基于網(wǎng)形結(jié)構(gòu)矩陣的配電網(wǎng)故障定位算法實現(xiàn)與應(yīng)用

鄭業(yè)爽，饒小林，祝昱琦，胡 謐

（1.三峽大學(xué)科技學(xué)院，湖北 宜昌 443002；2.湖北特種設(shè)備檢驗檢測研究院宜昌分院，湖北 宜昌 443002；3.中元建設(shè)科技有限公司，湖北 宜昌 443002）

0 引 言

故障的快速自動檢測定位技術(shù)是配電網(wǎng)絡(luò)化的重要組成部分。目前電網(wǎng)故障自動定位分析算法主要有兩類:基于人工智能設(shè)備（主要是分段器及重合器）及基于矩陣自動運(yùn)算的故障饋線系統(tǒng)故障分析定位算法?；陴伨€定位和監(jiān)控終端的故障定位算法主要分為：人工智能型故障隔離算法及以圖論知識型的矩形運(yùn)算型故障隔離算法兩類。

1 矩陣運(yùn)算型配電網(wǎng)饋線故障區(qū)段定位算法

通過重合器和分段器要進(jìn)行多次分合操作隔離故障，切斷故障的時間較長，且對設(shè)備及負(fù)荷造成一定的沖擊。當(dāng)故障區(qū)距離電源側(cè)距離越遠(yuǎn)，則需要解除故障的時間越長，即短路時間越長，對設(shè)備的熱效應(yīng)越強(qiáng)，同時多次重合閘容易造成合閘過電壓，影響合閘成功率?；诰仃囘\(yùn)算型配電網(wǎng)饋線故障區(qū)段定位均需根據(jù)配網(wǎng)結(jié)構(gòu)獲得一個結(jié)構(gòu)矩陣，即根據(jù)故障信息描述矩陣，然后根據(jù)不同的算法計算出故障區(qū)具體位置，并可以配合保護(hù)動作切除故障[1]。該種方法具有動作快速、可靠等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用。

2 基于網(wǎng)型結(jié)構(gòu)矩陣的故障定位算法

基于網(wǎng)型結(jié)構(gòu)矩陣的故障定位算法依賴于饋線監(jiān)控系統(tǒng)，將配網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)等采集，并經(jīng)過處理后將該數(shù)據(jù)分區(qū)、分層存儲及管理，應(yīng)用軟件（即各類算法程序）通過數(shù)據(jù)計算獲得結(jié)果[2]。

2.1 饋線故障區(qū)段定位算法簡介

2.1.1 網(wǎng)型結(jié)構(gòu)矩陣C

建立配網(wǎng)結(jié)構(gòu)矩陣的方法在于先對斷路器、分段及聯(lián)絡(luò)開關(guān)進(jìn)行編號，生成一個N×N的矩陣C，記為網(wǎng)型結(jié)構(gòu)矩陣C。若坐標(biāo)x和坐標(biāo)y之間存在一條饋線由x指向y，則cxy=1（該點與網(wǎng)基結(jié)構(gòu)矩陣不同）。矩陣C的結(jié)構(gòu)及取值取決于配網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)[3]。

2.1.2 故障處理信息映射矩陣G

該算法為了滿足普遍性,對故障信息標(biāo)定方向性,即坐標(biāo)x存在故障電流且方向和網(wǎng)絡(luò)正方向相同,則定義故障信息矩陣G中的元素gxx=1;若坐標(biāo)x存在故障電流但方向和網(wǎng)絡(luò)正方向相同,則gxx=0;若坐標(biāo)x沒有故障電流，則gxx=0。

2.1.3 故障區(qū)間判斷矩陣P

若一段供電樹形結(jié)構(gòu)配電網(wǎng)絡(luò)中發(fā)生單一坐標(biāo)節(jié)點故障，其上級節(jié)點坐標(biāo)中必然也流過故障電流，但其下級坐標(biāo)節(jié)點必然無故障電流，因此定義故障判斷矩陣P為

2.2 故障定位判斷依據(jù)

對于P矩陣某個元素Pxy同時滿足條件①及②，則節(jié)點坐標(biāo)x至y區(qū)間無故障電流。

①Pxx=1；

②對所有的Pxy=1，所有Pyy=0。

若末端短路時：若Pxx=1，則有Pxy=0（x≠y），那么該節(jié)點x的末端必然發(fā)生故障。

3 基于網(wǎng)型結(jié)構(gòu)矩陣的故障定位算法應(yīng)用

某單電源配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淙鐖D1所示，根據(jù)圖1中的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)建立一個5×5的矩陣，節(jié)點1→3、1→4、3→5、4→2之間存在正方向的饋線，則矩陣C中c13=1、c14=1、c35=1、c42=1，其余元素皆為0，寫出如下矩陣：

圖1 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

3.1 基于網(wǎng)型結(jié)構(gòu)矩陣的單一故障定位算法應(yīng)用

當(dāng)饋線段發(fā)生單一故障在f1處發(fā)生故障，則故障信息矩陣G為：

P=C+G，得出：

p11=1，p13=1，p33=1，p14=1，p44=0，不滿足判定條件，區(qū)段1-3和1-4為非故障區(qū)段；p33=1，p35=1，p55=0，滿足判定條件，所以故障發(fā)生在節(jié)點3和節(jié)點5之間的饋線段上。計算結(jié)果符合實際故障情況。

3.2 基于網(wǎng)型結(jié)構(gòu)矩陣的多重故障定位算法應(yīng)用

當(dāng)饋線上發(fā)生多重故障，如圖中f1、f2處均發(fā)生短路，此時節(jié)點坐標(biāo)1、2、3、4均有故障電流，則故障信息矩陣G為

P=C+G，得出：

p11=1，p13=1，p33=1，p14=1，p44=1，不滿足條件，1-3、1-4無故障點；p22=1，其余均為0，坐標(biāo)節(jié)點2末端發(fā)生故障；p33=1；p35=1，p55=0，3-5發(fā)生故障；p44=1，p42=1，p22=1，不滿足判定條件，2-4無故障點。與圖中實際相符。

3.3 程序設(shè)計

基于MATLAB的網(wǎng)型結(jié)構(gòu)矩陣的故障定位算法能夠快速實現(xiàn)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的故障定位。依賴于饋線監(jiān)控系統(tǒng)及終端設(shè)備FTU提供的短路電流信息自動生成網(wǎng)型結(jié)構(gòu)矩陣和故障信息矩陣，程序自動得出故障區(qū)間判斷矩陣，將經(jīng)過計算得出的結(jié)果反饋至保護(hù)系統(tǒng)[4]。整個算法的流程如圖2所示。

圖2 主程序流程

4 結(jié) 論

本文針對傳統(tǒng)的基于重合器的饋線自動化系統(tǒng)在應(yīng)用中的缺點，同時對比分析兩種算法的局限性，討論了基于網(wǎng)型結(jié)構(gòu)矩陣的定位算法在配電網(wǎng)中的應(yīng)用，文中給出一種典型的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，模擬不同線路上多重故障，并應(yīng)用算例計算，得出結(jié)果與實際相符[5]。該種算法計算量小、運(yùn)算迅速，在配電網(wǎng)系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛。