一种基于相量分析的改进阻抗型有源配电网故障测距算法的制作方法

技术特征：

1.一种基于相量分析的改进阻抗型有源配电网故障测距算法，其特征在于，该故障测距算法包括：

1)配电自动化主站接收保护动作信息，读取各电源接入点处FTU故障前、后同步电压、电流检测数据及各DG电源的接入点同步测量数据，并经DFT变换得到相应的相量，建立通用于各种故障类型、精确反应故障时负荷电流特性的计算模型；其中,DFT变换为离散傅里叶变换；FTU为馈线终端设备；DG电源为分布式电源；

2)将故障前各电源接入点处FTU装置的同步检测数据代入含DG电源的前推回代潮流程序，执行负荷迭代计算，得到实际负荷功率；并考虑负荷时变性，完成有源配电网负荷大小迭代计算；

3)由于分支线路大量存在，对若干个位于不同线路区段上的可能故障点，在无需预先判定故障类型和故障相的情况下实现三相不平衡有源配电网在各种故障类型下的故障测距；该故障测距包含DG电源、从主电源接入的分支线路、中间负荷、电缆-架空线混合线路及复杂有源配电网的故障测距；

4)启动故障测距，从最靠近主电源的线路区段开始迭代搜索和测距计算；基于节点三相阻抗矩阵各元素物理意义和过渡电阻消耗无功功率为零的功率特性，建立关于故障距离的一元二次测距方程；进行虚拟故障点电流If的迭代计算，

5)当有源配电网线路区段全部遍历后，对记录的所有可能故障线路区段和相应故障点进行伪故障点识别校验；

6)计算主电源到真实故障区段故障点距离xtotal，搜索测距过程结束。

2.根据权利要求1所述一种基于相量分析的改进阻抗型有源配电网故障测距算法，其特征在于，所述步骤1)建立通用于各种故障类型，每条线路区段上通过将该线路区段首端电压、电流相量和初始化虚拟故障点电流相量及线路参数信息代入一元二次有源配电网故障测距方程求解故障距离，x1、x2为其两个根；若x1、x2中至少有一个满足0<xi<L(i＝1,2)，L为该线路区段实际长度，则迭代计算虚拟点电流获取更加精确的故障距离；若x1、x2均不满足0<xi<L，则根据有源配电网线路区段电压、电流计算该线路相邻线路区段首端三相电压、电流相量；有源配电网故障测距方程：简写为一元二次方程Ax²+Bx+C＝0，可解得故障距离x；

其中，为故障点f三相电压和电流；分别为流入故障点f之前的电压、电流相量；Zabc和Yabc分别为节点三相支路阻抗阵和节点对地导纳阵；为流经故障点f之后电流相量；其中代表主网向短路点提供的短路电流；T为转置运算，Im为取虚部运算。

3.根据权利要求1所述一种基于相量分析的改进阻抗型有源配电网故障测距算法，其特征在于，所述步骤2)考虑负荷时变性，完成有源配电网负荷大小迭代计算，从全部线路区段中最靠近主电源的线路区段开始迭代搜索和测距计算；包括：

2.1计算故障前主电源总负荷，如式(1)，

2.2计算负荷变化因子，如式(2)，

2.3计算各节点负荷功率修正值，如式(3)，

2.4综合考虑迭代算法的计算精度与收敛速度之间的协调配合，则上述式(1)-式(3)中，

式中，分别为系统故障前总负荷计算值和额定功率值，为负荷平均变化因子，用于定量表征负荷波动；为修正后节点i负荷功率，为该点额定负荷，n为负荷数；为系统故障发生前主网功率测量值，k为包含分布式电源在内的电源总数，为电源接入点i三相电压、电流；代表线路损耗，代表支路三相电流相量，Z代表支路三相阻抗对角阵，*代表共轭运算；

2.5利用潮流计算求得新的线路损耗，并判断与前一次计算值之差，若小于门槛值ε1，则输出修正后的系统负荷节点的功率为上述节点负荷功率修正值

4.根据权利要求3所述一种基于相量分析的改进阻抗型有源配电网故障测距算法，其特征在于，所述步骤4)启动故障测距，从最靠近主电源的线路区段开始迭代搜索和测距计算；改进阻抗型故障测距算法基于节点三相阻抗矩阵各元素物理意义和过渡电阻消耗无功功率为零的功率特性，在复杂有源配电网中考虑线路分布电容及相间耦合因素，其线路区段首末端三相电压相量和三相电流相量之间的关系表达式为

式中，aL＝dL＝E+0.5·L²·Zabc·Yabc；bL＝L·Zabc；cL＝L·Yabc+0.25L³·Yabc·Zabc·Yabc，

和分别代表线路区段首端节点i和末端节点j三相电压、电流相量；aL、bL、cL、dL为关于线路区段长度L的通用变量；E为三阶单位矩阵；Zabc和Yabc分别为节点三相支路阻抗阵和节点对地导纳阵。

5.根据权利要求1或2所述一种基于相量分析的改进阻抗型有源配电网故障测距算法，其特征在于，虚拟故障点电流的迭代计算，故障点电流大小取决于故障类型、负荷大小、DG电源渗透率及过渡电阻因素；考虑过渡电阻的随机性、不可预测性及负荷的时变性，采用迭代方法更新计算故障点电压、电流；根据一元二次方程Ax²+Bx+C＝0求解公式，获得更接近真实值的故障距离x，故障点电流迭代计算步骤如下：

①虚拟故障点电流初始化，

式中，分别为故障发生前、后虚拟故障点所在支路区段首端三相电流；

②将故障后该故障区段首端节点i电压、电流相量、故障点电流初始化值和线路区段参数信息代入故障测距方程式得到两个可能解x1和x2如式(10)所示；根据故障距离的物理意义x∈[0,L]，对x1和x2进行筛选判断；

③若x1、x2中至少有一个满足0<xi<L(i＝1,2)，则通过满足条件的xi计算故障点电压若x1、x2均不满足0<xi<L，按某条路径计算相邻线路区段首端电压、电流和主网向故障点提供的电流如式(11)所示，

④计算线路区段远离主电源端的电流并进一步求得主网供应的电流

有源配电网故障时，主网和各分布式电源均有电流流向故障点，由于分支线路和中间负荷的分流，各电源处安装的FTU同步测量电流之和不等于故障点处电流；求解各DG向故障点f供应的电流时，需要通过修改节点三相阻抗矩阵和节点对地导纳阵、移除故障线路区段，形成新的节点三相阻抗矩阵Z′，求解如下：

式中，为以节点j为接入点的DG电源三相注入电流，为以节点m为接入点的DG电源三相注入电流，n为系统节点个数；

所述节点对地导纳矩阵修改过程如下：

式中，分别为支路jk三相导纳矩阵和对地容纳矩阵,且其中Ljk为线路区段jk的实际长度；修改后的节点导纳求逆获得新节点阻抗矩阵Z”，则表达式如式(20)，

式中，Z"jj、Z"(j,m)分别为Z"中节点j自阻抗和节点j、m间互阻抗，其余变量同前；

⑤在故障点f列写KCL方程，更新故障点电流如下式，

⑥返回第②步，重复②-⑤步，迭代过程中，按式|x(i)-x(i-1)|<ε2对故障距离x进行收敛判断：若两次求解的x满足收敛条件，则迭代结束，x即为故障距离的解；否则，迭代过程继续；式中，i为迭代次数，ε2为门槛值，综合考虑计算精度和收敛速度，ε2取值为10^-5。

6.根据权利要求5所述一种基于相量分析的改进阻抗型有源配电网故障测距算法，其特征在于，所述步骤5)，当有源配电网线路区段全部遍历后，对记录的所有可能故障线路区段和相应故障点进行伪故障点识别校验；由于分支线路的存在，当系统某点故障时，通过上述故障测距过程可能得到若干个位于不同线路区段上的故障点；其具体过程为：对故障后各电源接入点FTU同步监测电流数据进行求和运算作为总故障电流，将其依次注入所有可能的故障点，分别计算每次注入时各电源接入点测量电压与相应FTU实际测量电压的总偏差，根据总偏差最小原则排除伪故障点、确定真实故障区段上的故障点，计算主电源到真实故障区段故障点距离xtotal，搜索测距过程结束。