基于相对误差的含分布式电源的配电网故障定位方法

摘要

本发明涉及基于相对误差的含分布式电源的配电网故障定位方法，配电网在故障区段两侧馈线开关处的故障电流相对误差值最大，根据该误差值对分布式电源配电网进行故障定位；其方法包括下述步骤：配电网发生故障后，获取各馈线开关处的故障电流值；根据所述故障电流值，分析馈线开关处故障电流的相对误差I％；比较馈线开关处和相邻馈线开关处的相对误差，定位故障区段；解决了因分布式电源接入配电网后流经某些馈线开关的故障电流发生变化而导致故障区段定位错误的问题。

说明书

技术领域

本发明涉及一种定位方法，具体涉及基于相对误差的含分布式电源的配电网故障定位方 法。

背景技术

随着我国常规能源供应的日益紧张和环境保护的呼声越来越强烈，风能、太阳能、燃料 电池、热电联产等形式的分布式电源(DG)因具有投资少、灵活性高、对环境污染小、效率高 等优点而受到重视。未来智能电网的发展必然伴随着越来越多的分布式电源接入配电网。

传统的配电网一般采用单端电源供电，线路故障时短路电流来源单一，电流由电源端流 向故障点。分布式电源接入后，短路电流的来源、方向和水平将受到分布式电源的类型、接 入位置及容量的影响；如果仅依靠传统的故障信息上传规则可能会导致故障定位错误。因此 必须研究新的故障定位方案，以消除分布式电源的接入对故障定位带来的影响。

根据故障时的故障电流相对误差的差值的特征，提出了一种新的故障区段定位方法，能 使得含分布式电源的配电网在发生故障时快速准确地找到故障区域,并对故障区域进行隔离、 及时派出抢修人员进行现场处理，这对恢复供电、缩短对故障区段的停电时间和促进分布式 发电的发展应用有着十分重要的意义。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供基于相对误差的含分布式电源的配电网故障定位方法， 该方法解决了因分布式电源接入配电网后流经某些馈线开关的故障电流发生变化而导致故障 区段定位错误的问题；大大缩短对故障区段的停电时间，使其快速恢复供电，减少了不必要 的经济损失。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

基于相对误差的含分布式电源的配电网故障定位方法，所述方法包括下述步骤：

(1)配电网发生故障后，获取各馈线开关处的故障电流值；

(2)根据所述故障电流值，计算馈线开关处故障电流的相对误差I％；

(3)比较馈线开关处和相邻馈线开关处的相对误差，定位故障区段。

优选的，所述步骤(1)包括，在正常通信的情况下，通过主站自动收集流经各馈线开关 处的故障电流值，记录完成。

优选的，所述步骤(2)包括，定义配电网馈线开关处的相对误差为 I％＝|I_f-I_set|/I_set×100％；其中，I_f为流经馈线开关处的故障电流值，I_set为配电网馈线终端 装置的故障电流上报阈值。

优选的，所述步骤(3)中，将该馈线开关处的相对误差与相邻馈线开关处的相对误差相 减，其结果定义为馈线区段相对误差的差值；并对各馈线区段相对误差的差值相互比较；选 择相对误差最大的差值馈线区段作为故障区段。

进一步地，基于相对误差的含分布式电源的配电网故障定位装置，所述装置包括：

第一获取模块，用于配电网发生故障后，获取各馈线开关处的故障电流值；

第一分析模块，用于根据所述故障电流值，计算馈线开关处故障电流的相对误差I％；

第二分析模块，用于比较馈线开关处和相邻馈线开关处的相对误差，定位故障区段。

进一步地，所述第一获取模块用于，在正常通信的情况下，通过主站自动收集流经各馈 线开关处的故障电流值，记录完成。

进一步地，所述第一分析模块包括，第一分析单元，用于定义配电网馈线开关处的相对 误差为I％＝|I_f-I_set|/I_set×100％；其中，I_f为流经馈线开关处的故障电流值，I_set为配电网馈 线终端装置的故障电流上报阈值。

进一步地，所第二分析模块包括：

第二分析单元，用于将该馈线开关处的相对误差与相邻馈线开关处的相对误差相减，其 结果定义为馈线区段相对误差的差值；

第三分析单元，用于对各馈线区段相对误差的差值相互比较，选择相对误差最大的差值 馈线区段作为故障区段。

与现有技术比，本发明达到的有益效果是：

配电网故障时，各非故障馈线段两侧馈线开关处相对误差的差值相差很小，而与故障馈 线段两侧馈线开关处相对误差的差值相差很大，本发明利用该差值对配电网进行故障定位； 解决了因分布式电源接入配电网后流经某些馈线开关的故障电流发生变化而导致故障区段定 位错误的问题，大大缩短对故障区段的停电时间，使其快速恢复供电，减少了不必要的经济 损失；与此同时，极大程度上促进了分布式发电的发展。

附图说明

图1是本发明提供的基于相对误差的含分布式电源的配电网故障定位方法流程图

图2是本发明提供的正常运行时配电网线路图

图3是本发明提供的馈线区段D3发生故障时的配电网线路图

图4是本发明提供的馈线区段D4发生故障时的配电网线路图

其中，S1、S2为变电站出线开关，DG为分布式电源，A、B、C为馈线分段开关，D为联 络开关，方块代表断路器，圆圈代表负荷开关，实心代表合闸，空心代表分闸

图5是本发明提供的基于相对误差的含分布式电源的配电网故障定位装置的结构示意图

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

如图1所示，基于相对误差的含分布式电源的配电网故障定位方法，所述方法包括下述 步骤：

(1)配电网发生故障后，获取各馈线开关处的故障电流值；所述步骤(1)包括，在正 常通信的情况下，通过主站自动收集流经各馈线开关处的故障电流值，记录完成。

(2)根据所述故障电流值，计算馈线开关处故障电流的相对误差I％；所述步骤(2)包 括，定义配电网馈线开关处的相对误差为；其中，为流经馈线开关处的故障电流值，为配 电网馈线终端装置的故障电流上报阈值。

(3)比较馈线开关处和相邻馈线开关处的相对误差，定位故障区段。

所述步骤(3)中，将该馈线开关处的相对误差与相邻馈线开关处的相对误差相减，其结 果定义为馈线区段相对误差的差值；并对各馈线区段相对误差的差值相互比较；选择相对误 差最大的差值馈线区段作为故障区段。

如图5所示，基于相对误差的含分布式电源的配电网故障定位装置，其特征在于，所述 装置包括：

第一获取模块，用于配电网发生故障后，获取各馈线开关处的故障电流值；

第一分析模块，用于根据所述故障电流值，计算馈线开关处故障电流的相对误差I％；

第二分析模块，用于比较馈线开关处和相邻馈线开关处的相对误差，定位故障区段。

所述第一获取模块用于，在正常通信的情况下，通过主站自动收集流经各馈线开关处的 故障电流值，记录完成。

所述第一分析模块包括，第一分析单元，用于定义配电网馈线开关处的相对误差为；其 中，为流经馈线开关处的故障电流值，为配电网馈线终端装置的故障电流上报阈值。

所第二分析模块包括：

第二分析单元，用于将该馈线开关处的相对误差与相邻馈线开关处的相对误差相减，其 结果定义为馈线区段相对误差的差值；

第三分析单元，用于对各馈线区段相对误差的差值相互比较，选择相对误差最大的差值 馈线区段作为故障区段。

如图2所示，馈线区段D1、D2、D3、D4由变电站Sub1供电，S1为变电站Sub1的出线 开关，A、B、C为馈线分段开关；馈线区段D5由变电站Sub2供电，S2为Sub2的出线开关； D为联络开关；DG为分布式电源，接在馈线区段D4上。

在通信正常的情况下，主站能够准确收集流经各馈线开关处的故障电流值。

实例1：如图3所示，配电网馈线区段D3末端发生相间故障；利用故障电流相对误差的 差值对配电网进行故障定位的方法，包括如下步骤：

步骤1：配电网发生故障后，主站收集各馈线开关处的故障电流值。

步骤2：根据收集到的故障电流值，计算各馈线开关处的相对误差I_S1％、I_A％、I_B％、 I_C％、I_D％和I_S2％。然后计算各馈线开关处相对误差与相邻馈线开关处相对误差的差值 ΔI_S1-A％、ΔI_A-B％、ΔI_B-C％、ΔI_C-D％和ΔI_D-S2％，其中ΔI_S1-A％＝|I_S1％-I_A％|， ΔI_A-B％＝|I_A％-I_B％|，ΔI_B-C％＝|I_B％-I_C％|，ΔI_C-D％＝|I_C％-I_D％|，ΔI_D-S2％＝|I_D％-I_S2％|。 比较5个差值，从中选出最大的差值ΔI_B-C％。

国家电网公司企业标准Q/GDW 480-2010《分布式电源接入电网技术规定》要求，分布式 电源总容量原则上不超过上一级配电变压器所带负荷的25％。国家电网公司还要求，分布式 电源并网点的短路电流与分布式电源的额定电流之比不宜低于10。与主电源提供的短路电流 相比，分布式电源提供的短路电流较小。主电源提供的短路电流流过S1、A和B，分布式电 源提供的短路电流反向流过C，I_B％要远大于I_C％。流经馈线开关S1、A和B的故障电流If 基本一样，D和S2的故障电流为0，我们可以得到ΔI_S1-A％、ΔI_A-B％、ΔI_C-D％和ΔI_D-S2％都 比较小。因此其中最大的差值是ΔI_B-C％。

步骤3：根据差值最大值是ΔI_B-C％，我们可以确定故障发生在D3段。

实例2：如图3所示，配电网馈线区段D4末端发生相间故障；采用本发明公开的利用故 障电流相对误差的差值对配电网进行故障定位的方法，包括如下步骤：

步骤1：配电网发生故障后，主站收集各馈线开关处的故障电流值。

步骤2：根据收集到的故障电流值，计算各馈线开关处的相对误差I_S1％、I_A％、I_B％、 I_C％、I_D％和I_S2％。然后计算各馈线开关与相邻馈线开关处相对误差的差值ΔI_S1-A％、 ΔI_A-B％、ΔI_B-C％、ΔI_C-D％和ΔI_D-S2％，其中ΔI_S1-A％＝|I_S1％-I_A％|，ΔI_A-B％＝|I_A％-I_B％|， ΔI_B-C％＝|I_B％-I_C％|，ΔI_C-D％＝|I_C％-I_D％|，ΔI_D-S2％＝|I_D％-I_S2％|。比较5个差值，从中 选出最大的差值ΔI_C-D％。

D4馈线发生短路故障时，分布式电源会向故障点提供短路电流并提高馈线出口的电压， 使得馈线出口开关处S1、A、B和C检测到来自主电源的短路电流变小；流经C处的故障电流 与D处的故障电流相差很大，即I_C％和I_D％相差很大。流经S1、A、B和C的故障电流值相 差不大，D和S2的故障电流为0。因此我们可以得到I_S1％、I_A％、I_B％和I_C％相差不大，I_D％ 和I_S2％相差不大，即在ΔI_S1-A％、ΔI_A-B％、ΔI_B-C％、ΔI_C-D％和ΔI_D-S2％中，ΔI_C-D％最大。

步骤3：根据差值最大值是ΔI_C-D％，我们可以确定故障发生在D4段。

通过实例1、2，我们可以利用故障电流相对误差的差值来处理由于分布式电源接入配电 网后，流经馈线开关处的故障电流发生变化而导致故障定位错误的问题。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照 上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本 发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等 同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。