基于低压侧线电压的中压配网故障精确定位方法

本发明属于电力系统配网故障数据识别，尤其涉及一种配网短路故障精确定位方法、系统、设备及存储介质。

背景技术：

1、配电网处于供电系统的末端，直接面向用电设备，是保障供电可靠性与提高运行经济性的关键环节。随着国民经济和科技的快速发展，个人计算机、可编程逻辑器件、可调速驱动装置、交流接触器等敏感性负荷的增多对新型电力系统的供电可靠性提出了更高的要求。保障供电质量、提高供电可靠性已成为新型电力系统的首要任务。无论传统电网还是新型电力系统，通过故障定位系统能够准确地定位故障区段及故障类型，从而达到减少停电时间和停电范围，提高配电网供电可靠性的目的。

2、目前配电网绝大多数采用单电源辐射状网络供电，具有线路长，分布面广，线路结构复杂，分支线多，负荷分散，线路结构不固定，变化太快等特点。在传统的故障判断过程中，配电网大多数采用逐条线路拉闸停电的方法来确定故障线路，这样的方法由于人工的参与，所需的定位时间相当长。另外，线路检修时一般全线停电，对生产生活影响很大。近年来，智能配电网的迅速发展为解决油田电网现有问题提供了技术支持，基于ftu(馈线终端设备)的故障定位方法可以实现故障快速隔离，降低故障线路对健全线路的影响，缩小停电范围，对于配网保护有良好的应用价值。

3、通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：

4、(1)现有技术中，基于ftu实现故障定位具有成本较高，定位对信息同步要求很高，故障定位精度低。

5、(2)现有技术对故障发生位置进行区段定位中需要测量相位，需要添加额外监测设施，对短路故障类型判断并对故障发生位置进行区段定位中，不能准确定位到相邻两负荷侧测量节点之间,而且定位速度慢。

6、(3)现阶段10kv等级配电网变压器普遍采取dy接法，负荷侧中性点不接地，因此在负荷侧无法测量相电压数据。

7、(4)现有基于配网低压侧的故障定位方案大多选择负序电压为特征进行分析，并不能实现对三相故障的定位。

技术实现思路

1、为克服相关技术中存在的问题，本发明公开实施例提供了一种配网短路故障精确定位方法、系统、设备及存储介质，具体涉及一种基于负荷侧线电压幅值的配网短路故障精确定位方法及系统。基于以上配电网故障定位背景，本发明目的在于利用负荷侧量测终端得到短路故障前后各负荷侧线电压幅值，根据网络拓扑结构与负荷分布，结合故障类型判断结果，计算并比较中压侧特征电压分布规律确定配电网短路故障区段，进一步计算并比较中压侧特征电流关联性确定故障距离。本发明基于负荷侧监测终端测量故障前后线电压幅值，利用有限的信息，不需要测量相位，不需要添加额外监测设施，结合线路参数与故障类型判断结果，实现短路故障精确定位，降低了故障定位方法在配电网中应用的难度，提高了配电网故障定位速度。

2、所述技术方案如下：一种基于负荷侧线电压幅值的配网短路故障精确定位方法包括以下步骤：

3、s1，根据故障支线辨识、类型判断及选相结果，两相短路时，利用负荷侧测量节点线电压幅值计算各节点中压侧正序电压故障分量，进一步求解各区段正序电压故障分量幅值，根据各区段正序电压故障分量幅值分布特征确定故障发生区段实现故障区段定位；

4、s2，实现区段定位后，利用区段正序电压故障分量计算故障区段与其相邻区段的正序电流故障分量，根据三个区段上的正序电流故障分量物理关联性实现精确定位；

5、s3，根据故障支线辨识及类型判断结果，三相短路时，利用故障时刻前后负荷侧测量节点线电压幅值计算各节点故障时刻前后中压侧相电压幅值，进一步求解各区段故障时刻前后相电压幅值，根据各区段相电压幅值故障时刻前后的差异确定故障发生区段实现故障区段定位；

6、s4，实现区段定位后，利用故障后各区段相电压幅值计算故障区段与其相邻区段的相电流幅值，根据三个区段上的相电流物理关联性实现精确定位。

7、在一个实施例中，在步骤s1中，当负荷侧监测终端数据满足启动判据后，读取各节点线电压数据，判断故障类型，获取故障相别，发生bc两相短路时，任一负荷侧测量节点线电压幅值表达式为：

8、

9、其中，任一负荷侧测量节点中压侧故障前三相电压分别为变压器的变比为n，节点正序电压故障分量为以负荷侧线电压幅值作因变量，求解系统各负荷侧测量节点以电源向末端为正方向，按正方向依次两两相减各节点正序电压故障分量幅值u(1)，得各区段正序电压故障分量幅值降落δu(1)。

10、根据所求各区段正序电压故障分量幅值分布特征实现故障区段定位中，故障条件下，故障点正序电压故障分量幅值最高。故障点左侧正序电流故障分量为故障点右侧正序电流故障分量为其中，f为故障点，1为首端，k为末端，为故障点注入正序电流故障分量。设f位于节点m与m+1间，则uf(1)＞u(m+1)(1)＞uk(1)，uf(1)＞um(1)＞u1(1)，又因为i(1,f)(1)＞＞i(f,k)(1)，则u(m+1)(1)＞um(1)。

11、基于此分布特征确定两相短路区段定位判据为：遍历各区段正序电压故障分量幅值降落δu(1)，当δu(1)首次大于0时，该区段的上游区段即为故障区段。若无满足条件区段，则末段区段为故障区段。

12、在一个实施例中，在步骤s2中，当两相短路实现区段定位，结合线路拓扑结构与线路参数，利用故障区段及其相邻区段的除以各自区段阻抗，求得三个区段的正序电流故障分量，即

13、针对三个区段的正序电流故障分量，其物理关联性在于令λ＝zmf/zm,m+1，则

14、忽略引出节点分流，其中，为故障点左侧注入故障点的正序电流故障分量幅值，为故障点右侧注入故障点的正序电流故障分量幅值。

15、基于此物理关联性，两相短路精确定位判据为

16、在一个实施例中，在步骤s3中，发生三相短路时，利用每个负荷侧测量节点处任一线电压，计算节点对应中压侧相电压，此处任选一个线电压分析，由于此时电路只存在正序分量，即依次两两相减求得各区段故障后a相幅值δua，发生三相短路前即依次两两相减ua(pre)求得各区段故障前a相电压幅值δua(pre)。

17、根据所求各区段相电压幅值分布特征实现故障区段定位中，故障时刻前，系统整体阻抗为zpre，电流故障时刻后，系统整体阻抗为z，电流由于|z|＜|zpre|，则ipre＜i。故障点上游有故障电流经过的各区段对应电压δua(pre)＜δua，而故障点下游无故障电流经过的各区段对应电压δua(pre)＞δua。

18、基于此分布特征确定三相短路区段定位判据为：从电源向末端依次比较各区段故障时刻前后a相电压幅值，当首次出现δua(pre)＞δua，该区段的上游区段即为故障区段。若无满足条件区段，则末段区段为故障区段。

19、在一个实施例中，在步骤s4三相短路时，实现三相短路区段定位后，结合线路拓扑结构与线路参数，利用故障区段与其相邻区段的δua除以各自区段阻抗幅值，求得三个区段的相电流幅值，即δu(m,m+1)a＝i(m,m+1)a|z|m,m+1；

20、针对三个区段的相电流，设故障点f位于节点m与m+1间，其物理关联性在于左侧注入故障区段相电流幅值右侧流出故障区段相电流幅值因此

21、基于此物理关联性，得到三相短路精确定位判据为

22、本发明的另一目的在于提供一种实施所述基于负荷侧线电压幅值的配网短路故障精确定位方法的基于负荷侧线电压幅值的配网短路故障精确定位系统包括：

23、故障定位启动模块，用于记录负荷侧线电压幅值，当线电压突变量大于设定值时启动故障定位流程同时识别故障支线、类型与相别；

24、两相短路故障区段定位模块，用于利用负荷侧线电压计算中压侧正序电压故障分量幅值降落，基于中压侧正序电压故障分量幅值降落分布特征确定两相短路故障发生区段；

25、两相短路故障精确定位模块，利用中压侧正序电压故障分量降落计算故障区段与相邻区段正序电流故障分量，基于三区段上电流分量的物理关联性实现精确定位；

26、三相短路故障区段定位模块，利用负荷侧线电压计算各区段中压侧故障时刻前后a相电压，基于各区段故障前后相电压差异确定三相短路故障发生区段；

27、三相短路故障精确定位模块，利用中压侧故障相电压幅值计算故障区段正序电流与其相邻区段相电流，基于三区段电流的物理关联性实现精确定位。

28、结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：

29、第一、针对上述现有技术存在的技术问题以及解决该问题的难度，紧密结合本发明的所要保护的技术方案以及研发过程中结果和数据等，详细、深刻地分析本发明技术方案如何解决的技术问题，解决问题之后带来的一些具备创造性的技术效果。具体描述如下：

30、本发明提供的基于负荷侧线电压幅值的配网短路故障精确定位方法及系统，与传统定位方法相比，具有显著区别：

31、现阶段配电线路故障定位主要依靠馈线终端单元来进行，只能将故障定位于相邻两馈线终端单元之间，并且安装馈线终端投入大，成本高。本发明提供的基于负荷侧线电压幅值的配网短路故障精确定位方法及系统，只需要利用配电网现有的负荷侧监测终端测量负荷侧线电压幅值，不需要测量相位，不需要添加额外监测设施，可以有效对故障发生位置进行精确定位。

32、传统的定位方法通常采用数据采集与监视控制系统通过接受故障信息，利用矩阵算法、人工智能算法等算法对故障定位问题进行解析与处理，最后求解出故障位置，在复杂网络结构中计算量大，并且处理信息畸变或信息丢失情况下的故障定位误差较大。本发明提供的基于负荷侧线电压幅值的配网短路故障精确定位方法及系统，无需复杂的计算过程，占用计算机内存小，计算速度快，对信息畸变或信息丢失情况下的故障定位容错性高。

33、第二，把技术方案看作一个整体或者从产品的角度，本发明所要保护的技术方案具备的技术效果和优点，具体描述如下：

34、本发明提出了一种基于负荷侧线电压幅值的配网短路故障精确定位方法及系统可以正确识别故障发生区段及距离，利用各负荷侧监测装置得到线电压幅值实现故障精确定位，其定位结果更为精准，且稳定性较好。

35、本发明为实现基于负荷侧信息对中压侧短路故障快速定位提供了一种关键技术，能够进一步提高系统供电可靠性，有利于配电网的进一步发展。

36、第三，作为本发明的权利要求的创造性辅助证据，还体现在以下几个重要方面：

37、针对当前基于智能融合终端的故障定位方法只对单一台区“负责”，跨台区终端的信息交互力度不够的问题，本发明在不额外增添附加设备的情况下实现多台区电气数据互动，进行配电网故障一体化定位，提高配网故障定位精度，为国民经济发展和新型电力系统的建设提供助力。