基于动态时间弯曲距离的小电流接地故障区段定位方法

动态时间弯曲(dynamic time warping,DTW)距离可度量2个时间序列的相似性,且具有良好的耐同步误差特性和容错特性。配电网发生单相接地故障时,流过线路健全区段两侧的暂态零序电流几乎为同一电流,采样数据差异小,DTW距离也较小;而流过故障区段两侧的暂态零序电流存在明显差异,DTW距离较大;据此,提出一种基于暂态零序电流数据DTW距离的配电网小电流接地故障区段定位方法。当各馈线终端(feeder terminal unit,FTU)启动算法检测到接地故障发生后,将检测到的故障前后共1个工频周期的暂态零序电流采样数据上传主站,主站基于给定的故障区段搜索策略,通过计算相关暂态零序电流的DTW距离确定故障所在区段。该方法区段搜索效率高,故障定位速度快,各FTU启动时间同步误差及上传数据误码对定位准确性影响小。仿真结果验证了所提方法的正确性与有效性。     

基于时间序列压缩动态时间弯曲距离故障区段定位

针对基于暂态零模电流相关系数法的配电网故障区段定位方法存在数据处理量大且需要时间同步问题,提出一种基于时间序列压缩的动态时间弯曲(DTW)距离的小电流接地故障区段定位方法。先对终端控制单元(FTU)采集的故障录波数据预先处理,只提取故障发生后一个工频周波内的初始值、极值以及两极值点之间数据变化差值最大的两点,再将新的时间序列上传至主站,最后由主站采用动态时间弯曲距离算法求取两相邻FTU零模电流的相似性来进行故障区段定位。通过算法对比分析可得,在抗同步误差能力和信号幅值反应能力上,DTW算法较强于相关系数法;在直流分量表达能力上,两算法效果基本一致。此外,数据压缩后的新时间序列在DTW距离上的相似度表达能力基本与原时间序列相同,但数据处理量减少了至少一半以上。大量ATP/EMTP仿真说明文中所提方法能在不同故障角、接地电阻、故障位置下准确判出故障区段。     

含分布式电源的配电网馈线系统保护研究

智能配电网(SDG)的发展,将允许分布式电源(DG)大量接入。DG的引入改变了配电网馈线系统保护中馈线终端单元(FTU)感受到的故障电流大小及方向,因此SDG要求系统保护的故障处理应更加快速并且能够准确判别不同方向的故障潮流。提出了基于瞬时功率的保护启动元件以及故障方向判据,基于瞬时功率的故障特征量计算依据电压、电流的瞬时值,运算量小、速度快、实时性好。PSCAD/EMTDC仿真结果验证了该类快速算法的可行性和可靠性。     

基于改进动态时间弯曲距离算法的直流配电网线路纵联保护方案

故障阻断型换流器构建的直流配电网采用主动限流控制后,将导致故障电流特性复杂化,严重影响保护的动作性能。在对直流配电网主动限流控制下故障电流特性进行分析的基础上,根据区内、外故障下线路两侧电流波形的差异,提出了一种基于改进动态时间弯曲距离(DTW)算法的线路纵联保护方案。该方案利用线路两侧电流采样值时间序列计算DTW,根据区内故障下DTW值远大于区外故障下DTW值的特征识别故障线路。通过电压梯度构成启动判据,对DTW算法起始时刻进行自校正,同时引入加权函数对DTW算法进行改进,以抑制边缘效应,从而有效降低同步误差对保护的影响,提高保护可靠性。算例分析表明所提保护方案在不同电网运行方式下均可正确区分区内、外故障,适应性强,同时具有良好的耐受过渡电阻和分布电容电流的能力。     

配电网故障区段定位的改进矩阵算法

针对馈线终端单元(FTU)与配电网自动化主站通信中断影响故障区段定位的问题,提出一种配电网故障区段定位改进矩阵算法。该算法根据FTU通信状态与配电网拓扑构建FTU属性矩阵,动态建立网络描述矩阵,最后结合FTU故障信息,提出了配电网故障定位的改进矩阵算法。该算法可根据FTU的通信状态实时更新网络描述矩阵,判据结构简单、形式统一、计算量小,能够实现配电网故障区段的准确定位。     

分布式发电配电网故障区间定位的自适应矩阵算法

准确定位分布式发电配电网故障区段是有效利用清洁能源的前提。基于馈线终端单元(FTU)的配电网故障定位矩阵算法,提出一种适合分布式发电配电网故障定位自适应算法。根据流过FTU的过电流及其方向,首先判断分布式电源是否投入运行和母线及分布式电源是否发生故障,初步确定配电网的故障区域;再根据故障区域结构和FTU过电流信息自适应构成故障矩阵,定位故障所在线路;为排除畸变故障信息的干扰,比较故障线路两端检测到的故障电流差值,提出了故障电流差值比较判据。算例验证了算法的准确性、高效性和良好的容错机制。     

计及分布式光伏发电低电压穿越能力的主动配电网保护方法

针对高渗透率分布式光伏发电并网造成主动配电网原有保护无法适应的问题,提出计及分布式光伏发电低电压穿越能力的主动配电网保护方法。根据分布式光伏发电低电压穿越控制策略对其故障特性的影响,定性分析了光伏发电故障电流与并网点电压的相位关系,推导主动配电网各馈线电流正序故障分量特征,结合电压信息,提出基于母线故障前电压正序分量与各馈线正序电流故障分量相位比较的保护方法。最后利用PSCAD建立主动配电网系统模型,对所提方法进行仿真算例分析,结果表明该方法正确、有效。     

基于整数线性规划的配电网故障定位容错算法

为了提高配电网馈线故障定位的速度和容错能力,提出一种基于整数线性规划模型的配电网故障区段定位容错算法。将各馈线终端单元(Feeder Terminal Unit, FTU)的漏报、误报状况和馈线状态作为决策变量,基于最小故障诊断集理论,建立计及FTU漏报、误报信息的故障定位模型。针对逻辑运算在求解大规模配电网故障区段时建模复杂、算法受限的问题,构建基于代数关系运算的开关函数,并提出一种逻辑关系线性化策略将约束条件线性化。所建模型采用具有良好数值稳定性的常规优化方法进行决策,以保证解的全局最优性。仿真算例表明,所提方法定位准确高效、容错性强,在正确定位故障馈线区段的同时能获取具体节点的漏报、误报状况,适用于多节点过流信息发生畸变的大型配电网络。     

谐振接地系统单相接地故障区段定位方法

针对配电网因分支多、接地故障电阻大导致的单相接地故障定位问题,提出一种针对谐振接地系统的单相接地故障区段带电定位方法.该方法在故障发生后调节消弧线圈的补偿电流,利用调节前后线路上多个馈线终端单元(FTU)测量到的零序电流变化量信息确定故障区段.提出了单相经过渡电阻接地时,将零序电流按零序电压进行折算的方法,从而解决了调节消弧线圈后零序电压发生变化的问题.现场试验对该方法进行了验证,表明该方法能够满足实用要求.     

配电网故障定位容错算法

为了兼顾配电网故障定位的速度和容错性,提出了一种先故障定位后信息畸变判断的新方法.根据馈线终端单元(FTU)反馈的故障信息,采用基于子节点数搜索的基本定位算法,得到故障区段向量;对故障区段向量进行逆运算得到期望故障信息;将期望故障信息和FTU反馈的故障信息进行比较,根据信息畸变数最小和故障区段最少原则确定最佳故障区段.仿真结果表明,该算法有效减少了基本定位的搜索次数.而且,对于信息缺失畸变情况下的多故障定位,也具有很好的实时性和容错性.     

基于电压跌落状态估计的复杂配电网络故障路径搜索算法

基于电压跌落状态估计，提出了适用于复杂配电网络的故障路径搜索算法。对于辐射状配电网络，该搜索算法以分界点为搜索节点，以馈线段为搜索半径，以馈线段平均残压值为搜索目标，搜索速度大大加快，抗噪声能力较强。对故障路径末端馈线段的逐点搜索也有效地解决了合理确定故障点的问题。单机和双机辐射状网络的算例分析结果表明了该算法的正确性、有效性和快速性。     

基于电压突变量的差动保护同步方法研究

随着基于无线通道的配网差动保护被引入配电网,需要解决的关键技术之一即是两端故障数据的同步问题。基于保护启动时刻电压突变量的同步方法可以在不增加额外设备的情况下实现数据同步,但对该方法的同步精度和适用范围尚缺乏必要的理论分析和验证。通过叠加原理研究了多相故障情况下基于电压突变量的差动保护同步原理,并进一步分析了故障启动门槛、采样频率、故障初始角、谐波和各侧装置采样时刻不同对同步误差的影响,并进行了相关模拟仿真测试。结果表明,取5%的电压额定值作为启动门槛,采用每周波240点采样,能确保各侧装置在线路多相故障时启动时刻的同步误差小于30°,从而满足配网差动保护的同步要求。     

有源配电网差动保护自同步原理及误差分析

分布式电源的接入使得电流差动保护被引入配电网,需要解决的关键技术之一即是两端故障数据的同步问题。基于保护启动时刻的故障数据自同步算法可以在不增加额外设备的情况下实现数据同步,在配电网中获得了一定的应用,但对该算法的同步精度尚缺乏必要的理论分析和验证。文中在分析计算相电流突变量保护启动算法的基础上,从直流分量的衰减速度着手,导出了不同衰减速度下保护启动延时的计算表达式;并进一步分析了最大保护启动延时随故障初始相角、衰减速度的变化规律,得出不同故障条件下可能出现的最大自同步误差。分析结果表明,该算法的同步精度受故障时刻、线路参数、故障启动门槛、电流互感器测量误差等因素的影响,某些情况下会出现两端数据同步误差大于保护允许同步误差裕度的情况。最后利用继电保护测试仪验证了上述理论分析的正确性。     

Dynamic fault location method for distribution networks with distributed generation

This paper presents a new analytical time-based fault location algorithm for radial distribution networks with synchronous generators used for distributed generation (DG). The algorithm uses the voltage and current samples recorded at the main feeder head along with the scheduled injected active and reactive powers by the network synchronous generators to estimate the fault location. A full order synchronous machine model has been used to consider dynamic behaviour of the DG plants during fault transients. The algorithm, therefore, uses time domain analysis and is dynamic in the sense that it uses the updated synchronous machines and network data at each time step. The algorithm is implemented in two sequential steps. In the initialisation step, by using the measured pre-fault voltage at the main feeder head and scheduled power injections by the DG plants, a pre-fault load flow calculation is performed to evaluate different parameters of the synchronous generators, initial values of the network node voltages, line section currents, loads and capacitive charging currents. In the second step, the numerical fault location algorithm is performed by moving the data window from the pre-fault to a post-fault cycle. The accuracy of the proposed algorithm has been validated by several simulated fault studies carried out on a 205-node 20 kV practical radial distribution feeder. The results have shown remarkable accuracy in fault location when considering only the current and voltage measurements at the main feeder head have been used.     

分布式发电条件下的新型电流保护方案

根据分布式发电（DG）接入配电网后网络结构和故障电流的变化特点,提出了一种新型电流保护方案。该方案利用电流综合幅值的比较将故障范围缩小到一个故障搜索区域之间,然后利用该区域电流间的相位关系对故障线段进行定位。文中详细论证了故障搜索的电流幅值判据和故障判断的电流相位判据,并分别提出了其矩阵算法,该算法对DG投退造成的网络结构的随机变化具有自适应性,对智能电子设备（IED）故障具备一定的容错能力,满足DG接入对配电网保护提出的要求。利用IED进行分布式处理,降低了保护对通信系统的要求,同时,由于仅利用电流量进行故障搜索判定,工程上较容易实现。文中对该电流保护方案进行了算例仿真,证明了方案的正确性。     

配电网故障可观测的实现及馈线终端单元配置方法

定义了配电网的树形结构,确定了树形结构的存储方法及实现故障可观测的流程。建立了馈线终端单元(feeder terminal unit,FTU)优化配置模型,明确了FTU配置数目、布点位置对故障可观测的影响,并通过遗传算法求解FTU优化配置方案。配电网故障可观测及合理配置FTU可降低故障定位及隔离给用户带来的停电风险,IEEE 33节点仿真算例验证了文中模型及方法的有效性。     

基于单端暂态电压的含限流电抗器直流配电网保护方法

直流配电网故障特性复杂,故障的可靠识别和快速切除是保护面临的主要难点之一.针对含限流电抗器的多端柔性直流配电网,文中利用限流电抗器的故障暂态电压特性,提出一种单端暂态电压的直流线路保护方法.根据限流电抗器故障暂态初始电压的差异识别区内外故障,利用正、负极限流电抗器故障电压构成的电压比值系数区分故障类型,并据此提出故障识别判据和故障选极判据.在Simulink中建立多端柔性直流配电网仿真模型,结果表明所提保护方法可在0.5 ms内快速判别故障位置和故障类型,仅利用单端数据即可实现全线速动,具有良好的区内外故障识别区分能力,且无须考虑通信和双端数据同步问题,具有良好的抗过渡电阻和抗噪声干扰能力.     

基于电流极性比较的主动配电网故障定位方法

馈线终端单元在主动配电网发生故障时实现对配电网的主动控制,需要简单有效的控制算法。因此,提出了基于电流极性比较的主动配电网故障定位方法。该方法采用馈线终端单元实时检测故障电流,将电流突变时刻作为故障起始点,记录故障后半个周波数据,并计算其极性。通过比较相邻检测点故障电流的极性,实现故障定位。仿真和现场验证结果表明,该方法在主动配电网发生相间短路故障和单相接地故障时均能实现准确的故障定位。     

无信道馈线故障处理技术

研究了配电网中在无信道条件下,故障段定位、隔离和供电恢复的新技术。当馈线发生永久性故障时,出线保护跳闸,随后各分段开关失压分闸。经过预定时延后,自出线开关起依序重合。在重合过程中,由于故障位置不同,出现故障电气量的时间也不同,因而利用出现故障量的时间差异就可准确判断故障线段。通过变电站出线开关与线路上分段开关的协调配合,实现消除暂时性故障,隔离永久性故障线段,恢复非故障线段的正常供电,并由变电站对