基于PSCAD的电网故障选线算法仿真研究

袁阳

摘要：在电网运行中，如果线路发生故障必然会引起监测引号异常，然而由于系统实际运行中状况复杂、故障电流不易感知、故障类别多样等特点，对故障线路选线的准确程度带来了较大的考验。针对PSCAD的故障选线方法开展了仿真验证，试验结果表明了该方法的正确性和适用性，为线路故障预防水平的提升提供有力支撑。

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.

关键词：故障选线；仿真分析；配电网；PSCAD

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

中图分类号：TM862 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）30-0170-02

0 引言

随着经济的迅速发展，现代电力系统的规模也日趋庞大，其电压等级由居民用电的400V向特高压输电（±1000kV交流、±800kV直流）大幅度跨越，形成了长距离输电与大范围供电的系统复杂运行现状。电能是关乎国计民生的重要战略资源，因此，电力供应的可靠性直接影响了社会的发展和人们的生产生活。当前，电网覆盖范围广泛，运行方式多样，运行环境复杂，不仅在各类地形复杂、条件恶劣的区域易于出现事故，而且在广大城市中，由于线路铺设密集，并受到城市中各类复杂因素的影响，输电线路也极易出现缺陷故障。一旦线路发生故障甚至事故，对于电力职工的巡线排查工作将十分艰巨和繁重，需要大量的时间寻找故障点并恢复正常供电。因此，针对输电线路的故障选线工作显得尤为重要，如果能够及时准确地判断线路故障位置，则能够在最短的时间内降低停电对经济和社会造成的不良影响，保证生产生活的正常运行[1]。

1 故障选线研究概述

当前国内外对输电线路故障选线的研究重点和关注对象的不同，导致针对故障选线研究以及采取的应对措施也大相径庭。当前，能够快很准的辨识出现事故的电力线路和事故位置是继电保护研究人员始终奉行的工作原则，同时，目前的多种类型的故障检测设备及应用方法也已经由国外的电力系统研究院研究出来，也对应取得了一定的科研成果[2-3]。

前苏联广泛采用的是小电流接地系统，并且在其国内对于该系统所选取的保护原则、设备要求都给予了高度的重视，在该领域形成了大量的学术成果。同时，专业研究人员研究了各种类型的故障检测装置，极大地提升了该系统用途的多样性，保证它在供电、煤炭等多行业中的广泛运用。同时，零序参量法、群体比幅原理等相关原理被用来保护该系统。该类型系统在日本普遍应用于各种工业类型中。其保护原理因为采用了电阻接地或中性点不接地形式，所以比较简易可行。因为前苏联在怎样计算得到零序电流数据以及接地位置的分段方面近几年投入了很大精力，所以关于利用新型材料（如光纤）研究出来的电力传输线路和电缆设备的检测试验都取得了成功。但是，在欧美的电力研究领域，该类型系统被广泛认为是很难在单相接地的保护得以实现的，而且因为这一方法会导致比较严重的过电压，所以为了保证在避免使用小电流接地方法的同时还能保证可靠的供电，他们愿意对电网架结构加大投资力度[4-5]。

2 基于PSCAD的故障选线算法

采用PSCAD仿真计算平台，搭建了仿真实验模型，针对故障选线方法之一——基于小波包分解的故障选线法开展仿真研究。图1给出了具体仿真流程示意图。

运用PSCAD对中性点经消弧线圈接地的10kV系统在各种情况下开展了仿真实验研究，设置了不同类型的故障点、过渡电阻、合闸角以及各类型的故障馈线。以下列出了几类典型的故障状况及其具体的选线过程。

故障：系统馈线1的A相在相电压峰值（t=0.25s）出现单相短路接地事故，故障位置与母线相距2km处，接地电阻，经仿真后可得到故障馈线1和正常工况馈线2的零序电流波形以及对应母线的零序电压，如图2和图3所示。

①确定故障时间及其采样区间。母线零序电压信号高频细节D1重构后的模极大值点为dlm=2511，除以采样频率后可以得出故障时间为0.2511s，较之给定的故障发生时刻的差别为0.0011s，具有较高的精确度。取故障前0.25周，故障后0.75周为采样区间，经计算得采样区间为[0.2461s，0.2661s]。

3 结语

输电线路运行管理是电力系统专业技术人员需要时刻面临的关键问题，如何合理判断电力网络中线路出现的缺陷故障，准确分析故障原因并給出有效的解决措施和预防手段，减少线路运行事故对用户造成的影响，是每一个供电职工应该正确对待的问题。

采用PSCAD仿真软件构建了10kV的配网系统的仿真模型，并利用Matlab软件编写故障选线程序。给出详细的故障仿真分析结果，并以图表的方式具体给出了各类仿真设置改变时的试验结果分析，验证了基于小波包分解的故障选线方法的正确性和适用性。

参考文献：

[1]陈化钢.配电网过电压及其故障分析[R].沈阳：东北电力试验.

[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，李泽，赵祖康.国际电工委员会第57技术委员会1998年会议概述[J].电力系统自动化，1998，22（10）：45-49.

[4]谭文恕.电力系统无缝通信系统体系[J].电力自动化设备，2001，21（11）：1-5.

[5]李光辉，高虹亮.架空输电线路运行与检修[M].北京：中国三峡出版社，2000，10.