基于μPMU的主動(dòng)配電網(wǎng)故障定位方法研究

周治國(guó)，高文燾，劉文亮

（1.北京理工大學(xué)信息與電子學(xué)院，北京　100081；2．國(guó)網(wǎng)廈門(mén)供電公司，福建廈門(mén)　361000）

?

基于μPMU的主動(dòng)配電網(wǎng)故障定位方法研究

周治國(guó)1，高文燾1，劉文亮2

（1.北京理工大學(xué)信息與電子學(xué)院，北京100081；2．國(guó)網(wǎng)廈門(mén)供電公司，福建廈門(mén)361000）

摘要：準(zhǔn)確的故障定位有助于提高配電網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性。隨著分布式發(fā)電和電動(dòng)汽車(chē)的接入，傳統(tǒng)配電網(wǎng)逐漸向主動(dòng)配電網(wǎng)發(fā)展，傳統(tǒng)故障和保護(hù)裝置已無(wú)法滿足，這對(duì)故障定位技術(shù)和裝置提出了新的要求。文章提出了一種基于微型同步相量測(cè)量單元（也叫做μPMU或者微同步相量）的新方法對(duì)主動(dòng)配電網(wǎng)的故障進(jìn)行定位。該方法運(yùn)用單端μPMU采集的電壓電流信息，查找故障線路，得到候選故障點(diǎn)并計(jì)算其故障距離。并根據(jù)兩端μPMU測(cè)量電壓和故障電壓之間的相位關(guān)系，排除偽故障點(diǎn)，確定故障點(diǎn)位置。仿真結(jié)果表明，在主動(dòng)配電網(wǎng)下，該定位方法具有較高的定位精度，僅需在線路的兩端配置μPMU即可滿足對(duì)不同類(lèi)型故障進(jìn)行準(zhǔn)確地定位。在高滲透率DG和高阻故障的情況下，該定位方法依然可以準(zhǔn)確地對(duì)故障進(jìn)行定位。

關(guān)鍵詞：主動(dòng)配電網(wǎng)；故障定位；分布式發(fā)電；μPMU

Project Supported by National High-Technology Research and Development Program（“863”P(pán)rogram）of China（2014AA051901）.

準(zhǔn)確的故障定位有助于幫助修復(fù)故障，加快系統(tǒng)恢復(fù)，減少停電時(shí)間、運(yùn)行成本，提高配電網(wǎng)的穩(wěn)定性。隨著分布式發(fā)電（distributed generation，DG）接入量不斷增大、電動(dòng)汽車(chē)不斷增多以及可控負(fù)荷的增多，傳統(tǒng)配電網(wǎng)出現(xiàn)了諸如電壓水平升高、短路電流增大、供電可靠性降低以及電能質(zhì)量惡化等問(wèn)題，打破傳統(tǒng)配電網(wǎng)潮流單向輻射狀供電模式，逐漸從被動(dòng)模式轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)模式的主動(dòng)配電網(wǎng)（active distribution network，ADN）。在高滲透率DG下配電系統(tǒng)的運(yùn)行方式、故障特征十分復(fù)雜，傳統(tǒng)過(guò)流繼電器等故障和保護(hù)裝置已無(wú)法滿足[1-4]，對(duì)故障定位的技術(shù)和裝置提出了新的要求。

同步相量測(cè)量單元（phasor measurement unit，PMU）以全球定位系統(tǒng)（global position system，GPS）為時(shí)間基準(zhǔn)，可提供高精度、高采樣率、帶時(shí)標(biāo)的電壓、電流及頻率信號(hào)，因其相量特性、時(shí)鐘同步性及數(shù)據(jù)上傳的實(shí)時(shí)性，而成為電網(wǎng)動(dòng)態(tài)過(guò)程監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)手段[5-7]，并被廣泛應(yīng)用于輸電網(wǎng)故障定位。文獻(xiàn)[8]中利用PMU時(shí)鐘同步特性進(jìn)行雙端測(cè)距，改善了故障定位的結(jié)果，有效提高動(dòng)態(tài)同步相量測(cè)量的精確性和實(shí)時(shí)性。文獻(xiàn)[9]中提出了基于PMU的多端測(cè)距方法，使得測(cè)距速度和精度有所提高，并且適用于幾乎所有故障類(lèi)型、距離，增強(qiáng)了其通用性。但是與輸電網(wǎng)相比，主動(dòng)配電網(wǎng)由于其線路短、多分支并受到DG、負(fù)荷和開(kāi)關(guān)等引入噪聲的影響，PMU無(wú)法直接應(yīng)用于主動(dòng)配電網(wǎng)中。文獻(xiàn)[10]通過(guò)同步相量測(cè)量單元采集的數(shù)據(jù)比較各電源處電壓變化測(cè)量值與計(jì)算值之差的最小二乘范數(shù)來(lái)判斷主動(dòng)配電網(wǎng)故障位置，但是只能判斷故障區(qū)段，無(wú)法精確定位。為此，文獻(xiàn)[11]提出了一種應(yīng)用于主動(dòng)配電網(wǎng)的高精度同步相量測(cè)量單元，稱(chēng)為μPMU或微同步相量，對(duì)其在主動(dòng)配電網(wǎng)中的應(yīng)用進(jìn)行了分析與展望，與傳統(tǒng)的保護(hù)裝置相比，能更好地滿足故障定位的需求。

基于此，本文提出了一種基于μPMU的定位新方法對(duì)主動(dòng)配電網(wǎng)故障進(jìn)行定位。首先，基于單端μPMU采集的電壓、電流相量信息，運(yùn)用單端阻抗定位方法，查找故障線路，計(jì)算故障距離，得到候選故障點(diǎn)。其次，根據(jù)兩端μPMU測(cè)量電壓和故障電壓之間的相位關(guān)系，排除偽故障點(diǎn)，確定故障點(diǎn)位置。該方法原理簡(jiǎn)單，僅需少量配置μPMU即可實(shí)現(xiàn)主動(dòng)配電網(wǎng)準(zhǔn)確故障定位，具有一定的經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性。

1　基本原理

以一個(gè)13節(jié)點(diǎn)配電網(wǎng)為例對(duì)定位算法進(jìn)行闡述。配電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示，共有13個(gè)節(jié)點(diǎn)和12條支路，其中節(jié)點(diǎn)1為變電站，2～13節(jié)點(diǎn)都接有負(fù)載，DG在節(jié)點(diǎn)3接入，測(cè)量裝置μPMU分別掛接在節(jié)點(diǎn)1和節(jié)點(diǎn)5上。假設(shè)故障發(fā)生在節(jié)點(diǎn)3和節(jié)點(diǎn)4之間。

算法可分為2個(gè)部分：遍歷搜索候選故障點(diǎn)和排除偽故障點(diǎn)。首先，基于單端μPMU采集的電壓、電流相量信息，遍歷搜索線路，計(jì)算故障距離，得到候選故障點(diǎn)。其次，根據(jù)兩端μPMU測(cè)量電壓和故障電壓之間的相位關(guān)系，排除偽故障點(diǎn)，確定故障點(diǎn)位置。

1.1遍歷搜索候選故障點(diǎn)

為了得到線路所有的候選故障點(diǎn)，首先利用節(jié)點(diǎn)1的μPMU測(cè)量數(shù)據(jù)，電壓相量V1和電流相量I1從節(jié)點(diǎn)1開(kāi)始對(duì)線路進(jìn)行遍歷搜索，V1和I1在不同故障類(lèi)型下的取值如表1所示。

圖1　配電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)Fig. 1 Topology of a distribution network

表1　不同故障類(lèi)型下V1和I1的值Tab. 1 The value of V1and I1under different fault types

其中，A、B、C分別為A相、B相和C相；G為地；系數(shù)k=（本文中，上角標(biāo)數(shù)字表示序量，下角標(biāo)數(shù)字表示節(jié)點(diǎn)位置）。

假設(shè)故障發(fā)生在節(jié)點(diǎn)1到節(jié)點(diǎn)2之間，電路結(jié)構(gòu)如圖2所示。圖中，L為故障支路線路長(zhǎng)度，m為故障點(diǎn)距離，為線路單位長(zhǎng)度的正序阻抗。

圖2　電路結(jié)構(gòu)示意圖Fig. 2 Scheme for structure of circuit

從圖2中電壓與電流的幾何分布特性可得到測(cè)量阻抗ZM[12]，如式（1）所示。

在式（1）中，過(guò)渡電阻RF是一個(gè)實(shí)數(shù)，假設(shè)故障電流IF和電流I1同相，則可得到故障距離m，如式（2）所示[13]。

但故障電流IF和電流I1并不一定同相，故障電流IF可能相位超前或者相位滯后于電流I1。這種情況下，計(jì)算得到的故障距離有較大的誤差。為了減少遍歷搜索時(shí)的計(jì)算量和計(jì)算時(shí)間，在遍歷電路時(shí)采用該計(jì)算方法進(jìn)行判斷。而在搜索到候選故障點(diǎn)后，為了得到較高的定位精度，在故障距離的計(jì)算上，本文采用了Eriksson定位算法，該算法利用源阻抗消除了故障阻抗、負(fù)載和線路不均勻性引起的誤差，提高了定位精度。故障距離求解方程如式（3）所示，詳細(xì)求解過(guò)程見(jiàn)文獻(xiàn)[14]，這里就不再贅述。其中，k1，k2，k3如式（4）所示。

對(duì)式（3）進(jìn)行求解，即可得到故障距離m，如式（5）所示。

如果m＜L，說(shuō)明故障點(diǎn)位于該線路上，即可得到一個(gè)候選故障點(diǎn)并依上計(jì)算其故障距離；如果m＞L，則認(rèn)為故障沒(méi)有發(fā)生在該搜索線路上，繼續(xù)遍歷搜索下一段線路。對(duì)于下一個(gè)節(jié)點(diǎn)（節(jié)點(diǎn)2）來(lái)說(shuō)，節(jié)點(diǎn)2的電壓V2可以通過(guò)節(jié)點(diǎn)1到節(jié)點(diǎn)2的電壓差來(lái)計(jì)算，如式（6）所示。

在節(jié)點(diǎn)2處，線路分成了兩條支路，即線路2-6、線路2～3。通過(guò)假設(shè)一條支路是故障線路，對(duì)另一條支路進(jìn)行戴維南等效，求得其等效電路，即可實(shí)現(xiàn)電路的簡(jiǎn)化。例如，假設(shè)故障發(fā)生在線路2～3，則線路2～6正常運(yùn)行。對(duì)支路進(jìn)行戴維南等效，其等效電壓為節(jié)點(diǎn)的開(kāi)路電壓，等效阻抗即是節(jié)點(diǎn)阻抗矩陣的固有阻抗。重復(fù)以上的方法對(duì)分支線路進(jìn)行遍歷搜索，直到該分支線路出現(xiàn)候選故障點(diǎn)。對(duì)如圖1所示的電路進(jìn)行遍歷搜索，最終得到了4個(gè)候選故障點(diǎn)，即故障點(diǎn)F和偽故障點(diǎn)F1、F2和F3。

1.2排除偽故障點(diǎn)

上述算法不僅得到了故障點(diǎn)F的位置，還存在偽故障點(diǎn)F1、F2、F3。為了排除偽故障點(diǎn)，本文根據(jù)μPMU時(shí)鐘同步和高精度的特點(diǎn)，利用兩端μPMU測(cè)量電壓和故障電壓之間的相位關(guān)系，排除偽故障點(diǎn)，確定故障點(diǎn)位置。

以故障電壓為參考值，節(jié)點(diǎn)1的μPMU測(cè)量電壓的相角φ1可以分解為測(cè)量電壓和測(cè)量電流間的相角與測(cè)量電流和故障電壓間的相角之和，如式（7）所示。

其中，測(cè)量電壓和測(cè)量電流的相角是已知的，測(cè)量電流和故障電壓間的相角即為測(cè)量電流和故障電流間的相角，如式（8）所示。

由于故障點(diǎn)電流不可測(cè)，無(wú)法直接計(jì)算測(cè)量電流和故障電流間的相角，對(duì)圖2中的電路進(jìn)行進(jìn)一步分析，電路發(fā)生故障時(shí)可以分解為正序、負(fù)序和零序網(wǎng)絡(luò)，其復(fù)合序網(wǎng)如圖3所示。

圖3　故障時(shí)復(fù)合序網(wǎng)Fig. 3 Sequence network when a fault occurs

可以看出，當(dāng)系統(tǒng)中發(fā)生故障時(shí)，故障電流相位與故障序電流相位相同。文獻(xiàn)[15]中指出，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，保護(hù)安裝處的序電流與故障序電流可近似認(rèn)為是同相位的，即節(jié)點(diǎn)1的μPMU測(cè)量序電流與故障序電流同相位。因此，測(cè)量電流和故障電壓間的相角近似等于節(jié)點(diǎn)1的μPMU測(cè)量電流與序電流間的相角，如式（9）所示。

其中，C為負(fù)序電流分配系數(shù)。把式（9）代入式（7）即可得到φ1，如式（10）所示。

同理可得到節(jié)點(diǎn)5的μPMU測(cè)量電壓相對(duì)于故障電壓的相角φ5。將φ1、φ5和φ5-φ1代入式（11）可求得故障點(diǎn)到節(jié)點(diǎn)1的距離S1、故障點(diǎn)到節(jié)點(diǎn)5的距離S5和節(jié)點(diǎn)1和節(jié)點(diǎn)5在故障線路上的距離差S5-1，對(duì)候選故障點(diǎn)進(jìn)行比較分析后即可確定真實(shí)故障點(diǎn)位置，排除偽故障點(diǎn)。

2　仿真驗(yàn)證

圖1所示的配電網(wǎng)是一個(gè)實(shí)際存在的農(nóng)村配電網(wǎng)，其系統(tǒng)基準(zhǔn)容量為3 MV·A，基準(zhǔn)電壓為11 kV，接入DG容量為0.6 MV·A。線路和負(fù)載的數(shù)據(jù)參照文獻(xiàn)[16]進(jìn)行選取，分別如表2、表3所示。

表2　配電網(wǎng)線路數(shù)據(jù)Tab. 2 Line data of the distribution network

對(duì)其進(jìn)行仿真，驗(yàn)證定位算法的可行性，仿真平臺(tái)如圖4所示。在計(jì)算機(jī)1實(shí)時(shí)仿真平臺(tái)的HOST端使用Matlab/Simulink軟件對(duì)該配電網(wǎng)進(jìn)行建模仿真，其中變電站使用一個(gè)短路容量為3 MV·A的三相交流源來(lái)模擬；分布式發(fā)電DG采用一個(gè)0.6 MW的異步電機(jī)來(lái)模擬風(fēng)力發(fā)電廠；故障電路采用三相故障模型，分為接地故障和相間短路故障2種情況。線路和負(fù)載參數(shù)參照表2、表3進(jìn)行設(shè)置；μPMU機(jī)箱主要分成3部分：P50時(shí)鐘同步模塊，通過(guò)GPS進(jìn)行時(shí)鐘的同步，采用IEEE 1588同步協(xié)議；ADC信號(hào)采集模塊，采用AD公司的AD73360型A／D變換器，對(duì)三相交流電壓和電流共6路信號(hào)的采集；同步相量測(cè)量單元，采用Xilinx公司ARM+FPGA架構(gòu)的ZYNQ 7000板卡[17]。

表3　配電網(wǎng)負(fù)載數(shù)據(jù)Tab. 3 Load data of the distribution network

圖4　仿真平臺(tái)示意圖Fig. 4 Schematic of the simulation platform

對(duì)于故障時(shí)刻的判斷，本文采用了突變量檢測(cè)算法[18]，通過(guò)相鄰兩周期突變量差對(duì)故障時(shí)刻進(jìn)行檢測(cè)。假定所采集的電流為I，當(dāng)相鄰兩周期突變量差ΔI的采樣值連續(xù)3次滿足式（12）時(shí)，則判定為發(fā)生故障，且第1次的前一采樣時(shí)刻即為故障時(shí)刻。

式中：N為每周期的采樣點(diǎn)數(shù)；kf為突變量定值調(diào)節(jié)系數(shù)（通常kf=1）；Idz為突變量啟動(dòng)定值。

在不同故障類(lèi)型下，計(jì)算機(jī)兩端使用Matlab軟件對(duì)上述定位算法進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，仿真結(jié)果如表4所示。求得故障支路及其故障點(diǎn)距離m后，其定位精度用定位誤差Er來(lái)表示，如式（13）所示。

式中：m為計(jì)算得到的故障距離；mreal為實(shí)際故障距離；L為故障支路線路長(zhǎng)度。

表4　不同故障類(lèi)型的仿真結(jié)果Tab. 4 Simulation result of different fault types

由表4可知：在接入分布式發(fā)電DG（0.6 MW的風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)）的主動(dòng)配電網(wǎng)下，該方法的定位成功率較高，對(duì)不同類(lèi)型故障都有較高的定位精度，其中，相比于單相接地故障，雙相故障和三相故障定位精度有所降低，但都在1%以?xún)?nèi)。由于所使用的實(shí)驗(yàn)室自制測(cè)量裝置μPMU的測(cè)量精度存在著限制，測(cè)量相量有一定的誤差，相比文獻(xiàn)[11]中μPMU的測(cè)量精度還有所差距（文獻(xiàn)[11]中的測(cè)量精度為0.05°，而本文為0.15°），其定位成功率和定位精度都可以進(jìn)一步提高。

對(duì)算法的定位精度進(jìn)一步分析，在單A相接地故障（故障點(diǎn)位于線路3-4）情況下，從DG和過(guò)渡電阻兩個(gè)方面進(jìn)行仿真。

2.1 DG對(duì)定位精度的影響

為了進(jìn)一步研究主動(dòng)配電網(wǎng)中DG的存在對(duì)定位算法精度的影響，本文從接入DG的數(shù)量和容量?jī)煞矫孢M(jìn)行了仿真研究。DG接入數(shù)量分為3種情況：無(wú)DG接入、節(jié)點(diǎn)3接入1個(gè)0.6 MW的DG、節(jié)點(diǎn)3和節(jié)點(diǎn)8分別接入1個(gè)0.3 MW的DG，結(jié)果如表5（a）所示。DG的接入容量水平用DG的滲透率ρ進(jìn)行表示，可由式（14）求解得到，其中僅在節(jié)點(diǎn)3接入一個(gè)0.6 MW的DG，結(jié)果如表5（b）所示。

表5　DG對(duì)定位誤差的影響Tab. 5 Influence of DG to location error

從表5的仿真結(jié)果可以看出，隨著接入DG數(shù)量增加，定位誤差也隨著增大，但在DG接入容量增大時(shí)，定位誤差反而隨之減小。這是由于接入DG數(shù)量的增加，改變了電路結(jié)構(gòu)，增加了誤差。而DG接入容量水平的增大，使得配電網(wǎng)中電壓、電流升高，提高了測(cè)量的精度，進(jìn)而降低了誤差。

2.2過(guò)渡電阻對(duì)定位精度的影響

在節(jié)點(diǎn)3接入一個(gè)0.6 MW的DG的情況下，分別對(duì)過(guò)渡電阻RF為10 Ω、50 Ω和150 Ω時(shí)進(jìn)行仿真，得到仿真結(jié)果如表6所示。

表6　過(guò)渡電阻對(duì)定位精度的影響Tab. 6 Influence of transition resistance to location error

從表6中可以看出，本文的定位算法消除了過(guò)渡電阻對(duì)定位精度的影響，在不同過(guò)渡電阻下，該算法的定位精度保持不變，表明該算法可以很好地適用于發(fā)生高阻故障的情況。

3　結(jié)語(yǔ)

本文提出了一種基于μPMU的故障定位新方法以應(yīng)對(duì)傳統(tǒng)基于電流的過(guò)流繼電器等故障和保護(hù)裝置在主動(dòng)配電網(wǎng)下無(wú)法適用的問(wèn)題。仿真結(jié)果表明，該方法具有以下特點(diǎn)。

1）在不同類(lèi)型故障情況下，該方法都具有較高的定位準(zhǔn)確率和定位精度，1%以?xún)?nèi)。

2）不受過(guò)渡電阻的影響，在高阻故障的情況下，依然適用。并且在高滲透率DG的影響下，依然具有較高的定位精度。

3）原理簡(jiǎn)單、可操作性強(qiáng)，僅需在配電網(wǎng)線路上少量配置μPMU就可以滿足對(duì)主動(dòng)配電網(wǎng)中各類(lèi)故障進(jìn)行準(zhǔn)確定位的要求，具有一定的經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性。

參考文獻(xiàn)

[1] REN J，VENKATA S，SORTOMME E．An accurate synchrophasor based fault location method for emerging distribution systems[J]．IEEE Transactions on Power Deliver，2014，29（1）：297－298．

[2]趙波，王財(cái)勝，周金輝，等．主動(dòng)配電網(wǎng)現(xiàn)狀與未來(lái)發(fā)展[J]．電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2014，38（18）：125-135．ZHAO Bo，WANG Caisheng，ZHOU Jinhui，et al．Present and future development trend of active distribution network[J]．Automation of Electric Power Systems，2014，38（18）：125-135（in Chinese）．

[3]蘆興，王瑞闖．配電網(wǎng)故障定位方法研究[J]．電網(wǎng)與清潔能源，2013，29（7）：26-30．LU Xing，WANG Ruichuang．Research on fault location methods of distribution network[J]．Power System and Clean Energy，2013，29（7）：26-30（in Chinese）．

[4]尹慧陽(yáng)，舒戀．配電網(wǎng)單相接地故障定位綜述[J]．陜西電力，2012，42（10）：35-39，47．YIN Huiyang，SHU Lian．A review of single-phase grounding fault location in distribution network[J]．Shaanxi Electric Power，2012，42（10）：35-39，47（in Chinese）．

[5] SEXAUER J，JAVANBAKHT P，MOHAGHEGHI S．Phasor measurement units for the distribution grid: necessity and benefits[C]// Innovative Smart Grid Technologies （ISGT），Washington DC：IEEE PES，2013：1-6．

[6]靳希，吳文輝，吳世敏，等．基于PMU的廣域測(cè)量技術(shù)及其應(yīng)用[J]．電網(wǎng)與清潔能源，2010，26（10）：10-13．JIN Xi，WU Wenhui，WU Shimin，et al．Wide area measurement technology based on PMU and its applications[J]．Power System and Clean Energy，2010，26（10）：10-13 （in Chinese）．

[7]胡晟，房金彥．廣域測(cè)量系統(tǒng)故障定位新方法[J]．電網(wǎng)與清潔能源，2010，26（2）：9-12．HU Sheng，F(xiàn)ANG Jinyan．A novel fault location method in wide area measurement system[J]．Power System and Clean Energy，2010，26（2）：9-12（in Chinese）．

[8]靳夏寧，汪芙平，王贊基．基于PMU動(dòng)態(tài)同步相量測(cè)量的故障測(cè)距[J]．電網(wǎng)技術(shù)，2013，37（10）：2932-2937．JIN Xianing，WANG Fuping，WANG Zanji．Research on fault location based on dynamic synchronous phasor measurement by PMU[J]．Power System Technology，2013，37 （10）：2932-2937（in Chinese）．

[9]徐巖，應(yīng)璐曼，劉澤鍇．大電網(wǎng)下基于故障域的PMU配置和故障定位新方法[J]．電網(wǎng)技術(shù)，2014，38（11）：3206-3212．XU Yan，YING Luman，LIU Zekai．A new fault area based method of PMU configuration and fault location for large power grid[J]．Power System Technology，2014，38 （11）：3206-3212（in Chinese）．

[10]戴志輝，崇志強(qiáng)，李川，等．基于電壓偏差向量2-范數(shù)的主動(dòng)配電網(wǎng)故障定位新方法[J]．電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2015，39（15）：96-102．DAI Zhihui，CHONG Zhiqiang，LI Chuan，et al．Fault location method of active distribution networks based on 2-norm of voltage deviation vectors[J]．Automation of Electric Power Systems，2015，39（15）：96-102（in Chinese）．

[11] VON M A，CULLER D，MCEACHERN A，et al．Microsynchrophasors for distribution systems[C]// Innovative Smart Grid Technologies Conference（ISGT），Washington DC：IEEE PES，2014：1-5．

[12]林富洪，曾惠敏．基于分布參數(shù)模型的高壓輸電線路單相接地故障單端測(cè)距方法[J]．電網(wǎng)技術(shù)，2011，35（4）：201-205．LIN Fuhong，ZENG Huimin．One-terminal fault location of single-phase to earth fault based on distributed parameter model of HV transmission line[J]．Power System Technology，2011，35（4）：201-205（in Chinese）．

[13] DAS S，SANTOSO S，GAIKWAD A，et al．Impedancebased fault location in transmission networks：theory and application[J]．IEEE Access，2014：537-557．

[14] ERIKSSON L，SAHA M M，ROCKEFELLER G D．An accurate fault locator with compensation for apparent reactance in the fault resistance resulting from remote-end infeed[J]．IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems，1985，104（2）：423-436．

[15]馬靜，馬偉，閏新，等．基于電壓相位比較的單相接地距離保護(hù)方案[J]．電網(wǎng)技術(shù)，2015，39（7）：2010-2016．MA Jing，MA Wei，RUN Xin，et al．Voltage phase comparison based single-phase grounding distance protection scheme[J]．Power System Technology，2015，39（7）：2010-2016（in Chinese）．

[16] DAS D，KOTHARI D，KALAM A．Simple and efficient method for load flow solution of radial distribution networks[J]．Electrical Power & Energy Systems，1995，17 （5）：335-346．

[17]朱增坤．一種面向配電網(wǎng)的微型同步向量測(cè)量單元設(shè)計(jì)[D]．北京：北京理工大學(xué)，2015．

[18]范新橋，朱永利，盧偉甫．采用電流分布式測(cè)量和相位比較方式的輸電線路故障定位[J]．高電壓技術(shù)，2012，38（6）：1341-1347．FAN Xinqiao，ZHU Yongli，LU Weifu．Fault location scheme for transmission lines using distributed current measurements and their phases comparison[J]．High Voltage Engineering，2012，38（6）：1341-1347（in Chinese）．

周治國(guó)（1977—），男，博士，碩士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)樾盘?hào)處理、嵌入式系統(tǒng)、電力電子實(shí)時(shí)仿真；

高文燾（1990—），男，碩士研究生，研究方向?yàn)榕潆娋W(wǎng)故障定位；

劉文亮（1982—），男，副總工程師，研究方向?yàn)殡娏π畔⒒?、配電自?dòng)化。

（編輯徐花榮）

Research on Fault Location Based on μPMU for Active Distribution Network

ZHOU Zhiguo1，GAO Wentao1，LIU Wenliang2
（1. School of Information and Electronics，Beijing Institute of Technology，Beijing 100081，China；2. State Grid Xiamen Power Supply Company，Xiamen 361000，F(xiàn)ujian，China）

ABSTRACT：Accurate fault location is helpful to improve the stability of power distribution network. With the integration of distributed generations and electric vehicles，the traditional distribution network gradually becomes the active distribution network，and the traditional fault and protection device is unable to satisfy the requirement，thus the need for new technologies and devices. In this paper，a new method based on micro phase measurement unit，termed μPMU or microsynchronal phase，is proposed to locate the fault in the active distribution network. The location method uses the voltage and current information of μPMU on one terminal to search for faults on every line segment，the candidate faults and its fault distance are calculated. To get the actual fault location，the pseudo fault locations are eliminated by voltage phase relationship between fault voltage and measured voltage of μPMUs on two terminals. The simulation results show that the location method has high position accuracy in the active distribution network，satisfying different types of fault with simply installing μPMUs only on the two terminals of the circuit. And the method still has high location accuracy with the influence of high DG penetration and high impedance faults.

KEY WORDS：active distribution network；fault location；distributed generation；μPMU

作者簡(jiǎn)介：

收稿日期：2013-07-04。

基金項(xiàng)目：國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃（863計(jì)劃）（2014AA051 901）資助。

文章編號(hào)：1674- 3814（2016）03- 0072- 06

中圖分類(lèi)號(hào)：TM771

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A