基于多源量测数据的主动配电网故障定位技术文献综述

 2022-09-20 10:49:07

文献综述(或调研报告):

故障可观测条件下的量测单元优化配置指的是从故障定位的角度出发,在规划阶段对量测单元装设位置进行分析,讨论不同的配置方案对于故障可观测性的影响,在确定故障的可观测性的情况下,实现多源量测单元的最优配置。文献[1]提出了在电力系统故障可观测性条件下的相量与潮流量测装置的联合布置方案。该方案首先通过公式建立非线性整数规划问题,然后通过布尔型蕴涵将其转化为线性整数规划问题求解。与传统的固定位置测量相比,该方案使用更少的同步相量测量单元(phasor measurement units, PMU)即可达到故障可观测的要求。文献[2]在建立配电网基于树形储存方式的故障可观测流程下,以多源量测单元布置成本最少为目标函数,故障切除隔离下用户掉电最少为约束条件,利用遗传算法进行优化计算,得到了多源量测单元的优化配置方案[2]。

对于含分布式电源接入下的配电网故障特性分析,未来的配电网架构将会具备分布式电源的高密度接入、交直流系统多端互联以及智能软开关装置等大量电力电子器件的接入,这将导致分布式电源难以等值建模、交直流混联带来的故障特性难以量化分析以及传统的计算方法难以适用等问题[3]。来文献[4]针对大量应用的逆变型分布式电源并网的情况,提出了对应的低电压穿越运行下的控制策略,在电压跌落到90%以下时,在电流内环直接给定有功无功电流指令,并根据电压跌落的大小来调整无功电流发出的大小。该方案在对称和不对称情况下,均能对电网提供足够的无功支撑。同时,将故障分析中的逆变型分布式电源等效为恒定正序电流源来分析,该方案可对故障特征进行准确分析。

配电网故障定位主要可以分为配电网故障区段定位与配电网故障位置精确定位[5]。

配电网故障区段定位指的是准确定位出现故障的区域,并及时与非故障区域进行隔离,缩小巡检故障的范围,为故障的抢修与恢复提供帮助。在现阶段,主要是利用测量得到的电压、电流以及其他参数来实现故障区段定位的研究。文献[6]通过将所有节点假定为故障节点,比较各个节点的计算电压变化与实际电压变化的偏差,并根据该节点与假定的故障节点的距离设定加权参数,找到使得整体电压变化偏离最小的节点,即为最接近的故障节点,进一步得到故障线路区段。文献[7] 提出一种基于故障指示器状态的故障区段定位方法。该方法构造了与故障事件相关的网络部分的无向子图,并讨论比较了传统的标记方法与改进的下游标记方法,并证明了下游标记方法在部分故障指示器未设置情况下依然有较好的定位性能。文献[8]则提出了一种基于过电流保护动作信息以及 DG 上游区域首端保护补偿阻抗极性信息的保护新方案。该方法利用馈线首端和 DG 并网点处的电压信息,并借助通信技术,能够准确判断故障线路, 在不加装电压互感器的前提下,消除分布式电源接入配电网后对保护的影响并保护线路全长。

配电网故障位置精确定位的目的在于快速定位出准确的故障位置,避免人工巡查故障点,及时排除故障并恢复供电。成熟的故障精确定位的方法主要可以分为阻抗法、行波法以及基于训练的方法。

其中,阻抗法是一种经典的精确定位方法,主要是根据故障回路阻抗与故障距离成正比的原理来实现定位。该方法的不足在于对线路参数准确性的高度依赖。

文献[9]-[11]采用了以阻抗法为基础的故障定位方法。文献[9]提出了电流分布因子的概念,适用于所有类型的故障定位,并解决了利用单端数据进行故障定位时的多个可能故障点混淆的情况。但是,该方法不适用于三相不平衡系统,同时,该方法的精度很大取决于源馈线的负载阻抗数据的精度。文献[10]通过在部分节点设置PMU或者智能电表(smart meters, SM),获取该部分节点的故障前后电压变化相量或者标量。进而基于线路阻抗参数,并将各个节点假定为故障点,对于故障电压变化相量,用最小二乘估计法求取各个源节点电压与故障电流大小;对于故障电压变化标量,利用信赖域反射算法求解这一非线性优化问题。最后通过比较得到最小残差点为故障节点。该方法适用于使用同步测量或非同步测量两种情况,且定位精度较高。文献[11]则提出一种基于相量分析法的改进阻抗型故障测距算法,利用故障点过渡电阻消耗无功功率为零的功率特性,建立适用于各种故障类型、关于故障距离的一元二次测距方程。文献[16]提出了一种基于线路阻抗的故障定位方法,首先获取配电网的节点导纳矩阵,进而通过将各电源故障前后的电流求差得到故障注入电流大小,并将确定的故障电流假定注入各个节点,求取在不同情况下的各节点电压计算值。最后通过比较计算数值与实际测得数值的残差平方和,选取平方和最小的节点作为故障节点。

行波法的定位原理则是线路发生故障时,会产生向系统其他部分传播行波信号,因此可以通过在线路上检测故障行波实现故障精确定位。行波法故障测距对于采样及通信的要求较高。

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