[發明專利]基于改進單端阻抗法的配電網高阻接地故障定位方法及應用

在審

• 申請號: 202211073039.7
• 申請日: 2022-09-02
• 公開（公告）號: CN115389866A
• 公開（公告）日: 2022-11-25
• 發明（設計）人: 楊維建;尹驍騏;陶駿
• 申請（專利權）人: 安徽大學
• 主分類號: G01R31/08
• 分類號: G01R31/08;G01R31/52
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司 34101
• 代理人: 陸麗莉;何梅生

1.一種基于改進單端阻抗法的配電網高阻接地故障定位方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟1：獲取配電網發生故障前、后主變電站監測點以及分布式電源DG接入節點的同步測量電壓和電流信號，并利用快速傅里葉算法得到主變電站監測點發生故障前的三相電壓相量[V_abc]'₁和三相電流相量[I_abc]'₁、發生故障后的三相電壓相量[V_abc]₁和三相電流相量[I_abc]₁以及發生故障后第h個DG接入節點的三相電流相量和三相電壓相量

步驟2：采用Π型線路模型對配電網線路進行等效，在具有并聯分支的節點處將配電網分為K個區段并對每個區段進行編號，令k表示任一區段的編號，k∈K；當k＝1時，第k個區段的線路首端即為配電網主變電站監測點；

步驟3：利用式(1)和式(2)得到發生故障前第k+1個區段的線路首端三相電壓相量[V_abc]'_k+1和線路首端三相電流相量[I_abc]'_k+1；發生故障后第k+1個區段的線路首端三相電壓相量[V_abc]_k+1和線路首端三相電流相量[I_abc]_k+1：

式(1)-式(2)中，[V_abc]'_k表示發生故障前第k個區段的線路首端三相電壓相量，[I_abc]'_k表示發生故障前第k個區段的線路首端三相電流相量；[V_abc]_k表示發生故障后第k個區段的線路首端三相電壓相量，[I_abc]_k表示發生故障后第k個區段的線路首端三相電流相量；[a]_k、[b]_k、[c]_k、[d]_k均為第k個區段的3階線路矩陣，并有：

[b]_k＝L_k[z_abc] (4)

式(3)-式(5)中，[z_abc]、[y_abc]分別為配電網三相線路的單位線路阻抗矩陣和單位對地導納矩陣；E為3階單位矩陣；L_k為第k個區段的線路長度；

步驟3：利用式(6)得到第k段區段的初始故障電流[I_abc]_f,k：

[I_abc]_f,k＝[I_abc]_k-[I_abc]′_k (6)

步驟4：依據過渡電阻消耗無功功率為零，利用式(7)建立第k個區段的定位方程：

式(7)中，x_k表示第k個區段首端與故障點之間線路的長度，即第k個區段的故障距離；α₂表示二次系數，α₁表示一次系數，α₀表示常數項，并有：

式(8)-式(10)中，Im{}為虛部提取符號；Re{}為實部提取符號；[]^T為矩陣的轉置；

步驟5：執行迭代算法：

步驟5.1：定義并初始化迭代次數i＝1；初始化k＝1；將第k個區段的初始故障電流[I_abc]_f,k作為第k個區段在第i次迭代的故障電流

步驟5.2：將第k個區段在第i次迭代的故障電流代入第k個區段的定位方程中，得到第k個區段在第i次迭代的故障距離

步驟5.3：判斷是否成立，若成立，則跳轉至步驟5.5，否則，令k+1賦值給k后，跳轉至步驟5.4：

步驟5.4：判斷k≤K是否成立，若成立，則跳轉至步驟5.2；否則，結束迭代算法并跳轉至步驟6；

步驟5.5：判斷是否成立，若成立，則存儲區段編號k和故障距離令k+1賦值給k后，跳轉至步驟5.4；否則，令i+1賦值給i后，跳轉至步驟5.6；其中，為第k個區段在第i-1次迭代的故障距離，當i＝1時，令ε為正數；

步驟5.6：考慮到DG對故障電流的貢獻，分別計算配電網中故障點的上游網絡和下游網絡中含有或不含有DG時故障電流的大?。?/p>

步驟5.6.1：當故障點的上游網絡不含有DG時，利用式(11)得到第k個區段在第i次迭代的上游故障電流

式(11)中，N是第k個區段在第i次迭代的首端與故障點之間的負載支路數量；是第j個負載支路的分流電流，由前推回代潮流算法求取；表示第k個區段在第i次迭代中線路首端與故障點之間的線路分布式電容的分流電流，并利用式(12)估計：

步驟5.6.2：當故障點的上游網絡含有DG時，利用式(13)得到第k個區段在第i次迭代的上游故障電流

式(13)中，M為故障點的上游網絡中含有DG的數量；為第h個分布式電源與第k個區段在第i次迭代的故障點之間的線路電容分流電流，利用式(14)得到：

步驟5.6.3：當故障點的下游網絡不含有DG時，利用式(15)得到第k個區段在第i次迭代的下游故障電流

式(15)中，為第k個區段在第i次迭代的故障點電壓，并利用式(16)計算；[Z_abc]_thqf,k為第k個區段在第i次迭代的故障點的下游網絡的等效阻抗，利用式(17)計算；

式(17)中，[Z_abc]_thq,k是第k個區段末端節點下游網絡的等效阻抗；是第k個區段在第i次迭代的故障點與第k個區段末端之間的線路導納矩陣；是第k個區段在第i次迭代的故障點與第k個區段末端之間的線路阻抗矩陣；

步驟5.6.4：當故障點的下游網絡含有DG時，利用式(18)得到第k個區段在第i次迭代的下游故障電流

式(18)中，M₁為第k個區段在第i次迭代的故障點下游網絡中含有分布式電源的數量，N₁為第k個區段在第i次迭代的故障點下游網絡的第h個分布式電源與故障點之間的負載支路數量；為第k個區段在第i次迭代的故障點下游網絡的第h個分布式電源與故障點之間的第j個負載支路的分流電流；

步驟5.7：基于基爾霍夫電流定律，利用式(19)求得第k個區段在第i次迭代的故障電流

步驟5.8：將步驟5.5估計的第k個區段在第i次迭代的故障電流代入式(7)，求得的正實數解為第k個區段在第i+1次迭代的故障距離令并跳轉至步驟5.3；

步驟6：利用式(20)得到配電網主變電站到故障點的故障距離x_total：

式(20)中，K₁為故障區段的編號k與配電網主變電站之間包含的線路區段編號集。