一种配电网故障区段定位及隔离方法

陆玉军　李澄　陈颢　葛永高　王伏亮

摘   要：当前配电网故障区段定位方法，未考虑配电网拓扑结构的状态变化，不能准确获取故障区域位置，存在故障定位准确度低、误差大的问题。提出了考虑拓扑变化的配电网故障区段定位及隔离方法。构建配电网逻辑节点模型，判定配电网拓扑结构状态，获取断开区域数据。设置故障信息判定标准，根据关联矩阵得到到故障区域拓扑结构及故障区域位置。依据断路器状态，采用故障能源化平衡原理，完成配电网故障区段数据抓取及隔离。经实验验证，在时间点为70 S时，所提方法与传统方法的故障定位准确度均达到最高值，传统方法达到50%，而所提方法达到97%，在固定数据量为100 Mb条件下，传统方法误差率最高点取值为18%，所提方法的误差率在3%上下浮动。由此可见所提方法故障定位准确度高、误差小。

关键词：拓扑变化;故障区段定位;故障隔离;改进矩阵算法;

中图分类号：TM77                                          文献标识码：A

A Method for Locating and Isolating Fault Section of Distribution Network

LU Yu-jun？覮，LI Cheng，CHEN hao，GE Yong-gao，WANG Fu-liang

（Jiangsu Frontier Electric Power Technology Co.，Ltd.，Nanjing，Jiangsu 211100，China）

Abstract：The current fault location method of the distribution network does not take into account the state changes of the distribution network topology，can not accurately obtain the location of the fault area，and has the problems of low fault location accuracy and large errors. A fault location and isolation method for distribution network considering topology changes is proposed. Construct a logical node model of the distribution network，determine the topology status of the distribution network，and obtain data on disconnected areas. Set the fault information judgment standard，and get the fault area topology and fault area location according to the correlation matrix. According to the boundary node status，the principle of fault energy balance is adopted to complete the data capture and isolation of the faulty section of the distribution network. It is verified by experiments that the fault location accuracy of the proposed method and the traditional method reaches the highest value when the time point is 70 S，the traditional method reaches 50%，and the proposed method reaches 97%. Under the condition of a fixed data volume of 100 Mb The highest point of the traditional method is 18%，and the error rate of the proposed method fluctuates around 3%. It can be seen that the proposed method has high accuracy and small error location.

Key words：topology change;fault section location;fault isolation;improved matrix algorithm

人们对电气使用频率逐渐加大的同时，配电网故障时常发生。基于此状况，配电网故障定位方法成为配电网研究中的重要课题之一，如何高效精准的对配电网中的故障展开定位隔离，成为影响配电网供电稳定性的重要因素之一[1-2]。就目前的研究结果而言，配电网的故障诊断以及定位方法已经较为成熟，可直接将其应用于现实生活中。但配电网种类繁多，传统的配电网故障定位方法无法适应多种配电网络结构。原有的故障定位方法没有考虑到拓扑变化对于定位结果的影响，时常造成定位误差。

现有的配电网结构多为环网结构，在配电网运行时，配电网呈开环状。拓扑变化对于故障定位的影响主要体现在故障的测定上，如果在定位过程中出现拓扑变化，则故障定位設备无法接受定位信号，造成定位误差[3-5]。因而，在此次研究中设计考虑拓扑变化的配电网故障区段定位及隔离方法，对原有的故障定位与隔开方法展开优化。为保证文中设计方法的有效性，在方法设计完成后，构建实验环节对该方法进行研究，获取方法设计使用效果。

f（E） = 1，节点为T中的父节点-1，节点为T中的子节点       （7）

对上述公式进行整合，则最小配电区的断路器状态为：

fi（E） = 1，有故障电流通过0，无故障电流通过-1，故障电流的反方向电流通过 （8）

通过上述两公式对配电网中的电流情况进行研究，得出相应抓取到故障电流区状态数据[21]，具体如下。

使用上述信息，可得出故障区域电流流向函数 fj（E）：

fi（E） = fi（E） * f （E）       （9）

通过故障平衡原理对配电区内的数据展开处理，得出配电网状态信息函数：

fy（E） = 1，此区段内存在故障点，需要隔离0，此区段内不存在故障點

（10）

使用上述公式可完成区段内故障点的判定与隔离判定。为保证隔离的效果，设定开关函数对分段开关的状态进行控制，控制系数设定为O，则有：

O = fy（E） = 1，开关开启0，开关断开         （11）

使用上述公式对配电网中的分段开关进行控制，提升对故障区段的隔离能力。通过对配电网的数学描述，提升故障定位隔离的精度。将此部分与上文中设计的配电网拓扑结构优化以及故障定位进行连接，形成完整的设计结果。至此，考虑拓扑变化的配电网故障区段定位及隔离方法设计完成。

2   仿真实验分析

上述部分中完成考虑拓扑变化的配电网故障区段定位及隔离方法，单一的理论基础无法完成完整的研究。因而，在方法设计完成后，应对上述设计方法展开检测。在此次研究中，为明确文中设计方法的使用效果，采用仿真实验的形式获取文中设计方法的使用特征。

2.1   实验环境设定

在此次实验中，选用典型的配电网节点网络对文中设计的方法展开仿真研究，具体配电网络结构如图2所示。在此网络中共有30个节点，33条支路，现设定节点6、7、8之间发生故障。

在上述设定的配电网中，当节点6、7、8发生故障时，节点0、1、2、3、4、5、6、24-27、28、29均有电流输出。设定在网络出现故障时，故障信息设定为1，无故障设定为0。使用设计的考虑拓扑变化的配电网故障区段定位及隔离方法与原有不计入拓扑变换的故障定位方法对上述配电网展开处理，对比故障定位结果。

设定网络中的初始电源为U = 5 KV，当上述设定节点发生故障时，使用文中方法与传统方法对其展开定位。在此配电网络中，收敛精度取值为0.001，则各节点的电流、功率可经过计算得出。因而，将电网中的电流、功率可作为实验结果数据。

为提升此次实验结果的可靠性，剔除实验过程中出现但不需要记录的数据。具体数据如下所示。

获取实验数据后，剔除上述无用数据，得出高精度的实验数据并展开对比。

2.2   实验设备

在此次实验中，涉及到大量的仿真与运算，为保证实验结果的可靠性。对实验中使用的器械与设备型号进行设定，具体实验设定结果如图3所示。

上述设备分别为环境仿真设备以及高精度计算设备。通过上述两部分完成配电网中的计算部分，并对计算结果展开分析。

针对此次使用中的重点部分，对设备的软件展开设定，在此次实验软件中增加计算模块以及3D Max模块对配电网的运行状态进行仿真与计算。

2.3   实验结果分析

通过上述实验结果可知，使用文中设计故障定位方法，可对配电网络中的故障展开精准的定位。对实验结果数据分析可知，在节点6出现电流激增，由此可知其下一个节点出现故障。且与故障节点相连的节点上报信息为“0”，而另一路上没有出现故障的依旧有电流数据的出现，说明节点6、7、8出现故障。通过与设定的故障节点对比可知，文中设计方法定位结果与预设故障节点相同。

通过上述实验结果可知，使用原有故障定位方法，对配电网络中的故障的定位精度较差。对实验结果数据分析可知，在节点7出现电流激增，且节点 10-13仍有微弱的电流产生。此方法上报信息中节点10-13的故障信息为“1”，说明对节点的定位出现误差，由此可知，传统方法的定位效果不佳。将传统方法的定位结果与文中设计的方法行比较可知，文中设计方法的定位精度优于传统方法的定位精度。综上可知，文中设计的考虑拓扑变化的配电网故障区段定位及隔离方法优于原有配电网故障区段定位及隔离方法。

将上述两组实验数据导入matlab 3.0中，采用所提方法和传统方法分别对其进行故障定位，比较二者的准确度及误差率，所得结果如图4、图5所示：

由图4可知，在规定时间为70 s内，所提方法和传统方法的定位准确度均随着时间的增加而上升。在70 s时，两种方法均到达准确度的最高值，传统方法达到50%，而所提方法达到97%，由此可见所提方法准确度高于传统方法。

由图5可知，在固定数据量100 Mb内，传统方法的定位误差率随着随着的增加而上升，其误差率最高点取值为18%。随着数据量的增加，所提方法的误差率并没产生较大的变化，其误差率在3%上下浮动。由此可见所提方法比传统方法误差率低。

3   结   论

在配电网中有故障产生时，如何对故障位置展开快速定位与隔离，对于降低停电造成的损失，缩短停电时间，提升配电网的运行状态、延长配电网的使用寿命具有重要意义。为有效提升电网用户的满意度，缩短停电给用户造成的不适感，需要设定计算过程迅速、定位精度较高的配电网故障定位与隔离方法。因而，设计考虑基于断路器的拓扑变化的配电网故障区段定位及隔离方法。此方法定精度与处理时长均达到目前配电网处理的标准。因而，在日后的研究与工作中，可将本设计方法推广使用，为研究与日常工作提供理论基础与技术支持。

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