[发明专利]基于改进单端阻抗法的配电网高阻接地故障定位方法及应用

权利要求书

1.一种基于改进单端阻抗法的配电网高阻接地故障定位方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：获取配电网发生故障前、后主变电站监测点以及分布式电源DG接入节点的同步测量电压和电流信号，并利用快速傅里叶算法得到主变电站监测点发生故障前的三相电压相量[V_abc]'₁和三相电流相量[I_abc]'₁、发生故障后的三相电压相量[V_abc]₁和三相电流相量[I_abc]₁以及发生故障后第h个DG接入节点的三相电流相量和三相电压相量

步骤2：采用Π型线路模型对配电网线路进行等效，在具有并联分支的节点处将配电网分为K个区段并对每个区段进行编号，令k表示任一区段的编号，k∈K；当k＝1时，第k个区段的线路首端即为配电网主变电站监测点；

步骤3：利用式(1)和式(2)得到发生故障前第k+1个区段的线路首端三相电压相量[V_abc]'_k+1和线路首端三相电流相量[I_abc]'_k+1；发生故障后第k+1个区段的线路首端三相电压相量[V_abc]_k+1和线路首端三相电流相量[I_abc]_k+1：

式(1)-式(2)中，[V_abc]'_k表示发生故障前第k个区段的线路首端三相电压相量，[I_abc]'_k表示发生故障前第k个区段的线路首端三相电流相量；[V_abc]_k表示发生故障后第k个区段的线路首端三相电压相量，[I_abc]_k表示发生故障后第k个区段的线路首端三相电流相量；[a]_k、[b]_k、[c]_k、[d]_k均为第k个区段的3阶线路矩阵，并有：

[b]_k＝L_k[z_abc] (4)

式(3)-式(5)中，[z_abc]、[y_abc]分别为配电网三相线路的单位线路阻抗矩阵和单位对地导纳矩阵；E为3阶单位矩阵；L_k为第k个区段的线路长度；

步骤3：利用式(6)得到第k段区段的初始故障电流[I_abc]_f,k：

[I_abc]_f,k＝[I_abc]_k-[I_abc]′_k (6)

步骤4：依据过渡电阻消耗无功功率为零，利用式(7)建立第k个区段的定位方程：

式(7)中，x_k表示第k个区段首端与故障点之间线路的长度，即第k个区段的故障距离；α₂表示二次系数，α₁表示一次系数，α₀表示常数项，并有：

式(8)-式(10)中，Im{}为虚部提取符号；Re{}为实部提取符号；[]^T为矩阵的转置；

步骤5：执行迭代算法：

步骤5.1：定义并初始化迭代次数i＝1；初始化k＝1；将第k个区段的初始故障电流[I_abc]_f,k作为第k个区段在第i次迭代的故障电流

步骤5.2：将第k个区段在第i次迭代的故障电流代入第k个区段的定位方程中，得到第k个区段在第i次迭代的故障距离

步骤5.3：判断是否成立，若成立，则跳转至步骤5.5，否则，令k+1赋值给k后，跳转至步骤5.4：

步骤5.4：判断k≤K是否成立，若成立，则跳转至步骤5.2；否则，结束迭代算法并跳转至步骤6；

步骤5.5：判断是否成立，若成立，则存储区段编号k和故障距离令k+1赋值给k后，跳转至步骤5.4；否则，令i+1赋值给i后，跳转至步骤5.6；其中，为第k个区段在第i-1次迭代的故障距离，当i＝1时，令ε为正数；

步骤5.6：考虑到DG对故障电流的贡献，分别计算配电网中故障点的上游网络和下游网络中含有或不含有DG时故障电流的大小：

步骤5.6.1：当故障点的上游网络不含有DG时，利用式(11)得到第k个区段在第i次迭代的上游故障电流

式(11)中，N是第k个区段在第i次迭代的首端与故障点之间的负载支路数量；是第j个负载支路的分流电流，由前推回代潮流算法求取；表示第k个区段在第i次迭代中线路首端与故障点之间的线路分布式电容的分流电流，并利用式(12)估计：

步骤5.6.2：当故障点的上游网络含有DG时，利用式(13)得到第k个区段在第i次迭代的上游故障电流

式(13)中，M为故障点的上游网络中含有DG的数量；为第h个分布式电源与第k个区段在第i次迭代的故障点之间的线路电容分流电流，利用式(14)得到：

步骤5.6.3：当故障点的下游网络不含有DG时，利用式(15)得到第k个区段在第i次迭代的下游故障电流

式(15)中，为第k个区段在第i次迭代的故障点电压，并利用式(16)计算；[Z_abc]_thqf,k为第k个区段在第i次迭代的故障点的下游网络的等效阻抗，利用式(17)计算；

式(17)中，[Z_abc]_thq,k是第k个区段末端节点下游网络的等效阻抗；是第k个区段在第i次迭代的故障点与第k个区段末端之间的线路导纳矩阵；是第k个区段在第i次迭代的故障点与第k个区段末端之间的线路阻抗矩阵；

步骤5.6.4：当故障点的下游网络含有DG时，利用式(18)得到第k个区段在第i次迭代的下游故障电流

式(18)中，M₁为第k个区段在第i次迭代的故障点下游网络中含有分布式电源的数量，N₁为第k个区段在第i次迭代的故障点下游网络的第h个分布式电源与故障点之间的负载支路数量；为第k个区段在第i次迭代的故障点下游网络的第h个分布式电源与故障点之间的第j个负载支路的分流电流；

步骤5.7：基于基尔霍夫电流定律，利用式(19)求得第k个区段在第i次迭代的故障电流

步骤5.8：将步骤5.5估计的第k个区段在第i次迭代的故障电流代入式(7)，求得的正实数解为第k个区段在第i+1次迭代的故障距离令并跳转至步骤5.3；

步骤6：利用式(20)得到配电网主变电站到故障点的故障距离x_total：

式(20)中，K₁为故障区段的编号k与配电网主变电站之间包含的线路区段编号集。