基于无线传感器网络的配电网故障定位设计

摘要

电网是国民经济发展的重要基础，配电网是电网中不可或缺的一部分。中国偏远地区的配电网一般采用单电源供电方式，该供电方式的可靠性差，一旦发生故障会造成部分区域停电，因此需要快速精准的对故障点进行诊断并及时切除或隔离故障。配电网中性点的接地方式一般为非有效接地，且线路接线复杂、分支众多，常规的故障定位通常采用行波法，其故障定位容易受到干扰而且无法有效分析故障类型。无线传感器网络(WSN)组网灵活、灵敏性较强、定位精度高、能耗低、可靠性好，如果能将无线传感器网络应用到配电网中，利用其灵活的网络配置方式、高效的定位方法，预期可实现故障点位置和类型的快速诊断，提高电网故障诊断的效率。针对上述问题，本文提出基于无线传感器网络的配电网故障定位研究，研究内容如下:
　　(1)本文提出一种基于WSN的电缆接地故障定位方案。该方案首先对基于WSN的电缆接地故障定位系统的结构进行设计，利用传感器节点采集电缆中的零序电流，通过汇聚节点和网关之间的通信将各节点实时零序电流信息传至故障信息处理中心。信息处理中心利用已知的无线传感网拓扑结构，结合消弧线圈参数改变时故障位置前的零序电流幅值变化明显大于故障位置后的零序电流幅值变化的特征，实现故障位置的快速确定。建立10kV电缆线路模型，利用Matlab对方案的可行性进行仿真分析，结果表明，该方案能够根据零序电流幅值的变化准确判断出接地故障的位置，解决了传统故障定位技术定位距离短，定位所需时间长，定位效果差等问题，对大范围内的电缆线路故障定位有较高的应用价值。
　　(2)上述方案能实现故障的定位，无法对故障相线做出进一步判定。为此，论文进一步对基于WSN的配电网故障检测系统进行结构设计，对配电网三相线路进行WSN节点拓扑建模，针对配电网特殊的节点拓扑结构，利用新内点测试法和中垂线分割法对配电网故障检测中的APIT定位算法进行改进，仿真结果表明，改进的APIT算法比传统的APIT算法定位精度更高。最后将改进的APIT算法应用到配电网故障检测系统中，分析其故障定位与相线判断的原理并进行方案设计。结果表明，该方案能够对故障点进行定位且能够准确的判断出故障的相线，解决了传统算法定位精度差，检测过程繁琐的问题，能够适用于大多数配电网。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景

1．2 配电网故障定位技术研究现状

1．2．1 配电网故障定位的目的与意义

1．2．2 配电网故障定位技术的研究现状与问题

1．3 论文的研究内容及章节安排

2 配电网与无线传感器网络节点定位技术

2．1 配电网概述

2．1．1 配电网结构

2．1．2 配电网存在的难题

2．1．3 配电网常见的故障类型

2．2 无线传感器网络简介

2．2．1 无线传感器网络的体系结构

2．2．2 无线传感器网络的关键技术与特点

2．2．3 无线传感器网络的应用

2．3 节点定位技术

2．3．1 节点定位基本概念

2．3．2 基于测距技术的定位算法原理分析与对比

2．3．3 基于非测距技术的定位算法原理分析与对比

2．4 本章小结

3 基于WSN的电缆接地故障定位方案

3．1 基于WSN的电缆接地故障定位系统结构设计

3．2 基于WSN的电缆接地故障定位原理分析

3．3 10kV电缆线路仿真实验

3．3．1 模型搭建

3．3．2 仿真结果与分析

3．4 本章小结

4 改进的APIT算法在配电网故障检测中的应用

4．1 基于WSN的配电网故障检测系统结构设计

4．2 配电网WSN节点拓扑模型的建立与仿真

4．3 配电网故障检测中APIT算法的改进

4．3．1 传统APIT算法的问题

4．3．2 配电网中APIT算法新内点测试法

4．3．3 APIT算法中垂线分割定位区域

4．4 改进的APIT算法在配电网故障定位与故障相线判断中的应用

4．5 改进的APIT算法在配电网中的优势

4．6 本章小结

5 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

致谢

作者简介及读研期间科研成果