配电网断线故障选线与区段定位研究

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随着分布式电源(Distributed Generator,DG)大规模接入,常规配电网向含DG配电网转变。由于配电网结构日趋复杂,配电线路绝缘化率逐渐提升,受雷击和外力等影响,近年来断线故障频发。断线故障造成系统缺相运行,引起三相电压、电流严重不平衡,且可能伴随接地现象,加剧故障的危害性,导致负序、零序分量的大量产生,威胁旋转类设备和敏感电力电子设备的安全,影响DG控制系统性能和稳定性,严重时甚至可能引发触电、火灾等事故。因此,为保证配电网安全稳定运行,提高供电可靠性,有必要对断线故障选线与定位进行研究。目前主要采用变电站内电压异常和用户反馈的方法识别断线故障,并通过人工巡线逐一排查,但这种故障处理方式较为落后,耗时耗力,难以满足现代配电网保护速动性要求。尽管现有接地故障选线方法在断线电源侧接地故障中有一定的适用性,但同样存在断线负荷侧接地故障选线灵敏度不足、高阻接地故障识别困难等问题。且在常规配电网断线接地复合故障选线、含DG配电网断线不接地及断线接地复合故障选线与定位方面,现有研究较为欠缺。特别地,DG的接入导致故障特征进一步复杂化、随机化,断线故障选线与定位面临较大挑战。为此,本文考虑DG的影响,对配电网断线故障选线与区段定位进行了研究,主要内容如下:(1)建立了常规配电网断线接地复合故障复合序网,分析了断线接地故障负序电流、零序电流的变化规律和关联关系,发现了不同负荷下断线电源侧接地故障负序电流随着过渡电阻增大呈现先减小后增大或持续增大的变化特征,构建了基于负序电流和零序电流的选线判据,提出了常规配电网断线接地复合故障选线方法。算例分析表明,该方法能够有效识别不同断线接地侧下的低阻、高阻故障,具有较高的灵敏度;(2)基于故障状态下DG负序抑制控制策略和低压穿越要求,分析了配电网断线故障下DG输出特性,在此基础上建立了含DG配电网断线故障的复合序网,推导了不同故障位置下断线不接地、断线接地复合故障序电流解析式,发现了故障馈线与系统侧的负序电流之比大于1而非故障馈线与系统侧的负序电流之比显著小于1的特征,构建了基于负序电流比的选线判据,提出了含DG配电网断线故障选线方法。算例分析表明,该方法不受断线故障类型限制和DG控制功率变化影响,适用于各种中性点接地方式,具有较高的可靠性;(3)建立了含DG配电网断线不接地故障等效电路,分析了故障前后DG输出电流变化特征,发现了故障点下游DG输出电流变化量随DG功率增大而先增大后减小的变化规律,构建了基于DG输出电流变化量的故障定位判据,并构建了网络拓扑矩阵和故障信息矩阵,通过矩阵运算反映故障区段,提出了含DG配电网断线不接地故障定位方法。算例分析表明,该方法计算简单,能够准确实现不同配电网拓扑结构、DG功率、负荷等情况下的断线不接地故障定位;(4)基于含DG配电网断线接地故障复合序网,推导了不同故障位置下断线电源侧接地故障和断线负荷侧接地故障点两端的正序电压差解析式,通过分析发现了正序电压差随故障点下游DG输出电流的增大呈现先减小后增大的变化特征,在此基础上构建了基于正序电压差的故障定位判据和基于DG电流的辅助判据,提出了含DG配电网断线接地复合故障定位方法。算例分析表明,该方法利用辅助判据有效解决了故障定位判据动作死区问题,能够准确实现不同过渡电阻、接地侧下的断线接地复合故障定位,具有较高的可靠性。
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