基于LabVIEW的故障定位改進(jìn)算法的實(shí)現(xiàn)

陳建林+楊淑連+郭昊霖

摘 要：運(yùn)用LabVIEW平臺(tái)實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)饋線自動(dòng)化中的故障定位功能。故障定位系統(tǒng)核心是網(wǎng)形結(jié)構(gòu)矩陣算法，網(wǎng)形矩陣算法采用改進(jìn)算法，摒棄以往矩陣算法繁瑣的計(jì)算過(guò)程及定位結(jié)果不準(zhǔn)確的缺點(diǎn)。LabVIEW平臺(tái)以數(shù)據(jù)采集卡為硬件基礎(chǔ)，確定配網(wǎng)故障數(shù)據(jù)，結(jié)合軟件中的網(wǎng)形結(jié)構(gòu)矩陣算法判據(jù)條件對(duì)其判斷，得出故障區(qū)間。

關(guān)鍵詞：LabVIEW；故障定位；軟件編程；矩陣算法

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.21.120

0 引言

配電自動(dòng)化系統(tǒng)故障定位功能實(shí)現(xiàn)的過(guò)程如下：當(dāng)配電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，系統(tǒng)通過(guò)故障定位算法對(duì) FTU （Feeder Terminal Unit）上傳的故障信息進(jìn)行定位計(jì)算，快速、精確地篩選出故障區(qū)間并將其隔離，保證停電范圍最小。配電網(wǎng)定位方法有很多，但大都處于理論狀態(tài)，這些方法中，已經(jīng)應(yīng)用于實(shí)際操作的故障定位方法有基于注入信號(hào)定位法和基于故障指示器定位法。其中基于注入信號(hào)法不能對(duì)配電網(wǎng)中的線路斷線故障進(jìn)行準(zhǔn)確定位，在實(shí)際操作應(yīng)用中效果不理想。另一種基于故障指示器的故障定位方法其應(yīng)用廣泛，但它無(wú)法對(duì)單相接地短路故障進(jìn)行故障定位，而實(shí)際上配電網(wǎng)中出現(xiàn)較多的故障就是單相接地短路故障。所以上述兩種故障定位方式難以滿足供電可靠性的要求。

1 LabVIEW開發(fā)矩陣算法的可行性分析

目前投入運(yùn)行的故障定位算法及相關(guān)系統(tǒng)，部分算法需處理巨量數(shù)據(jù)、運(yùn)算繁瑣；部分算法需故障數(shù)據(jù)上傳后運(yùn)算不直觀，缺少平臺(tái)支撐。選擇LabVIEW作為算法的開發(fā)工具，其有著自身的優(yōu)勢(shì)，利用LabVIEW進(jìn)行開發(fā)是可行的。

2 算法介紹

先以單電源配電網(wǎng)為例，如圖1是典型的單電源配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)圖，黑色填充的圓框?yàn)榉侄伍_關(guān)，白色方框?yàn)閿嗦菲?。把開關(guān)和開關(guān)之間及末梢饋線定義為饋線區(qū)間。然后對(duì)饋線區(qū)間和開關(guān)進(jìn)行編號(hào)，饋線區(qū)間編號(hào)為有圈數(shù)字①～ ⑤，開關(guān)編號(hào)為 1～5，兩者編號(hào)順序可以隨意。網(wǎng)絡(luò)中潮流方向如箭頭所示。

2.1 網(wǎng)絡(luò)描述矩陣M及故障判據(jù)矩陣Q

2.2 故障判據(jù)條件

根據(jù)故障判定矩陣 P 就可以判斷出故障發(fā)生的區(qū)間，判定條件如下。

（1）若，當(dāng)所有且時(shí)，有或-1，則故障發(fā)生在節(jié)點(diǎn)i和j之間的饋線區(qū)間。

（2）若，當(dāng)所有且時(shí)，有，則故障發(fā)生在節(jié)點(diǎn)i和j之間的饋線區(qū)間。

（3）若，當(dāng)所有且時(shí)，則節(jié)點(diǎn)i為饋線末端點(diǎn)，故障發(fā)生在節(jié)點(diǎn)i之后的末端饋線區(qū)間。

根據(jù)故障判定矩陣Q和故障判定條件，有：；，可以判定故障發(fā)生在節(jié)點(diǎn) 3和節(jié)點(diǎn) 5 之間，即為饋線區(qū)間④。

2.3 多電源環(huán)網(wǎng)饋線區(qū)間故障定位

圖2所示為三電源環(huán)網(wǎng)。

3 基于LabVIEW的算法設(shè)計(jì)

在實(shí)際應(yīng)用中，數(shù)據(jù)可通過(guò)采集系統(tǒng)獲得，在軟件測(cè)試環(huán)節(jié)中，數(shù)據(jù)由MATLAB仿真獲得，采用lvm文件導(dǎo)入LabVIEW中進(jìn)行分析運(yùn)算。

3.1 網(wǎng)絡(luò)描述矩陣M及故障判據(jù)矩陣Q的實(shí)現(xiàn)

首先由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集配網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，判斷開關(guān)個(gè)數(shù)，生成相應(yīng)的矩陣，當(dāng)故障出現(xiàn)時(shí)，網(wǎng)絡(luò)描述矩陣M中開關(guān)位置需手動(dòng)輸入，然后由程序進(jìn)行判斷形成矩陣M，根據(jù)各個(gè)開關(guān)上的 FTU 上傳的故障信息，將網(wǎng)絡(luò)描述矩陣中對(duì)角線上的元素進(jìn)行改寫，從而形成故障判定矩陣 Q 。

3.2 判據(jù)條件的實(shí)現(xiàn)

三條判據(jù)條件的實(shí)現(xiàn)主要用到LabVIEW編程軟件中的for循環(huán)函數(shù)，VI如下：

3.3 軟件主界面生成

在完成軟件的編程之后，需美化設(shè)計(jì)前面板，便于人為操作及查看數(shù)據(jù)。

4 軟件測(cè)試

使用MATLAB中的Simulink模塊建立圖2-1中的單電源配電網(wǎng)模型，電源為10kV三相交流電源，線路均采用100km輸電線模型。設(shè)置三相短路故障，采點(diǎn)頻率為1000。

得出故障前后各個(gè)開關(guān)（代表FTU）上的功率、電流及電壓波形，導(dǎo)入待測(cè)試的LabVIEW軟件，得出結(jié)果如圖5所示。

由結(jié)果可知，故障發(fā)生在開關(guān)3和5之間的饋線區(qū)間，符合算法結(jié)果。

5 結(jié)束語(yǔ)

介紹了用LabVIEW平臺(tái)實(shí)現(xiàn)改進(jìn)網(wǎng)形結(jié)構(gòu)矩陣算法的具體過(guò)程，經(jīng)測(cè)試可得此軟件可應(yīng)用到實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)中，本算法可配合基于LabVIEW的饋線自動(dòng)化分析平臺(tái)，在實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)下，可以及時(shí)反映配網(wǎng)中發(fā)生的各種故障。

參考文獻(xiàn)：

[1]蔡文智，陳德為.LabVIEW及其在電氣控制方面的應(yīng)用現(xiàn)狀[J].電氣開關(guān)，2007（03）：34-35.

[2]王華.LabVIEW在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用[D].西安科技電子大學(xué)，2006.

[3]李鋒，謝俊，蘭金波.饋線自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究[J].沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)，2011，32（02）：122-126.

[4]劉振亞.智能電網(wǎng)技術(shù)[M].中國(guó)電力出版社，2010.

[5]殷瑋珺，袁丁，李俊剛等.基于SDH網(wǎng)絡(luò)的廣域保護(hù)系統(tǒng)研究[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2011，39（05）：120-123，127.

作者簡(jiǎn)介：陳建林（1993-），男，學(xué)生，研究方向：配電網(wǎng)自動(dòng)化。endprint