之间的相角差;这样，当配电网发生故障时，故障回路中各个分段开关处的FTU和FI会有故 障电流流过而产生报警信号，并将该报警信号上传到变电站子站，再通过逻辑判断得出相 应的故障区段或故障分支，若故障区段在变电站与N母线之间，则采用基于变电站和N处同 步量测的双端同步相量法测量出故障点到变电站的距离;若故障发生在分支馈线，则采用 基于双端PMU的单端阻抗法测量出故障点到变电站的距离。
[0008] 上述方法中，所述的主干线的故障测距是基于变电站和N处安装的PMU测量得到的 故障前后同步电气量，利用对称分量法进行故障前后电气量的相模变换，得到相互独立的 三序相分量，将PMU测得的故障后电气量减去正常情况下的电气量得到故障分量。
[0009] 上述方法中，所述的双端同步相量法是直接利用正序故障分量即可实现所有故障 类型的故障定位，并不需要事先知道故障发生相，且不受故障电阻的影响，保证了主干线故 障测距的精确性。
[0010] 上述方法中，所述的单端阻抗法是利用故障时故障区段上游节点处的电压和电流 三序分量即可实现所有故障类型定位。
[0011] 上述方法中，所述的故障类型包括单相接地短路故障、两相相间短路故障、两相接 地短路故障和三相短路故障。
[0012] -种由上述方法构建的基于PMU的配电网混合故障测距装置，包括变电站、与变电 站连接的主干线以及连接在主干线上的分支线，在变电站内设置有信息处理子站，在主干 线的各分段开关上均安装有馈线终端装置FTU，在每条分支线的首端安装有故障指示器FI， 同时在变电站和主干线末端处安装有同步相量测量装置PMU，两侧的PMU通过GPS与卫星进 行实时通讯并将故障前后的电气量信息传输到信息处理子站，同时FTU和FI通过无线通信 通道与信息处理子站连接。
[0013] 上述装置中，对于10KV多分支的辐射型配电网络，只需在变电站和主干线末端各 装设一台PMU即可实现配电馈线精确的故障测距。
[0014] 由于采用上述技术方案，本发明的优点在于:本发明在先定段后测距的基础上，采 用了基于同步相量测量装置(PMU)的混合故障测距法来进行配电网精确的短路故障测距， 即将基于PMU的双端同步相量法和单端阻抗法结合，排除了伪故障点的问题，而且在不同短 路故障类型、故障电阻、故障距离等多种不确定因素下依然能够实现较高精度的故障测距。 此外，本发明根据相模变换原理很好地克服了输配电线路参数实际上的不平衡对故障测距 精度的影响，既适用于不换位线路，也适用于各种换位线路，而且本发明采用的双端基频电 气量故障定位方法不受故障类型和接地电阻的影响，可实现较高精度的故障测距。
【附图说明】
[0015] 图1为本发明中10KV配电系统结构图； 图2为本发明中PMU装置结构图； 图3为本发明中FTU硬件总体框架图； 图4为本发明中TMS320LF 2407与RS-232通信接口电路； 图5为本发明中故障指示器FI的基本结构图； 图6为本发明中简单辐射型配电线系统单线图； 图7为本发明中配电网故障定位的总体流程框图； 图8为本发明中测距算法仿真验证单线图； 图9为本发明中基于PMU的双端测距误差曲线图； 图10为本发明中基于PMU的单端测距误差曲线图。
【具体实施方式】
[0016] 为了使本发明目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图及实施例对本发明 作进一步的详细说明。
[0017]本发明的实施例：图1是10KV配电系统结构图，BRK表示变电站出线断路器，S1~S4 表示主干线上装有馈线终端装置(FTU)的分段开关，S5~S7表示分支馈线不装馈线终端装 置(FTU)的分段开关，FI1~FI3表示装设在分支配电馈线首端的故障指示器(FI)，变电站和 主干馈线末端各装设一台同步相量测量装置(PMU)，且变电站作为信息处理子站。PMU1和 PMU2通过GPS接收器提供一个秒脉冲信号和一个时间标签，时间可以是当地时间，也可以是 国际标准时钟时间，脉冲信号通过锁相晶振器分割得到需要的模拟信号采样脉冲，模拟信 号是经过变压器和滤波器处理后的电压电流信号。同时FTU和FI检测的故障电流信息通过 高速通信通道电缆或光纤上传到信息处理子站。鉴于FI低成本高可靠性的特点，利用其来