毕业设计辐射状中低压电网故障隔离方案研究.docx

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毕业设计辐射状中低压电网故障隔离方案研究

目录

摘要1

关键词1

Abstract1

Keywords2

1绪论3

1.1课题背景及意义3

1.2研究现状3

1.3本论文研究的主要工作4

2基于FTU的辐射状中低压电网故障隔离系统的组成4

2.1农村、城郊辐射网的特点4

2.2基于FTU的辐射状中低压电网故障隔离系统的组成5

2.2.1FTU如何检测故障电流6

3基于FTU辐射状中低压电网故障隔离矩阵算法7

3.1算法基本原理7

3.2网络描述矩阵7

3.3馈线节点故障信息矩阵8

3.4故障判断矩阵9

4FTU介绍9

4.1FTU的性能要求9

4.2FTU的基本功能10

4.3结构设计11

4.4FTU模式下的故障处理12

5无线扩频通信技术14

5.l扩频通信技术简述14

5.2经济技术比较15

5.3无线扩频通信在辐射状电网故障隔离系统中应用分析15

6结论15

参考文献16

致谢18

辐射状中低压电网故障隔离方案研究

摘要

配电自动化是近几年发展起来的新兴技术。

配电自动化系统是应用现代电子技术、通信技术、计算机及网络技术，将配电网实时信息、离线信息、用户信息、电网结构参数、地理信息进行集成，构成完整的自动化及管理系统。

在电力系统自动化的发展过程中，馈线自动化是整个电力系统自动化的主要功能之一。

它对于提高供电的可靠性、降损节能、改善供电质量来说至关重要。

同时FTU也是馈线自动化的重要部分之一，因为所有命令的执行和数据的采集都是由FTU来实现。

而该文主要完成的就是对馈线自动化中关键部分—FTU的研究。

同时对馈线自动化的优化进行了探讨。

主要研究的内容与成果有：

1.提出了故障处理的解决方案。

2.在配电自动化系统中，FTU与上一级子站或主站需要传输各种数据、发送和接收各种控制命令，FTU与FTU及其它智能设备间也可能需要传递信息。

针对这种传送信息的不同，对各种通信规约进行了分析与比较。

3.根据FTU的基本功能完成了其系统框图和流程图的设计。

关键词：

馈线终端单元；馈线自动化系统；故障隔离

RadialMiddleandLowVoltagePowerGridsinthe

StudyofFaultIsolationProgram

Abstract

DistributionAutomationisanewdevelopingtechnologyinrecentyears.

Theacombinesreal-timeinformation,userinformation,networkstructuralparameterandgeographicalinformationthroughthemodernelectronictechnologycommunication,computerandnetworktechnology,formintegratedautomationandadministratersystem.DuringthedevelopmentofPowersystemautomation,FeederAutomationisoneofthemainfunctionsinthePowerSystemAutomation.Itisessentialtoimprovethereliabilityoftheelectricitysupply,Lowertheelectricalenergyandsaveandimprovethequalityofpowersupply.AtthesametimeFTUisoneoftheimportantpartsofFeederAutomation,BecauseFTUcancollectdataandexecuteallthecommands.ThepaperintheFeederAutomationmainlyresearchesontheFTUwhichiskeyunit.Andthesametimeitdiscussestheautomaticoptimizationonfeeder.

Themaincontentsareasfollows:

1.Confirmthesolutionfordealingwiththemalfunction.

2.Indistributionautomationsystem,FTUtransmitsvariousdata,Sendsandreceivesvariouscontrolcommandsfromahigherlevelsubstationormainstation,ItmayalsoneedtotransmitinformationamongFTUorbetweenotherintellectualapparatu.Accordingtothedifferenceofsendinginformation,analzeandcomparevariouscommunicationprotocols.

3.DesignthesystemblockdiagramandtheflowdiagramaccordingtothebasicfunctionsofFTU.

Keywords:

FTU;Feederautomationsystem;FaultIsolation.

1绪论

1.1课题背景及意义

配电网线路和设备众多，绝缘等级低，受外界影响因素多，尤其是架空配电线路，收到雷击、鸟害、自然灾害和走廊树木等影响，使配电网故障频繁。

由于配电网的故障会给用户和电力公司带来不便和财产损失，现在电能在国家的经济和人们的日常生活中发挥着巨大的作用，因此必须对电网故障加以高度的重视。

故障隔离和处理是配电网的日常工作。

每一个电力部门以及发电厂都高度的重视电网故障，电网故障还会将发电机损坏的。

配电网的故障隔离可以采用基于配电开关相互配合的方法，也可以采用基于FTU的馈线自动化方法。

在实际的电网中，可以采用单一的方法，但是为了提高故障隔离的速度与准确性，通常在电网中，将两种方法同时采用。

城农网改造后，城郊和农村中压配电网以辐射状接线、树状接线等开环形式为主。

而中国是一个地大物博的国家，农村人口占多数，农村电网是电网的主要组成部分。

因此研究辐射状中压配电网故障隔离对提高供电可靠性具有重要意义。

1.2研究现状

随着农网改造的基本完成，农村配电网自动化水平有了很大的提高，故障定位与隔离技术也有了很大改进，现阶段采用的方法有两种：

一种是早期基于重合器、分段器的故障定位与隔离的方法，这种方法切断故障时问较长，短时间内就能扩大事故范围，恢复供电时无法进行全局最优网络重构。

另一种是基于FTU故障信息的配电网故障定位与隔离的方法。

该方法有两大类：

一类是根据配电网络的拓扑结构进行故障定位；另一类以遗传算法、神经网络算法为代表的人工智能型故障定位算法。

两种方法各有特点，文献[1]中以图论为基础，采用过热弧搜寻算法，其过程复杂，构成配电网络的导纳矩阵过于庞大;文献[2]中采用基于搜索树的算法，以电源为树根,以供电的末梢为树叶，需要对树中的每个节点进行搜索判断，其计算时间较长，程序繁琐；文献[3-5]中采用基于人工智能的遗传算法、神经网络算法和模糊推理算法,当网络拓扑结构发生变化时，需要重新构建函数或修改评价函数。

受配电网络建设成本的限制，我国农村配电主干线路采用智能控制开关，而配电变压器高压侧一般都采用高压负荷开关，只有少数配电变压器加装了测量装置，其测量点较少，致使FTU等智能终端上传的信息不能准确、全面地反映配电网络的实时运行状态，造成故障定位不准确。

1.3本论文研究的主要工作

本篇论文的主要工作是：

（1）了解配电网接线和配电开关设备的基本工作原理；

（2）了解馈线自动化系统的基本结构和功能；

（3）学习配电网故障隔离的基本方法和技术，并对各种方法的优劣进行比较；

（4）针对辐射状中压配电网，研究基于FTU的线路故障隔离方案。

2基于FTU的辐射状中低压电网故障隔离系统的组成

2.1农村、城郊辐射网的特点

我国农村地形复杂，用电负荷较分散，受其影响农村配电网的拓扑结构以树状为主，线路以架空裸导线为主，因而出现故障的概率高，影响面积较大：

在所有故障中，架空线路发生的瞬时故障占2／3以上，永久性故障则少于1／3。

在配电网发生故障后，如何根据FTU上报的信息及时准确地对出现故障的区域进行定位，并采取有效隔离措施，缩小停电面积、缩短停电时间、实现供电可靠性99.96％的目标。

采用配电网自动化技术是关键。

基于FTU的辐射状中低压电网故障隔离如图2-1。

当图A中1线路发生故障时，FTU检测到线路有故障，通过无线扩频技术将信息送到主站，主站根据故障情况，发出信号给线路1的FTU将给线路断开，其他线路将保持正常供电状态。

其余情况类似。

2.2基于FTU的辐射状中低压电网故障隔离系统的组成

基于FTU的辐射状中低压电网故障隔离系统是由主站及区域工作站，通信，FTU终端三部分组成的。

典型的基于FTU的辐射状馈线自动化系统的组成如图2-2所示。

图2-2典型的基于FTU的辐射状馈线自动化系统的组成

在如图2-2所示的系统中，各FTU分别采集相应柱上开关的运行情况，如负荷、电压、功率和开关当前位置、贮能完成情况等，并将上述信息由通信网络发向远方的配电网自动化控制中心。

各FTU还可以接受配网自动化控制中心下达的命令进行相应的远方倒闸操作。

在故障发生时，各FTU记录下故障前及故障时的重要信息，如最大故障电流和故障前的负荷电流、最大故障功率等，并将上述信息传至DAS控制中心，经计算机系统分析后确定故障区段和最佳供电恢复方案，最终以遥控方式隔离故障区段、恢复健全区段供电。

区域工作站实际上是一个通道集中器和转发装置，它将众多分散的采集单元集中起来和DAS控制中心联系，并将各采集单元的面向对象的通信规约转换成为标准的远动规约（如SC1801、CDT、DNP和Modus等），这样配电网自动化SCADA系统和变电站、开闭所的数据采集装置就可以直接借鉴调度自动化的成熟技术。

当线路的某一处发生故障时，现由FTU检测到故障电流，通过无线电通信技术将故障信息传送给主站，主站根据传送来的信息经过分析后，下达控制信息，再有FTU进行故障处理，下面将介绍FTU如何检测故障电流。

2.2.1FTU如何检测故障电流

对于辐射状网，树状网和处于开环运行的环状网，判断故障区段，只须根据馈线沿线各开关是否流过故障电流就可以了，假设馈线上出现单一的故障，显然故障区段应当位于从电源侧到末梢方向最后一个经历了故障电流的开关和第一个未经历故障电流的开关之间的区段。

值得一提的是，由于配电网中的开关整定困难，经常在发生故障以后，距故障最近的开关尚未跳开，其上级开关却先分断的现象，因此在故障后，不能仅依据开关的跳开情况来判断故障区段，例如图2-3所示的馈线，在e段故障，Q4拒分，Q3分断，根据开关位置不能判断故障区段，但根据是否经历了故障电流（图中标记“过流”）却能够作出正确判断（Q1,Q2,Q3,Q4均经历了故障电流，但Q5未经历故障电流，从而得出故障区段e段的结论）。