专利名称：一种仿真计算与实时监测相结合的配电网故障定位方法
技术领域：
本发明属于配电网故障检测的技术领域，具体涉及一种仿真计算与实时监测相结 合的配电网故障定位方法。
背景技术：
电力系统配电网馈线数目众多，供电范围广，设备数量巨大。线路发生故障时不仅 损失大，故障点的排查也非常困难。特别是在城市配电网中，地埋电缆供电方式应用的日益 广泛，更是增加了排查的难度。实现快速精确的配电网故障点定位一直是电力生产管理部 门的迫切需要，也是相关科研人员长期的研究热点。在自动化水平不高的情况下，发生故障时一般仅变电所线路断路器跳闸，即使在 主干线上用开关分段，也只能隔离有限的几段，为了找出具体故障位置，往往需要操作人员 拉线停电和人工巡线来查找故障点，花费时间长，人力物力耗费大，而且延长了停电时间， 降低了供电可靠性。为了解决配电网故障定位问题，运行管理部门一方面努力提升配电网自动化(DA) 运行水平，依靠大量装设的线路分段开关来自动定位并隔离故障。此种故障定位方法具有 最快的速度和最高的精度，是处理配电网故障问题的最佳技术手段和下一步的发展方向， 但其所需投资巨大，目前的条件下无法大面积推广应用。在研究配电网故障特性的基础上， 加装各种辅助设备是目前实现故障定位的普遍措施，对于解决该问题起到了一定的作用。 但这类方法的共同问题是多数关键性的动作阀值基本是离线计算得到，很难根据当前的网 络运行方式和负荷状况进行自适应的调整。尤其在单相接地故障的判断上，存在大量的漏 报和误报现象，实际运行效果仍不理想。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种仿真计算与实时监测相 结合的配电网故障定位方法的技术方案，将仿真计算与实时监测进行结合，故障定位精度 高、判断速度快，适用于各种配电网络结构和故障类型。所述的一种仿真计算与实时监测相结合的配电网故障定位方法，其特征在于包括 以下步骤(1)稳态运行数据提取从供电部门的配电地理信息系统(GIS)数据库中提取目标网络的电网拓扑结构 信息和网络元件参数信息，并形成中间数据库；从供电部门的配电能量管理系统(DMS)中 提取目标网络的实时稳态运行参数和负荷参数，并形成中间数据库；(2)自动生成仿真计算模型以步骤(1)所得到的中间数据库为基础，由仿真计算自动生成软件自动生成目标 网络实时的仿真计算模型和系统正常运行时的节点阻抗矩阵；(3)暂态信息提取
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从供电部门安装的暂态电能数据库中自动提取故障过程中的节点电压数据，从 供电部门的故障信息记录数据库中接收故障发生时的附加信息，包括线路开关跳闸信息， 用于进行短路故障定位，小电流选线装置的选线信息，用于进行单相接地故障定位时的选 线.
一入 ，(4)故障特性分析及定位计算当配电网发生短路或接地故障时，首先接收各种故障信息，分析判断发生故障的 类型，获取故障过程中实时监测各节点电压幅值，然后利用基于虚拟节点的故障定位算法 进行仿真计算，得到配电网实际发生对称或不对称故障的精确位置，并将故障点显示在配 电网动态拓扑结构图中。所述的一种仿真计算与实时监测相结合的配电网故障定位方法，其特征在于步骤 ⑴中所述的配电地理信息系统(GIS)包含的电网拓扑结构信息和网络元件参数信息存储 于Smallworld数据库里，将Smallworld数据库转存到Oracle中间数据库中，配电网智能 故障定位系统由外部数据源ODBC接口形式访问Oracle数据库读取电网拓扑结构和网络元 件参数信息；所述的配电能量管理系统(DMS)包含的稳态运行参数和负荷参数信息存储于PI 实时数据库系统(Plant Information System)中；所述的一种仿真计算与实时监测相结合的配电网故障定位方法，其特征在于步骤
(2)中所述的仿真计算自动生成软件由MATLAB编写，软件自动生成节点阻抗矩阵方法包括 如下步骤1)根据选定的目标网络确定节点集，并对节点进行编号；2)仿真计算自动生成软件通过由外部数据源ODBC接口形式访问Oracle中间数据 库中的电网拓扑结构信息和网络元件的正序、负序和零序参数信息，根据各节点的自导纳 和节点之间的互导纳形成目标网络的正序、负序和零序节点导纳矩阵；3)对已得导纳矩阵求其逆矩阵计算得出目标网络正常运行时正序、负序和零序节 点阻抗矩阵。所述的一种仿真计算与实时监测相结合的配电网故障定位方法，其特征在于步骤
(3)中所述的暂态电能数据库为一种国际通用的PQDIF数据格式，PQDIF使多数据具有良好 兼容性，便于实现不同监测系统间数据共享。所述的一种仿真计算与实时监测相结合的配电网故障定位方法，其特征在于步骤
(4)中所述的短路或接地故障包括三相短路、两相短路、两相短路接地和单相接地四种故障 类型，接收各种故障信息、分析判断发生故障类型的判定方法如下当A、B、C三相电压跌 落幅值相近，即A、B、C三相电压各相的跌落幅值差值不超过1%，则判定为三相短路故障； 当其中一相电压跌落幅值明显低于其他两相，即差值超过10%，则判定为单相接地故障； 当其中两相电压跌落幅值明显低于另外一相，即差值超过10%，并且线路中零序电流没有 明显增加，即零序电流增加小于10%，则判定为两相短路故障；当其中两相电压跌落幅值 明显低于另外一相，即差值超过10%，并且出现零序电流明显增加，即零序电流增加大于 10%，则判定为两相短路接地。所述的一种仿真计算与实时监测相结合的配电网故障定位方法，其特征在于步骤 (4)中所述的利用基于虚拟节点的故障定位算法进行仿真计算，基于虚拟节点故障定位算法的方法如下 1)当故障发生在配电网的节点ρ处时，配电网中任意节点j的残压如下式
权利要求
一种仿真计算与实时监测相结合的配电网故障定位方法，其特征在于包括以下步骤(1)稳态运行数据提取从供电部门的配电地理信息系统(GIS)数据库中提取目标网络的电网拓扑结构信息和网络元件参数信息，并形成中间数据库；从供电部门的配电能量管理系统(DMS)中提取目标网络的实时稳态运行参数和负荷参数，并形成中间数据库；(2)自动生成仿真计算模型以步骤(1)所得到的中间数据库为基础，由仿真计算自动生成软件自动生成目标网络实时的仿真计算模型和系统正常运行时的节点阻抗矩阵；(3)暂态信息提取从供电部门安装的暂态电能数据库中自动提取故障过程中的节点电压数据，从供电部门的故障信息记录数据库中接收故障发生时的附加信息，包括线路开关跳闸信息，用于进行短路故障定位，小电流选线装置的选线信息，用于进行单相接地故障定位时的选线；(4)故障特性分析及定位计算当配电网发生短路或接地故障时，首先接收各种故障信息，分析判断发生故障的类型，获取故障过程中实时监测各节点电压幅值，然后利用基于虚拟节点的故障定位算法进行仿真计算，得到配电网实际发生对称或不对称故障的精确位置，并将故障点显示在配电网动态拓扑结构图中。
2.如权利要求1所述的一种仿真计算与实时监测相结合的配电网故障定位方法，其特 征在于步骤(1)中所述的配电地理信息系统(GIS)包含的电网拓扑结构信息和网络元件参 数信息存储于Smallworld数据库里，将Smallworld数据库转存到Oracle中间数据库中， 配电网智能故障定位系统由外部数据源ODBC接口形式访问Oracle数据库读取电网拓扑结 构和网络元件参数信息；所述的配电能量管理系统(DMS)包含的稳态运行参数和负荷参数信息存储于PI实时 数据库系统(Plant Information System)中；
3.如权利要求1或2所述的一种仿真计算与实时监测相结合的配电网故障定位方法， 其特征在于步骤(2)中所述的仿真计算自动生成软件由MATLAB编写，软件自动生成节点阻 抗矩阵方法包括如下步骤1)根据选定的目标网络确定节点集，并对节点进行编号；2)仿真计算自动生成软件通过由外部数据源ODBC接口形式访问Oracle中间数据库中 的电网拓扑结构信息和网络元件的正序、负序和零序参数信息，根据各节点的自导纳和节 点之间的互导纳形成目标网络的正序、负序和零序节点导纳矩阵；3)对已得导纳矩阵求其逆矩阵计算得出目标网络正常运行时正序、负序和零序节点阻 抗矩阵。
4.如权利要求1所述的一种仿真计算与实时监测相结合的配电网故障定位方法，其特 征在于步骤(3)中所述的暂态电能数据库为一种国际通用的PQDIF数据格式，PQDIF使多 数据具有良好兼容性，便于实现不同监测系统间数据共享。
5.如权利要求1所述的一种仿真计算与实时监测相结合的配电网故障定位方法，其特 征在于步骤(4)中所述的短路或接地故障包括三相短路、两相短路、两相短路接地和单相接地四种故障类型，接收各种故障信息、分析判断发生故障类型的判定方法如下当A、B、C 三相电压跌落幅值相近，即差值不超过1%，则判定为三相短路故障；当其中一相电压跌落 幅值明显低于其他两相，即差值超过10%，则判定为单相接地故障；当其中两相电压跌落 幅值明显低于另外一相，即差值超过10%，并且线路中零序电流没有明显增加，即零序电流 增加小于10%，则判定为两相短路故障；当其中两相电压跌落幅值明显低于另外一相，即 差值超过10%，并且出现零序电流明显增加，即零序电流增加大于10%，则判定为两相短 路接地。
6.如权利要求1所述的一种仿真计算与实时监测相结合的配电网故障定位方法，其特 征在于步骤(4)中所述的利用基于虚拟节点的故障定位算法进行仿真计算，基于虚拟节点 故障定位算法的方法如下1)当故障发生在配电网的节点P处时，配电网中任意节点j的残压如下式
7.如权利要求2所述的一种仿真计算与实时监测相结合的配电网故障定位方法，其特 征在于系统采用PI-API的方法访问并读取配电地理信息系统(GIS)和配电能量管理系统 (DMS)中的电力系统运行数据，具体方法如下1)在MATLAB编写的PI数据接口的初始化函数中载入PI-APIDLL动态链接库，并设置 载入是否成功的标志，在载入成功的基础上，获取PI-API的各个函数入口地址；2)PI数据库的连接通过调用piutjormect函数实现与PI数据库的连接，在完成第 一次连接后，PI-API会自动对设定的PI服务器进行连接；3)数据的读取PI服务器中的数据有2种形式，归档值和快照值，如果访问历史数据则 调用piarjimedvalues函数读取归档值；如果访问实时数据则调用pisr^getsnapshot函 数读取快照值；4)PI数据库连接的关闭在完成对PI数据的访问后，应实施连接断开以降低系统的占 用资源，通过调用piutdiscormect函数实现与PI数据库连接的关闭。
8.如权利要求6所述的一种仿真计算与实时监测相结合的配电网故障定位方法，其特 征在于由于5)中可能有多条线路存在可能的故障区间使得j节点监测所得电压跌落幅值 在[V1ot，Vhigh]范围内，若为三相短路、两相短路或两相短路接地故障，系统读取PI数据库中 故障前后各条线路的电流值，若电流值在此期间有显著变化，即超过20%，则判定为故障线 路，由此可实现故障精确定位；若为单相接地故障，则由小电流接地故障选线装置判定故障 线路，由此实现故障精确定位。
9.如权利要求6所述的一种仿真计算与实时监测相结合的配电网故障定位方法，其特 征在于所述的[Vlw，Vhigh]范围，出现故障后，会有一个故障记录当时节点的电压值V，监测 误差设定5%的误差区间，则V1ot = 95% V, Vhigh = 105% V。
全文摘要
一种仿真计算与实时监测相结合的配电网故障定位方法，属于配电网故障检测的技术领域。包括以下步骤首先通过编制数据解析接口，从现有的配电网地理信息系统、配电网能量管理系统中提取目标配电网络的信息，自动生成目标网络实时的仿真计算模型。其次基于此仿真计算模型，提出基于虚拟节点的故障定位算法，可以求解在目标网络中任意点发生对称和不对称故障时，任意节点的电压幅值与故障位置参数之间的函数关系。最后利用少量故障过程中的电压跌落幅值实时数据，计算得到配电网实际发生故障的精确位置。采用实时监测与仿真计算相结合的故障定位方法，准确有效地反映故障发生时网络的状态及参数，提高故障定位的精度，适用各种网络结构和故障类型。
文档编号G06F17/30GK101968525SQ20101050094
公开日2011年2月9日 申请日期2010年10月9日 优先权日2010年10月9日
发明者沈广, 苏毅方 申请人:杭州市电力局