摘要：在我国经济迅速发展的过程中电能消耗量日益增加，基于此，现阶段不仅是配电自动化的迅速发展，分布式电源也被大量接入配电网中。分布式电源的接入在一定程度上满足了人们的用电需求，同时也导致了一系列的配电网故障问题。本文是以含分布式电源配电网单相接地故障为研究内容，分析了基于电流相似性的故障定位方法和基于零序电流相似性变化量的故障定位方法，并借助模型仿真验证了上述定位方法的可靠性，希望对有关人员的故障排除工作有所帮助。
关键词：分布式电源；配电网；单相接地故障；定位方法
一、引言
电能的出现改变了人们的生活和生产方式，促进了社会的进步和发展，但随着社会的迅速发展、人们用电需求的急剧增加，现阶段在配电网中引入了大量的分布式电源，分布式电源的引入在一定程度上解决了供电问题，但同时也带来了单相接地故障问题。就目前而言，我国配电网的单相接地故障定位困难，一是由于我国配电网建设较为落后，二是由于接地故障处的电流微弱因此很难定位。而随着分布式电源的大量接入，配电网辐射化严重，这使得配电网的单相接地故障定位更为困难，基于此，现阶段对含分布式电源配电网单相接地故障的定位方法进行研究具有极为重要的意义。
二、基于电流相似性的故障定位方法
基于电流相似性的单相接地故障定位方法以零序电流的相似性为定位依据。当含分布式电源配电网出现单相接地故障时，其不会影响到仅与配电网网架结构相关的零序电流，因此，即使含分布式电源配电网出现单相接地故障，基于零序电流的故障定位方法仍能正常运用。同时，在不断开变压器的前提下，即使断开分布式电源该故障定位方法也不会受影响；但该故障定位方法也有一定的局限性，其仅适用于传统配电网。
1.相关系数原理
在基于电流相似性故障定位方法的运用过程中需要涉及大量的变量，为明确变量间的关系，反应变量间的密切程度，统计学家皮尔逊提出了一种相关系数，该相关系数可以用来表示基于电流相似性故障定位方法中变量间的相似性。根据相似性的程度可以划分为：低度相关、中度相关以及高度相关。
2基于系数原理的方法
就目前而言，有关学者在基于电流相似性的故障定位方法方面已经有了一定的研究，一是以系数原理为依据提出了含分布式电源配电网单相接地故障的定位方法，二是借助计算每一个区段间零序电流的相关系数来对故障区段进行推算。在任意一个区段的相关系数计算过程中都涉及两个相邻测量点以及该区段的暂态零序电流。
在基于电流相似性的故障定位方法的运用过程中利用暂态零序电流的波形相似程度或是变化程度可以在一定程度上故障区段进行定位，但该故障定位方法仅适用于传统配电网，因此其在实际的应用过程中还存在一定的问题：
（1）在故障定位的过程中需要依赖零序电流，而且是仅能依赖零序电流，这就使得其有着极大的局限性，当发生永久性故障时暂态信号仅能持续二到三分钟，在这个短暂的时间段内很难保障成功采样。
（2）基于电流相似性的故障定位方法在运用的过程中需要以相关系数为依据，但仅仅是把相关系数的幅值作为依据，在很大程度上忽略了相关系数的极性，这就使得在很多情况下故障区段的零序电流相关系数为负数值。
（3）基于电流相似性的故障定位方法未充分考虑数据同步问题，假如加入数据同步辅助系统将需要大量的资金投入，因此其难以在现代化的配电网中广泛推广。
三、基于零序电流相似性变化量的故障定位方法
基于电流相似性的故障定位方法在实际的运用过程中有很大的局限性，基于此，本文在其基础上分析了基于零序电流相似性变化量的故障定位方法。该故障定位方法以稳态零序电流为定位信号，在基于电流相似性的故障定位方法的基础上提出了全新的相关系数以及定位方法，并找出了相应的数据同步对策。
1.零序电流特征分析
随着人们对电能需求量增加，为满足人们的用电需求大量的分布式电源被接入配电网中，配电网在这个过程中不断辐射化，进而导致了单相接地故障更难处理。在分布式电源接入配电网之前，原始配电网线路，故障电路的零序电流不会因单相接地故障而出现明显变化，因此故障定位相对简单，本文不做分析。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆当分布式电源接入配电网中时，单相接地故障电路中的零序电流会受到一定的影响。
配电网中存在分布式电源时，配电网中将存在由故障点流向分布式电源的电流以及由故障点流向母线的电流，这两种电流可以在一定程度上等价于故障电流之和。而对于非故障区段而言，该区段内的电流仍保持正常的电流量，由母线向支路流动。此时，由于分流作用的存在，在故障点下游的零序电流将由故障点向配电网线路的末端流动，而故障点上游的零序电流则由故障点向母线流动。
2.定位方法
在基于电流相似性的故障定位方法中由于暂态信号的持续时间较为短暂因此很难保障在这个短暂的时间段内采样，进而导致定位的不成功。但对于基于零序电流相似性变化量的故障定位方法而言，当出现接地故障时，由于电流流动方向的特殊性，因此可以对故障区段进行定位。在这个定位的过程中我们可以看出故障点同侧的稳态零序电流是处于一种正相关关系的，而且稳态零序电流的持续时间也更长、更稳定。
3.数据同步
在零序电流的计算过程中需要在各区段的两端借助FTU进行信号采集，而在这个采集的过程中就需要保证FTU所采集数据的同步。在传统的同步方法中，要想实现各FTU之间的数据同步需要在各FTU上配备准确性极高的计时装置，然而这是不现实的。基于此，本文从软件的角度从发提出了数据同步方案。
保障各FTU数据的采集时刻相同是数据同步实现的关键，基于此，在采集有相关关系的信号时可以先固定住一个信号，通过平移数据窗的方式来保证另一信号与固定信号的同步。此外，当两个数据信号相关性越大时，两个信号的波形相似性越高，这时这两个信号的采集时间差也将越小，因此可以认为实现了FTU的数据同步采集。
四、仿真模型验证
为验证本文所分析的含分布式电源配电网线路单相接地故障的定位方法的可靠性，本文借助PSCAD/ EMTDC建立模型进行了仿真，经模型仿真验证，上述定位方法具有较好的单相接地故障定位效果。
1.仿真模型
首先在PSCAD/ EMTDC中建立含分布式电源配电网模型，该模型包含单相支线、三相支线、电压调节器、电容器组以及低电压支线等，在模型仿真的过程中所采用的电压为24.9KV，在节点840处安装FTU，并将该节点作为仿真过程中的故障点。
2.仿真结果
首先是不同故障点的仿真，本文以风电发电机作为分布式电源，尽管风力发电机的工作原理复杂，但其对本文所要研究的内容并没有明显影响。基于此，本文在848和890节点加入了两个风力发电机分布式电源，风力发电机功率为660KW。通过改变故障点进行模型仿真，我们可以得出模型仿真的结果并不受故障点改变的影响，无论故障点怎么变动单相接地故障点定位依然准确。
其次是不同单相接地故障初相角的仿真，固定住单相接地故障点的位置，当改变单相接地故障初相角时，模型仿真结果然就准确，证实了该单相接地故障定位方法不受单相接地故障初相角的影响，具有较高的可靠性。
五、结束语
随着配电网中分布式电源的大量接入，配电网中的单相接地故障定位越来越困难。本文以此为研究内容分析了一种可靠性较高的单相接地故障定位方法，该方法简单可靠、数据同步性好，希望可以为相关人员的研究提供参考。
参考文献：
[1]刘健,张小庆,同向前,等.含分布式电源配电网的故障定位[J].电力系统自动化,2013,37(2):36-42.
[2]周湶,郑柏林,廖瑞金,等.基于粒子群和差分进化算法的含分布式电源的配电网故障区段定位[J].电力系统保护与控制,2013,41(4):33-37.
[3]徐子华,王艳松.含分布式电源的配电网故障区间定位研究[J].电力系统保护与控制,2011,39(20):22-27.
[4]张林利.小电流接地故障定位方法及其应用研究[D].济南:山东大学,2013.
[5]马士聪,徐丙垠,高厚磊,等.检测暂态零模电流相关性的小电流接地故障定位方法[J].电力系统自动化,2008,32(7):48-52.
论文作者:齐晋辉,牟万元,苏宇,范汉杰,田文强,马端
论文发表刊物:《基层建设》2018年第29期
论文发表时间:2018/12/17
标签：故障论文; 电流论文; 单相论文; 分布式论文; 方法论文; 相似性论文; 电源论文; 《基层建设》2018年第29期论文;