【原】学术简报｜基于有限量测数据的主动配电网电压暂降源精确定位策略

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摘要

武汉大学电气工程学院、国网湖北省电力有限公司电力科学研究院、太阳能高效利用湖北省协同创新中心的研究人员陈汝斯、林涛、毕如玉、徐遐龄、齐清，在2019年《电工技术学报》增刊1上撰文指出，准确定位电压暂降源，对提高供电可靠性、明确供需双方责任具有重要意义。

目前，基于有限电能质量（PQ）监测点量测数据和配电自动化提供的网络实时信息，通过短路电流计算，进行配电网电压暂降源精确定位成为研究热点之一。但现有方法存在不区分暂降源类型，需遍历所有母线、计算量大、过渡电阻估计不准确影响定位精度、难以适用于多源主动配电网等不足。该文提出一种适用于主动配电网的电压暂降源精确定位策略。

针对基于序功率增量方向原理确定的暂降源候选区域，进行电压暂降成因辨识。对于由短路故障引起的电压暂降，基于考虑分布式电源接入和过渡电阻影响的主动配电网短路电流计算方法，以故障位置、过渡电阻为优化变量，以最小化有限观测点处故障电流、电压的计算值与观测值误差为目标，建立寻找最邻近母线和寻找准确故障位置的分步优化模型并采用智能优化算法求解，实现精确定位。

基于改进IEEE 34节点配电网算例验证了本文方法的有效性，并通过与现有方法的结果比较说明了所提方法的优越性。

随着各类新能源发电装置以及电力电子接口设备的广泛接入，主动配电网表现出潮流双向、电能质量复杂化等不同于传统配电网的特点。目前，开展配电自动化和配网调控一体化智能技术支持系统建设，全面提升电能质量（Power Quality, PQ）、提高供电可靠性，是配电智能化建设的主要目标之一。

作为最受关注的电能质量问题之一，电压暂降严重影响配电网中各类设备的正常工作，造成巨大的经济损失，是发达国家电能质量问题投诉中的首要问题，在我国也呈逐渐上升趋势。

电气故障（短路故障）是最为常见的电压暂降成因。准确地定位暂降源，一方面有助于快速排查问题、快速实施检修，对提高供电可靠性具有重要意义；另一方面，也可明确电压暂降过程中供电企业和用户的责任，分清源头，更好地协调电力市场环境下电力部门与用户之间的纠纷。

此外，随着城市配电网建设、地下电缆化程度不断提高，精确的暂降源定位，对于方便故障排除过程中巡检工作，缩短故障持续时间、降低故障影响，具有重要意义。

到目前为止，阻抗法、行波法等方法被应用到输电网的故障定位中，已经取得了较好效果。上述方法应用于配电网时，需安装大量互感器和故障测距装置，建设成本较高。

近些年来，随着PQ监测系统的广泛应用，基于该系统采集到的数据进行电压暂降分析得到了广泛关注。对于电压暂降源定位问题，文献[6-11]分别提出基于扰动功率、扰动能量、等效阻抗实部、实部电流以及系统轨迹斜率的方法，以判断暂降源相对于各观测点的上下游关系。

通过与配电自动化提供的网络实时信息相结合，以上方法可进行暂降源大致区域的判断，但对于电气故障类电压暂降源，无法实现精确定位。

针对电气故障引起的电压暂降，文献[12]基于短路电流计算提出了一种暂降源精确定位方法。首先，通过假设故障依次发生在各母线上并试探不同的电阻值，以根节点处的故障电流观测值与短路计算值误差最小为标准，搜寻距故障点最邻近的节点并估算过渡电阻值；进一步地，遍历与最邻近节点相连的所有支路，通过不断移动假设的故障点，以各观测点处电流电压观测值与短路计算值误差最小为标准，确定准确的故障点。

但该方法不足在于：

• （1）采用的短路计算方法以及过渡电阻估算方法仅适用于单电源辐射型配电网。随着各类分布式电源（Distributed Generator, DG）、特别是逆变型DG（Inverter Interfaced DG, IIDG）的大量接入，配电网已从传统的单电源辐射型网络转变为多源复杂网络，其短路电流特性与传统配电网明显不同。

• （2）在支路上移动假设故障点过程中，没有对寻找最邻近母线得到的预估过渡电阻值进行修正，故过渡电阻估计值与实际值存在偏差，影响短路计算准确性，进而对定位精度造成不利影响。

• （3）需要搜索分析所有母线、计算量大。

基于有限PQ观测点量测数据和配电自动化提供的网络实时信息，本文提出一种适用于主动配电网的电压暂降源精确定位策略。暂降发生后，首先基于序功率增量方向原理判断暂降源相对于各观测点的上下游关系，以确定其候选区域、缩小待搜索区域。然后，进行电压暂降成因辨识，以针对性地指导定位。

对于由短路故障引起的电压暂降，在候选区域内，基于反演思想，以考虑了IIDG接入和过渡电阻影响的配电网短路电流计算为基础，以故障位置、过渡电阻为优化变量，建立分步优化模型并采用智能优化算法求解，以实现精确定位。

图1  改进的IEEE 34节点配电网拓扑

总结

基于有限PQ观测点量测数据和配电自动化提供的网络实时信息，本文提出了一种主动配电网电压暂降源精确定策略，并基于改进的IEEE 34节点配电网算例进行测试，验证了其有效性和优越性。

• 1）含电压暂降成因分析，针对不同类型电压暂降源采取不同的定位方法，不仅可准确定位短路故障引起的电压暂降，也可对非电气故障类电压暂降源进行定位，避免因暂降源类型判断错误影响定位准确性。

• 2）基于反演思路，将电气故障类电压暂降源的精确定位问题处理为一个分步优化问题。通过在配电网短路计算中计及IIDG的影响，克服了传统方法难以适用逆变型分布式电源大量接入的复杂多电源主动配电网的不足。通过对过渡电阻值进行二次优化修正，克服了现有策略在精确定位过程中对过渡电阻估计不准导致定位误差较大的不足，所提方法定位精度高、抗过渡电阻影响能力强。