一种基于STU识别网络拓扑技术的自适应过流故障定位方法与流程

本发明提供了一种过流故障定位方法，尤其是一种基于STU识别网络拓扑技术的自适应过流故障定位方法。

背景技术：

目前，电力系统在进行过流故障定位时，常常采用额外增加检测设备，不仅增加了监控成本，而且监控过程复杂，不利于扩展运用。另外，现有监控手段在进行监控过程中并不能针对系统的供电状态来自适应改变监控方式，导致监控的可靠性下降，难以满足目前电力系统高可靠性的监控要求。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是现有的监控方法需要额外增加设备，且不能根据系统的供电状态来自适应改变监控方式，可靠性较差。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于STU识别网络拓扑技术的自适应过流故障定位方法，包括如下步骤：

步骤1，主控STU通过逐级查询方式建立系统的网络实时拓扑结构，并根据网络实时拓扑结构判断系统当前是处于单电源供电状态还是多电源供电状态；

步骤2，主控STU根据供电状态自适应选择相应的故障定位流程，若为单电源供电，则进入单电源故障定位流程，若为多电源供电，则进入多电源故障定位流程，其中，

单电源故障定位流程的具体步骤为：

从控STU采用暂态零序电流的突变量起动，并在启动后与相邻的从控STU进行通信，获取相邻开关的故障电流信息；若相邻开关检测到故障电流，则故障不在该相邻开关的区段上；若相邻开关未检测到故障电流或没有相邻开关，则故障在相邻开关的区段上；

多电源故障定位流程的具体步骤为：

从控STU采用相电流突变量启动，并将检测到的首个突变点作为从控STU计算故障电流的相位起点，在故障发生后，各从控STU根据突变电流检测故障信号，并记下接收到故障信号的时刻，并以此时刻为基准计算故障电流的实时相位，再将故障电流的相位起点与实时相位进行比较计算；若有两个相邻的从控STU比较计算的相位差为180°，则故障在该两个相邻的从控STU之间的区段上；若从控STU比较计算的相位差为0°，则与该从控STU相邻的区段上没有故障。

作为本发明的进一步限定方案，步骤2中，从控STU采用相电流突变量启动时，相电流突变量的计算公式为：

式中，为相电流突变量，为K点的相电流采样值，为自K点起向前1周波的电流采样值，N为每工频周波的采样点，为自K点起向前2周波的电流采样值；当ΔI_φ＞I_set时，I_set为设定的突变量启动门槛值，则从控STU启动。

本发明的有益效果在于：(1)可实时查询网络拓扑结构，根据不同拓扑结构自适应选择合适的定位算法，适用性强；(2)从控分布式定位算法，不需要主站参与，定位速度快，适应性面广；(3)闭环运行时采用故障信号自同步算法，且无需额外增加监控设备，系统简单、成本低且易于实施。

附图说明

图1为本发明的方法流程图；

图2为本发明的系统结构示意图；

图3为本发明的单电源状态下的故障定位流程图；

图4为本发明的多电源状态下的故障定位流程图。

具体实施方式

如图1-4所示，本发明提供的一种基于STU识别网络拓扑技术的自适应过流故障定位方法，包括如下步骤：

步骤1，主控STU通过逐级查询、被查询从控STU直接响应的方式建立系统的网络实时拓扑结构，并根据网络实时拓扑结构判断系统当前是处于单电源供电状态还是多电源供电状态；

步骤2，主控STU根据供电状态自适应选择相应的故障定位流程，若为单电源供电，则进入单电源故障定位流程，若为多电源供电，则进入多电源故障定位流程，其中，

单电源故障定位流程的具体步骤为：

从控STU采用暂态零序电流的突变量起动，并在启动后与相邻的从控STU进行通信，获取相邻开关的故障电流信息；若相邻开关检测到故障电流，说明故障是穿越性的，则故障不在该相邻开关的区段上；若相邻开关未检测到故障电流或没有相邻开关，说明故障电流是注入性的，则故障在相邻开关的区段上，并确认该从控STU对应的开关属于故障区段上游边界开关；

多电源故障定位流程的具体步骤为：

从控STU采用相电流突变量启动，利用故障信号自同步来确定故障起始时刻，线路发生故障后，从控STU检测到的故障起始时刻可被认为是同一时刻，即通过首个突变点的检测可以确定故障起始时刻，故可将检测到的首个突变点作为从控STU计算故障电流的相位起点，相电流突变量的计算公式为：

式中，为相电流突变量，为K点的相电流采样值，为自K点起向前1周波的电流采样值，N为每工频周波的采样点，为自K点起向前2周波的电流采样值；当ΔI_φ＞I_set时，I_set为设定的突变量启动门槛值，则从控STU启动。在故障发生后，各从控STU根据突变电流检测故障信号，并记下接收到故障信号的时刻，并以此时刻为基准计算故障电流的实时相位，再将故障电流的相位起点与实时相位进行比较计算；若有两个相邻的从控STU比较计算的相位差为180°，则故障在该两个相邻的从控STU之间的区段上；若从控STU比较计算的相位差为0°，则与该从控STU相邻的区段上没有故障。

本发明的自适应过流故障定位方法的原理说明如下：

主控STU采用逐级查询的方式建立应用拓扑的具体步骤为：首先查询相邻从控STU，获取其局部拓扑信息以及下一级从控STU的通信地址；然后查询下一级从控STU，获取其局部拓扑信息以及下一级终端的通信地址；依次类推，直至查询到控制域边界的从控STU，从而建立网络拓扑结构。拓扑建立后，主控STU将实时监测拓扑中所有开关的变位信息，在拓扑结构改变时进行拓扑的实时更新。

单电源供电，采用故障区段流过故障电流，非故障区段不流过故障电流来进行故障定位。从控STU采用暂态零序电流的突变量起动，检查相邻的开关是否也有故障电流流过。如果相邻的开关被同一个从控STU所监控(如同一环网柜的开关)，从控STU可直接检查相邻开关是否有故障电流流过，否则需要与相邻的从控STU通信，获取相邻开关故障电流检测结果。故障定位判据：如果开关一侧相邻的开关检测到故障电流，说明故障是穿越性的，故障不在该侧的区段上；如果开关一侧相邻的开关均没有故障电流流过或者说没有相邻的开关，说明故障电流是注入性的，故障在该侧区段上，并确认自己属于故障区段上游边界开关(与区段相邻的开关称为区段边界开关，边界开关中最靠近变电站的开关，称为上游边界开关)。

多电源供电，采用相位比较故障定位方法，即利用故障区段两侧电流方向相反的原理实现故障定位。从控STU采用突变电流启动，各个从控STU检测到故障信号时，记下接收到故障信号的时刻，并以该时间作为故障电流相位计算的基准。各个从控STU接收到故障信号后，分别计算其故障相位，依据只有故障区段两侧的故障电流相位差为180°来确定故障区段。

如图2所示，分布式FA系统主要由QS1、QS2(出线开关)及Q1、Q2、Q3、Q4、Q5构成，且每个开关都对应一个STU。

正常运行时，靠近变电站的STUA过逐级查询方式获得系统的网络拓扑，STUA根据系统处于单电源供电还是多电源供电状态自适应使用合适的故障定位算法。当检测到STU3为断开时，即系统处于单电源供电方式时，故障发生后，STU2检测到故障突变电流启动，并与相邻STU1、STU3进行通信，查询相邻开关是否有故障电流流过，没有故障电流的区段为故障区段。当检测到STU3为闭合时，即系统处于多电源供电方式时，故障发生后，STU2、STU3检测到故障电流后启动，并与相邻STU1、STU4通信，计算各自故障电流的相位并比较相邻开关的故障电流相位，相位相反的区段为故障区段。

本发明提供的自适应过流故障定位方法的有益效果在于：

(1)可实时查询网络拓扑结构，根据不同拓扑自适应选择合适的定位算法，适用性强。

(2)分布式定位算法，不需要主站参与，适应性面广。

(3)闭环运行时采用故障信号自同步算法，简单、成本低且易于实施。

总之，当线路发生故障后，可以根据系统的实时网络结构自适应选择合适的过流故障定位方法，且采用分布式算法，不需主站参与，定位速度快，提高了系统的供电可靠性。