国网阳泉供电公司 山西省阳泉市 045000
摘要：分布式电源大量接入和运行方式复杂多变，使得有源配电网故障诊断与定位面临新的挑战。同步相量测量单元( PMU)在配电网中的应用为故障处理提供了新的信息支撑。利用开关变位和PMU实时通信状态等信息可考虑配电网结构变化和PMU通信中断等场景;进而利用三相电压电流同步相量数据。
关键词：智能配电网同步相量测量；区段定位短路故障
引言：现今应用在配网中的故障定位方法多为矩阵算法，该方法其基本原理是首先生成网络描述矩阵，再由配网馈线上安装的馈线自动化终端(FTU)所上传的信息形成故障信息矩阵进行一定的矩阵变换，形成判别矩阵，最后根据所求出判别矩阵确定故障发生的区段。但是这种方法仍有其不足之处，它只能够找出故障区段而并不能够定位出故障的具体位置，也不能够识别发生故障的相线，同时该算法对硬件依赖性强，要求在网络中每一节点均安装FTU。90年代以来同步相量测量技术在电力系统中的应用逐渐兴起，近年来我国各大电力公司纷纷安装了同步相量测量单元(PMU)。随着通信网的建设，“十五”期向国家电网公司和网省公司都相继建成标准时间同步网,三级时间同步网的成熟将加速同步相量测量技术应用在配网之中。基于同步相量测量技术的电力系统故障定位算法已经成为研究热门并成功应用在电网中，但由于成本的问题尚未在配电网中应用。本文针对配电网的特点，推出了一套适用于配电网的故障诊断算法，该算法采用相分量法，只需对部分节点的电压、电流信号进行同步测量，列出节点导纳方程，直接求出故障区间，其中部分区间的故障还可以直接计算出故障位置。
1 理论分析
对一个n节点网络先列出其节点导纳矩阵:式中Y矩阵里每个量均为一个3x3的子矩阵，它由ABC三相的自导纳与互导纳构成，同理U、I向量里的每个量均为3x1的子向量，通过这种形式，三相的节点导纳方程可以通过一相的形式列出。电网中发生节点故障时，可以在式中相应加上节点注入电流以及节点电压的变化量即可。而在线路上发生故障时处理方式就比较复杂，通常的处理方法是在故障支路上新增一个故障节点使Y的维数规模增大，同时改变与故障点与其相邻节点的自导纳与互导纳，可用下式表示:变换后就可以在原有的电网线路拓扑结构已经发生改变的情况下，不增加新的故障节点仍旧使用正常状态下的节点导纳阵列出的节点电压方程来进行故障计算，根据计算出的结果判断出故障发生的区间，以及故障的具体位置。
2 故障判定
首先将系统的所有节点分成两类，系统中所有的负荷节点与电源点为第一类，它们的共同特点是节点注入电流为不为零，是我们需要同步相量测暈装置测量的节点，我们称之为测量节点。当系统中间节点带有负荷时首先把它分裂成一个通过一条阻抗无穷小线路连接着一一个带负荷子节点和一个无负荷负节点，这样的化所有的中间节点就没有节点注入电流，不用安装同步相量测量装置，因此同步电压电流是未知量，只能推导，我们称之为末测节点。通过这样的变换，系统中的负荷节点全为叶节点。依据上述分类，在进行节点编号的时本着先测量节点后未测节点的原则，列出节点导纳矩阵，并将节点导纳矩阵分为四块。
3 故障定位
当确定了网络发生故障后，接下来进入故障定位阶段，根据故障发生的地点可以分成两种情况:一种是故障发生在中间节点之间，即未测节点间，另一种为故障发生在测量节点与未测节点之间，本文将分别进行分析。
3.1 故障发生在未测节点间
当故障发生在未测节点之间，故障两端的节点信息均不可知，由于所求出的故障电流只会等效分布在故障线路两端的节点上，位置就可以很方便的推导出。
3.2 故障发生在测量节点与未测节点之间
当故障发生在测量节点与未测节点之间，故障两端的节点信息便部分可知，所求出的故障电流将平分在测量节点与未测节点两部分。
4 仿真结果
为了验证理论分析的通用性，首先我们采用IEEE标准的13节点配网模型，该算例系统为一个三相不平衡系统，线路参数不对称，部分参数采取单相或两相进行供电，同时输电线为三相平行不换位结构，三相负荷也不平衡。在这里我们默认分段开关671-692处于闭合状态，同步相位测试装置装在650、646、611、652、680、675节点及633-634变压器的高压侧。PMU单元所输出的结果为所测量信号基波的幅值与相位，因此在仿真过程中先对各测量节点进行采样后再作FFT（离散快速傅立叶变换）运算，取所得的各量基波的幅值与相位作为计算的输入。首先在系统中模拟故障发生在未测节点之间，该系统是一个三相负荷不对称的配电网系统，本文对网络中的多条线路中的各种故障情况进行了仿真，并编好故障诊断程序根据各节点所测得的同步相量信号，进行计算依据计算结果进行定位、同步相量信号，进行计算依据计算结果进行定位、测距。
5 后研究方向
5.1 判断准确、快速和高容错性是配电网故障区段定位算法所必须具备的三大要素。通过本文中分析可见，基于完备故障信息的配电网故障定位区段是最可靠的，同时具备在线实时应用可能，但是该方法是建立在高性能的配电网自动化系统之上,因此需要大量资金投入，在现阶段还不可行。所以，基于不完备故障信息的配电网故障区段定位，仍是目前主要的研究方向。
5.2 随着新理论、新方法的不断涌现，基于不完备的信息(硬件信息或IC)的配电网故障定位理论研究已取得了一定的成果，如何融合不完备的硬件信息和电话投诉信息来实现配电网故障区段定位是未来的研究方向之一。
5.3 通过本文中的综述可知不同配电网故障区段定位方法具有各自的优缺点，因此如何将各类方法进行有选择地组合运用到实际的配电网故障区段定位中也是未来的研究方向之一。
5.4 随着新能源的发展,配电网中分布式电源的比重逐步增加，故障情况下的电流分布也随之发生变化，因此考虑分布式电源的配电网故障区段定位是未来极其重要的研究方向。
结语：结合配电网PMU技术发展与应用，提出基于同步测量区段实时更新方案自适应故障区段定位算法。邻接子阵法对多端区段进行识别，得到实时更新的多端同步量测区段配置矩阵;短路故障定位算法考虑负荷变化场景，基于同步量测数据的相量运算构造电流时空特征矩阵，通过典型配电网的多故障场景仿真对算法进行验证，结果表明，所提出的算法可以规避拓扑结构改变造成的区段信息改变的问题，能够自适应运行方式的变化，具备较高的灵敏性和较好的可靠性，适用于有源配电网DG高渗透率下的短路故障区段定位。
参考文献
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