一种分布式光伏并网系统的故障检测与诊断系统及方法与流程

本发明涉及分布式光伏并网故障诊断，具体为一种分布式光伏并网系统的故障检测与诊断系统及方法。

背景技术：

1、分布式光伏经变流器接入配电网络后，光伏出力、负荷和开关状态共同改变线路电流，部分时段出现反向潮流。变流器限流还使短路时的电流增量可能小于传统单向供电网络的预期。因此，仅依靠电流幅值突变，容易把正常出力波动与故障混淆；只以故障前的支路分配比例预测故障后的电流，也可能在负荷迁移时失效。

2、同步相量能够把不同位置的电压和电流放在同一时间基准下，结合线路阻抗推算故障位置；端点各支路的电流守恒还能够提供关联约束。然而，量测存在互感器误差、时钟偏差及通道异常。若用一组有偏电流求解故障位置，再只检查该组参与求解的方程残差，位置参数可能吸收部分量测误差，形成残差较小但位置不正确的结果。

3、特别是在多端口接入的配电网络中，端点其他支路电流能够提供额外观测，但必须明确其采样来源、符号以及区段边界。若所谓额外观测仍由被检验的电流通道反推取得，则没有增加可用于核对的信息；区段内遗漏接入支路或端点发生未计量分流时，还会破坏相同的电流守恒关系。因而需要使位置求解与核验具有可追溯且分离的电流来源，并限定在观测与模型均成立的区段内作出诊断。

技术实现思路

1、本发明提供一种分布式光伏并网系统的故障检测与诊断系统及方法，解决在多端口接入及电流量测存在误差时，单组量测的低拟合残差不足以支持确定故障位置的问题。

2、本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种分布式光伏并网系统的故障检测与诊断系统，包括分别配置在被检测线路区段两端的端点采集装置、与各端点采集装置连接的同步时钟源以及与各端点采集装置通信的诊断主机，被检测线路区段为内部没有光伏、负荷及其他分支接入、串联参数沿长度方向近似均匀且可用集中串联阻抗矩阵表征的短线路；各端点采集装置分别采集所在端点的三相电压和与该端点连接的各电气端口的三相电流，并形成同步相量；诊断主机以区段内部仅有一个并联故障点为假设建立单故障定位模型，仅采用该区段处于准稳态时取得的同步相量进行以下处理；

3、诊断主机将所述线路区段自身的两端电流通道构成直接组，将两端的其余电气端口的电流通道构成核对组，两组由不同的电流传感通道取得；固定从上端至下端的参考方向，将上端流入区段的电流和下端流出区段的电流作为直接组的两端电流，将上端其余端口向外流出电流的和取负值、将下端其余端口向外流出电流的和保留原符号，分别作为核对组的两端电流；

4、诊断主机分别以每组的上端电流减去下端电流得到两组差流，在两组差流的模均超过各自检出阈值且两组差流之差的模不超过电流一致性阈值时，依据两端实测电压、线路串联阻抗矩阵和直接组两端电流，求取使两端推算的故障点电压之差的模最小的区段内位置比例，并检验直接组的最小电压差的模不超过第一电压误差界；

5、诊断主机保持所求位置比例不变，将直接组两端电流替换为核对组两端电流，重新计算两端推算的故障点电压之差，仅在位置可辨识且位于区段内部、所述第一电压误差界检验通过以及重新计算的电压差的模不超过第二电压误差界时，输出所述单故障定位模型下该区段的内部并联故障及位置，并以该区段两组差流逐相核对得到涉及相别；所述核对组不利用所述线路区段自身的电流通道生成其两端电流，也不通过重新拟合位置来降低用于所述检验的电压差。

6、作为优选，诊断主机按开关状态确定区段端点及端口集合，将拓扑版本、通道对应关系和阻抗参数版本与同一相量时窗绑定；时窗内发生开关状态改变、任一参与通道缺失或饱和、相量时间偏差超过预设允许值时，停止该时窗的区段定位并输出对应的无效原因，在重新取得拓扑一致且全部参与通道有效的时窗后恢复计算。

7、作为优选，诊断主机分别根据两组电流通道的误差上界确定所述检出阈值及电流一致性阈值，根据两端电压误差、电流误差、阻抗参数误差和短线路模型误差确定所述第一电压误差界和第二电压误差界；在计算故障位置之前固定上述阈值和误差界，将线路充电电流及端点未单独采集的非故障分流的上界计入误差预算，预算超出允许检出范围时将该区段标为不适用，所述阈值和误差界不根据本次候选位置的拟合结果放宽。

8、作为优选，诊断主机进一步用核对组两端电流单独求取第二位置比例，保持第二位置比例不变并代入直接组两端电流计算电压差；仅在该电压差的模不超过第一电压误差界、第二位置比例满足区段内部可辨识条件且两个位置比例之差的绝对值不超过各自位置误差上界之和时，确认两组的双向交叉核验通过。

9、作为优选，诊断主机以线路串联阻抗矩阵与直接组差流的乘积作为测距激励量，在该激励量的模不超过预设最小值时不输出位置；在超过该最小值时，依据第一电压误差界与该激励量的模之比确定位置误差上界，仅当所求位置比例的误差区间完全落在零与一之间时输出区段内位置，否则输出端点附近或位置不可辨识状态。

10、作为优选，诊断主机在中性点有效接地的三相系统中，分别比较两组差流的各相幅值与相应相别阈值；两组均表现为同一相超过相别阈值且另外两相不超过相别阈值时，输出该相单相接地型故障；两组均表现为相同的两相超过相别阈值、第三相不超过相别阈值且所述两相差流的矢量和的模不超过相应和电流阈值时，输出该两相的相间型故障；其他情形保留内部并联故障及涉及相别，输出类型待复核状态。

11、作为优选，诊断主机对同一拓扑版本下的各被检测线路区段分别进行所述计算和检验；仅一个区段通过检验时输出该区段的确定区段标识，多个区段通过检验时同时输出通过检验的区段集合及区段待区分状态，没有区段通过检验而存在差流或量测一致性异常时输出量测或端点连接待复核状态，并向与其连接的运维终端发送所用时窗、拓扑版本及未通过条件。

12、一种分布式光伏并网系统的故障检测与诊断方法，采用以被检测线路区段内部仅有一个并联故障点为假设的单故障定位模型，所述区段为串联参数沿长度方向近似均匀且可用集中串联阻抗矩阵表征的短线路，使用该区段处于准稳态时取得的同步相量进行定位，包括以下步骤：

13、步骤一、在内部没有光伏、负荷及其他分支接入的被检测线路区段两端，同步取得端点三相电压和与各端点连接的各电气端口的三相电流相量；将线路区段自身的两端电流通道作为直接组，将两端其余电气端口的电流通道作为核对组，两组使用不同的电流传感通道；

14、步骤二、固定从上端至下端的参考方向，以上端流入区段和下端流出区段的电流作为直接组两端电流，以上端其余端口向外流出电流之和的负值、下端其余端口向外流出电流之和分别作为核对组两端电流，核对组不利用线路区段自身的电流通道或由该通道反推的数值；

15、步骤三、对两组分别计算上端电流减去下端电流的差流，在两组差流的模均超过各自检出阈值且两组差流之差的模不超过电流一致性阈值时，依据两端实测电压、线路串联阻抗矩阵和直接组两端电流，求取使两端推算的故障点电压之差的模最小的位置比例，检验其最小电压差的模不超过第一电压误差界；

16、步骤四、保持所求位置比例不变，以核对组两端电流重新计算两端推算的故障点电压之差，在位置可辨识且位于区段内部、第一电压误差界检验通过以及重新计算的电压差的模不超过第二电压误差界时，得到所述单故障定位模型下该区段的内部并联故障及位置，用于该检验的核对组电压差不通过重新拟合位置而降低；

17、步骤五、对通过所述检验的同一区段，以两组差流逐相核对得到涉及相别并输出诊断结果；对不满足所述条件的区段保留未通过条件，不输出该区段的确定故障位置。

18、综上所述，本发明主要具有以下有益效果：通过以线路自身通道求取位置、以端点其他端口的实测通道在固定位置进行核验，核对组不因重新拟合而自行压低用于确认的电压差，能够约束电流误差与位置参数之间的补偿。

19、通过固定区段和电流方向，并同时检验两组差流的可检测性与一致性，正常光伏及负荷变化进入当前通过电流，而不必假设某个故障边界仍为健康状态。位置误差区间、量测有效性和多候选状态使不具备辨识条件的情形保留为待复核，避免强制给出单一区段或未经支持的故障类型。