基于广域相量信息的有源配电网故障定位方法

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随着极端扰动造成的大规模停电事故日益频繁,在极端扰动下,配电网发生复故障的比例大大增加。学术界和工业界逐渐开始重点关注到与负荷直接相关的配电网对极端扰动的应对能力。作为直接服务于用户的关键环节,配电网能否可靠定位故障,对全网及时恢复供电与提高配电网供电可靠性具有重要意义。配电网受到极端扰动后可靠故障定位是提升配电网供电可靠性的重要手段。在极端扰动中,配网中发生复故障的几率增大,主要体现在故障重数多、故障类型多、高阻接地等特征,亟需提出一种适应于极端扰动下的有源配电网故障定位方法。
  近年来,随着通信技术的迅猛发展,5G数据通信已经实现商业化,其高可靠性、低时延性的优点为同步相量测量装置(phasor measurement unit,PMU)的通信打下坚实基础。随着广域测量技术的发展,PMU成本、体积逐渐减小,可靠性、安装数量逐渐提高,安装在输电网枢纽变电站出线、发电厂和大型分布式电源接入点的PMU在未来可广泛应用于配电网的变电站、开闭所、柱上开关、环网柜等位置。其可以实现对节点相角及各电气量实时同步高速采集,幅值和相位误差仅为0.5%和0.01°。
  本文提出一种基于广域相量信息的中压有源配电网故障定位方法。基于μPMU的优化配置,以配置μPMU的节点为区域边界的划分原则,进行监测域划分,形成两种类型的监测域。在阶段1中,通过搜索算法中启动判据确定出含有故障的监测域,即可疑监测域。对于短路故障,采集监测域两端的突变点前后各三个周波的三相电流数据,然后对其进行快速傅里叶变换求取正序电流相位,最后得到相位差。发生区内故障时,监测域两端相位差会发生改变并超过阈值,以此作为短路故障启动判据。对于断线故障,监测每一个监测域两侧的电压均方根值差△Vrms。对于区内故障,监测域两侧的电压均方根值差△Vrms会发生改变并超过阈值,以此作为非全相断线故障启动判据。若为第一类监测域,则直接确定故障,若为第二类监测域,则快速启动阶段2故障定位算法,采用基于不平衡电流分量幅值比较的故障区段检测判据进行故障定位。利用正常运行时系统节点导纳矩阵代替故障后修正的节点导纳矩阵,产生不平衡电流分量,从而表明故障特征。最后通过设置不同故障场景,并考虑到过渡电阻、DG渗透率、负荷波动以及线路参数和量测误差等因素对所提出的方法进行仿真,验证了该方法原理简单,能够正确定位故障,不易受故障类型、故障位置、DG渗透率、过渡电阻和负荷波动的影响,具有较好的鲁棒性。
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