第7讲-配电网馈线自动化基于FTU的馈线自动化-杨健维精

1、 1配电网络自动化第六讲基于FTU的馈线自动化-> 2014年诵羽日本讲要点 6.1基于FTU的馈线自动化体系结构 6.2 FTU单元简介6.3基于FTU的配网故障定位建模6.4配电网故障定位的人工智能方法馈线(配电线路)自动化模式基于开关设备的馈线自动化模式基于亟合器的馈线自动化系统的不足基于瑕合器的馈线自动化系统，仍存住一些缺陷，具体有：(1) 采用合番-分段笏配合时，如果纯路故障，位于主变电所的 出统斷路器的保护査找，导致馈钱失压后，分段开关才今闸A. 切断故障时间很长。B. 依靠販合器成主变电所岀线断路陆的继电保沪装暫保护整条惯线，降低 了系统可揺性C. 由于必须分斷朿合器或左变

2、电所的出线斯路器，因就实际扩大了事故范D 当采用朿合器与电压一时间型分段裾配合科离开环运行的环状网的故 障区段时，宴便联络开关另 制的健全区域所仃的斤关都分次闸，造成供电 中断，更加扩大了M故的影响范I5L(2) 不繼在远方通过遥控完成正常的倒的操作(3) 不能实时此视线路的负荷，无法拿援用户用电规律；在故耳区段隔离后，在恢 复健全区段供电时.也无法确定最优方案。基于FTU的馈线自动化模式馈线（配电线路）自动化模式变电站4LJ_LL|ftu|_ ( _ _- 网关一 环开一:变电站41CBLt LL1t 5 tr i:|ftu| FTU J;1调度中心1V3 ;CB断路器：s负荷开关（或斯路器

3、）；F一故障点：FTU配电线路终城单元：L一分支负荷6.2 FTU单元简介馈线远方终端FTU馈线远方终端（FTU"要用于监视与控制配电系统中的 变压器、断路器、重合器、分段器、柱上负荷开关、环网 柜、调压器、无功补偿电容器等设备的，并与配电自动化 主站通信，提供配电系统运行监视及控制所需的信息，执 行主站给出的对配电设备的调节和控制n一般来说，配电自动化远方馈线终端应具有数据采集 与处理、监控、保护、远动通信等功能，6.1基于FTU的馈线自动化系统结构典型的甚于FTU的馈线门动化系统的组成如F图所示：配电网自动化控制中心计算机网络(SCADA)区域I：作站区城昨站区域I作站通讯线馈线

4、控制线FTU 分段开关联络开关6.1基于FTU的馈线自动化系统结构描述：由现场FTU将采集到的故障信息上送主站，由主站的应 用模块经计算君，得出故障隔离与恢复方案，再下达给FTU 执行。分为3个层次： 配电终嫂层完成故障的检测和信息上送； 配电子站完成本区域的故障处理和控制； 主站完成全网的管理与优化。6.2 FTU单元简介 FTU功能性能要求遥信功能,遥测功能'厂遥控功能。”对时功能。统计功能。-事件顺序记录。尸事故记录。”定值远方修改和 召唤定值。A自检和自恢复 功能.”远方控制闭锁与 手动操作功能。6.2 FTU单元简介-远程通信功能。-抗恶劣环境。 雷电”环境温度防雨、防湿 风

5、沙 振动一厂电磁干扰-具有良好的维修性。”可靠的电源, FTU功能性能要求遥信功能：FTU应能对柱上开关的当前位置、通信足否正常、 贮能完成情况等重要状态量进行采集。若FTU自身有微机继电保护功能的话，还应对保护 动作情况进行遥信。6.2 FTU单元简介 FTU功能性能要求遥测功能：(1) 采集线路的电压、开关经历的负荷电流和有功功率、无 功功率等模拟量。(2) 采集功能要能适应输入电流较大的动态变化范围。(3) 对于测就故障电流一般采用全波或者半波傅氏算法，止 常量采用均方根算法。(4) 用于保护的数据和用于测量的数据一般不能共享，必须 独立采集。 FTU功能性能要求遥控功能：FTU应能接受

6、远方命令控制柱上开关合闸和跳闸，以 及启动贮能过程。6.2 FTU单元简介 FTU功能性能要求 统计功能：FTU应能对开关的动作次数和动作时间及累计切断电流的水平进行监视。对时功能：FTU应能接受主系统的对时命令，以便和系统时钟保持嗷。 FTU功能性能耍求事件顺序记录（SOE）：记录状态量发生变化的时刻和先后顺序。事故记录：记录啡故发生时的鼓大故障电流和爭故前一段时间（一般是1min）的平均负荷.以便分析事故，确立故障区段，并为恢复傩全区段供电时进行负荷巫新分配提供依据。6.2 FTU单元简介 FTU功能牲能煙求定值远方修改和召唤定值：为了能够在故障发生时及时地起动事故记录等过程，必须对FTU

7、进行整定，并H整定值应能随着配网运行方式的改变为 自适应。因此，应使FTU能接收DAS控制中心的指定修改值，并使DAS控制中心可以随时召唤FTU的当前整定值。 FTU功能性能要求自检与自恢复功能：（1）FTU能检测自身设备故障，并在设备自身故障时及时告 警。（2）FTU旦干扰造成死机，可以通过监视器重新复位系统恢 复正常运行。远方控制闭锁与手动操作功能：在检修线路或开关时，相应的FTU应能具有远方控制闭锁的功 能，以确保操作女全，避免误操作造成的恶性事故。手动合闸/ 跳闸按钮作为备用。6.2 FTU单元简介 FTU功能性能要求具有良好的维修性：FTU安放于分段开关处，因此当FTU故障时必须能够

8、不停电 检修，否则会造成大面积停电。可靠的电源：当故障或其他原因导致电路停电时，FTU应保持有工作电源, 需要FTU卜.报的故障信息进行故障区段判析。此外，在恢复 线路供电时，也需要可壽的操作电源。种馈找RTU (FTU)的结构4«jfxanr«r *a<KR writi机侥tt tJf* FTU功能性能耍求-电度采集：积分电气量获得电能值。-微机保护：利用开关本体中的CPU交流采样 构成的微机保护。”故障录波：用于判断单极接地区段。6.2 FTU单元简介:柱上开关控制器FTU»a«is*<r电电 开关刀4»BiSK内机壳、外机壳，

9、对恶劣环境的适应性、防宙.防甫.防潮：2、远方控制/闭锁：当检修操作时.週免由于控劇中心误遥控对设备和人身安全造成伤害6.3基于FTU的配网故障定位建模配电网"动化控制中心计口机网ESCADA)区域【:作站区域匸作站区域工作站控制战通iN线分段开关联络开关断路棒|rw问題1:怎么由计算机来 实现故障区段定位与隔离？问題2：实际应用中复杂 故障或者信息丢失、错误 怎么办？6.3基于FTU的配网故障定位建模1257；64 C36.3基于FTU的配网故障定位建模:故障区段状杰FTU信息：-屮(3-1)1。,其他馈线区段状态：0表示正常，1表示故障故障区段判断一矩阵算法1 矩阵算法定义：对网

10、络屮的个开关进行编号，根据网络的拓扑结 构和各开关的连接关系形成网络描述矩阵，再结合故 障信息形成故障判断矩阵，根据故障判断矩阵就可 判断出故障发生的位置。2 基本原理：判断故障区段只需根据馈线沿线各开关是否流过 故障电流就可以了。假设馈线匕岀现故障.显然故障 区段位于从电源侧到末梢方向最后一个经历故障电流 的开关和第一个未经历故障电流的开关Z间的区段。故障区段判断矩阵算法1234567第一步：网络描述矩阵联络开关0100000 01 00 1I 00 10 00 00 00 00 00 01 00 11 0将馈线上的断路器.分段开关和联络开 关当作节点井进厅編号，假设共有N个节 点，则可构造

11、一个NxN维方阵，若第I个节 点和第j个巧点之间存在一条馈线则位于 第I行第j列釣元責和位于第I行第I列的元 素均置1并称这两个节点为相邻节点 反之给不存在馈找的节点所对应的元素 豐0.故障区段判断第二步：故障信息矩阵0 0 0 00 0 0 00 0 100 00 00 00 01 00 10 00'000001如果第I个节点的开关经历了超过整定 值的故障电流.则故障信息矩阵的第i 行第I列的元tS09反之如果第I个节点 的开关未经历超过整定值的故障电流. 则第i行第i列的元故障信息矩阵 的其它元素均BL0.第三步：故障判断矩阵（1、异或算法判断2、规格化）P = 9（DxG） =

12、9（ P）00001010 0 0 0 0 o o T| o o o | o | o m o o o i| o i 0 0 0 100 0 0 0 10 0 0 0 00000010联络开关p34 XOR p43 = 0; p45 XOR p54 = 0; p56 XOR p65 = 0; p67之间.XOR p76 = 0;只有p23 XOR p32 = 1 ,因此故障点在节点2和31、为何用异或算法?故障区段判断C C1234567I_I联络开关对于树状网，故障区段位于从电源到末梢方向第一个未经历 故障电流的节点和最后一个经历了故障电流的节点之间，根据网 络描述矩阵和故障信息矩阵的定义和故

13、障判断矩阵的得出方式， 如果一条馈线段的一个节点经历了故障电流而另一个节点未经历 故障电流，则在故障判断矩阵中这两个节点对应的两个元素必然 不相同，而若该馈线段的两个节点均经历了故障电流或均未经历 故障电流，则在故障判断矩阵中这两个节点对应的两个元素必然 相同，为此在根据故障判断矩阵进行故障区段判断时，必须采用 异或算法。2、为何规格化？0100 00 01000 10 00001 01 0D =0010 11 10101 0()10011 00 0.0001 10 0ro o0 00000 00 00000 01 0000G=0 00 00000 00 00000 00 00100 00 0

14、001C C C125700()Pn 二 D G 二 000*00 0 0 0 0o 0f5b 1 o| i |oo i0 0 0 0 00 10 0 00 o o|"o"o0()00误判！ ！故障区段判断C C C1257如果不进行规格化而直接采用P'作为故障判断矩阵，对于复杂 的网络就会出现判断失误：如对于上图所示的例子，若不进行规格化则会错误地认为 故障点也可能位于节点5和节点7之间。规格化实际上反映的是 这样的物理含义：假设故障是单一的，若一个未经历故障电流 的节点的所有相邻节点中至少存在两个节点经历了故障电流， 则该节点不构成故障线段的一个节点，这个论断是

15、显然正确的。算法中，断路器、分段开关和联络开关均同样看待不必加以 区分，因此应用非常方便.这种方法便于生成统一的程序，并 有利于激发出新的馈线保护原理.P = 9(DxG) = S(P)规格化的做法：若D阵中的元素dmj、dnjdXj为1,并且G阵中gjj=1时，需对P'阵中第j行和第j列的元素进行规格化处理，若gmm、gnngkk至少有两个为0,则将P'阵中第j行和第j列的元索全置0；若上述条件不满足时，P'阵中相应的元素值不变.故障区段判断实例0 00 1'00 110 0 01 0 00 1 01 1FT0 0 10 0 01 0 0ro 0 0 0 0

16、0o'fo 0 0 0 0 0 o'0 0 0 0 0 000 0 0 0 0 0 00 0 1 0 0 000 0 0 0 0 1 00 0 0 0 0 00Pn = DxG= 0 0 1 0 0 110 0 0 0 0 000 0 0 0 0 0 10 0 0 0 0 1JL0 0 1 0 0 0 0L0 0 o o 0 o10 0 0 0 0 0 0故障区段判断实例00000000000100010011000000100100000000000ro 0 0 0 0 0 0Pn D G由于d47=d57=1且g77T,因此要对P 阵中的第7行和第7列元素进行规格化 处理.

17、又由Tg44=g55=0,因此 pi7=p7l=0.经上述规格化后得到故 障判斷矩阵P为p36XORp63=0;p43 XORp34 = 1,p46 XOR p64 = 1;因此故障点可 能在节点4和3之间或在 节点4和6之间000000000000000000010P"Pn)二001001°00000000010000一 0000000J矩阵算法的不足对此算法进行分析可知它存在着不足：(1) 存在盲区，对馈线末端故障不能判断。根据上边步骤所得故障判断矩阵为00o'p=000000 利用上边方法进行异或运算，判断出没有故障发生, 判断错误，此方法失效。矩阵算法的不足

18、(2) 不能解决环网故障以及多重故障。规格化假设只发生单一故障。(3) .需要进行矩阵运算和烦琐的规格化处理，运算 复杂，计算量大。从规格化的做法来理解：若D阵中的元素dmj、dnjdkj为1,并且G阵中gjj = 1时，需对P'阵中第J行和第j列的元素进行规格化处理，若gmm、 gnn gkk至少有两个为0,则将P'阵中第j行和第j列的元素 全置0；若上述条件不满足时，P'阵中相应的元素值不变.改进的矩阵算法改进统二矩阵算法1在统一矩阵算法的星础上进行了改进，加入了零节点，解决了末靖 故障问题，但环网故障和多重故障问题仍没有解决.简单矩阵算法【2】不必对故障矩阵进行

19、规格化处理，可宜接判断.缺点：a不能判 断馈线末瑞故障.b.不能解决环网故障以及多匣故障问题.c.需要矩阵相 乘运算，运算量大.配电网故障定位的新统一矩阵算法【3】规定正方向，与实际功率方向相比，可解决环网问题.1、刘会家，王峥，陈玮.配电网故障定位统一矩阵再法的改进.三峡大学学 报,2002,24(4):308-310.2、黄力.配电网故障定位的简单矩阵算法.湖北电力,2005.29:133、夏雨,姚月娥刘全志王章启.配电网故隔定位与隔离的新统-矩阵算 法，高电压技术,2002,28(3):4-8. 1基于网形结构矩阵的故障定位算法 2线路末梢发生故障的定位算法1基于网形结构矩阵的故障定位算

20、法1 矩阵算法定义：对网络中的个开关进行编号，根据网络的拓扑结 构和各开关的连接关系形成网络描述矩阵，再结合故 障信息形成故障判断矩阵，根据故障判断矩阵就可 判断出故障发生的位置。2 特点不需要规格化处理。基本原理：对于任一馈线区间的两端节点，定义功率注入点为 父节点，功率流出点为子节点。结合辐射状配电网 的特点，可以得到：任一子节点有且仅有一个父节 点，任一父节点可对应多个子节点。1基于网形结构矩阵的故障定位算法网络描述矩阵r>jI节点i有子节点/0其他000001000000故障信息矩阵G1）故障信息矩阵的对角线尤素：./节点i过流 乩=S0节点/不过流2）故障信息矩阵的非对角线元素

21、g；=0100000010000000000G =0001000000100000001基于网形结构矩阵的故障定位算法故障判断矩阵P故障判断原則：对开环辐射状运行的配 电网而官，如果馈线区间发生单更故障， 则其对应的父节点存在故障过电流，对应的所有子节点均不存在故障过电流。判断原则：巧T对所有的片：=1的节点j,都有P：严故障判断矩阵Pr = d*+g*0 0 0 0判断原则:p;=l00000 0 0 0对所有的片;=1的节点j,都有1基于网形矩阵的故障定位算法故障判断矩阵00000峪小X=b10 0 0（）010 0 0 0o 1 rn oo o i T|0 0 0 00000不淸足条件，区段12为非故偉区段；(2)P：；1P；】 £；】不淸足条件.区段25为非故障1段：兀=1 P；=0，漬足条件.区段34为故St区段；>(4)15-1, P3>1 ., £>1P>1.不满足条件,区段45和"邙为非故随区段“判断原则：p;=l对徐有的斤=1的怜点j,都有P；=o2线路末梢发生故障的定位算法1 矩阵算法定义：对网络中的个开关