[发明专利]基于μPMU量测值的主动配电网故障定位方法

权利要求书

1.一种基于μPMU量测值的主动配电网故障定位方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤1，针对配电网的拓扑结构，利用节点阻抗矩阵，建立故障前后线路两端电压降落值与线路上因发生故障而增加的电流之间的关系方程；

步骤2，对于无源节点，根据配电网的拓扑结构，建立点弧关联矩阵，将线路上因发生故障而增加的电流转化为注入其端节点的等效故障电流，并将该值作为判断与此类节点相连的线路是否发生故障的状态向量；对于与分布式电源或外部电网相连的节点，测量这些节点的电压降落值；

所述步骤2中，点弧关联矩阵表示为：

式中，I₃为3*3阶的单位矩阵，其前面的正负号表示以流入母线为正方向、流出母线为负方向；A中的行向量依次对应于无源节点，列向量依次对应网络中的线路；根据KCL定理，将该式代入公式得：

记作：

其中，为配电网支路的三相故障电流向量，Y_line为导纳矩阵，ΔV为配电网各节点处三相电压降落值向量，为注入某个节点的等效三相故障电流值，B为改进节点导纳矩阵，从而将故障前后电压降落值和注入网络中的故障电流联系起来；

步骤3，根据微型相量测量单元μPMU得到的配电网节点在故障前后电压相量的降落值，利用最小二乘法求解故障前后电压相量的降落值和注入端节点的等效故障电流之间的关系方程，得到用于判断配电网故障的状态向量，并以量测值和估计值的残差最小为条件进行故障区段定位。

2.如权利要求1所述的一种基于μPMU量测值的主动配电网故障定位方法，其特征在于：所述步骤1中，线路上因发生故障而增加的电流表示为：

式中，分别为发生故障前、发生故障期间某支路流过的电流，该式表明故障期间线路上流过的电流包含故障前正常的负荷电流和因故障而增加的电流；根据欧姆定律，分别表示为：

式中，V_j^Pre为配电网正常运行时节点i、j电压相量值，V_j^During为配电网发生故障期间节点i、j电压相量值，为导纳矩阵；

则故障前后线路两端电压降落值与线路上因发生故障而增加的电流之间的关系方程表示为：

扩展到整个配电网：

式中，为配电网支路的三相故障电流向量，Y_line为导纳矩阵，ΔV为配电网各节点处三相电压降落值向量。

3.如权利要求1所述的一种基于μPMU量测值的主动配电网故障定位方法，其特征在于：所述步骤2中，用于判断配电网故障的状态向量表示为：

式中，ΔV_Gs为有源节点的电压降落值；为无源节点的等效电流注入值，作为判断此类节点是否发生故障的依据。

4.如权利要求1所述的一种基于μPMU量测值的主动配电网故障定位方法，其特征在于：所述步骤3中，量测值和估计值之间的方程表示为：

ΔV＝HX

式中，X为用于判断配电网故障的状态向量，ΔV为所有节点的电压降落值，H根据网络结构求得；若仅在M个节点处安装μPMU进行测量，则从ΔV中挑选对应这些节点的电压降落值，形成：

式中，Z是故障前后部分节点电压降落值，是测量量和状态量之间的关系矩阵；公式为具有无限多可能解的欠定方程，由故障等效模型知，只在发生故障的三相母线处为非零值，其余均为零值，则提取矩阵X中的非零值和矩阵中非零值所对应的列，得：

式中，是简化后的关系矩阵，X_f是母线f处的状态量；简化后的公式是超定方程，用最小二乘法求解。

5.如权利要求1所述的一种基于μPMU量测值的主动配电网故障定位方法，其特征在于：所述步骤3后，还包括步骤4，在进行故障区段定位，确定发生故障的节点之后，根据最靠近故障发生处的μPMU量测值进行故障相和故障类型的识别，其中故障类型包括单相接地短路、两相接地短路、相间短路和三相短路。

6.如权利要求5所述的一种基于μPMU量测值的主动配电网故障定位方法，其特征在于：所述步骤4中，故障相和故障类型的识别方法表示为：根据配电网节点编号和地理位置，寻找距离故障发生处最近且安装μPMU的节点，根据该节点在故障发生前后的电压降落值进行故障相和故障类型的识别。