一种适用交直流混合配电网的故障分级处理方法与流程

本发明涉及混合配电网故障分级系统，特别是涉及一种适用交直流混合配电网的故障分级处理方法。

背景技术：

我国经济高速发展，对电力的需求和依赖日益增加，随着电网规模不断扩大、结构日益复杂，电力系统的安全、可靠和经济运行在国民经济和人民生活中占有越来越重要的地位，而故障停电绝大多数都是由于配电网故障造成的，因此，合理的配电网故障处理方法对于提高供电可靠性具有重要意义。

而随着新能源、新材料、电力电子技术的发展，直流配电技术也得以研究和发展，交直流混合配电网成为了未来配电网的重点发展方向。相比于单一的交流配电网和直流配电网，交直流混合配电网的故障工况更加多样和复杂，不仅包含单一的交流配电网故障或直流配电网故障，还可能发生交直流互扰的故障工况，如何合理地将故障进行分级，并明确处理流程成为降低配电网故障处理周期的重要因素，也是提高电力系统韧性，提高电力系统供电可靠性的重要因素。

现有的配电网故障处理方法仅限于交流配电网内发生故障，迄今未见有关适用交直流混合配电网故障的故障分级处理方法的相关文献和实际应用。

技术实现要素：

本发明的目的针对现有技术中未涉及的交直流混合配电网故障的故障，创造性地提出了一种适用交直流混合配电网的故障分级处理方法，该方法规范了交直流混合配电网发生故障后的应对流程，科学的对故障进行分级，从而明确故障处理方案并有利于快速恢复供电。

本发明采用的技术方案是：

1.一种适用交直流混合配电网的故障分级处理方法，其特征是：它包括以下步骤：

1)对交直流混合配电网故障状态评估：

根据继电保护装置提供的信息，判定交直流混合配电网发生故障后，对配电网故障状态进行评估，评估包括以下步骤：

(1)对交直流混合配电网中的保护动作、断路器跳闸开关量、电压、电流电气量信息进行信息汇总；

(2)根据1)中步骤(1)的信息汇总，采用免疫遗传算法，对所述的信息汇总进行准确性核验，得出数据信息；

(3)根据1)中步骤(2)得出的数据信息，判定交直流混合配电网的运行状态，确定故障的影响范围；

2)对交直流混合配电网故障分级处理：

根据步骤1)中对交直流混合配电网故障状态评估，对配电网进行故障分级处理，其中，一级、二级和三级故障仅包含交流网内故障和直流网内故障，不考虑交流-直流换流器环节故障，四级故障包含交流网内故障和直流网内故障、交流-直流换流器环节故障，根据故障的性质和影响，按以下情况分级：

(1)一级故障：故障影响仅局限于交流网或直流网内；

(2)二级故障：交直流网故障互扰，但不足以影响系统稳定运行；

(3)三级故障：交直流网故障互扰，且仅影响交流或直流系统稳定运行；

(4)四级故障：交直流网故障互扰，且影响交直流系统稳定运行；

3)根据步骤2)中各级故障，对交直流混合配电网处理机制：

(1)在交直流混合配电网中，交流网内发生一级故障处理机制：

①故障定位：故障选线、故障选相和故障测距；

②故障隔离：基于配网调度自动化工作模式，集中或分散就地决定隔离方案；

③故障恢复：考虑分布式电源、微网运行状态依次进行网架评估、负荷转供、子系统重构和系统重构；

(2)在交直流混合配电网中，直流网内发生一级故障处理机制：

①故障隔离和故障定位：综合考虑供电可靠性和经济性，决定故障隔离和故障定位的先后顺序，其中的故障定位包括故障选线、故障选极和故障测距；

②故障恢复：考虑分布式电源、微网运行状态依次进行网架评估、负荷转供、子系统重构和系统重构；

(3)在交直流混合配电网中，交流网内发生二级故障处理机制：

①将交流-直流换流器闭锁或电气隔断；

②故障定位：依次实现故障选线和故障测距；

③故障隔离：基于配网调度自动化工作模式，集中或分散实现故障隔离；

④将交流-直流换流器环节恢复；

⑤故障恢复：考虑分布式电源、微网运行状态依次进行网架评估、负荷转供、子系统重构和系统重构；

(4)在交直流混合配电网中，直流网内发生二级故障处理机制：

①将交流-直流换流器闭锁或电气隔断；

②故障隔离和故障定位：综合考虑供电可靠性和经济性，决定故障隔离和故障定位的先后顺序，其中的故障定位包括故障选线和故障测距；

③将交流-直流换流器环节恢复；

④故障恢复：考虑分布式电源、微网运行状态依次进行网架评估、负荷转供、子系统重构和系统重构；

(5)在交直流混合配电网中，交流网内发生三级故障处理机制：

①将交流-直流换流器闭锁或电气隔断；

②故障定位：依次进行故障选线和故障测距；

③故障隔离：基于配网调度自动化工作模式，集中或分散实现故障隔离；

④将交流-直流换流器环节恢复；

⑤故障恢复：考虑分布式电源、微网依次进行网架评估、负荷转供、黑启动、子系统重构和系统重构；

(6)在交直流混合配电网中，直流网内发生三级故障处理机制：

①将交流-直流换流器闭锁或电气隔断：

②故障隔离；

③故障定位：依次进行故障选线和故障测距；

④将交流-直流换流器环节恢复；

⑤故障恢复：考虑分布式电源、微网运行状态依次进行网架评估、负荷转供、黑启动、子系统重构、系统重构；

(7)在交直流混合配电网中，交流网内发生四级故障处理机制：

①将交流-直流换流器闭锁或电气隔断；

②故障定位：依次进行故障选线和故障测距；

③故障隔离：基于配网调度自动化工作模式，集中或分散实现故障隔离；

④将交流-直流换流器环节恢复；

⑤故障恢复：考虑分布式电源、微网运行状态依次进行网架评估、负荷转供、黑启动、子系统重构或系统重构；

(8)在交直流混合配电网中，直流网内发生四级故障处理机制：

①将交流-直流换流器闭锁或电气隔断：

②故障隔离；

③故障定位：依次进行故障选线和故障测距；

④将交流-直流换流器环节恢复；

⑤故障恢复：考虑分布式电源、微网运行状态依次进行网架评估、负荷转供、黑启动、子系统重构或系统重构；

(9)在交直流混合配电网中，交流-直流换流器环节故障所引起的四级故障处理机制：

①将交流-直流换流器电气隔断；

②全网恢复策略：考虑交直流子网分布式电源、微网运行状态依次进行网架评估、负荷转供、黑启动、交/直流子系统分别重构、尝试全网恢复。

所述的网架评估是指基于断路器开关状态确定网络拓扑结构；所述的负荷转供是指基于潮流优化结果，在避免出现线路或变压器超载运行情况下，实现停电负荷的更换回路供电；所述的子系统重构是指在完成故障隔离、故障定位后，交流子系统或直流子系统恢复非故障区网络供电；所述的系统重构是指在直流子系统和交流子系统分别重构完成后，实现整个交直流混合配电网网络非故障区重新供电。

所述的黑启动包括以下步骤：

1)可实现电压支撑的电源启动；

2)启动的电源为子系统内其他电源供电；

3)非故障区负荷恢复供电以实现子系统重构；

4)正常供电子系统为隔离的子系统供电；

5)尝试恢复交直流混合配电网非故障区所有负荷供电。

所述的综合考虑供电可靠性和经济性，决定故障隔离和故障定位的先后顺序是指：

定义目标函数

max{min[λ1(x),λ2(x)]}

约束条件

其中，x＝(x1,x2,…,xm)表示决策变量，即需要执行故障定位、故障隔离的线路或网络，等式约束条件h(x)＝0包括：有功功率和无功功率平衡，不等式约束g(x)≤0包括：受故障影响的电力系统设备能够耐受的电压、电流、发热以及电力设备的折旧费、停电造成的经济损失，隶属度函数λ1(x)、λ2(x)表示经济性目标和可靠性目标接近最佳值的程度，分别对应于目标函数f1和f2，并且隶属度函数值均在[0,1]之间；

其中，f1.min和f2.max分别对应于以设备折旧费用为优化目标得到的最小设备折旧费用支出及对应的最大停电损失；f1.max和f2.min分别对应于以停电损失为优化目标得到的最大设备折旧费用支出及对应的最小停电损失。

本发明一种适用交直流混合配电网的故障分级处理方法的有益效果体现在：

1.一种适用交直流混合配电网的故障分级处理方法，对交直流混合配电网中可能发生的故障，按照其性质和影响进行了四种级别故障分类，其中一级故障、二级故障和三级故障各包括交流网内故障和直流网内故障两种故障类型，四级故障包括交流网内故障、直流网内故障和ac/dc换流器环节故障三种故障类型，一共涉及九种故障类型，通过对交直流混合配电网中可能发生的不同故障的科学分级和处理，可以在故障发生后快速做出正确判断和制定处理方案，从而提高交直流混合配电网供电可靠性；

2.一种适用交直流混合配电网的故障分级处理方法，规范了交直流混合配电网发生故障后的应对流程，科学的对故障进行分级，从而明确故障处理方案并有利于快速恢复供电，具有方法科学合理，适用性强，应用效果佳等优点。

附图说明

图1是一种适用交直流混合配电网的故障分级处理方法的流程图；

图2是实施例采用一种适用交直流混合配电网的故障分级处理方法，对于不同故障和故障位置进行故障类型划分。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明，此处所描述的具体实施方式仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参照附图1：

1.一种适用交直流混合配电网的故障分级处理方法，其特征是：它包括以下步骤：

1)对交直流混合配电网故障状态评估：

根据继电保护装置提供的信息，判定交直流混合配电网发生故障后，对配电网故障状态进行评估，评估包括以下步骤：

(1)对交直流混合配电网中的保护动作、断路器跳闸开关量、电压、电流电气量信息进行信息汇总；

(2)根据1)中步骤(1)的信息汇总，采用免疫遗传算法，对所述的信息汇总进行准确性核验，得出数据信息；

(3)根据1)中步骤(2)得出的数据信息，判定交直流混合配电网的运行状态，确定故障的影响范围；

2)对交直流混合配电网故障分级处理：

根据步骤1)中对交直流混合配电网故障状态评估，对配电网进行故障分级处理，其中，一级、二级和三级故障仅包含交流网内故障和直流网内故障，不考虑交流-直流换流器环节故障，四级故障包含交流网内故障和直流网内故障、交流-直流换流器环节故障，根据故障的性质和影响，按以下情况分级：

(1)一级故障：故障影响仅局限于交流网或直流网内；

(2)二级故障：交直流网故障互扰，但不足以影响系统稳定运行；

(3)三级故障：交直流网故障互扰，且仅影响交流或直流系统稳定运行；

(4)四级故障：交直流网故障互扰，且影响交直流系统稳定运行；

3)根据步骤2)中各级故障，对交直流混合配电网处理机制：

(1)在交直流混合配电网中，交流网内发生一级故障处理机制：

①故障定位：故障选线、故障选相和故障测距；

②故障隔离：基于配网调度自动化工作模式，集中或分散就地决定隔离方案；

③故障恢复：考虑分布式电源、微网运行状态依次进行网架评估、负荷转供、子系统重构和系统重构；

(2)在交直流混合配电网中，直流网内发生一级故障处理机制：

①故障隔离和故障定位：综合考虑供电可靠性和经济性，决定故障隔离和故障定位的先后顺序，其中的故障定位包括故障选线、故障选极和故障测距；

②故障恢复：考虑分布式电源、微网运行状态依次进行网架评估、负荷转供、子系统重构和系统重构；

(3)在交直流混合配电网中，交流网内发生二级故障处理机制：

①将交流-直流换流器闭锁或电气隔断；

②故障定位：依次实现故障选线和故障测距；

③故障隔离：基于配网调度自动化工作模式，集中或分散实现故障隔离；

④将交流-直流换流器环节恢复；

⑤故障恢复：考虑分布式电源、微网运行状态依次进行网架评估、负荷转供、子系统重构和系统重构；

(4)在交直流混合配电网中，直流网内发生二级故障处理机制：

①将交流-直流换流器闭锁或电气隔断；

②故障隔离和故障定位：综合考虑供电可靠性和经济性，决定故障隔离和故障定位的先后顺序，其中的故障定位包括故障选线和故障测距；

③将交流-直流换流器环节恢复；

④故障恢复：考虑分布式电源、微网运行状态依次进行网架评估、负荷转供、子系统重构和系统重构；

(5)在交直流混合配电网中，交流网内发生三级故障处理机制：

①将交流-直流换流器闭锁或电气隔断；

②故障定位：依次进行故障选线和故障测距；

③故障隔离：基于配网调度自动化工作模式，集中或分散实现故障隔离；

④将交流-直流换流器环节恢复；

⑤故障恢复：考虑分布式电源、微网依次进行网架评估、负荷转供、黑启动、子系统重构和系统重构；

(6)在交直流混合配电网中，直流网内发生三级故障处理机制：

①将交流-直流换流器闭锁或电气隔断：

②故障隔离；

③故障定位：依次进行故障选线和故障测距；

④将交流-直流换流器环节恢复；

⑤故障恢复：考虑分布式电源、微网运行状态依次进行网架评估、负荷转供、黑启动、子系统重构、系统重构；

(7)在交直流混合配电网中，交流网内发生四级故障处理机制：

①将交流-直流换流器闭锁或电气隔断；

②故障定位：依次进行故障选线和故障测距；

③故障隔离：基于配网调度自动化工作模式，集中或分散实现故障隔离；

④将交流-直流换流器环节恢复；

⑤故障恢复：考虑分布式电源、微网运行状态依次进行网架评估、负荷转供、黑启动、子系统重构或系统重构；

(8)在交直流混合配电网中，直流网内发生四级故障处理机制：

①将交流-直流换流器闭锁或电气隔断：

②故障隔离；

③故障定位：依次进行故障选线和故障测距；

④将交流-直流换流器环节恢复；

⑤故障恢复：考虑分布式电源、微网运行状态依次进行网架评估、负荷转供、黑启动、子系统重构或系统重构；

(9)在交直流混合配电网中，交流-直流换流器环节故障所引起的四级故障处理机制：

①将交流-直流换流器电气隔断；

②全网恢复策略：考虑交直流子网分布式电源、微网运行状态依次进行网架评估、负荷转供、黑启动、交/直流子系统分别重构、尝试全网恢复。

所述的网架评估是指基于断路器开关状态确定网络拓扑结构；所述的负荷转供是指基于潮流优化结果，在避免出现线路或变压器超载运行情况下，实现停电负荷的更换回路供电；所述的子系统重构是指在完成故障隔离、故障定位后，交流子系统或直流子系统恢复非故障区网络供电；所述的系统重构是指在直流子系统和交流子系统分别重构完成后，实现整个交直流混合配电网网络非故障区重新供电。

所述的黑启动包括以下步骤：

1)可实现电压支撑的电源启动；

2)启动的电源为子系统内其他电源供电；

3)非故障区负荷恢复供电以实现子系统重构；

4)正常供电子系统为隔离的子系统供电；

5)尝试恢复交直流混合配电网非故障区所有负荷供电。

所述的综合考虑供电可靠性和经济性，决定故障隔离和故障定位的先后顺序是指：

定义目标函数

max{min[λ1(x),λ2(x)]}

约束条件

其中，x＝(x1,x2,…,xm)表示决策变量，即需要执行故障定位、故障隔离的线路或网络，等式约束条件h(x)＝0包括：有功功率和无功功率平衡，不等式约束g(x)≤0包括：受故障影响的电力系统设备能够耐受的电压、电流、发热以及电力设备的折旧费、停电造成的经济损失，隶属度函数λ1(x)、λ2(x)表示经济性目标和可靠性目标接近最佳值的程度，分别对应于目标函数f1和f2，并且隶属度函数值均在[0,1]之间；

其中，f1.min和f2.max分别对应于以设备折旧费用为优化目标得到的最小设备折旧费用支出及对应的最大停电损失；f1.max和f2.min分别对应于以停电损失为优化目标得到的最大设备折旧费用支出及对应的最小停电损失。

实施例1：

参照附图2，

1)当交直流混合配电网的交流侧发生单相接地短路故障(换流器交流侧中性点不接地)，或者交流侧低压交流配电子网中发生短路故障时，交流侧故障仅限于交流网内。此时将故障类型划分为交流网中发生一级故障；

2)当交直流混合配电网的直流侧发生单极接地短路故障，或者直流侧低压直流配电子网中发生短路故障时，直流侧故障仅限于直流网内。此时将故障类型划分为直流网内发生一级故障；

3)当交直流混合配电网的交流侧k1处(交流dg馈线)或k2处(交流负荷馈线)发生相间短路故障，故障将对直流侧造成扰动，此时将故障隔离后，不会影响系统的稳定运行。此时将故障类型划分为交流网中发生二级故障；

4)当交直流混合配电网的直流侧k3处(直流dg馈线)或k4处(储能装置馈线)或k5处(直流负荷馈线)或k6处(交流负荷馈线)发生极间短路故障，故障将对交流侧造成扰动，此时将故障隔离后，不会影响系统的稳定运行。此时将故障类型划分为直流网中发生二级故障；

5)当交直流混合配电网的交流侧k7处(交流馈线)发生相间短路故障，故障将对直流侧造成扰动，且影响交流侧的稳定运行。此时将故障类型划分为交流网内发生三级故障；

6)当交直流混合配电网的直流侧k8(直流馈线)处发生相间短路故障，故障将对直流侧造成扰动，且影响直流侧的稳定运行。此时将故障类型划分为直流网中发生三级故障；

7)当交直流混合配电网的k9处(交流母线)发生相间短路故障，故障将对直流侧造成扰动，且将同时影响交流侧和直流侧的稳定运行。此时将故障划分为交流网中发生四级故障；

8)当交直流混合配电网的k10处(直流母线)发生相间短路故障，故障将对直流侧造成扰动，且将同时影响交流侧和直流侧的稳定运行。此时将故障划分为交流网中发生四级故障；

9)当交直流混合配电网的连接交流网和直流网的ac/dc换流器环节发生故障，故障将同时影响交流侧和直流侧的稳定运行。此时将故障划分为ac/dc换流器环节故障所引起的四级故障。

以上所述仅是本发明的优选方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应该视为本发明的保护范围。