基于故障区域搜索的配电网故障定位算法_贾浩帅

ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－１０２６．２０１２．１７．０１２基于故障区域搜索的配电网故障定位算法贾浩帅１，郑　涛１，赵　萍２，郭昆亚３，张晋芳１

（１．新能源电力系统国家重点实验室，华北电力大学，北京市１０２２０６；２．台州电业局，浙江省临海市３１７０００；３．沈阳供电公司，辽宁省沈阳市１１０８１１）

摘要：提出了一种基于故障区域搜索的配电网故障定位算法，该算法仅需要在有限的开关处安装测点。首先，由多代理系统（ＭＡＳ）利用上、下级代理（Ａｇｅｎｔ）之间的配合搜索出故障关联区段，然后，根据故障区域相对于分布式电源（ＤＧ）的位置，分别由相应的Ａｇｅｎｔ在选定的故障关联区段上利用阻抗法计算故障距离。若故障发生在ＤＧ上游，则由主站Ａｇｅｎｔ利用本地测量信息和ＤＧ接入点的同步测量信息计算故障距离；若故障发生在ＤＧ下游，则由ＤＧ接入处的线路执行Ａｇｅｎｔ仅利用本地测量信息计算故障距离。该算法对故障点的判别能够适应配电网分支较多的情况且计算速度较快，同时不依赖于大量数据的长距离传输。在ＭＡＴＬＡＢ中的仿真结果表明，该算法在过渡电阻较大的情况下，仍能保证误差距离在可接受范围内。关键词：配电网；故障定位；分布式电源；多代理系统；故障关联区段；阻抗法

收稿日期：２０１１－０９－２５；修回日期：２０１２－０２－２７。国家重点基础研究发展计划（９７３计划）资助项目（２０１２ＣＢ２１５２０６）；国家自然科学基金重点项目（５０８３７００２）；中央高校基本科研业务费专项资金资助项目。

０　

引言

配电网作为直接（或间接）向用户供电的网络，其处理故障的能力直接影响到用户供电可靠性。分布式电源（ＤＧ）

接入配电网在提高电网供电可靠性

的同时，也对继电保护方案产生不利影响。配电网由辐射状网络变为多端电源网络，使得传统故障定位算法不能再与之相适应［１－３］。

在配电自动化程度较高的地区，对于小电流接地系统下的短路故障（ｆ（１，１），ｆ（２），ｆ（３）

），

一般可利用

“过电流”原理，由馈线终端单元（ＦＴＵ）将过流信息

统一上传到数据采集与监控（ＳＣＡＤＡ）

系统或者保

护装置，实现故障区段的判别［４－６］。

集中式处理系统

对长距离通信的可靠性要求较高，其灵活性、开放性不够好。多代理系统（ＭＡＳ）是分布式智能（ＤＡＩ）

的一个重要分支，有关ＭＡＳ在配电网故障定位中的应用已有了很多研究成果［７－１０］。

文献［８］提出利用多代理（ｍｕｌｔｉ　Ａｇｅｎｔ）

技术实

现分布式馈线自动化，将配电网在逻辑上划分为若干区域，每个逻辑区域包含终端和子站２个层次，并由子站按照集中式处理方式完成故障检测。文献［８］提出的配电网故障定位方案中，每一区段的故障

检测都需要获取其他分段开关处的电流信息，通信

量较大。文献［１０］提出首先利用３分支节点处的Ａｇｅｎｔ搜索故障区域，然后由２分支节点处的Ａｇｅｎｔ判断故障线路段，该方案对于故障前无负荷电流情况下的区段，有可能造成故障切除范围的扩大。同时，文献［９－１０］都需要在２分支节点和３分

支节点处安装Ａｇｅｎｔ

。

本文以文献［８］

提出的单个逻辑区域为研究网

络，将阻抗法［１１－１６］和故障区域搜索相结合，提出了一种基于ＭＡＳ的故障定位算法，该方案仅需要在３分支节点处安装Ａｇｅｎｔ。首先，由ＭＡＳ利用上、下级Ａｇｅｎｔ之间的配合快速搜索得到故障关联区段，然后，根据故障区域是否在ＤＧ上游，分别由相应的Ａｇｅｎｔ在选定的故障通道上执行阻抗法。在ＤＧ上游故障时，由主站Ａｇｅｎｔ根据本地测量信息和ＤＧ接入点的同步测量信息，利用阻抗法计算故障距离，计算不需要迭代；在ＤＧ下游故障时，由ＤＧ接入处的线路执行Ａｇｅｎｔ根据本地测量信息，利用阻抗法计算故障距离。该算法能够实现分布式控制，受故障前负荷电流的影响较小，不依赖于大量数据的长距离传输，同时能够适应配电网分支较多的特点，可实现快速、准确的故障定位。

１　基于ＭＡＳ的故障关联区段定位算法１．１　

智能故障处理系统

配电网智能故障处理系统包含集中式和分布式２种。

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第３６卷　第１７期２０１２年９月１０日Ｖｏｌ．３６　Ｎｏ．１７Ｓｅｐｔ．１０，２０１２集中式智能故障处理方法包含２类：一类是以图论知识为基础，结合故障电流分析，根据配电网的拓扑结构进行故障定位，如矩阵算法和过热弧搜寻算法，该类型算法的计算速度很快，但对上传信息的准确度要求比较高，容错性较差；另一类是以遗传算法、神经网络算法为代表的人工智能型故障定位算法，具有很强的抗干扰性能，容错性较高［１７］。

对于

集中式故障处理系统，通常可以引入分级处理的思想，把整个配电网划分为主干支路和若干独立区域，在故障区段的判别过程中，仅需要将相关区域内的测量信息传送至主机，从而降低通信量并提高计算速度［５－６］。然而，

集中式故障处理系统的通信距离仍

然较长，同时其可靠性依赖于上级主机。基于ＭＡＳ的分布式智能故障处理系统依靠Ａｇｅｎｔ自身的独立性、社会性、反应能力及自发性的特点，可以实现分层分布式控制［７］。通过“

任务下

放”，一方面可以降低集中式系统所带来的风险和馈线自动化系统对通信带宽的需求［８］，

另一方面也可

以通过本地控制和相邻Ａｇｅｎｔ间的配合缩短通信距离，从而提高系统的可靠性。１．２　ＭＡＳ的结构及其功能ＭＡＳ采用的是分层分布式结构，如图１所示。本文ＭＡＳ包含以下３类Ａｇｅｎｔ

：主站

Ａｇｅｎｔ

（ＭＳＡ）、线路执行Ａｇｅｎｔ（ＬＥＡ）、馈线终端

Ａｇｅｎｔ

（ＦＴＵＡ）。

图１　ＭＡＳ分层分布式结构Ｆｉｇ．１　Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ　ｈｉｅｒａｒｃｈｉｃａｌ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｏｆ　ＭＡＳ

配电网网络结构的节点按照分支数量可以分为３类：２分支节点、３分支节点、多分支节点。Ａｇｅｎｔ仅在３分支节点和多分支节点处安装，如图２所示，图中只给出了３分支节点Ａ

，Ｄ，

Ｆ处的Ａｇｅｎｔ配置

情况，其他３分支节点的配置情况类似。本文定义每个安装电流互感器的地方都是一个分支，分支的正方向为以母线指向线路（或ＤＧ

）［１７］。

根据规定的正方向，２个相邻的ＬＥＡ可以定义为

上、下级关系。变电站出线端和ＤＧ接入处的ＦＴＵＡ可同步测量节点电压和注入电流，而其他节点处的ＦＴＵＡ仅需要测量电流的幅值。用“１”

表示

正向过流信息，“－１”表示反向过电流信息，“０”

表示

无过流信息。

图２　考虑ＤＧ接入的配电网接线Ｆｉｇ．２　Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　ｎｅｔｗｏｒｋ　ｗｉｔｈ　ＤＧ

ＬＥＡ能综合处理本地信息和远端（上级ＬＥＡ传递的信息）信息，并将处理结果（故障关联区段的编码）传递到ＭＳＡ

，由ＭＳＡ利用阻抗法得到故障

点。需要说明的是：ＤＧ下游发生故障时，ＤＧ接入点处的ＬＥＡ可以充当ＭＳＡ的角色，即计算故障距离。以图２中的ＬＥＡ１和ＬＥＡ２为例，对ＬＥＡ和ＭＳＡ的功能进行说明。ＬＥＡ１和ＬＥＡ２对应区段ＤＦ，ＬＥＡ２中存储了区段ＤＦ的编码信息。若发生故障ｆ

１

，故障区段在ＤＧ上游，则ＬＥＡ２将ＤＦ的编

码信息上传给ＭＳＡ，同时ＬＥＡ２将同步测量的电压和电流信息传送至ＭＳＡ，ＭＳＡ结合本地信息利用阻抗法计算故障距离。若假设ＤＧ接在节点Ｄ

，则

故障ｆ１发生在ＤＧ下游，此时ＬＥＡ２将ＤＦ的编码信息上传给ＬＥＡ１

，由ＬＥＡ１结合其本地信息利用

阻抗法计算故障距离。如果区段ＤＦ无故障，则根据ＬＥＡ２本地信息中的最大分支电流确定搜索方向［２］。

１．３　

故障关联区段的判别原理

图２所示的配电网络中，当发生相间短路ｆ

１

时，ＬＥＡ０根据ＦＴＵＡ１的信息“１”和ＦＴＵＡ７的信

息“０”判断故障搜索方向为节点Ｄ，ＬＥＡ０将

ＦＴＵＡ１的信息“１”送至ＬＥＡ１。ＬＥＡ１判断区段ＡＤ是否发生故障的原理是：若ＦＴＵＡ１有正向过流信息而ＦＴＵＡ２没有正向过流信息，则该ＬＥＡ１

判断区段ＡＤ为故障关联区段。因此，ＬＥＡ１判断出区段ＡＤ没有发生故障。然后，ＬＥＡ１根据

ＦＴＵＡ３测得的分支电流最大，判断出搜索方向是节点Ｆ，故ＬＥＡ１将ＦＴＵＡ３的信息“１”

传送至

ＬＥＡ２。ＬＥＡ２根据ＦＴＵＡ５的信息为“－１”，判断

出故障关联区段为ＤＦ

。由于该区段在ＤＧ的上

游，故ＬＥＡ２将ＤＦ的编码信息传送至ＭＳＡ

。

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