基于PSCAD的電網(wǎng)故障選線算法仿真研究

袁陽(yáng)

摘要：在電網(wǎng)運(yùn)行中，如果線路發(fā)生故障必然會(huì)引起監(jiān)測(cè)引號(hào)異常，然而由于系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行中狀況復(fù)雜、故障電流不易感知、故障類別多樣等特點(diǎn)，對(duì)故障線路選線的準(zhǔn)確程度帶來(lái)了較大的考驗(yàn)。針對(duì)PSCAD的故障選線方法開(kāi)展了仿真驗(yàn)證，試驗(yàn)結(jié)果表明了該方法的正確性和適用性，為線路故障預(yù)防水平的提升提供有力支撐。

Abstract： In the operation of the power grid， if the line fails， it will inevitably cause the monitoring quotes to be abnormal. However， because the conditions in the actual operation of the system is complicated， the fault current is not easy to be perceived， and the fault categories are diverse， it brings big test to the accuracy of the line selection of the fault line. The simulation verification of PSCAD-based fault line selection method is carried out. The test results show the correctness and applicability of the method and it provides strong support for the improvement of line fault prevention level.

關(guān)鍵詞：故障選線；仿真分析；配電網(wǎng)；PSCAD

Key words： fault line selection；simulation analysis；distribution network；PSCAD

中圖分類號(hào)：TM862 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2018）30-0170-02

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，現(xiàn)代電力系統(tǒng)的規(guī)模也日趨龐大，其電壓等級(jí)由居民用電的400V向特高壓輸電（±1000kV交流、±800kV直流）大幅度跨越，形成了長(zhǎng)距離輸電與大范圍供電的系統(tǒng)復(fù)雜運(yùn)行現(xiàn)狀。電能是關(guān)乎國(guó)計(jì)民生的重要戰(zhàn)略資源，因此，電力供應(yīng)的可靠性直接影響了社會(huì)的發(fā)展和人們的生產(chǎn)生活。當(dāng)前，電網(wǎng)覆蓋范圍廣泛，運(yùn)行方式多樣，運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜，不僅在各類地形復(fù)雜、條件惡劣的區(qū)域易于出現(xiàn)事故，而且在廣大城市中，由于線路鋪設(shè)密集，并受到城市中各類復(fù)雜因素的影響，輸電線路也極易出現(xiàn)缺陷故障。一旦線路發(fā)生故障甚至事故，對(duì)于電力職工的巡線排查工作將十分艱巨和繁重，需要大量的時(shí)間尋找故障點(diǎn)并恢復(fù)正常供電。因此，針對(duì)輸電線路的故障選線工作顯得尤為重要，如果能夠及時(shí)準(zhǔn)確地判斷線路故障位置，則能夠在最短的時(shí)間內(nèi)降低停電對(duì)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)造成的不良影響，保證生產(chǎn)生活的正常運(yùn)行[1]。

1 故障選線研究概述

當(dāng)前國(guó)內(nèi)外對(duì)輸電線路故障選線的研究重點(diǎn)和關(guān)注對(duì)象的不同，導(dǎo)致針對(duì)故障選線研究以及采取的應(yīng)對(duì)措施也大相徑庭。當(dāng)前，能夠快很準(zhǔn)的辨識(shí)出現(xiàn)事故的電力線路和事故位置是繼電保護(hù)研究人員始終奉行的工作原則，同時(shí)，目前的多種類型的故障檢測(cè)設(shè)備及應(yīng)用方法也已經(jīng)由國(guó)外的電力系統(tǒng)研究院研究出來(lái)，也對(duì)應(yīng)取得了一定的科研成果[2-3]。

前蘇聯(lián)廣泛采用的是小電流接地系統(tǒng)，并且在其國(guó)內(nèi)對(duì)于該系統(tǒng)所選取的保護(hù)原則、設(shè)備要求都給予了高度的重視，在該領(lǐng)域形成了大量的學(xué)術(shù)成果。同時(shí)，專業(yè)研究人員研究了各種類型的故障檢測(cè)裝置，極大地提升了該系統(tǒng)用途的多樣性，保證它在供電、煤炭等多行業(yè)中的廣泛運(yùn)用。同時(shí)，零序參量法、群體比幅原理等相關(guān)原理被用來(lái)保護(hù)該系統(tǒng)。該類型系統(tǒng)在日本普遍應(yīng)用于各種工業(yè)類型中。其保護(hù)原理因?yàn)椴捎昧穗娮杞拥鼗蛑行渣c(diǎn)不接地形式，所以比較簡(jiǎn)易可行。因?yàn)榍疤K聯(lián)在怎樣計(jì)算得到零序電流數(shù)據(jù)以及接地位置的分段方面近幾年投入了很大精力，所以關(guān)于利用新型材料（如光纖）研究出來(lái)的電力傳輸線路和電纜設(shè)備的檢測(cè)試驗(yàn)都取得了成功。但是，在歐美的電力研究領(lǐng)域，該類型系統(tǒng)被廣泛認(rèn)為是很難在單相接地的保護(hù)得以實(shí)現(xiàn)的，而且因?yàn)檫@一方法會(huì)導(dǎo)致比較嚴(yán)重的過(guò)電壓，所以為了保證在避免使用小電流接地方法的同時(shí)還能保證可靠的供電，他們?cè)敢鈱?duì)電網(wǎng)架結(jié)構(gòu)加大投資力度[4-5]。

2 基于PSCAD的故障選線算法

采用PSCAD仿真計(jì)算平臺(tái)，搭建了仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，針?duì)故障選線方法之一——基于小波包分解的故障選線法開(kāi)展仿真研究。圖1給出了具體仿真流程示意圖。

運(yùn)用PSCAD對(duì)中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的10kV系統(tǒng)在各種情況下開(kāi)展了仿真實(shí)驗(yàn)研究，設(shè)置了不同類型的故障點(diǎn)、過(guò)渡電阻、合閘角以及各類型的故障饋線。以下列出了幾類典型的故障狀況及其具體的選線過(guò)程。

故障：系統(tǒng)饋線1的A相在相電壓峰值（t=0.25s）出現(xiàn)單相短路接地事故，故障位置與母線相距2km處，接地電阻，經(jīng)仿真后可得到故障饋線1和正常工況饋線2的零序電流波形以及對(duì)應(yīng)母線的零序電壓，如圖2和圖3所示。

①確定故障時(shí)間及其采樣區(qū)間。母線零序電壓信號(hào)高頻細(xì)節(jié)D1重構(gòu)后的模極大值點(diǎn)為dlm=2511，除以采樣頻率后可以得出故障時(shí)間為0.2511s，較之給定的故障發(fā)生時(shí)刻的差別為0.0011s，具有較高的精確度。取故障前0.25周，故障后0.75周為采樣區(qū)間，經(jīng)計(jì)算得采樣區(qū)間為[0.2461s，0.2661s]。

3 結(jié)語(yǔ)

輸電線路運(yùn)行管理是電力系統(tǒng)專業(yè)技術(shù)人員需要時(shí)刻面臨的關(guān)鍵問(wèn)題，如何合理判斷電力網(wǎng)絡(luò)中線路出現(xiàn)的缺陷故障，準(zhǔn)確分析故障原因并給出有效的解決措施和預(yù)防手段，減少線路運(yùn)行事故對(duì)用戶造成的影響，是每一個(gè)供電職工應(yīng)該正確對(duì)待的問(wèn)題。

采用PSCAD仿真軟件構(gòu)建了10kV的配網(wǎng)系統(tǒng)的仿真模型，并利用Matlab軟件編寫故障選線程序。給出詳細(xì)的故障仿真分析結(jié)果，并以圖表的方式具體給出了各類仿真設(shè)置改變時(shí)的試驗(yàn)結(jié)果分析，驗(yàn)證了基于小波包分解的故障選線方法的正確性和適用性。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳化鋼.配電網(wǎng)過(guò)電壓及其故障分析[R].沈陽(yáng)：東北電力試驗(yàn).

[2]B. Gustavsen， G. Irwin， R. Mangelrod， D. Brandt， K. Kent， Transmission Line Models for the Simulation of Interaction Phenomena Between Parallel AC and DC Overhead Lines[C]. IPST '99 Proceedings， 1999：61-67.

[3]辛耀中，李澤，趙祖康.國(guó)際電工委員會(huì)第57技術(shù)委員會(huì)1998年會(huì)議概述[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，1998，22（10）：45-49.

[4]譚文恕.電力系統(tǒng)無(wú)縫通信系統(tǒng)體系[J].電力自動(dòng)化設(shè)備，2001，21（11）：1-5.

[5]李光輝，高虹亮.架空輸電線路運(yùn)行與檢修[M].北京：中國(guó)三峽出版社，2000，10.