一种含储能的配电系统的故障定位与隔离方法及装置

摘要

本发明提供的一种含储能的配电系统的故障定位与隔离方法及装置，其中方法包括：获取馈线终端装置FTU上传的馈线信息和配电系统的储能历史运行状态；根据储能历史运行状态计算各FTU的期望故障状态

说明书

技术领域

本发明涉及配电系统故障定位隔离技术领域，尤其涉及一种含储能的配电系统的故障定位与隔离方法及装置。

背景技术

分布式储能元件接入配电网，可提高配电网的运行稳定性，实现需求侧管理，提高电能质量。但随着储能元件接入配电网，传统配电网的结构会发生改变，当配电网发生故障时，故障电流除了由系统电源提供外，还由储能元件提供。这不仅改变了配电网的潮流方向及短路电流水平，还使得系统故障定位变得困难。因此，传统的三段式电流保护已不能适应配电系统的故障保护要求。

针对具有多个储能元件的配电系统，继电保护为保证可靠性和选择性，必须正确区分被保护线路是否处于故障状态，确定故障区段，并断开隔离故障区段所需的断路器。国内缺乏对含储能的配电系统的故障定位与隔离方法，因此提出一种含储能的配电系统的故障定位与隔离方法及装置是很有必要的。

发明内容

本发明的目的是针对具有多个储能元件的配电系统潮流多向流动及储能元件为故障点提供故障电流给故障定位带来的问题，提供一种含储能的配电系统的故障定位与隔离方法，对配电系统进行故障检测和定位，实现配电系统的故障保护，保证配电系统的运行可靠性。

本发明提供的一种含储能的配电系统的故障定位与隔离方法，包括：

获取馈线终端装置FTU上传的馈线信息和配电系统的储能历史运行状态；

根据储能历史运行状态计算各FTU的期望故障状态

将期望故障状态和相关馈线信息代入以故障馈线数目最小为目标的目标函数，求解关于馈线区段的故障状态矢量x的0-1整数规划的解，获得馈线区段故障定位结果，确定断开故障馈线区段的断路器；

发送关于断路器的信息至FTU，使得FTU断开故障馈线区段相应的断路器。

优选地，所述目标函数具体为：

其中，x为馈线区段的故障状态矢量；E_i为第i个FTU上报的故障信息，正方向故障为1，反方向故障为-1，无故障为0；N为FTU的数目，M为馈线区段的数目；表示配电系统第i个FTU的期望故障状态，其是x的函数；w是取值为(0,1)的系数；x_j表示馈线区段j的故障状态，取值为1时表示故障，取值为0时表示无故障。

优选地，所述期望故障状态计算公式为：

其中，S_BSk表示故障前储能的运行状态，当储能出力大于0时，S_BSk＝1，其他情况S_BSk＝0；λ为修正系数，λ＝-1；N_BS表示储能的数目；M₁表示开关i到上游电源通路上馈线区段的数目；x_q表示开关i到上游电源通路上馈线区段q的故障状态；M₂表示开关i下游馈线区段的数目；x_d表示下游馈线区段d的故障状态。

优选地，获取馈线终端装置FTU上传的馈线信息后，还包括：根据FTU上传的馈线信息将配电系统末端无故障电流的支路剔除。

优选地，FTU上传的故障信息中，故障信息E_i的方向根据配电系统馈线电压和电流信号来判断，具体包括：

若馈线电压和馈线电流相乘得到的感性功率方向为正，则故障方向为正；若馈线电压和馈线电流相乘得到的感性功率方向为负，则故障方向为负；

本发明提供的一种含储能的配电系统的故障定位与隔离装置，包括：

数据获取模块，用于获取馈线终端装置FTU上传的馈线信息和配电系统的储能历史运行状态；

期望故障状态计算模块，用于根据储能历史运行状态计算各FTU的期望故障状态

故障定位与隔离算法模块，用于将期望故障状态和相关馈线信息代入以故障馈线数目最小为目标的目标函数，求解关于馈线区段的故障状态矢量x的0-1整数规划的解，获得馈线区段故障定位结果，确定断开故障馈线区段的断路器；

信号发送模块，用于发送关于断路器的信息至FTU，使得FTU断开故障馈线区段相应的断路器。

优选地，所述目标函数具体为：

其中，x为馈线区段的故障状态矢量；E_i为第i个FTU上报的故障信息，正方向故障为1，反方向故障为-1，无故障为0；N为FTU的数目，M为馈线区段的数目；表示配电系统第i个FTU的期望故障状态，其是x的函数；w是取值为(0,1)的系数；x_j表示馈线区段j的故障状态，取值为1时表示故障，取值为0时表示无故障。

优选地，所述期望故障状态计算公式为：

其中，S_BSk表示故障前储能的运行状态，当储能出力大于0时，S_BSk＝1，其他情况S_BSk＝0；λ为修正系数，λ＝-1；N_BS表示储能的数目；M₁表示开关i到上游电源通路上馈线区段的数目；x_q表示开关i到上游电源通路上馈线区段q的故障状态；M₂表示开关i下游馈线区段的数目；x_d表示下游馈线区段d的故障状态。

根据本发明的另一个方面，本发明提供的一种含储能的配电系统的故障定位与隔离装置，包括：

存储器，用于存储指令；

处理器，耦合到所述存储器，所述处理器被配置为基于所述存储器存储的指令执行实现如上述的方法。

根据本发明的另一个方面，本发明提供的一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述的含储能的配电系统的故障定位与隔离方法。

从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：

本发明提供的一种含储能的配电系统的故障定位与隔离方法及装置，其中方法包括：获取馈线终端装置FTU上传的馈线信息和配电系统的储能历史运行状态；根据储能历史运行状态计算各FTU的期望故障状态将期望故障状态和相关馈线信息代入以故障馈线数目最小为目标的目标函数，求解关于馈线区段的故障状态矢量x的0-1整数规划的解，获得馈线区段故障定位结果，确定断开故障馈线区段的断路器；发送关于断路器的信息至FTU，使得FTU断开故障馈线区段相应的断路器。本发明通过该目标函数计算出馈线区段故障定位结果，确定故障区段和断开隔离故障区段所需的断路器，最后将控制信号发送给FTU，实现故障隔离。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明提供的一种含储能的配电系统的故障定位与隔离方法的一个实施例的示意图；

图2为本发明提供的一种含储能的配电系统的故障定位与隔离方法的另一个实施例的示意图；

图3为本发明中含储能的配电系统结构示意图及潮流图。

具体实施方式

本发明的目的是针对具有多个储能元件的配电系统潮流多向流动及储能元件为故障点提供故障电流给故障定位带来的问题，提供一种含储能的配电系统的故障定位与隔离方法，对配电系统进行故障检测和定位，实现配电系统的故障保护，保证配电系统的运行可靠性。

为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本发明提供的一种含储能的配电系统的故障定位与隔离方法的一个实施例，包括：

101、获取馈线终端装置FTU上传的馈线信息和配电系统的储能历史运行状态；

102、根据储能历史运行状态计算各FTU的期望故障状态

103、将期望故障状态和相关馈线信息代入以故障馈线数目最小为目标的目标函数，求解关于馈线区段的故障状态矢量x的0-1整数规划的解，获得馈线区段故障定位结果，确定断开故障馈线区段的断路器；

104、发送关于断路器的信息至FTU，使得FTU断开故障馈线区段相应的断路器。

上述步骤均可以由主机执行，主机可以是配电系统运行的主机，也可以是上位机等计算机，此处不做限定，其可以运行本发明提供的方法对应的计算机程序。

进一步地，目标函数具体为：

其中，x为馈线区段的故障状态矢量；E_i为第i个FTU上报的故障信息，正方向故障为1，反方向故障为-1，无故障为0；N为FTU的数目，M为馈线区段的数目；表示配电系统第i个FTU的期望故障状态，其是x的函数；w是取值为(0,1)的系数；x_j表示馈线区段j的故障状态，取值为1时表示故障，取值为0时表示无故障。

本发明通过该目标函数计算出馈线区段故障定位结果，确定故障区段和断开隔离故障区段所需的断路器，最后将控制信号发送给FTU，实现故障隔离。

针对具有多个储能元件的配电系统，为解决配电系统潮流多向流动及储能元件为故障点提供故障电流给故障定位带来的困难，本发明首先通过馈线终端装置(FeederTerminal Unit，FTU)上报信息判断配电系统是否发生故障，若故障，则剔除无故障电流的支路后进入故障定位与隔离算法，确定故障区段和断开隔离故障区段所需的断路器，最后将控制信号发送给FTU，实现故障隔离。

进一步地，期望故障状态计算公式为：

其中，S_BSk表示故障前储能的运行状态，当储能出力大于0时，S_BSk＝1，其他情况S_BSk＝0；λ为修正系数，λ＝-1；N_BS表示储能的数目；M₁表示开关i到上游电源通路上馈线区段的数目；x_q表示开关i到上游电源通路上馈线区段q的故障状态；M₂表示开关i下游馈线区段的数目；x_d表示下游馈线区段d的故障状态。

进一步地，获取馈线终端装置FTU上传的馈线信息后，还包括：根据FTU上传的馈线信息将配电系统末端无故障电流的支路剔除。

进一步地，FTU上传的故障信息中，故障信息E_i的方向根据配电系统馈线电压和电流信号来判断，具体包括：

若馈线电压和馈线电流相乘得到的感性功率方向为正，则故障方向为正；若馈线电压和馈线电流相乘得到的感性功率方向为负，则故障方向为负；

请参阅图2，本发明提供的一种含储能的配电系统的故障定位与隔离方法的一个实施例，包括：

故障检测。主机根据各FTU的上报信息确定配电系统是否发生故障；

为提高配电系统故障定位与隔离算法的输入的速度，主机根据FTU上报信息将配电系统末端无故障电流的支路剔除，不作为故障定位与隔离算法的输入；

经剔除的FTU上报信息和配电系统能量管理系统的储能历史运行状态，传入主机故障定位与隔离算法模块；

经上一步的故障定位与隔离算法模块求解得出馈线区段故障定位结果，确定断开故障馈线区段的断路器。

将动作断路器发送给FTU，由FTU断开故障馈线区段的断路器，实现故障隔离。

故障定位与隔离算法通过全局搜索的方式避免多个储能故障时功率倒送引起的故障定位问题，采用如下的目标函数求解最接近FTU上传故障信息的一种故障状态和在故障定位结果中选取故障馈线数目最小的解：

其中，x为馈线区段的故障状态矢量；E_i为第i个FTU上报的故障信息，正方向故障为1，反方向故障为-1，无故障为0；N为FTU的数目，M为馈线区段的数目；表示配电系统第i个FTU的期望故障状态，其是x的函数；w是取值为(0,1)的系数，的引入防止漏判；x_j表示馈线区段j的故障状态，取值为1时表示故障，取值为0时表示无故障。

期望故障状态的计算由下式确定：

S_BSk表示故障前储能的运行状态，当储能出力大于0时，S_BSk＝1，其他情况S_BSk＝0；λ为修正系数，λ＝-1；N_BS表示储能的数目；M₁表示开关i到上游电源通路上馈线区段的数目；x_q表示开关i到上游电源通路上馈线区段q的故障状态；M₂表示开关i下游馈线区段的数目；x_d表示下游馈线区段d的故障状态。

FTU故障方向根据配电系统馈线电压和电流信号来判断。若馈线电压和馈线电流相乘得到的感性功率方向为正，则故障方向为正；若馈线电压和馈线电流相乘得到的感性功率方向为负，则为反方向故障。

请参阅图3，本发明提供的一种含储能的配电系统的故障定位与隔离方法的一个应用例，对如图3所示的配电网拓扑(图3中包含两个储能，故障前储能输出功率均为正值)进行故障定位：

当配电网发生单点故障时(馈线区段L3发生故障)时，FTU上传每条馈线的过流信息E＝[1,1,1,1,1,1,1]；

建立x＝[x₁,x₂,x₃,x₄,x₅]的待求变量，由推知如下各FTU的期望故障状态：

将以上7个期望故障状态表达式代入目标函数设置w＝0.5，求解关于x＝[x₁,x₂,x₃,x₄,x₅]的0-1整数规划问题，解得馈线故障状态为x＝[0,0,1,0,0]，与实际馈线区段L3发生故障吻合，故障定位成功，断路器跳闸，隔离故障。

本发明提供的一种含储能的配电系统的故障定位与隔离装置的一个实施例，包括：

数据获取模块，用于获取馈线终端装置FTU上传的馈线信息和配电系统的储能历史运行状态；

期望故障状态计算模块，用于根据储能历史运行状态计算各FTU的期望故障状态

故障定位与隔离算法模块，用于将期望故障状态和相关馈线信息代入以故障馈线数目最小为目标的目标函数，求解关于馈线区段的故障状态矢量x的0-1整数规划的解，获得馈线区段故障定位结果，确定断开故障馈线区段的断路器；

信号发送模块，用于发送关于断路器的信息至FTU，使得FTU断开故障馈线区段相应的断路器。

进一步地，目标函数具体为：

其中，x为馈线区段的故障状态矢量；E_i为第i个FTU上报的故障信息，正方向故障为1，反方向故障为-1，无故障为0；N为FTU的数目，M为馈线区段的数目；表示配电系统第i个FTU的期望故障状态，其是x的函数；w是取值为(0,1)的系数；x_j表示馈线区段j的故障状态，取值为1时表示故障，取值为0时表示无故障。

进一步地，期望故障状态计算公式为：

其中，S_BSk表示故障前储能的运行状态，当储能出力大于0时，S_BSk＝1，其他情况S_BSk＝0；λ为修正系数，λ＝-1；N_BS表示储能的数目；M₁表示开关i到上游电源通路上馈线区段的数目；x_q表示开关i到上游电源通路上馈线区段q的故障状态；M₂表示开关i下游馈线区段的数目；x_d表示下游馈线区段d的故障状态。

根据本发明的另一个方面，本发明提供的一种含储能的配电系统的故障定位与隔离装置，包括：

存储器，用于存储指令；

处理器，耦合到存储器，处理器被配置为基于存储器存储的指令执行实现如上述的方法。

根据本发明的另一个方面，本发明提供的一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如上述的含储能的配电系统的故障定位与隔离方法。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。