一种含光伏配电网短路故障定位方法与流程

本发明涉及配电网故障定位，具体涉及一种含光伏配电网短路故障定位方法。

背景技术：

1、随着分布式发电技术的迅速发展，由于受地理位置约束，分布式电源一般直接接入配电网，配电网作为电力系统发、输、变、配电中与用电负荷直接相连的关键环节，分布式电源的接入有助于提高电力用户供电可靠性。然而，分布式电源的接入同时也给配电网运行带来了新的挑战。电力系统中超过85％的故障停电都是配电网故障造成的，而分布式电源的接入使得传统的辐射型配电网变为多电源的复杂网络，分布式电源运行过程中的动态投切以及输出功率的随机特性，都会使已有的传统配电网继电保护整定、故障定位以及供电恢复方案失效。因此，需要深入研究含分布式电源配电网故障定位方法。

2、现有技术存在以下不足：

3、传统含分布式电源配电网故障区段定位方法只在分布式电源输出功率保持恒定时，才能实现配电网故障区段的定位。而实际上分布式电源受天气、环境等因素影响，输出功率随机变化。当韩分布式电源配电网发生短路故障时，若分布式电源输出功率较小，所提供的故障过电流未达到ftu整定值，则ftu上传故障信息可能大规模漏报，从而导致基于ftu的配电网区段定位方法失效。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种含光伏配电网短路故障定位方法，以解决背景技术中不足。

2、为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：含光伏配电网故障定位方法，所述方法包括以下步骤：

3、s1：区分识别配电网故障区段的主节点与子节点处ftu上传的故障信息不同；

4、s2：基于矩阵算法建立网络描述矩阵和故障信息矩阵；

5、s3：将网络描述矩阵和故障信息矩阵相加，得到故障判断矩阵，利用故障区段特征形成故障定位判据；

6、s4：建立适用于含光伏配电网故障定位的开关函数；

7、s5：将矩阵算法与改进正余弦算法相结合搜索最优解，实现故障区段的准确定位。

8、在一个优先的实施方式中：步骤s1中，ftu上传故障信息的机制如下：

9、s1.1：通过计算系统主电源及上下游光伏短路电流确定整定值；

10、s1.2：流经某处ftu的电流幅值大于其整定值，即该ftu监测到故障过电流；并区分故障过电流方向，规定从系统主电源到馈线末端或光伏电源的方向为全网正方向；

11、s1.3：含dg配电网中各ftu根据是否检测到故障过电流以及其方向是否与全网正方向一致，共设置“-1，0，1”三种工作模式：当含光伏配电网发生短路故障时，若某ftu检测到故障过电流且其方向与全网正方向一致，则该ftu向配电主站上传信息为“1”；若某ftu检测到故障过电流且其方向与全网正方向相反，则上传信息为“-1”；若某ftu未检测到故障过电流，则上传信息为“0”。

12、在一个优先的实施方式中：步骤s2中，基于矩阵算法建立网络描述矩阵和故障信息矩阵包括以下步骤：

13、s2.1：根据图论相关知识，将整个配电网当作一个图，配电网内各断路器、分段开关以及联络开关当作节点，建立网络描述矩阵d；

14、s2.2：定义主节点为节点i，子节点为节点j，置网络描述矩阵d中非对角元素dij＝1，否则将其置为0，网络描述矩阵d中对角元素均置为0；

15、s2.3设置故障信息矩阵g中主节点为节点i，子节点为节点j，故障信息矩阵g的对角元素分别为配电网中各节点处ftu上传的故障信息，非对角元素均置为0。

16、在一个优先的实施方式中：步骤s3中，建立故障判断矩阵并根据故障区段特征形成故障定位判据包括以下步骤：

17、s3.1：将网络描述矩阵d与故障信息矩阵g作矩阵相加运算，得到故障判断矩阵p，故障判断矩阵p的非对角元素表征配电网中各节点之间的拓扑连接关系，其对角元素表征配电网中各节点是否流经故障过电流；

18、s3.2：根据故障区段的主、子节点ftu上传故障信息不同的特点，构造矩阵算法故障定位判据。

19、在一个优先的实施方式中：步骤s3.2中，构造矩阵算法故障定位判据的条件如下：

20、s3.2.1：主节点i、子节点j构成的双端馈线区段发生短路故障时，若配电网发生单重故障：若pii＝1，所有的pij＝1 i≠j，有pjj＝0或-1；若配电网发生多重故障：若pii＝0，所有的pij＝1 i≠j，有pjj＝-1；

21、s3.2.2：主节点i构成的末端馈线区段发生短路故障时，若配电网发生单重故障：若pii＝1，所有的pij＝1 i≠j。

22、在一个优先的实施方式中：步骤s3.2中，还包括根据矩阵算法进行含光伏配电网故障定位，包括：

23、s3.2.3：建立含光伏配电网的网络描述矩阵d以及故障信息矩阵g，二者矩阵相加，得到故障判断矩阵p；

24、s3.2.4：通过逐行搜索故障判断矩阵p中的非对角元素，判断哪些节点共同构成t接区段；

25、s3.2.5：对于每个t接区段，通过搜索故障判断矩阵p中的对角元素，得到构成该t接区段的主节点与两个子节点处ftu上传的故障信息；

26、s3.2.6：将t接区段主节点处ftu上传的故障信息分别与两个子节点处ftu上传的故障信息作比较，根据矩阵算法故障定位判据，对t接区段进行两次区段状态的判断；

27、s3.2.7：若两次区段状态的判断结果一致，则可直接得出t接区段的区段状态；若不一致，则根据t接区段主节点处ftu上传的故障信息，判断t接区段的区段状态；

28、s3.2.8：若t接区段主节点处ftu上传信息为“1”，则t接区段为正常区段；若上传信息为“0”，则t接区段为故障区段。

29、在一个优先的实施方式中：步骤3.2中，

30、步骤s3.2.4具体包括：根据故障判断矩阵p的第i行中数值为“1”的非对角元素个数，判断是否存在t接区段；判断原则如下：若该行只有一个非对角元素pij＝1，则行号i，列号j对应节点构成的区段为非t接区段，i对应该区段的主节点，j对应该区段的子节点；若该行存在两个非对角元素pij＝pik＝1，则行号i，列号j，k对应节点构成的区段为t接区段，i对应该t接区段的主节点，j，k分别对应该t接区段的子节点；

31、步骤s3.2.6中：若主、子节点构成的区段为非t接区段，用矩阵算法故障定位判据对非t接区段状态判断一次，即为正确的区段状态；

32、若主、子节点构成的区段为t接区段，则用矩阵算法故障定位判据对t接区段状态判断两次；若对t接区段状态的两次判断结果一致，则t接区段的状态即为判断状态；若不一致，则根据t接区段主节点处ftu上传的故障信息pii，判断t接区段的状态。

33、在一个优先的实施方式中：步骤s4中，建立适用于含光伏配电网故障定位的开关函数如下：

34、s4.1：设立适用于含光伏配电网故障定位的开关函数模型；

35、s4.2：定义开关函数计算值开关j上、下游区域中馈线区段总数n1、n2；开关j上游区域中第n1个馈线区段状态xl(n1)，开关j上游区域中第n2个馈线区段状态xl(n2)，正常为“1”，故障为“0”；开关j上、下游电源接入系数k1、k2；

36、s4.3：当开关j上、下游电源分别与开关j直接连接，即电源给开关j持续供电，则其值为“1”，若上、下游电源分别与开关j之间通路被故障点隔断，则其值为“0”；

37、s4.4：定义开关j上、下游数量s1、s2；开关j到其上游电源路径上所经历的馈线区段的状态开关j到其下游电源路径上所经历的馈线区段的状态

38、在一个优先的实施方式中：步骤s5中，将矩阵算法与改进正余弦算法相结合搜索最优解，实现故障区段的准确定位，具体包括如下：

39、s5.1：将矩阵算法故障定位结果得出的所有馈线区段称为疑似故障区段，确定疑似故障区段的数目；

40、s5.2：若疑似故障区段只有1个，表明矩阵算法故障定位结果正确，无需使用基于改进正余弦算法的故障定位方法；

41、s5.3：若疑似故障区段不少于2个，利用改进正余弦算法从疑似故障区段中找出真正的故障区段。

42、在一个优先的实施方式中：步骤5.3中，基于改进正余弦算法的步骤如下：

43、s5.3.1：构建疑似故障区段的期望函数并编写适应度函数；

44、s5.3.2：设定种群规模数，通过随机的0或1初始化种群中的所有个体位置，设定迭代次数及算法各参数；

45、s5.3.3：根据目标函数对初始种群中的所有个体进行一次适应度值计算并记录最优个体位置。

46、s5.3.4：将正弦算法进行二进制转化并对种群位置更新，重新计算种群每个个体适应度值并于上一次记录的最优位置的适应度值比较，如果第t+1次的适应度值小于第t次的适应度值，则将种群最优位置和适应度值替换并作为下次更新的依据；

47、s5.3.5：判断是否满足迭代终止条件，若满足条件则输出种群中的最优个体及其适应度值，该最优个体的位置就是配电网各区段的实际运行状态，若不满足迭代终止条件，则继续执行步骤s5.3.4直到达到最大迭代次数为止；

48、s5.3.6：根据个体位置信息即配电网运行状态确定故障区间。

49、在上述技术方案中，本发明提供的技术效果和优点：

50、通过区分识别配电网发生短路故障时，故障区段的主节点与子节点处ftu上传的故障信息不同，判定该区段为故障区段，基于矩阵算法建立网络描述矩阵和故障信息矩阵，二者相加，得到故障判断矩阵，利用故障区段特征形成故障定位判据，实现含光伏配电网故障区段的定位。在此基础上，针对ftu上传故障信息不完备时矩阵算法故障定位容性差的问题，建立适用于含光伏配电网故障定位的开关函数，将矩阵算法与改进正余弦算法相结合搜索最优解，实现故障区段的准确定位。该方法可以大大提高配电网故障定位的速度，且具有较高的准确性和一定的容错能力，能够有效避免现场运维人员巡线时耗时耗力，提高配电网供电可靠性。