论文总字数：30178字

摘 要

配电网结构复杂、覆盖区域广泛，实际运行时容易受自然灾害和自身因素的影响，使得配电网设备或线路故障率高。因此在配网发生故障后，需要快速准确地找出故障发生的位置，并对故障进行快速排除。

针对配电网的故障诊断，并考虑到配网参数以及PMU量测的不确定性，本文介绍了一种基于PMU和区间计算的故障位置定位算法。具体研究内容如下：

1. 介绍了一种故障位置定位算法。该算法基于补偿定理与确定值计算，利用PMU量测的电压电流的变化量并结合线路参数进行电压的前推与回推，通过电压比较从而判断故障点的位置。
2. 研究了区间分析理论这种不确定量的表征形式，介绍了其在实数域和复数域内的运算法则。针对配网参数的不确定性及量测的误差，选择了区间分析理论作为处理工具，并进行了深入研究。
3. 提出了基于区间计算的故障位置定位优化方法。将使用确定值计算的故障位置判断方法进行优化，该算法可以在配电网参数以及PMU量测信息的不确定性的情况下，提高故障位置判断的准确率。本文对该算法进行了深入的研究，并使用该算法在MATLAB环境下对PSCAD中的算例进行了计算和分析。
4. 定义了故障可观性的概念。利用蒙特卡洛模拟对基于确定性计算和基于区间计算的故障判断算法的计算结果进行了故障可观性的对比，证明了基于区间计算的故障判断算法的有效性和准确性。

关键词：PMU；故障定位；区间运算；故障可观性

Abstract

Because of the complicated structure and wide coverage area, the operation of distribution network is easily influenced by natural disasters and factors itself, which can cause faults in power system. Therefore, after the distribution network fails, we should find out the location of the fault and eliminate the fault as quickly as possible.

Aiming at the fault diagnosis of distribution network, this paper introduces a fault location algorithm based on PMU measurement. Considering the uncertainty of distribution network parameters, the interval calculation is introduced to optimize the fault judgment method. The main contents of this paper are as follows:

(1) A fault location algorithm based on compensation theory is introduced. Based on the compensation theorem, the algorithm uses the variation of the voltage and current measured by the PMU and the line parameters to calculate the voltage. The position of the fault point is determined by voltage comparison. In this paper, the fault judgment method using the determined value calculation is evaluated in multiple failure scenarios.

(2) Interval arithmetic is studied, and its algorithm in the real and complex domains is introduced. According to the uncertainty of distribution network parameters and PMU measurement, the interval analysis theory is chosen as the processing tool and further research is carried out.

(3) A fault location optimization algorithm based on interval algorithm is proposed. The algorithm can locate the source of fault efficiently and accurately under the condition that the distribution network parameter and the PMU measurement information are uncertain. The algorithm is deeply studied, and the algorithm is used to calculate and analyze the examples in PSCAD under MATLAB environment.

(4) Define the concept of fault observability. The Monte Carlo simulation is used to compare and analyze the results of the fault diagnosis algorithm based on the deterministic calculation based and the interval calculation. The validity and accuracy of the fault location algorithm based on interval calculation is proved.

Key words: PMU; fault location; interval operation; fault observability

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1. 课题背景及研究意义 1

1.2. 课题的研究现状 2

1.2.1. 故障位置判断的研究现状 2

1.2.2. 不确定性问题的研究现状 3

1.3. 本文主要工作 4

第二章 基于确定值的配电网故障位置判断方法 5

2.1. 补偿定理 5

2.2. 故障点位置判断方法 6

2.2.1. 判断故障的区域 6

2.2.2. 前推节点电压 6

2.2.3. 回推节点电压 7

2.2.4. 确定故障位置 8

2.3. 算例分析 8

2.4. 本章小结 11

第三章 考虑参数不确定性的故障判断方法优化 12

3.1. 区间分析 12

3.1.1. 区间数定义 12

3.1.2. 区间数的运算法则 13

3.2. 基于区间计算的故障判断方法 14

3.2.1. 前推节点电压 14

3.2.2. 回推节点电压 15

3.2.3. 确定故障位置 16

3.3. 算例分析 17

3.4. 本章小结 18

第四章 故障可观性分析 20

4.1. 故障可观性的定义 20

4.2. 基于蒙特卡洛模拟故障可观性分析 20

4.2.1. 蒙特卡洛模拟的介绍 20

4.2.2. 蒙特卡洛模拟的方法 21

4.3. 算例分析 22

4.4. 本章小结 26

第五章 总结与展望 28

5.1. 总结 28

5.2. 展望 28

参考文献 30

致 谢 32

绪论

课题背景及研究意义

工业社会之后，电力的发展在人类文明的前进中占据了不可或缺的地位。电网的输电能力随着电力系统的持续扩大以及电压等级的快速提高得到了大大增强，电网在不同地区之间的互通越发紧密。然而，电力系统运行时，由于系统本身和外界因素的影响，线路容易出现各种故障，由于局部电网故障引起的事故波及面扩大的概率也大大增加。若没有及时进行控制，将会对其他互联的系统造成影响，进而使经济蒙受巨大的损失。因此，在电力系统发生故障后，需要快速准确地识别故障并将故障及时排除。

目前，由于分布式电源的接入，电网的故障特征变得越加复杂，现有的基于SCADA/EMS信息和故障记录信息的故障诊断方法无法提供足够的信息，因此，如今随着在线故障诊断发展迅速，利用新的信息源进行准确、快速的故障诊断显得非常必要。

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