基于配电网同步相量测量装置的故障定位研究

【摘要】：随着我国社会经济的不断发展和人民美好生活日益的增长,对电网的供电可靠性提出了更高要求。配电网分布广域,运行环境恶劣,随机故障频发,配电网的安全可靠运行,将直接影响用户对供电安全及可靠性的满意度。因此能够加快故障恢复、减少停电时间的可靠配电网故障自动定位技术,一直是国内外重点关注和亟待解决的技术难题。配电网故障自动定位技术依据其功能与实现难度分为故障选线、区段定位及故障测距三个层面。其中,故障测距由于长期以来受限于配电网广域量测水平,仅停留在理论研究阶段。随着近年来配电网建设及投资力度的不断加大,配电网同步相量测量装置(DPMU)和其构成的广域测量系统(WAMS)在配电网中的应用已成为发展趋势并已纳入国家重点研发计划,使得配电网故障定位技术有了工程实现的可能。论文围绕基于配电网同步相量测量装置的故障定位方法展开研究:基于D-PMU及其多源测量信息,根据不同类型D-PMU及其工程应用中的相应测点布置形式,研究基于时域及行波测量信息的故障定位方法,解决多种复杂场景下的配电网故障定位及其工程实现问题。现有D-PMU主要包括常规D-PMU及新型D-PMU,利用现阶段使用较多的常规DPMU及其暂态数字信号,考虑测点完全布置场景,针对线路参数失真情况下的故障定位问题,研究提出基于D-PMU时域信息的配电网故障定位方法。该方法基于R-L参数模型通过带耦合参数的特征回路KVL时域电压方程,综合利用故障前多时刻运行信息及故障历史信息辨识出线路参数,并通过遗传算法利用三相故障暂态过程录波数据分别计算每相对应的故障距离百分比,构造相应的权重系数,通过融合处理确定故障位置。该方法通过自动辨识参数提高了故障定位的精度,仿真精度小于100m。目前已研制出的新型D-PMU具有行波测量能力。考虑到行波故障定位方法不受分布式电源及故障条件影响,定位精度得到提升,利用新型D-PMU及其行波测量信号,在测点优化布置(仅在网络末端布置测点)的基础上,研究提出基于D-PMU行波信息的故障定位方法。该方法利用网络末端测点的故障初始行波到达时刻,定义了与波速无关的计算故障时刻,并比对配电网中各参考点的计算故障时刻直接定位故障点;通过四分位法剔除异常数据,提高行波到达时刻误差容错性与故障定位精度。在此基础上,通过波速换算将架空-电缆混连线路转换为等值架空线,从而提高定位方法在混合线路配电网中的适应性。该方法无需识别故障区段,解决了D-PMU优化配置场景下故障区段难以准确识别的问题,且定位精度不受行波波速、到达时间误差、分布式能源接入的影响,仿真定位误差不超过30m。针对以上配电网故障定位方法的工程实现问题,依托国产自主化主站平台,通过Linux、MATLAB联合调用的形式,研发基于广域同步测量的配电网故障定位系统,满足系统兼容要求。通过现场人工短路试验,对故障定位系统及其行波故障定位方法进行验证。最后对论文主要研究创新点进行总结,并对之后研究工作做出展望。