浅析配电网故障定位容错方法

摘

要：配电网故障定位是配电网自愈的基础，为了克服配电终端错报故障信息造成的故障定位失败问题，提出了配电网故障定位容错方法。充分利用配电网线路上配电终端的故障信息，对错报故障信息进行容错处理，实现配电网的准确故障定位。关键词：配电网；故障定位；分布式电源；容错方法

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引言配电网发生故障后如何快速准确地实现故障定位是配电网自愈的基础，而自愈功能是智能配电网的显著特征，因此，研究配电网故障定位具有重要意义。现在流行的基于馈线自动化的故障定位方法，在馈线终端单元（feederterminalunit，FTU）出现误报或漏报故障信息时，将出现故障定位失败。为此，利用多相故障信息冗余在一定程度上起到故障定位的容错，但是，并不能容错所有错报或漏报信息。智能配电网中含有大量的分布式电源，在存在分布式电源的情况下，上述容错算法失效。因此，本文充分利用FTU检测的故障信息，提出了含分布式电源的配电网故障定位容错方法。1

传统配电网故障定位原理传统配电网中不含有分布式电源，馈线自动化通过故障电流的幅值比较实现故障定位。其故障定位原理如下：故障点上游的FTU检测到故障电流上报主站故障信息，而故障点下游的FTU未检测到故障电流不上报故障信息，主站将检测到故障电流的末端FTU与未检测到故障电流的首端FTU之间的区段判断为故障区段。2

传统配电网故障定位容错方法为了实现FTU上报故障信息存在误报或漏报时的正确故障定位，提出了基于启发式搜索的故障定位容错方法。为了实现故障定位容错方法，对配电网的开关进行定义。将线路出口断路器和每个分段开关分别作为一个节点，线路出口断路器作为第1层节点，沿着远离系统电源的方向依次是第2层、第3层……第M层节点。第1层节点是第2层节点的父节点，第3层节点是第2层节点的子节点，依次类推。具有相同父节点的节点称为兄弟节点。对每个节点进行编号，并给每个节点赋予其属性，包括其父节点号、子节点号、兄弟节点号和所在层数。节点的故障状态F定义如下：

式中，Fi为节点i的故障状态，Fi=1，表示节点i有故障电流流过，Fi=0，表示节点i没有故障电流流过；Ik.i为节点i故障电流有效值；Iset为故障电流阈值。启发式搜索从最底层的子节点开始向父节点方向搜索，直至第1层节点。首先判断本节点i的故障状态Fi，然后判断父节点j故障状态Fj、子节点g故障状态Fg（若存在多个子节点，则Fg为所有子节点故障状态的“或”）、兄弟节点h故障状态Fh（若存在多个兄弟节点，则Fh为所有兄弟节点故障状态的“或”）、祖父节点k的故障状态Fk和曾祖父节点l的故障状态Fl，如果该节点不存在祖父节点或曾祖父节点，则其祖父和曾祖父节点的故障状态均设定为1；如果不存在子节点，则其子节点的故障状态设定为0；如果不存在兄弟节点，则其兄弟节点的故障状态设定为0。为了实现故障定位容错方法，定义节点i的故障值FLi如下：

式中，“Ù”为“与”运算符；“Ú”为“或”运算符；“ˉ”为“反”运算符。容错故障定位判据：如果节点i满足FLi=1，则故障点位于节点i与其父节点j之间的线段，否则，节点i与其父节点j之间的区段为非故障区段。如果节点i的故障状态为1，且没有子节点，当满足时，节点i后的末端支路为故障区段，否则，为非故障区段。该方法在FTU上报的节点故障状态错误时，仍然可以实现正确的故障定位。假设某馈电线路有8个节点，分别是：1、2、3、4、5、6、7、8。若在节点4和5之间发生了相间短路故障，则各节点上报的故障信息为{1，1，1，1，0，0，0，0}，根据上述容错故障定位方法，可得FL5=1，FLi=0（i≠5），所以，节点4和5之间为故障区段，其他区段均为非故障区段，故障定位正确；若节点7出现误报信息，上报的故障信息变为{1，1，1，1，0，0，1，0}，则根据上述容错故障定位方法，仍然可得FL5=1，FLi=0（i≠5），节点4和5之间为故障区段，其他区段均为非故障区段，故障定位依然正确；若节点3出现漏报信息，上报的故障信息变为{1，1，0，1，0，0，0，0}，则根据上述容错故障定位方法，仍然可得FL5=1，FLi=0（i≠5），节点4和5之间为故障区段，其他区段均为非故障区段，故障定位依然正确。因此，在节点存在误报或漏报信息时，容错故障定位方法均能实现正确定位。3

含分布式电源配电网故障定位容错方法为了实现含分布式电源的配电网故障定位，采用提出的基于极性值比较的配电网故障定位方法。其基本原理：FTU计算本地节点的故障电流极性值，并计算与相邻节点的故障电流极性值差D。若满足如下公式，则本节点i与相邻节点x之间为故障区段。

式中，Fix为节点i与相邻节点x间的故障状态，Fix=1，表示节点i与相邻节点x间为故障区段；Fix=0，表示节点i与相邻节点x间为非故障区段；Th为阈值；krel为可靠系数；Dix为节点i与相邻节点x间的极性值差；x=g，h，j，k，l，g、h、j、k、l分别为节点i的子节点、兄弟节点、父节点、祖父节点和曾祖父节点。为了实现故障定位容错方法，定义节点i的故障值FLi如下：

式中，FLd为节点i的任一下游节点d的故障值。如果节点i满足FLi=1，则故障点位于节点i与其父节点j之间的区段