基于节点电压差值的配电网故障信息传控分析.pdf
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1、第22卷第1期2024年2月Vol.22 No.1Feb.2024中 国 工 程 机 械 学 报CHINESE JOURNAL OF CONSTRUCTION MACHINERY基于节点电压差值的配电网故障信息传控分析徐悦1,康乐1,吴宗后1,张波1,刘辉2(1.国网宁夏电力有限公司 信息通信公司,宁夏 银川 750002;2.宁夏大学 信息工程学院,宁夏 银川 750021)摘要:针对配电网故障信息传控信息传控精度有待提高的问题,提出了一种基于节点电压差值的配电网故障信息传控方法。根据微同步相量测试(PMU)实现的多分支故障线路分析,对电网检测端故障前后进行电压差值计算并判断故障支路,实现故
2、障信息精确传控并线路故障点进行精确传控的形式。研究结果表明:通过分支支路故障,节点支路故障和分析得到本文方法可以对各类故障都实现准确的辨识,平均传控误差均控制在5%内。通过分析线路参数和节点负荷的影响,所提方法表现出优异的鲁棒性和宽泛的适应性。与其他方法相比,所提方法故障节点线路判断可以将准确率提高到97.31%,获得3.97%的误差均值。所提方法不需要对系统行全局可观性分析,只需为线路分支末端以及母线出口部位安装测试仪器,从而提升了系统的经济性。关键词:故障信息传控;配电网;节点电压差值;支路辨识中图分类号:TM 773 文献标志码:A 文章编号:1672-5581(2024)01-0132
3、-05Fault information transmission and control analysis of distribution network based on node voltage differenceXU Yue1,KANG Le1,WU Zonghou1,ZHANG Bo1,LIU Hui2(1.Information and Communication Company,State Grid Ningxia Electric Power Co.,Ltd.,Yinchuan 750002,Ningxia,China;2.School of Information Engi
4、neering,Ningxia University,Yinchuan 750021,Ningxia,China)Abstract:Aiming at the problem that the transmission and control accuracy of distribution network fault information needs to be improved,a fault information transmission and control method based on node voltage difference is proposed.According
5、 to the analysis of multi-branch fault lines based on microsynchronous phasor test(PMU),the voltage difference before and after the failure of the detection terminal of the power grid is calculated and the fault branch is judged,and the accurate transmission and control of fault information and the
6、precise transmission and control of the fault points of the line are realized.The research results show that the proposed method can accurately identify all kinds of faults through branch fault and node fault analysis,and the average transmission and control error is controlled within 5%.The influen
7、ce analysis of line parameters and node load is obtained,and the paper shows excellent robustness and broad adaptability.Compared with other methods,the proposed method can improve the accuracy of fault node line judgment to 97.31%,and obtain the mean error of 3.97%.The method in this paper does not
8、 need to analyze the global observability of the system line,but only needs to install test instruments for the end of the line branch and the exit of the bus,thus improving the economy of the system.Key words:fault information transmission and control;distribution network;node voltage difference;br
9、anch identification 由于配电网包含了复杂的结构以及大量交错线路分支,极大增加了线路故障点检测难度,一旦出现电网系统故障,将需要经过更长时间才能恢复供电,导致供电可靠性的明显下降1-5。随着当前基金项目:国家自然科学基金资助项目(51775157)作者简介:徐悦(1987),男,高级工程师,硕士。E-mail:第1期徐悦,等:基于节点电压差值的配电网故障信息传控分析通信技术以及各类微同步相量测试(micro phase measurement unit,PMU)方法的快速开发,以PMU建立的广域量测故障传控方法也在配电网建设方面获得了广泛应用6-9。王小君等10通过PMU对故
10、障和运行参数进行采集,并对各采集设备进行电压相量特征分析,构建得到了保持恒定电压相角与达到最低电压差作为目标的故障传控算法,根据PMU故障测距的过程判断故障点的准确区域。王成斌等11对配电网线路节点和故障点进行电压变化特征分析,以故障状态下的相邻节点同步测试数据和线路长度,设计了一种以电压相等原理实现的故障测距函数,再通过信赖域算法计算每个区段内的方程式,由此确定故障的实际位置坐标。但以上各项处理算法也存在一定的缺陷,即都需要对电网支路数据进行遍历分析,对不同节点进行故障传控的难度也较大。张健磊等12设计了一种不用构建配电网系统模型的传控算法,先确定 PMU 采集参数和在线数据集,通过计算历史
11、和在线数据的最大方差偏离方向来确定故障部位,不过采用此方法进行处理时需获得精确的历史故障参数。对于PMU配电网故障信息传控需要达到更高精度的情况,谢李为等13根据节点电压差的方式建立了一种配电网故障信息传控算法。通过仿真测试发现,该算法对有限量测试装置条件下获得准确的故障数据,能够有效适应多种复杂抗线路参数与不同节点负荷工况。根据以上分析,本研究利用节点电压差作为控制参数来实现配电网故障的传控调节。所提方法不需要对系统PMU进行全局可观性分析,只需为线路分支末端安装测试仪器,这与采用PMU实现的故障传控算法相比可以在更少测试装置下获得故障数据,从而提升了系统的运行精度与经济性。1 故障信息传控
12、方法 1.1线路故障点精确信息传控为提升配电网故障传控性能,根据多分支故障判定过程提出了一种建立在电压差基础上的故障传控算法,由此实现对故障点进行准确传控的效果。根据以上结果可知,配电网出现故障问题时的线路节点电压改变情况主要取决于故障点注入电流的影响。以下为2个端节点的电压与电流函数表达式:IiIj=ZiiZijZjiZjj-1 Ui-UiUj-Uj(1)式中:i为安装PMU节点编号;j为变化量节点编号;I为故障后电流变化值;U和U分别为故障前后电压值;Z为阻抗矩阵元素值。故障点注入电流为Ifc=Ii+Ij(2)式中:Ifc为故障点注入电流。分别对各节点M加入故障电流后,引起的电压变化值如下
13、:UiiUikUij=Zii000Zik000Zij IfcIfcIfc(3)式中:k为故障点划分节点编号;U为故障后电压变化值。对比注入故障电流时节点电压改变值和测试电压的实际变化值15:Qj(k)=|Uji-|Uj|Ujk-|Uj|Ujj-|Uj(4)式中:Qj(k)为故障前后量测电压变化最小差值。对于母线出口节点出现故障的情况下,将故障前后测试电压的改变值最小差值表示为 Qj()k=min()Qj()rQj()r=|()t-1n()Zjj-Zji+ZjiIfc-|Ujr=1,2,3,n+1,n1(5)式中:Qj(r)故障前后量测电压变化量差值;n为线路划分总数;r为线路的划分节点数;t为
14、变化时刻。确定线路包含的故障点数k时,可以计算故障点f和节点故障距离为Lf=k-1nLij(6)式中:Lf为故障距离;Lij为节点 i 和节点 j 间线路长度。1.2故障信息传控流程根据节点电压差建立的故障传控算法包括根据有限PMU实现的多分支故障线路分析,以及根据线路故障点进行精确传控的形式。对电网检测端故障前后进行电压差值W计算并判断故障支路,对故障进行传控处理的过程如图1所示。133第22卷中 国 工 程 机 械 学 报2 仿真验证 利用PSCAD建立IEEE33节点配电网模型,得到多分支配电网拓扑结构如图 2 所示。为初始IEEE33节点系统中位于节点 11的位置设置了新的支路,在参数
15、设置方面按照初始IEEE33节点系统内位于节点1518之间的线路与负荷进行设置。同时为配电网母线出线与各线路分支末端节点设置PMU。2.1分支支路故障信息传控为验证所提方法可靠度,为系统分支支路设置了过渡电阻故障,见表1。由表1的传控测试结果可知,每种故障并未受到过渡电阻方法的明显影响。所提方法可以对各类故障都实现准确的辨识。除故障点出现于节点31-32的线路情况下,会对故障位置造成误判以外,对其他故障点位置可以实现准确判定。获得最小与最大传控相对误差依次是0.16%与9.44%,同时获得了3.98%以内的平均传控误差。处于设定误差允许区间内,上述方法都能够准确传控故障点。2.2节点支路故障信
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