配电网故障区段定位方法、装置、存储介质及计算设备与流程

1.本发明涉及一种配电网故障区段定位方法、装置、存储介质及计算设备，属于配电网继电保护技术领域。


背景技术：

2.清洁能源的规模化接入和能源的高效利用是关键技术，促进清洁可再生能源的规模化开发利用是输配电技术发展的趋势。新能源为主体的新型电力系统环境下，大规模新能源并网及配网网格化区域自治势必改变原有配电网的运行形态。新能源的分散性、随机性、不可预测性、控制策略的差异性以及电网形态结构的变化改变了电网的运行特性和故障电流分布特征，对电网的保护控制方案和配电自动化故障快速隔离和供电恢复提出了新要求。
3.传统配电网以三段式电流保护为主，在部分含高渗透率分布式电源或高可靠性地区配置有电流差动保护，配电线路的故障多依赖于配电自动化系统。当配电线路发生故障后，由变电站出线开关或启用分级保护的开关跳开，配电线路上的配电终端将故障告警信息发送至配电自动化系统，配电自动化系统根据配电终端的告警信息，结合网架拓扑，确定故障区段，实现故障的隔离，并通过联络开关和出线开关/分级保护跳闸开关的合闸实现非故障区段的供电恢复。
4.新能源规模化接入后改变了配电网故障电流分布特征，现有三段电流保护不再适用，会出现越级跳闸或开关拒动的情况，且受分布式电源控制策略影响，电流差动保护整定计算困难，严重影响配电网的安全可靠运行。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种新能源规模化接入后配电网故障区段定位方法、装置、存储介质及计算设备，解决新能源规模化接入后现有配电自动化系统故障区域判别策略不再适用的问题，基于配电线路上配电终端收集的正常负荷信息和故障信息(短路告警)，进行故障区段定位。
6.为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
7.本发明提供一种配电网故障区段定位方法，包括：
8.获取故障发生前流经主干线路上所有配电终端的电流大小和方向，以及故障发生后流经主干线路上所有配电终端的电流大小和方向；
9.根据所获取的故障发生后主干线路上配电终端的电流大小判断存在过流的配电终端；
10.对存在过流的配电终端，基于故障发生后主干线路上流经相邻两个配电终端的电流方向确定第一故障区段集；
11.根据故障发生后流经相邻两个配电终端的电流方向将第一故障区段集划分为第二故障区段集和第三故障区段集；
12.基于故障发生前和故障发生后相邻两个配电终端的电流方向分别对第二故障区段集和第三故障区段集进行筛选，得到第四故障区段集；
13.基于故障发生后主干线路上分支线路上的配电终端的电流方向对第四故障区段集进行筛选确定故障点所在区段。
14.进一步的，电流由主电源流向配电终端为电流正方向，流经配电终端电流小于预先设置的有流门槛时电流方向为0，电流由配电终端流向主电源为电流负方向。
15.进一步的，所述根据所获取的故障发生后主干线路上配电终端的电流大小判断存在过流的配电终端，包括：
16.如果故障发生后配电终端的电流大小大于等于预先设置的故障电流过流门槛，则判定为存在过流的配电终端。
17.进一步的，所述基于故障发生后主干线路上流经相邻两个配电终端的电流方向确定第一故障区段集，包括：
18.以主干线路上相邻两个配电终端间的区段为单位，遍历主干线路上、下游区段，如果一个区段的两个配电终端的电流方向不一致，则将对应的区段划分入第一故障区段集。
19.进一步的，所述根据故障发生后流经相邻两个配电终端的电流方向将第一故障区段集划分为第二故障区段集和第三故障区段集，包括：
20.遍历第一故障区段集中的区段，如果一个区段的两个配电终端的电流方向分别为正方向和负方向，则将对应的区段划分入第二故障区段集；
21.如果一个区段的两个配电终端的电流方向有且只有一个为零，则将对应的区段划分入第三故障区段集。
22.进一步的，所述基于故障发生前和故障发生后相邻两个配电终端的电流方向分别对第二故障区段集和第三故障区段集进行筛选，得到第四故障区段集，包括：
23.遍历第二故障区段集中的区段，如果一个区段的两个配电终端有且只有一个的电流方向与故障发生前电流方向发生变化，则将对应的区段划分入第四故障区段集；
24.遍历第三故障区段集中的区段，如果一个区段的两个配电终端的电流方向与故障发生前电流方向相比均没有变化，或者故障发生前配电终端的电流方向为非零但故障发生后电流方向为零，则将对应的区段划分入第四故障区段集。
25.进一步的，所述基于主干线路上分支线路上的配电终端的电流方向对第四故障区段集进行筛选确定故障点所在区段，包括：
26.遍历第四故障区段集中的区段，判断是否存在分支线路，
27.若无分支线路，则确定故障点位于该区段；
28.若有分支线路，且分支线路上配电终端的电流方向为正方向，则确定故障点位于该区段的分支线路；
29.否则确定故障点位于该区段的主干线路。
30.本发明还提供一种配电网故障区段定位装置，包括：
31.采集模块，用于获取故障发生前流经主干线路上所有配电终端的电流大小和方向，以及故障发生后流经主干线路上所有配电终端的电流大小和方向；
32.判断模块，用于根据所获取的故障发生后主干线路上配电终端的电流大小判断存在过流的配电终端；
33.第一筛选模块，用于对存在过流的配电终端，基于故障发生后流经主干线路上相邻两个配电终端的电流方向确定第一故障区段集；
34.第二筛选模块，用于根据故障发生后流经主干线路上相邻两个配电终端的电流方向将第一故障区段集划分为第二故障区段集和第三故障区段集；
35.第三筛选模块，用于基于故障发生前和故障发生后相邻两个配电终端的电流方向分别对第二故障区段集和第三故障区段集进行筛选得到第四故障区段集；
36.以及，
37.输出模块，用于基于主干线路上分支线路上相的配电终端电流的方向对第四故障区段集进行筛选确定故障点所在区段。
38.进一步的，所述第一筛选模块具体用于，
39.以主干线路上相邻两个配电终端间的区段为单位，遍历主干线路上、下游区段，如果一个区段的两个配电终端的电流方向不一致，则将对应的区段划分入第一故障区段集，其中，电流由主电源流向配电终端为电流正方向，流经配电终端电流小于预先设置的有流门槛时电流方向为0，电流由配电终端流向主电源为电流负方向。
40.进一步的，所述第二筛选模块具体用于，
41.遍历第一故障区段集中的区段，如果一个区段的两个配电终端的电流方向分别为正方向和负方向，则将对应的区段划分入第二故障区段集；
42.如果一个区段的两个配电终端的电流方向有且只有一个为零，则将对应的区段划分入第三故障区段集。
43.进一步的，所述第三筛选模块具体用于，
44.遍历第二故障区段集中的区段，如果一个区段的两个配电终端有且只有一个的电流方向与故障发生前电流方向发生变化，则将对应的区段划分入第四故障区段集；
45.遍历第三故障区段集中的区段，如果一个区段的两个配电终端的电流方向与故障发生前电流的方向相比均没有变化，或者故障发生前配电终端的电流方向为非零但故障发生后电流方向为零，则将对应的区段划分入第四故障区段集。
46.进一步的，所述输出模块具体用于，
47.遍历第四故障区段集中的区段，判断是否存在分支线路，
48.若无分支线路，则确定故障点位于该区段；
49.若有分支线路，且分支线路上配电终端的电流方向为正方向，则确定故障点位于该区段的分支线路；否则确定故障点位于该区段的主干线路。
50.本发明第三方面提供一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行根据前述的方法中的任一方法。
51.本发明第四方面提供一种计算设备，包括，
52.一个或多个处理器、存储器以及一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在所述存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行根据前述的方法中的任一方法的指令。
53.本发明的有益效果为：
54.本发明利用故障前后流经配电终端两端的故障电流和正常负荷电流的大小和方
向，实现了故障区段的判别，修正了现有配电自动化故障区段判据不适用于大规模分布式电源接入的情况以及运行方式调整带来的问题。
附图说明
55.图1为本发明实施例提供的一种新能源规模化接入后配电网故障区段定位方法流程图。
56.图2为本发明实施例中联络开关分闸情况网络拓扑示意图；
57.图3为本发明实施例中联络开关合闸情况网络拓扑示意图；
58.图4为本发明实施例中联络开关合闸，新能源倒送情况网络拓扑示意图。
具体实施方式
59.下面对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
60.本发明实施例提供一种新能源规模化接入后配电网故障区段定位方法，为了分析配电网短路故障电流分布特征，做以下规定：
61.(a)负荷电流正方向为由主电源流向线路(负荷)，即由母线流向线路为正(设置为 1)；没有电流流过(设置为0)；由负荷流向主电源为负(设置为-1)；
62.(b)分支开关流入节点或母线方向为负方向，流出节点或母线为正方向。
63.以图2为例分析新能源接入后的配网故障电流分布特征，
64.1.联络开关分闸情况下
65.正常情况下，各检测点的电流方向均为正，则各检测点负荷电流的方向如下表所示。
66.表1正常情况下负荷电流方向
67.检测点位置f1f2f3f4l1f7f8f6f5电流方向111101111
68.正常情况下，联络开关正负方向配电终端的正常负荷电流方向均为正。
69.假设发生故障后dg1和dg2均不向故障点提供短路电流，则在不同故障条件下，各检测点故障电流的方向如下表2所示。
70.表2新能源不提供短路电流情况下故障电流方向
[0071] f1f2f3f4l1f7f8f6f5f1点故障100000000f2点故障111000000f3点故障000000011f4点故障000000111
[0072]
当无分布式新能源接入或新能源不提供短路电流情况下，故障电流的分布特征如下：
[0073]
(a1)故障点上游检测点可以检测到过流，故障电流方向为正；
[0074]
(b1)故障点下游没有故障电流；
[0075]
(c1)分支线路故障时，分支线路故障电流为正；分支线路无故障时，无故障电流。
[0076]
利用上述特征可实现故障区段的判断。
[0077]
假设发生故障后dg1和dg2均向故障点提供短路电流，则在不同故障条件下，各检测点故障电流的方向如下表3所示。
[0078]
表3新能源提供短路电流情况下故障电流方向
[0079] f1f2f3f4l1f7f8f6f5f1点故障1-1-1-100000f2点故障111-100000f3点故障000000-111f4点故障000000111
[0080]
当分布式新能源接入且向故障点提供短路电流的情况下，故障电流的分布特征如下：
[0081]
(a2)故障点上游检测点可以检测到过流，且电流方向为正；
[0082]
(b2)故障点下游检测点可以检测到过流，且电流方向为负；若新能源提供短路电流较小，没有超过过流门槛，则认为故障点下游没有过流，标记为0，如表3所示；
[0083]
(c2)分支线路故障时，分支线路故障电流为正；分支线路无故障时，故障电流为负或为零。
[0084]
利用上述特征可实现故障区段的判断。
[0085]
2.联络开关合闸情况下
[0086]
以图3为例，对联络开关合闸情况(线路切割)下，正常负荷电流和故障电流电流方向进行分析。
[0087]
正常情况下，各检测点的电流方向均为正，则各检测点故障电流的方向如下表所示。
[0088]
表4正常情况下负荷电流方向
[0089]
检测点位置f1f2f3f4l1f7f8f6f5电流方向11111-11-10
[0090]
正常情况下，联络开关正方向配电终端上的电流方向为正，联络开关负方向配电终端电流方向为负，分支线路上电流方向为正。
[0091]
假设发生故障后dg1和dg2均不向故障点提供短路电流，则在不同故障条件下，各检测点故障电流的方向如下表5所示。
[0092]
表5新能源不提供短路电流情况下故障电流方向
[0093] f1f2f3f4l1f7f8f6f5f1点故障100000000f2点故障111000000f3点故障11101-1000f4点故障11101-1100
[0094]
当无分布式新能源接入或新能源不提供短路电流情况下，故障电流的分布特征如下：
[0095]
(a3)故障点上游检测点可以检测到过流，联络开关正方向配电终端上故障电流方
向为正，联络开关负方向故障电流方向为负；
[0096]
(b3)故障点下游没有故障电流；
[0097]
(c3)分支线路故障时，分支线路故障电流为正；分支线路无故障时，无故障电流。
[0098]
利用上述特征可实现故障区段的判断。
[0099]
假设发生故障后dg1和dg2均向故障点提供短路电流，则在不同故障条件下，各检测点故障电流的方向如下表6所示。
[0100]
表6新能源提供短路电流情况下故障电流方向
[0101] f1f2f3f4l1f7f8f6f5f1点故障1-1-1-1-11-100f2点故障111-1-11-100f3点故障111-11-1-100f4点故障111-11-1100
[0102]
当分布式新能源接入且向故障点提供短路电流的情况下，故障电流的分布特征如下：
[0103]
(a4)故障点上游检测点可以检测到过流，联络开关正方向配电终端上故障电流方向为正，联络开关负方向故障电流方向为负；
[0104]
(b4)故障点下游检测点可以检测到过流，联络开关正方向配电终端上故障电流方向为负，联络开关负方向故障电流方向为正；若新能源提供短路电流较小，则其故障特征如表6。
[0105]
(c4)分支线路故障时，分支线路故障电流为正；分支线路无故障时，故障电流为负或为零。
[0106]
利用上述特征可实现故障区段的判断。
[0107]
3.联络开关合闸，新能源倒送的情况下
[0108]
以图4为例，对联络开关合闸情况(线路切割)下，正常负荷电流和故障电流电流方向进行分析。
[0109]
正常情况下，各检测点的电流方向均为正，则各检测点故障电流的方向如下表7所示。
[0110]
表7正常情况下负荷电流方向
[0111]
检测点位置f1f2f3f4l1f7f8f6f5电流方向111-11-1-1-10
[0112]
正常情况下，联络开关正方向配电终端上的电流方向为正，联络开关负方向配电终端电流方向为负，分支线路上电流方向为负。
[0113]
假设发生故障后dg1和dg2均向故障点提供短路电流，则在不同故障条件下，各检测点故障电流的方向如下表8所示。
[0114]
表8新能源提供短路电流情况下故障电流方向
[0115] f1f2f3f4l1f7f8f6f5f1点故障1-1-1-1-11-100f2点故障111-1-11-100
f3点故障111-11-1-100f4点故障111-11-1100
[0116]
当分布式新能源接入且向故障点提供短路电流的情况下，故障电流的分布特征如下：
[0117]
(a5)故障点上游检测点可以检测到过流，联络开关正方向配电终端上故障电流方向为正，联络开关负方向故障电流方向为负；
[0118]
(b5)故障点下游检测点可以检测到过流，联络开关正方向配电终端上故障电流方向为负，联络开关负方向故障电流方向为正；若新能源提供短路电流较小，则其故障特征如表8。
[0119]
(c5)分支线路故障时，分支线路故障电流为正；分支线路无故障时，故障电流为负或为零。
[0120]
利用上述特征可实现故障区段的判断。
[0121]
基于上述分析，本发明实施例提供的一种新能源规模化接入后配电网故障区段定位方法，参见图1，包括：
[0122]
获取故障发生前流经主干线路上所有配电终端的电流大小和方向以及故障发生后流经主干线路上所有配电终端的电流大小和方向；
[0123]
根据所获取的故障发生后主干线路上配电终端的电流大小判断存在过流的配电终端；
[0124]
对存在过流的配电终端，基于故障发生后主干线路上流经相邻两个配电终端的电流方向确定第一故障区段集；
[0125]
根据故障发生后流经相邻两个配电终端的电流方向将第一故障区段集划分为第二故障区段集和第三故障区段集；
[0126]
基于故障发生前和故障发生后相邻两个配电终端的电流方向分别对第二故障区段集和第三故障区段集进行筛选，得到第四故障区段集；
[0127]
基于故障发生后主干线路上分支线路上的配电终端的电流方向对第四故障区段集进行筛选确定故障点所在区段。
[0128]
作为一种优选的实施方式，设置故障电流过流门槛，如果收集的故障发生后配电终端故障电流大于等于该故障电流过流门槛，则判定为存在过流的配电终端。
[0129]
作为一种优选的实施方式，以主干线路两个配电终端间的区段为单位，遍历故障点上、下游的区段，如果两个配电终端的故障电流方向不一致则对应的区段划分入第一故障区段集。
[0130]
作为一种优选的实施方式，遍历第一故障区段集中的区段，如果一个区段的两个配电终端的故障电流的方向与分别为正方向和负方向，则将对应的区段划分入第二故障区段集；
[0131]
如果一个区段的两个配电终端的故障的电流方向有且只有一个为零，则将对应的区段划分入第三故障区段集。
[0132]
作为一种优选的实施方式，遍历第二故障区段集中的区段，如果一个区段的两个配电终端有且只有一个的故障电流方向与故障前电流方向发生变化，则将对应的区段划分入第四故障区段集；
[0133]
遍历第三故障区段集中的区段，如果一个区段的两个配电终端的故障电流方向与故障前电流方向相比均没有变化，或者故障前配电终端的电流方向为非零但故障后电流方向为零，则将对应的区段划分入第四故障区段集。
[0134]
作为一种优选的实施方式，对于第四故障区段集中的故障区段，判断是否存在分支线路，
[0135]
若无分支线路，则确定故障点位于该故障区段；
[0136]
若有分支线路，且分支线路上配电终端的电流方向为正方向，则确定故障点位于分支线路；
[0137]
否则确定故障点位于主干线路。
[0138]
本发明另一个实施例提供一种新能源规模化接入后配电网故障区段定位装置，包括：
[0139]
采集模块，用于获取故障发生前和故障发生后主干线路上所有配电终端的故障电流的大小和方向；
[0140]
判断模块，用于根据所获取的主干线路上配电终端的故障电流的大小判断存在过流的配电终端；
[0141]
第一筛选模块，用于对存在过流的配电终端，基于主干线路上相邻两个配电终端的故障电流方向确定第一故障区段集；
[0142]
第二筛选模块，用于将第一故障区段集划分为第二故障区段集和第三故障区段集；
[0143]
第三筛选模块，用于基于故障前配电终端的电流的方向分别对第二故障区段集和第三故障区段集进行筛选得到第四故障区段集；
[0144]
以及，
[0145]
输出模块，用于基于主干线路的分支线路上相邻两个配电终端的故障电流方向对第四故障区段集进行筛选确定故障点所在区段。
[0146]
作为一种优选的实施方式，第一筛选模块具体用于，
[0147]
以主干线路两个配电终端间的区段为单位，遍历主干线路上、下游区段，如果两个配电终端的故障电流方向不一致，则将对应的区段划分入第一故障区段集。
[0148]
作为一种优选的实施方式，第二筛选模块具体用于，
[0149]
遍历第一故障区段集中的区段，如果一个区段的两个配电终端的故障电流方向与分别为正方向和负方向，则将对应的区段划分入第二故障区段集；
[0150]
如果一个区段的两个配电终端的故障电流方向有且只有一个为零，则将对应的区段划分入第三故障区段集。
[0151]
作为一种优选的实施方式，第三筛选模块具体用于，
[0152]
遍历第二故障区段集中的区段，如果一个区段的两个配电终端有且只有一个的故障电流方向与故障前电流方向发生变化，则将对应的区段划分入第四故障区段集；
[0153]
遍历第三故障区段集中的区段，如果一个区段的两个配电终端的故障电流方向与故障前电流方向相比均没有变化，或者故障前配电终端的电流方向为非零但故障后电流方向为零，则将对应的区段划分入第四故障区段集。
[0154]
作为一种优选的实施方式，输出模块具体用于，
[0155]
遍历第四故障区段集中的区段，判断是否存在分支线路，
[0156]
若无分支线路，则确定故障点位于该区段；
[0157]
若有分支线路，且分支线路上区段中一个配电终端的电流方向为正方向，则确定故障点位于该区段的分支线路；否则确定故障点位于该区段的主干线路。
[0158]
本发明第三个实施例提供一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行根据前述的方法中的任一方法。
[0159]
本发明第四个实施例提供一种计算设备，包括，
[0160]
一个或多个处理器、存储器以及一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在所述存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行根据前述的方法中的任一方法的指令。
[0161]
本领域内的技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本技术可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本技术可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0162]
本技术是参照根据本技术实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和 /或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0163]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0164]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0165]
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。