含分布式电源配电网络在线故障定位研究

Fast and accurate fault location can improve system power supply efficiency, and stability. This is necessary for system restoration in power distribution systems which have complicated construction and involve both over-head lines and ender-ground cables. Power distribution system with the distributed generation (DG) brings challenges to conventional fault location methods due to the multi-directional pre-fault power flow and the highly distorted fault current (contains large amount of low frequency harmonics) which was cause by the power electronic devices and its control logic. This project based on the investigation of the high frequency fault transients and the development of the high frequency impedance model of DGs focus on designing a fast and accurate fault location method using transients directly the short circuit fault. Using a multi-terminal and non-communication algorithm, the proposed method is able to overcome the psudo-impedance affect and locate faults effectively. The project provides useful information for fast fault clearance and system self-healing and will improve the power supply reliability within modern active distribution power systems.

正确故障定位可以保证供电效率，增强系统稳定性，是配网安全运行以及实现配网自动化的基础条件。电力系统配电网络结构复杂，供电半径短、架空线路与地下电缆共存，难以实现故障定位并选择性的切除故障。新能源分布电源(DG)接入配网，加剧了配网结构的复杂程度，使得配网潮流方向具有多样性，同时故障电流受到电力电子元件以及控制策略的影响含有大量低次谐波且波形畸变严重，影响稳态电气量测量精确性，传统故障定位面临巨大挑战。本项目以配网中故障信息分析以及DG高频建模为研究基础，在系统发生短路故障时直接利用故障高频信息构建系统高频阻抗矩阵方程并求解，快速、准确获得故障点的位置，同时利用系统多点分区域、非通信测量设计综合定位算法，消除“重根”影响，确保正确故障定位。该方法避免了DG故障特性的影响，有效定位故障，减少故障隔离以及系统修复时间，为含有分布式电源的主动配电网络实现故障后快速恢复供电和系统自治愈提供基础条件。

正确故障定位可以保证供电效率，增强系统稳定性，是配网安全运行以及实现配网自动化的基础条件。然而配电网络结构复杂，架空线路与地下电缆共存，难以精准定位故障，加之新能源分布电源(DG)接入并网后，使得配网故障电流方向具有多样性，且受到DG电力电子元设备控制策略的影响短路电流含有大量低次谐波且波形畸变严重，影响稳态电气量测量精确性，传统故障定位面临巨大挑战。. 因此本项目分析了不同类型、不同控制策略分布式电源短路电流特征，在此基础上建立了不受控制模式以及运行方式影响的分布式电源DG高频阻抗模型，进而利用短窗快速提取并计算了系统高频阻抗矩阵方程，提出了无须整定计算与同步量测的配网故障定位方法，消除了传统定位方法收到谐波影响以及定位“重根”影响，实现了复杂配网快速、准确定位故障，解决了分布式电源接入后，受到电力电子装置控制影响，有效定位故障，减少故障隔离以及系统修复时间，为含有分布式电源的主动配电网络实现故障后快速恢复供电和系统自治愈提供基础条件。. 在项目资助下，本人入选首届中国电机工程协会 “青年人才托举工程”，应邀担任CIGRE B5“短路电流受限的电网继电保护”工作组秘书、CIGRE B5/C4.61“低阻尼电网对于系统保护与控制影响”工作组联系人，担任《CSEE Journal of Power and Energy Systems》、《电力系统保护与控制》等国内外期刊青年编委，主持基金面上项目1项，参与国家重点研发计划课题1项，以第一或通信作者在IEEE、IET等本领域高水平期刊发表SCI检索论文8余篇，发表EI检索论文14余篇，获得授权国际发明专利5项。