CN114285161A - 一种分布式配电保护故障自愈过负荷处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种分布式配电保护故障自愈过负荷处理方法，其包括：输入故障前后的配电网基础信息；根据配电网基础信息计算配电网故障前的配电室负荷；根据配电网基础信息计算配电网故障后正常运行馈线的最大恢复供电负荷能力；根据配电网故障前的配电室负荷和配电网故障后正常运行馈线的最大恢复供电负荷能力，进行配电网过负荷判断和故障自愈处理；输出故障自愈处理后的配电网更新信息。本发明能够在快速、准确的进行配电故障自愈的同时有效提高馈线的负荷率，可为配电网故障后非故障区域快速恢复供电提供理论指导和借鉴。

Description

一种分布式配电保护故障自愈过负荷处理方法
技术领域
本发明涉及一种分布式配电保护故障自愈过负荷处理方法，属于配电网故障自愈技术领域。
背景技术
随着大量的小电源接入配电网，为配电网带来了大量的潜在故障威胁，增加了故障恢复难度。配电网的规模越大、接入的小电源数量越多、拓扑网络架构越复杂，通常而言故障自愈需要考虑的电气设备变量就越多，需要考虑的配电网运行状态越复杂，为故障自愈供电恢复增加了挑战。传统的配网故障后恢复供电解决方案通常具有工作强度大、程序繁琐、时效差等特征，工程应用现场要通过多次重合试错操作，找出故障点，恢复供电时间较长，有扩大停电的风险，甚至需要变电站出口开关跳闸导致停电范围大，此外，传统故障后恢复供电解决方案对后台主站和通讯网络要求较高，传统方案已经无法满足当前配电网的故障处理需求。
要解决当前配电自动化面临的问题，切实提高供电可靠性和安全性，采用分布式保护故障自愈方式即分布式故障定位、隔离、故障恢复策略具有更大、更明显的技术优势，符合新型电力***的构建要求。分布式保护自愈终端能够自动识别网络拓扑结构以及联络开关，相邻终端之间交换信息实现故障定位与隔离。配电保护故障自愈不需要或仅需要少量的人为干预，利用先进的保护、控制手段，配电***能够及时检测出***故障、对***不安全状态进行预警，并进行相应的操作，出现故障后能够实现快速隔离故障、自我恢复供电，不影响非故障用户的正常供电或将其影响将至最小。
目前配电故障自愈通常体现在***故障后自动隔离故障并自动恢复供电方面，在实际操作中，实现配电网的自愈功能，还需要研究解决诸多关键技术问题，比如配电网负荷问题、快速故障定位、隔离与恢复供电优化策略等，只有解决这些关键技术问题，才能保证配电故障自愈的效果。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提出了一种分布式配电保护故障自愈过负荷处理方法，根据安全裕度原则处理分布式配电保护故障自愈合闸前判别过负荷问题，在快速、准确的进行配电故障自愈的同时有效提高馈线的负荷率，进一步优化分布式配电保护故障自愈的性能。
为解决上述技术问题，本发明采用了如下技术手段：
本发明提出了一种分布式配电保护故障自愈过负荷处理方法，包括如下步骤：
输入故障前后的配电网基础信息；
根据配电网基础信息计算配电网故障前的配电室负荷；
根据配电网基础信息计算配电网故障后正常运行馈线的最大恢复供电负荷能力；
根据配电网故障前的配电室负荷和配电网故障后正常运行馈线的最大恢复供电负荷能力，进行配电网过负荷判断和故障自愈处理；
输出故障自愈处理后的配电网更新信息。
进一步的，配电网基础信息包括配电网网络拓扑架构、节点电压阈值、线路阻抗值、开环点位置、小电源位置。
进一步的，配电网故障前的配电室负荷的计算公式如下：
Figure BDA0003394855510000031
其中，
Figure BDA0003394855510000032
表示配电网中第r个配电室的故障前瞬时负荷电流，
Figure BDA0003394855510000033
表示第r个配电室的故障前主干线进线瞬时负荷电流，
Figure BDA0003394855510000034
表示第r个配电室的故障前主干线出线瞬时负荷电流，
Figure BDA0003394855510000035
表示第r个配电室的故障前小电源瞬时负荷电流，r＝1,2,…,R，R为配电网中配电室数量。
进一步的，配电网故障后正常运行馈线的最大恢复供电负荷能力的计算公式如下：
Figure BDA0003394855510000036
其中，
Figure BDA0003394855510000037
表示正常运行馈线向故障自愈合闸提供的最大恢复供电负荷值，
Figure BDA0003394855510000038
表示正常运行馈线L的最大负荷电流，
Figure BDA0003394855510000039
表示在满足电压安全要求的情况下正常运行馈线允许增加的最大负荷电流，
Figure BDA00033948555100000310
表示在满足电压安全要求的情况下故障自愈合闸后开环点联络线允许增加的最大负荷电流。
进一步的，正常运行馈线L的最大负荷电流
Figure BDA00033948555100000311
的计算公式如下：
Figure BDA00033948555100000312
其中，
Figure BDA00033948555100000313
表示正常运行馈线L下的支路线路l的最大负荷电流，Il表示正常运行馈线L下的支路线路l在故障前的瞬时负荷电流。
进一步的，在满足电压安全要求的情况下正常运行馈线允许增加的最大负荷电流
Figure BDA00033948555100000314
的计算公式如下：
Figure BDA0003394855510000041
其中，Vlow表示正常运行馈线上节点电压最低点的电压值，Vmin表示正常运行馈线电压安全阈值下限，Zsw表示配网电源首端到节点电压最低点的正常运行馈线线路阻抗值。
进一步的，在满足电压安全要求的情况下故障自愈合闸后开环点联络线允许增加的最大负荷电流
Figure BDA0003394855510000042
的计算公式如下：
Figure BDA0003394855510000043
其中，Vsf表示配电网故障前正常运行馈线上开环点联络线处的电压值，Vmin表示正常运行馈线电压安全阈值下限，Zss表示故障前配网电源首端到开环点联络线的线路阻抗值，Zsf表示开环点联络线支路的线路阻抗值。
进一步的，配电网过负荷判断和故障自愈处理的方法为：
当满足
Figure BDA0003394855510000044
时，利用分布式配电保护自愈装置进行故障自愈合闸，恢复非故障区的供电，其中，
Figure BDA0003394855510000045
表示正常运行馈线向故障自愈合闸提供的最大恢复供电负荷值，
Figure BDA0003394855510000046
表示配电网中第r个配电室的故障前瞬时负荷电流，λr为配电网中第r个配电室的安全稳定供电能力系数；
当不满足
Figure BDA0003394855510000047
时，利用备用电源自动投入装置恢复非故障区的供电。
进一步的，所述方法还包括如下步骤：
恢复非故障区的供电后，判断开环点拓扑结构是否调整，如果调整，重新识别配电网网络拓扑结构，得到更新后的配电网络拓扑结构。
进一步的，配电网更新信息包括故障隔离状态、开环点开关状态、备用电源自动投入装置状态、小电源工作状态、失电范围、更新后的配电网络拓扑结构。
采用以上技术手段后可以获得以下优势：
本发明提出了一种分布式配电保护故障自愈过负荷处理方法，通过分析配电网信息，在配电故障自愈合闸钱进行过负荷判断，然后进行故障自愈处理，确保了配电故障自愈的效果，从安全裕度原则角度出发处理了分布式配电保护故障自愈合闸前判别过负荷问题。本发明方法综合考虑了配电网全局电压、电流安全约束，对配电网负荷能力的计算过程精细、实用，可以通过工程应用实现快速计算，过负荷判断结果准确、效率高；本发明方法的故障自愈判别逻辑简单，可以快速恢复非故障线路区供电、减少故障停电范围、加快故障修复速度。通过本发明方法可以有效提高馈线的负荷率，为配电网故障后非故障区域快速恢复供电提供理论指导和借鉴，有助于分布式配电保护自愈技术推广应用，有助于实现秒级甚至毫秒级的快速恢复非故障区域供电。
附图说明
图1为本发明一种分布式配电保护故障自愈过负荷处理方法的步骤流程图；
图2为本发明方法的实施流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明：
本发明提出了一种分布式配电保护故障自愈过负荷处理方法，如图1、2所示，具体包括如下步骤：
步骤A、输入故障前后的配电网基础信息，配电网基础信息包括配电网网络拓扑架构、节点电压阈值、线路阻抗值、开环点位置、小电源位置。等信息。
步骤B、根据配电网基础信息计算配电网故障前的配电室负荷。
建立配电室负荷计算模型，表达式如下：
Figure BDA0003394855510000061
其中，
Figure BDA0003394855510000062
表示配电网中第r个配电室的故障前瞬时负荷电流，
Figure BDA0003394855510000063
表示第r个配电室的故障前主干线进线瞬时负荷电流，
Figure BDA0003394855510000064
表示第r个配电室的故障前主干线出线瞬时负荷电流，
Figure BDA0003394855510000065
表示第r个配电室的故障前小电源瞬时负荷电流，r＝1,2,…,R，R为配电网中配电室数量。Σ为汇总符号，表示对属于第r个配电室的进出主干线负荷电流和小电源负荷电流进行统计。
步骤C、根据配电网基础信息计算配电网故障后正常运行馈线的最大恢复供电负荷能力。
步骤C01、建立正常运行馈线安全裕度模型，正常运行馈线安全裕度模型包括正常运行馈线电流安全约束模型、正常运行馈线电压安全约束模型。
(1)正常运行馈线电流安全约束模型的表达式如下：
Figure BDA0003394855510000066
其中，
Figure BDA0003394855510000067
表示正常运行馈线L可以提供的最大负荷电流，
Figure BDA0003394855510000068
表示正常运行馈线L下的支路线路l可以提供的最大负荷电流，Il表示正常运行馈线L下的支路线路l在故障前的瞬时负荷电流。
(2)正常运行馈线电压安全约束模型的表达式如下：
Figure BDA0003394855510000071
其中，
Figure BDA0003394855510000072
表示在满足电压安全要求的情况下正常运行馈线允许增加的最大负荷电流，即电压不低于正常运行馈线电压安全阈值下限的最大可增加负荷电流，Vlow表示正常运行馈线上节点电压最低点的电压值，Vmin表示正常运行馈线电压安全阈值下限，Zsw表示配网电源首端到节点电压最低点的正常运行馈线线路阻抗值。
步骤C02、建立开环点联络线安全裕度模型，表达式如下：
Figure BDA0003394855510000073
其中，
Figure BDA0003394855510000074
表示在满足电压安全要求的情况下故障自愈合闸后开环点联络线允许增加的最大负荷电流，即故障自愈合闸后电压不低于原来属于配网电源首端到开环点的正常运行馈线电压安全阈值下限的最大可增加负荷电流，Vsf表示配电网故障前正常运行馈线上开环点联络线处的电压值，Zss表示故障前配网电源首端到开环点联络线的线路阻抗值，Zsf表示开环点联络线支路的线路阻抗值。
步骤C03、根据正常运行馈线安全裕度模型和开环点联络线安全裕度模型，构建正常运行馈线最大恢复供电负荷能力模型，表达式如下：
Figure BDA0003394855510000075
其中，
Figure BDA0003394855510000076
表示正常运行馈线向故障自愈合闸提供的最大恢复供电负荷值。
通过步骤C可以计算出配电网能够为恢复供电提供的最大负荷，为后续的过负荷处理提供支持。
步骤D、根据配电网故障前的配电室负荷和配电网故障后正常运行馈线的最大恢复供电负荷能力，进行配电网过负荷判断和故障自愈处理，具体操作如下：
步骤D01、本发明提出了一种故障自愈过负荷处理策略：
Figure BDA0003394855510000081
其中，λr为配电网中第r个配电室的安全稳定供电能力系数。
步骤D02、当满足
Figure BDA0003394855510000082
时，利用分布式配电保护自愈装置进行故障自愈合闸，恢复非故障区的供电。
步骤D03、当不满足
Figure BDA0003394855510000083
时，分布式配电保护自愈装置不可以进行故障自愈合闸，转而利用备用电源自动投入装置恢复非故障区的供电。
步骤E、恢复非故障区的供电后，判断开环点拓扑结构是否调整，如果调整，重新识别配电网网络拓扑结构，得到更新后的配电网络拓扑结构。
步骤F、输出故障自愈处理后的配电网更新信息，配电网更新信息包括故障隔离状态、开环点开关状态、备用电源自动投入装置状态、小电源工作状态、失电范围、更新后的配电网络拓扑结构等信息。
与现有技术相比，本发明提供了一种分布式配电保护故障自愈过负荷处理方法，从安全裕度原则角度出发处理分布式配电保护故障自愈合闸前判别过负荷问题，具有以下几个优势：(1)综合考虑了配电网全局电压、电流安全约束，提供的安全裕度模型更加精细、更加便于工程应用快速计算、更具实用性和推广价值；(2)故障自愈判别逻辑简单，可以快速恢复非故障线路区供电、减少故障停电范围、加快故障修复速度；(3)可以有效提高馈线的负荷率，为配电网故障后非故障区域快速恢复供电提供理论指导和借鉴，有助于分布式配电保护自愈技术推广应用，有助于实现秒级甚至毫秒级的快速恢复非故障区域供电。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种分布式配电保护故障自愈过负荷处理方法，其特征在于，包括如下步骤：
输入故障前后的配电网基础信息；
根据配电网基础信息计算配电网故障前的配电室负荷；
根据配电网基础信息计算配电网故障后正常运行馈线的最大恢复供电负荷能力；
根据配电网故障前的配电室负荷和配电网故障后正常运行馈线的最大恢复供电负荷能力，进行配电网过负荷判断和故障自愈处理；
输出故障自愈处理后的配电网更新信息。
2.根据权利要求1所述的一种分布式配电保护故障自愈过负荷处理方法，其特征在于，配电网基础信息包括配电网网络拓扑架构、节点电压阈值、线路阻抗值、开环点位置、小电源位置。
3.根据权利要求1所述的一种分布式配电保护故障自愈过负荷处理方法，其特征在于，配电网故障前的配电室负荷的计算公式如下：
Figure FDA0003394855500000011
其中，
Figure FDA0003394855500000012
表示配电网中第r个配电室的故障前瞬时负荷电流，
Figure FDA0003394855500000013
表示第r个配电室的故障前主干线进线瞬时负荷电流，
Figure FDA0003394855500000014
表示第r个配电室的故障前主干线出线瞬时负荷电流，
Figure FDA0003394855500000015
表示第r个配电室的故障前小电源瞬时负荷电流，r＝1,2,…,R，R为配电网中配电室数量。
4.根据权利要求1所述的一种分布式配电保护故障自愈过负荷处理方法，其特征在于，配电网故障后正常运行馈线的最大恢复供电负荷能力的计算公式如下：
Figure FDA0003394855500000021
其中，
Figure FDA0003394855500000022
表示正常运行馈线向故障自愈合闸提供的最大恢复供电负荷值，
Figure FDA0003394855500000023
表示正常运行馈线L的最大负荷电流，
Figure FDA0003394855500000024
表示在满足电压安全要求的情况下正常运行馈线允许增加的最大负荷电流，
Figure FDA0003394855500000025
表示在满足电压安全要求的情况下故障自愈合闸后开环点联络线允许增加的最大负荷电流。
5.根据权利要求4所述的一种分布式配电保护故障自愈过负荷处理方法，其特征在于，正常运行馈线L的最大负荷电流
Figure FDA0003394855500000026
的计算公式如下：
Figure FDA0003394855500000027
其中，
Figure FDA0003394855500000028
表示正常运行馈线L下的支路线路l的最大负荷电流，Il表示正常运行馈线L下的支路线路l在故障前的瞬时负荷电流。
6.根据权利要求4所述的一种分布式配电保护故障自愈过负荷处理方法，其特征在于，在满足电压安全要求的情况下正常运行馈线允许增加的最大负荷电流
Figure FDA0003394855500000029
的计算公式如下：
Figure FDA00033948555000000210
其中，Vlow表示正常运行馈线上节点电压最低点的电压值，Vmin表示正常运行馈线电压安全阈值下限，Zsw表示配网电源首端到节点电压最低点的正常运行馈线线路阻抗值。
7.根据权利要求4所述的一种分布式配电保护故障自愈过负荷处理方法，其特征在于，在满足电压安全要求的情况下故障自愈合闸后开环点联络线允许增加的最大负荷电流
Figure FDA00033948555000000211
的计算公式如下：
Figure FDA0003394855500000031
其中，Vsf表示配电网故障前正常运行馈线上开环点联络线处的电压值，Vmin表示正常运行馈线电压安全阈值下限，Zss表示故障前配网电源首端到开环点联络线的线路阻抗值，Zsf表示开环点联络线支路的线路阻抗值。
8.根据权利要求1所述的一种分布式配电保护故障自愈过负荷处理方法，其特征在于，配电网过负荷判断和故障自愈处理的方法为：
当满足
Figure FDA0003394855500000032
时，利用分布式配电保护自愈装置进行故障自愈合闸，恢复非故障区的供电，其中，
Figure FDA0003394855500000033
表示正常运行馈线向故障自愈合闸提供的最大恢复供电负荷值，
Figure FDA0003394855500000034
表示配电网中第r个配电室的故障前瞬时负荷电流，λr为配电网中第r个配电室的安全稳定供电能力系数；
当不满足
Figure FDA0003394855500000035
时，利用备用电源自动投入装置恢复非故障区的供电。
9.根据权利要求1所述的一种分布式配电保护故障自愈过负荷处理方法，其特征在于，所述方法还包括如下步骤：
恢复非故障区的供电后，判断开环点拓扑结构是否调整，如果调整，重新识别配电网网络拓扑结构，得到更新后的配电网络拓扑结构。
10.根据权利要求1或9所述的一种分布式配电保护故障自愈过负荷处理方法，其特征在于，配电网更新信息包括故障隔离状态、开环点开关状态、备用电源自动投入装置状态、小电源工作状态、失电范围、更新后的配电网络拓扑结构。
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