[发明专利]一种配电网单相接地故障区段定位方法及系统

说明书

本发明公开了一种配电网单相接地故障区段定位方法及系统，实现对配电网单相接地故障的区段定位；该方法包括以下步骤：获取配电网内多个故障样本在若干个节点处的电流波形数据，提取每个故障样本在若干个节点处的波形特征量；基于每个故障样本在若干个节点处的波形特征量，构建每个故障样本的拓扑矩阵；计算每个故障样本的随机矩阵特征值，并构建每个故障样本特征值集合；对所有故障样本特征值集合进行聚类，得到各故障区段的聚集中心点；计算待定位故障样本的随机矩阵特征值，寻找与待定位故障样本的随机矩阵特征值距离最小的聚集中心点，确定故障区段。

技术领域

本公开涉及配电网故障诊断技术领域，具体涉及一种基于同步波形特征提取及矩阵分析的配电网单相接地故障区段定位方法及系统。

背景技术

配电网承担着将输电网的电能分配给电力用户的功能，直接影响着生活生产的各方面。据统计，我国每年停电损失中的90％左右源自配电网故障,配电网故障诊断与定位问题一直是电力系统的研究热点。我国中低压配电网多采用中性点不接地或经过消弧线圈和高阻抗接地，单相接地的故障电流很微弱，甚至消弧线圈的补偿电流有可能使零序电流小于非故障线电流，给故障诊断带来一定困难。而电力系统的运行经验表明，所有短路故障中单相接地占比可达65％。虽然单相接地后系统可继续运行1-2小时，对用电设备没有影响，但很容易发展为相间故障甚至是三相故障，造成更严重的危害。单相接地的故障定位及选线是配电网故障诊断领域的重要课题。

传统的故障诊断主要使用开关量，即断路器和保护装置的动作信息，作为诊断依据。然而，基于开关量的诊断方法在面对馈线短路故障时表现良好，但在小电流接地故障方面表现出较大的缺点，因为目前当发生小电流接地故障时，电力规程要求断路器和其他继电保护装置不动作以保证配电网的供电可靠性。另外，断路器及保护装置存在误动、拒动且开关量容易因信道干扰发生信息丢失。因此，这类方法在小电流接地故障下缺乏准确和足够的输入数据。实际上，电网发生故障后，各类故障信息的变化是以因果逻辑顺序发生的。首先是以故障元件为中心，各节点电压、支路电流等电气量发生变化，只有满足保护装置的整定条件后，才会触发继电保护装置动作，并动作于断路器跳闸产生开关变位信息。因此电压和电流等电气量的变化是电网发生故障后最直接的反应，具有比开关量更为优越的准确性和可靠性，其中具有丰富的故障相关信息，蕴含着故障发生的机理，从电压和电流波形中提取的合理特征可以用于系统故障的分析。

另外，现有的电网故障诊断方法大都基于局部的开关量和保护数据，且各地各级各类数据源没有统一的同步时标，未能综合多源信息从全局的广域角度实现更为准确可信的故障诊断，难以实时监测电网在各类故障下的动态过程。

分布式电源、电动汽车及柔性互动负荷等分布式设备的大规模接入给配电网故障诊断带来了新的挑战。配电网正在由原来的单一辐射状网络转变为功率在多点可双向流动的复杂拓扑网络。依靠线路分布电容耦合和分布式电源接地点，系统形成多样化的电流回路，加之网络拓扑的动态变化，配电网运行方式更加复杂，导致故障电流特征变化频繁，电流保护判据不再固定。而采用局部信息的传统保护和故障诊断方案需事先离线整定，实际应用中作用范围受到局限，易受干扰，判别结果较片面，存在误动的可能且无法覆盖所有的场景。

随着以现代信息技术为基础的电网量测系统的发展，如配网侧同步相量测量单元(D-PMU)、故障录波器(Fault Waveform Recorder)，调度中心能够采集到越来越多的精确信息并以时间序列的形式刻画出了电气量的实际变化波形，其中蕴含着丰富的系统运行状态信息，这将对提高单相接地故障诊断的性能有很大帮助，这为基于全系统综合信息的故障诊断方法在实际中的应用提供了坚实的数据基础，基于同步波形分析的故障诊断方法将成为今后的重要发展方向。

发明人在研发过程中发现，以上方案还存在以下技术问题：

(1)接地电流微弱，消弧线圈补偿电流甚至导致故障线零序电流小于非故障线，间歇性接地频发使电弧不稳定，另外高阻故障多，提取的配电网短路故障的特征不明显；