基于LabVIEW的故障定位改进算法的实现

陈建林+杨淑连+郭昊霖

摘 要：运用LabVIEW平台实现配电网馈线自动化中的故障定位功能。故障定位系统核心是网形结构矩阵算法，网形矩阵算法采用改进算法，摒弃以往矩阵算法繁琐的计算过程及定位结果不准确的缺点。LabVIEW平台以数据采集卡为硬件基础，确定配网故障数据，结合软件中的网形结构矩阵算法判据条件对其判断，得出故障区间。

关键词：LabVIEW；故障定位；软件编程；矩阵算法

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.21.120

0 引言

配電自动化系统故障定位功能实现的过程如下：当配电网发生故障时，系统通过故障定位算法对 FTU （Feeder Terminal Unit）上传的故障信息进行定位计算，快速、精确地筛选出故障区间并将其隔离，保证停电范围最小。配电网定位方法有很多，但大都处于理论状态，这些方法中，已经应用于实际操作的故障定位方法有基于注入信号定位法和基于故障指示器定位法。其中基于注入信号法不能对配电网中的线路断线故障进行准确定位，在实际操作应用中效果不理想。另一种基于故障指示器的故障定位方法其应用广泛，但它无法对单相接地短路故障进行故障定位，而实际上配电网中出现较多的故障就是单相接地短路故障。所以上述两种故障定位方式难以满足供电可靠性的要求。

1 LabVIEW开发矩阵算法的可行性分析

目前投入运行的故障定位算法及相关系统，部分算法需处理巨量数据、运算繁琐；部分算法需故障数据上传后运算不直观，缺少平台支撑。选择LabVIEW作为算法的开发工具，其有着自身的优势，利用LabVIEW进行开发是可行的。

2 算法介绍

先以单电源配电网为例，如图1是典型的单电源配电网网络图，黑色填充的圆框为分段开关，白色方框为断路器。把开关和开关之间及末梢馈线定义为馈线区间。然后对馈线区间和开关进行编号，馈线区间编号为有圈数字①～ ⑤，开关编号为 1～5，两者编号顺序可以随意。网络中潮流方向如箭头所示。

2.1 网络描述矩阵M及故障判据矩阵Q

2.2 故障判据条件

根据故障判定矩阵 P 就可以判断出故障发生的区间，判定条件如下。

（1）若，当所有且时，有或-1，则故障发生在节点i和j之间的馈线区间。

（2）若，当所有且时，有，则故障发生在节点i和j之间的馈线区间。

（3）若，当所有且时，则节点i为馈线末端点，故障发生在节点i之后的末端馈线区间。

根据故障判定矩阵Q和故障判定条件，有：；，可以判定故障发生在节点 3和节点 5 之间，即为馈线区间④。

2.3 多电源环网馈线区间故障定位

图2所示为三电源环网。

3 基于LabVIEW的算法设计

在实际应用中，数据可通过采集系统获得，在软件测试环节中，数据由MATLAB仿真获得，采用lvm文件导入LabVIEW中进行分析运算。

3.1 网络描述矩阵M及故障判据矩阵Q的实现

首先由数据采集系统采集配网运行数据，判断开关个数，生成相应的矩阵，当故障出现时，网络描述矩阵M中开关位置需手动输入，然后由程序进行判断形成矩阵M，根据各个开关上的 FTU 上传的故障信息，将网络描述矩阵中对角线上的元素进行改写，从而形成故障判定矩阵 Q 。

3.2 判据条件的实现

三条判据条件的实现主要用到LabVIEW编程软件中的for循环函数，VI如下：

3.3 软件主界面生成

在完成软件的编程之后，需美化设计前面板，便于人为操作及查看数据。

4 软件测试

使用MATLAB中的Simulink模块建立图2-1中的单电源配电网模型，电源为10kV三相交流电源，线路均采用100km输电线模型。设置三相短路故障，采点频率为1000。

得出故障前后各个开关（代表FTU）上的功率、电流及电压波形，导入待测试的LabVIEW软件，得出结果如图5所示。

由结果可知，故障发生在开关3和5之间的馈线区间，符合算法结果。

5 结束语

介绍了用LabVIEW平台实现改进网形结构矩阵算法的具体过程，经测试可得此软件可应用到实际现场中，本算法可配合基于LabVIEW的馈线自动化分析平台，在实现配网运行数据实时监测的基础下，可以及时反映配网中发生的各种故障。

参考文献：

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作者简介：陈建林（1993-），男，学生，研究方向：配电网自动化。endprint