基于μPMU的主动配电网故障定位方法研究

摘要： 准确的故障定位有助于提高配电网络的稳定性。随着分布式发电和电动汽车的接入,传统配电网逐渐向主动配电网发展,传统故障和保护装置已无法满足,这对故障定位技术和装置提出了新的要求。文章提出了一种基于微型同步相量测量单元（也叫做μPMU或者微同步相量）的新方法对主动配电网的故障进行定位。该方法运用单端μPMU采集的电压电流信息,查找故障线路,得到候选故障点并计算其故障距离。并根据两端μPMU测量电压和故障电压之间的相位关系,排除伪故障点,确定故障点位置。仿真结果表明,在主动配电网下,该定位方法具有较高的定位精度,仅需在线路的两端配置μPMU即可满足对不同类型故障进行准确地定位。在高渗透率DG和高阻故障的情况下,该定位方法依然可以准确地对故障进行定位。     

基于量测信息的低压配电网阻抗拓扑模型构建

针对低压配电网阻抗拓扑模型不明确的问题,提出一种基于高级量测体系的低压配电网阻抗拓扑模型构建的在线识别方法。利用AMI提供的各用电用户电压数据,根据各负荷节点的电压相关性及辐射性网络节点电压分布特点,通过K-means聚类算法和用户间的皮尔逊电压相关系数分析原则,完成对低压配电网络拓扑模型的修正。根据修正后的台区拓扑结构中同一相别下智能电表所采集的序列数据,通过计算同一相别所有用户的相电压搭建优化问题模型,使得使用时间序列内不同电表数据计算得到的相电压矩阵方差最小,从而求得配电网线路阻抗参数,实现对配电网络的建模。通过实际算例验证了该方法的可行性和有效性。     

基于功率流拓扑的配电网薄弱环节辨识方法

基于E格式电网结构数据和特定时间断面下主变、线路的负载数据,生成了配电网功率流拓扑,在此基础之上设计了用于辨识配电网薄弱环节的快速算法,对电网中的设备过载、变电站单主变运行、变电站失去母线等薄弱环节进行识别,提供了相关运行建议,并生成电网预警通知书供运行人员参考;采用SZ系统算例,对上述方法的有效性进行了验证。     

配电网侧小水电群整体惯量估计方法

配电网作为电力系统的重要部分,内含具有惯性响应的小水电群,但在传统的电网惯量和频率稳定评估中常忽略惯量贡献。同步相量测量单元(PMU)的出现,使获得扰动后数据估计配电网侧小水电群惯量成为现实。为实现对配电网侧小水电群的整体惯量估计,提出了一种基于有功—频率类噪声扰动信息的惯量估计方法,将配电网侧小水电群等效为一个整体,利用节点数据直接估计得到其整体等效惯量。算例结果表明,所提辨识方法能准确估计出单机惯量大小,并适用于节点下的配电网侧小水电群整体惯量辨识,从而减小由获取配电网侧内全部单机的数据进行整体惯量估计产生的误差和难度。     

主动配电网分布式经济调度的通信拓扑优化

主动配电网采用基于局部通信的分布式经济调度算法能够有效控制网络中的分布式电源经济安全运行。针对优化局部通信网络的权重参数有助于提高分布式调度算法的性能,在分析分布式算法性能影响因素的基础上,提出了分布式调度通信拓扑优化的数学规划模型,该模型以最小化通信网络邻接矩阵第二大特征根为优化目标将通信拓扑优化问题转化为半定规划;通过算例验证了所提方法的有效性。     

基于智能配变终端的配电网故障区段判断

针对配电网故障点定位速度慢、对电网造成冲击等问题,提出了一种基于智能配变终端的配电网故障区段判断方法。故障区段判断建立在准确的台区拓扑基础上,在台区拓扑识别方面,针对人工录入方法前期工作量大、后期维护不便等问题,提出了一种基于智能配变终端和感知终端的台区拓扑动态识别算法,通过注入及检测非工频信号实现对台区拓扑动态、准确、快速识别。在获取台区拓扑的基础上,提出了一种利用智能配变终端边缘计算能力的矩阵判别法,根据判断矩阵实现故障区段快速定位。     

基于三维时空特性的低压配电网拓扑识别方法

为解决泛在电力物联网的数据融合和数据互通问题,针对目前低压配电网拓扑连接信息更新不及时的拓扑错误问题,提出一种基于三维时空特性的低压配电网拓扑识别方法。该方法首先基于地理信息系统中配变台区和终端用户的经纬度地理信息,结合台区辐射范围限制,利用多空间尺度特性初步确定“变-户”关系;其次,基于辐射重叠区“变”、“户”节点智能电表的电气量序列,利用K-Means和PCA的多序列窗口截面特性实现拓扑校核;再其次,基于电压相关性,提出多时间相关性特性的拓扑变化监控方法。最后,通过仿真算例和现场案例验证了所提出方法的可行性。     

基于免疫萤火虫算法的配电网低碳目标网架规划分析

当前在配电网网架规划中存在算法寻优能力差，二氧化碳削减量较低的问题，基于低碳化需求，将免疫萤火虫算法应用到配电网规划中，提出基于免疫萤火虫算法的配电网低碳目标网架规划分析方法。将低碳费用指标、电压安全指标和有功网损指标作为优化指标，在低碳目标的基础上构建配电网规划模型，采用免疫萤火虫算法，结合免疫克隆技术和萤火虫优化技术对配电网规划模型进行求解，实现配电网低碳目标的网架规划。实验结果显示，所提方法规划后的配电网二氧化碳削减量高，算法寻优能力强，符合低碳环保理念的同时能够获取最优规划方案，具有实用性。     

基于增广节点支路关联矩阵的前推回代潮流算法

含多电源的配电网进行优化调度分析时,对多个电气岛的潮流并行计算可提高计算效率。为了满足故障隔离、网络重构的需要,配电网在运行中会出现电气岛的供电区域及路径的改变,给配电网的拓扑分析及潮流计算带来麻烦。提出了基于增广节点支路关联矩阵的拓扑分析方法,该方法在基本的节点支路关联矩阵中增加了联络开关所在支路的信息,可以在不对节点重新编号的情况下分析拓扑改变后配电网的支路层次,还可以判断配电网是否有环、孤岛的存在,并为并行分析含多电气岛的配电网提供了基础。与前推回代法结合,可灵活计算配电网潮流,以支路功率的正负表示其实际流向。该方法简单、高效,并以IEEE-69节点算例验证了所提方法的正确性。     

基于自适应概率学习的配电网故障辨识技术

为了提升配电网故障辨识准确率,提出了一种基于自适应概率学习的早期故障诊断方法。该方法通过波形分解和最大化特征相似性找到最佳线性映射,将仿真数据和真实数据映射至同一特征空间,且在此空间中两者分布差异最小,之后即可使用仿真数据训练模型并对真实数据进行分类,从而解决配电网故障辨识中样本量不足这一重要问题。基于系统仿真数据和现场实际数据表明：所提方法对于自适应学习条件下早期故障诊断的可靠性和准确率,远优于同等条件下的卷积神经网络、支持向量机和K邻近算法等常用分类模型;为自适应学习条件下的配电网故障辨识技术提供了一种新的思路。     

含有限PMU的主动配电网故障定位

对于含分布式电源(DG)的主动配电网,基于同步相量测量单元(PMU)的监测信息进行故障分析与处理,从而达到定位目的.首先采用拓扑优化法对PMU进行布点优化配置,同时将系统划分为不同区域.利用PMU监测所得实时潮流和电气量信息,基于功率增量方向原理可初步判断发生故障的区域;其次计算候选故障区域内各条区段发生不同类型故障时...     

基于故障后电流相位的含DGs配电网故障快速方向识别算法及RTDS仿真验证

通过研究故障前后电流相位的变化,提出一种改进的故障方向保护识别算法,该算法仅需故障后的电流相位信息即可确定故障方向,进而实现故障区域定位。由于该故障识别算法仅利用电流相位信息,可避免由于DGs接入而需在配电网中大量使用功率方向元件,可极大提高配电网可靠性运行的经济性。对原有保护算法在某些特定情况下的误判进行修正,增加不对称故障适应性论证,最后通过实时数字仿真器RTDS对本故障识别算法进行验证。     

基于动态负荷预测的配电网动态状态估计方法

随着相量测量单元(PMU)在配电网中的逐步部署,配电网动态状态估计逐渐成为智能配电网中的一个重要研究课题。为改进电力系统动态状态估计算法状态预测环节,通过负荷预测模型预测电力系统运行状况;将各节点负荷作为扩展状态变量,负荷预测结果作为新增量测,建立等式约束关系;在容积卡尔曼滤波(CKF)算法框架下,提出基于动态负荷预测的配电网动态状态估计方法。与直接对状态变量做线性外推的传统状态预测方法相比,所提算法更符合配电网动态特性变化规律。在IEEE119节点配电系统上的仿真分析,证明了算法的有效性。     

基于PMU量测的线路参数辨识算法

利用PMU量测数据具有严格时间同步、均匀发送的特点,基于PI型等值电路模型,提出一种新的线路参数辨识方法。该方法以线路两端测量的电压和电流相量为基础,利用最小二乘算法实现线路参数的最小偏差辨识,理论分析和实际算例表明了该方法的可行性。对影响辨识精度的主要误差源进行了分析,并给出了一种实用的坏数据剔除方法,可进一步提高数据辨识的精度;亦对如何利用线路量测的残差分析结果指导状态估计中的权重系数设置进行了详细讨论。与传统方法相比,基于PMU量测的参数辨识方法具有灵活、简便、可重复和连续执行的优点,具有较高的实用价值。     

基于暂态电流故障分量的直流配电网单极故障选线方法

基于两电平电压源换流器（voltage sourced converter,VSC）的中压柔性直流配电网适合风能、太阳能等分布式能源的接入,但发生单极接地故障时,其故障电流会迅速增大,保护装置必须快速识别出发生故障的线路。针对该问题,分析VSC端的单极接地故障时的暂态特征,对暂态故障电流的变化特征进行理论分析计算。根据各条线路的暂态故障电流信息的差值进行故障选线,所提方法可在3 ms内对故障快速可靠识别。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建适合辐射状中压柔性直流配电网模型,利用Matlab进行保护选线算法的验证,仿真结果表明,所提选线方法能够准确识别柔性直流配电网的单极接地故障的线路。     

基于空间矢量PWM的多电平NPC功率变流器电压平衡控制

传统NPC拓扑受到直流中性点上电压不平衡的影响,不仅导致系统不稳定,还会影响电容器和半导体器件的额定值,增加总功率损耗。基于此,提出了一种适用于单相三线配电系统的新型变流器拓扑结构及其控制策略。所提变流器为中性点箝位（NPC）的H桥。为了解决基于NPC的变换器直流端口电容电压平衡问题,还提出了一种基于空间矢量PWM的直流端口电压平衡方法来平衡中性点电压,该方法充分考虑了输出电压的谐波影响和开关损耗,还定义了所应用的矢量序列。最后,通过与传统变流器进行仿真比较,以验证变流器在平衡和不平衡负载情况下的开关损耗的优越性。此外,还进行了实验验证,结果验证了所提电压平衡方法的有效性和优越性。     

基于微型同步相量测量单元的配电网单相接地故障定位

准确定位配电网的故障对于提高供电的可靠性和减少连续停电所造成的损失有着重要的意义,微型同步相量测量单元(micro-phasor measurement units,μPMU)的应用,为配电网故障准确定位提供更多的信息.为此,提出了一种基于μP MU信息的极限梯度提升和基于遗传算法的支持向量机的配电网单相接地故障定位方...     

基于线性化前推回代方程的不平衡配电网概率潮流计算

传统半不变量法采用雅可比矩阵表达输入输出变量间的线性关系且假设网络三相平衡。而实际配电网线路的R/X较高,雅可比矩阵极易呈现病态,且单相光伏的高渗透及负荷不均匀分布造成配电网严重不平衡。为此,提出一种基于线性化前推回代方程的不平衡主动配电网概率潮流算法。该算法将三相前推回代潮流方程进行高精度线性化,综合运用半不变量法和Gram-Charlier级数进行配电网概率潮流计算。所提算法基于真实澳大利亚低压不平衡配电网进行24 h Matlab仿真,验证其可行性、高效性及鲁棒性,并抽取2个典型时刻对比分析验证光伏接入对配电网潮流的概率性和配电网运行性能的影响。     

基于时变通信拓扑的可再生能源主动配电系统规划模型

在考虑信息通信系统和电力物理系统深度交互耦合的高比例可再生能源主动配电系统中,配电网优化规划决策不可避免地受到通信网络性能的影响。文章提出基于时变通信拓扑的可再生能源主动配电系统规划模型。首先基于电力信息物理深度融合系统和非理想时变通信拓扑特征在高比例可再生能源配电网规划中的作用机理,提出基于多智能体的主动配电系统规划架构;其次引入多智能体系统协同控制方法,研究具有通信时延和攻击行为节点的复杂网络环境下通信时延多智能体系统,提出具有自适应能力的一致性控制方法;最后通过仿真算例验证了所提方法对于具有通信时延和遭遇恶意节点攻击下可再生能源主动配电系统规划安全一致的有效性,并通过电压偏移灵敏度测试,验证了信息传输质量对于物理系统的影响。考虑多智能体主动配电系统物理系统和信息系统的协同规划,有利于配电网安全、可靠、稳定运行,能够为主动配电系统优化规划提供决策依据。     

基于拓扑分区并行的高压配电网优化重构

高压配电网备供线路多、网架结构灵活,利用网架重构能够提高系统运行的经济性与安全性,有效降低电网阻塞风险。为实现高压配电网拓扑放射性约束的在线实时判别,针对其拓扑结构特点对其进行分区,同时考虑网络拓扑放射性约束的必要条件与不可开断支路缩小分区网络拓扑可行解搜索空间,提出快速判别算法。构造了以网损率、110 kV线路负载率均方差、220 kV变电站负载率差异度均方差的高压配电网多目标优化重构模型,以支路通断状态为控制变量应用非支配排序遗传算法（NSGA-II）求解,并将分区网络支路集合作为遗传算法交叉与变异的操作对象,加快智能算法的寻优速度。以某城市电网为例进行仿真分析,结果表明,所提模型能够有效降低网损,提高系统全局的负荷均衡性,消除局部输电阻塞,同时拓扑约束分区判别能够有效提高算法的求解效率,满足在线实时重构的要求。