一种针对含分布式电源的配电网相间故障定位方法_王双杰

障位置的计算误差 % Error 为
% Error d cal d real d total 100
（ 18）
（ 16）
0 0 0.1166 c 1.0e 0.07 0 0.1166 0 F 0 0 0.1166
（ 17）
故障电阻的范围为 0.01～ 50，进行仿真。故
Zlac Zlbc I1c I 2c
（ 11）
联立式（ 8） 、 （ 9） 、 （ 10） 、 （ 11）可求出故障距离 d。 3）估算电压和电流 如果计算出的故障距离大于 1 或为负数，就说 明故障不在这一区段内，而是在下一区段，故障的 定位就应该在下一区段进行，利用下一区段母线出 口处测得的电压和电流计算。假设电压和电流只能
dreal 故障点 这里 dcal 是计算得到的故障点距离， 真实距离， dtotal 线路全长。 由图 6 可知， 最小误差发生在故障电阻为 0.01 时，最大误差发生在故障电阻为 50时。故障定位 会随着故障阻抗值的增加而增大。 DG 之前部分定 位误差明显低于 DG 之后部分。在图 5 的仿真模型 里母线 5 加入分布式电源，在不同点和不同故障电 流下进行仿真。图 7 所示的是接入分布式电源后发 生故障时母线 3 处算得的故障位置误差情况。
1 d Zlaa I 2a Zlab I 2b Zlac I 2c
（ 1） （ 3）
V1b V2b d Zlba I1a Zlbb I1b Zlbc I1c
zabc
图 1 中母线电压和支路电流间的关系式可表示 为
Va VA zaa Vb VB zba V V z c C ca zab zbb zcb zac I Aa zbc I Bb zcc I Cc
技术与应用
一种针对含分布式电源的配电网相间 故障定位方法
王双杰 杨炳元 李晓芹 田
010080）
翀
（内蒙古工业大学，呼和浩特
摘要 本文提出了一种对带有分布式电源（ DG）的配电网发生相间故障时的故障定位方法， 通过测量系统和分布式电源变电站处的电压和电流来实现故障定位。为了减少计算误差，提出将 主变站和 DG 之间分段的思路。最后应用 pscad 软件进行仿真，该方法可以有效改善故障定位的性 能 ,适用于相间故障定位。 关键词： 分布式电源；故障定位；相间故障； PSCAD 仿真
根据式（ 12）至式（ 15） ，能够求出来故障定位 算法所需的电压和电流，进而获得故障位置。如果 计算得到的距离 0＜ d＜ 1，表示故障点在本区段， 并且到母线出口的距离为 d。将此算法应用于各区 段就可以求出故障点距离分布式电源或主变电所母 线的距离。
2
图4 带分布式电源的配电网发生故障
仿真实例
其中
f1 Zlaa Zlba I 2a Zlab Zlbb I 2b
Zlac Zlbc I 2c
f 2 V1a V2a V2b V1b
（ 9） （ 10）
f3 Zlaa Zlba I1a I 2a Zlab Zlbb I1b I 2b
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技术与应用
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结论
本文提出了一种新的故障定位算法。该算法避 免了传统的故障定位算法的序网络分析过程。由上 述分析可知，当故障电阻较小时定位误差最小，误 差会随着故障电阻值的增大而增大。 DG 前部分发 生相间短路故障时的计算误差会明显小于 DG 后部 分发生相间短路故障时的定位误差。该方法适用于 各种电力系统之中， 为了提高算法的实际应用效果， 应先确定 DG 的位置和变化情况。
1
原理
图 1 所示的是两母线间的三相输电线路。
图1
三相配电线路
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技术与应用
阻抗阵可表示为
zaa zba z ca zab zbb zcb zac zbc zcc
V1a V2a d Zlaa I1a Zlab I1b Zlac I1c
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图3
三相线路中的相间故障
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技术与应用
在母线处测得，离本区段要估算的电流值和电压值 的节点有一段距离。如图 4 所示，母线 k 和 k+1 之 间发生短路，则母线 K 处的电压可表示为
由
I k 1 I k 2 I Lk 1
（ 14） （ 15）
则母线 K1 处的电压电流满足下式： Vk 1 Vk 2 Z k I k 1
Vk Vk 1 Z k 1 I k 1
（ 12）
假设负荷阻抗恒定不变，图 4 中的电流可表示 为
I Lk 1 Vk 1 YLk 1
（ 13）
式中，Vk1 是 K1 处的母线负荷电流，YLK1 是 K2 母线处的负荷导纳矩阵。
在 PSCAD/EMTDC 中建立仿真模型。 为了验证 新故障定位法的可行性，建立如图 5 所示的 9 母线 带有单相和三相支路的系统模型。连接到母线 5、6 和 8 上的负载是单相负载，其他负载是三相负载， 并将支路等效为负载。主要负荷值为：单相= 50 j15 ，三相 100 j 25 。
图6 相间短路故障位置的计算误差 [1] [2]
参考文献
郑顾平 , 张利 , 姜超 , 等 . 中性点不接地系统单相接 地故障区段在线定位[J]. 电力系统自动化. 2013(3). 刘健 , 张小庆 , 张志华 , 等 . 配电网两相接地短路故 障定位与供电恢复 [J]. 电力系统自动化 , 2013, 37(5): 105-110. 韩笑 , 宋丽群 , 朱冬力 . 配电网广域监测及故障定 位信息集成方案 [J]. 电力系统自动化 , 2013, 37(2): 97-101. ARCELL G B, PAHALAWATHA N C. Maximum likelihood estimation of fault location on transmission lines using travelling waves[J]. IEEE Trans on power delivery, 1994, 19(2): 680-689. 张海申 , 何正友 , 张钧 . 谐振接地系统单相接地故 障频谱特征分析 [J]. 电力系统自动化 , 2012(6). Myeon-Song Choi, Seung-jae Lee, Duck-Su Lee et al. A new fault location algorithm using direct circuit analysis for distribution systems[J]. IEEE Trans Power Delivery, 2004, 19(1): 35-41.
（ 7） 故障距离的等式可表示为
f1 f 2 f3
图2
带有分布式电源的配电网
d
（ 8）
2） DG 前部分故障定位方法 DG 后的配电网部分是一个放射状网络，与传 统的配电网一样，所以故障点的定位可利用传统电 路分析方法进行故障定位的方法，但在 DG 之前的 部分，所测数据为两端电源的联合作用结果，所以 在 DG 以前的部分发生相间故障的的定位方法需要 重新考虑。图 3 显示的是三相配电网在远离变电所 处发生相间故障时的示意图。设图 3 中为 a 相和 b 相发生相间故障，则
图5
带分布式电源的配电网模e 0.6550 1.4680i 0.1900 0.7000i 0.3000 0.9000i 0.1900 0.7000i 0.6550 1.4680i 0.19000 0.7000i 0.3000 0.9000i 0.1900 0.7000i 0.6550 1.468i
Zlac Zlbc I 2c ] I f Rf
（ 6） 由式（ 5）和式（ 6）消去故障电流 If 和故障电 阻 Rf 后，得
V1a V2a V2b V1b d [ Zlaa Zlba I1a I 2a Zlab Zlbb I1b I 2b Zlac Zlbc I1c I 2c ] [ Zlaa Zlba I 2a Zlab Zlbb I 2b Zlac Zlbc I 2c ]
1 d Zlba I 2a Zlbb I 2b Zlbc I 2c
（ 4）
V1a V1b d [ Zlaa Zlba I1a Zlab Zlbb I1b
（ 2）
Zlac Zlbc I1c ] I f Rf
Method of Phase to Phase Fault Location in Distribution Network with Distributed Generations
Wang Shuangjie Yang Bingyuan Li Xiaoqin Tian Chong (Inner Mongolia University of Technology, Hohhot 010080) Abstract This paper proposes a method of phase to phase fault location in distribution network with distributed generations, reducing the calculation error by measuring voltage and current at systems and distributed power substation to realize fault location. In order to reduce the calculation error, and puts forward the method of segmenting between main transformer station and DG.Finally,this fault location method has been simulated using PSCAD/EMTDC, to show the method can effectively improve the performance of the fault location. Key words： distributed generation； fault location； phase to phase fault； PSCAD simulation 故障定位技术能够快速动作切除故障，最大限 度缩短停电时间，大幅度提高系统的可靠性，从而 越来越受到重视。故障定位技术主要应用于输电线 路上故障的定位 , 一方面因为输电线路在电力系统 中的重要性，另一方面因为检查输电线路所需的时 间要比配电网大得多。传统的配电系统是放射状的 , 对于这样的网络设计保护方案非常简单。配电系统 保护设计的主要目的是检测故障位置并使故障部分 与系统其他部分隔离。文献 [1-5]提出了一些配电系 统故障检测方法。而分布式电源的接入使配电网放 射状的网络拓扑发生改变，从而引发了一些问题 ,如 导致保护装置失去协调性。由于配电系统的非齐次 线性性质、故障电阻和确定性负载的影响，使得故 障定位的实现变得非常复杂。但使用测量电压和电 流计算故障位置的方法是基本不变的，计算传输系 统的阻抗依然使用阻抗器件 [4]或者各次谐波 [5]。 本文 介绍了带有 DG 的配电网发生相间故障时的故障定 位方法。方法中分别分析 DG 前和 DG 后两个部分， 通过测量主系统和分布式电源变电站处的电压和电 流来实现故障的定位。此外 ,对于 DG 前部分，简化 了故障定位方程， 提出了一种新的方法来减少误差。 在文章最后给出了仿真结果， 验证了方法的可行性。