基于同步数据采集的配电网故障识别技术研究文献综述

1. 文献综述：

1.关于配电网的模型：

文献[1]的第二章详细介绍了配电网的构成，包括配电网基本设备、网络结构、中性点接地方式以及配电自动化系统。

文献[1]的第五章简要的介绍了配电网故障后的重构的数学模型和配电网的网络拓扑。提出了一种用信息矩阵表示配电网的方法，即网基结构邻接表DT、弧结构邻接表CT、负荷邻接表LT在表示配电网。

文献[4]的第三章叙述了序网电路生成组件的设计开发，其内容包括电源和负荷等值电路模型、线路的等值电路模型以及变压器的等值电路模型。此外，还介绍了序网模型的设计方法。

文献[13]针对配电网的特点和故障恢复的需要，采用两层树状结构描述配电网的拓扑并以面向对象的方法实现了该模型。

文献[20]是电力系统的基础教程之一。该文献有助于查找基础知识，包括配电网的接线方式、城市配网的接线特点等等。

文献[24]的第二章提及了电力系统公共信息模型(CIM)，并提出基于CIM的电气网络拓扑结构分析简化对于提升电力计算分析效率有显著的效果的意义

文献[25]的第二章详细叙述了图论基础和配网拓扑，说明了配网接线方式和配网拓扑表示的联系。

1. 关于配电网的故障识别方法：

文献[1]的第三章对配电网单相接地故障进行了故障特征分析，包括稳态分析、暂态分析以及基于相模变换的故障稳态分析；第四章总结了现有的配电网故障选线方法，包括利用故障稳态信息、故障暂态信息以及融合信息的选线方法。

文献[2]的第一章介绍了我国配电网的主要特点以及配电网故障定位的研究现状。在后文中提出了基于相模变换和频谱分析行波的定位方法，该方法用于精度要求不高的场合，通过在变电站出口处安装电压测量装置来实施。

文献[3]主要叙述了一种断路器馈线故障和负荷开关馈线故障的处理方法。详细讲解了处理步骤并且做了优缺点分析。

文献[4]提出了一种结合机理模型和Petri网的混合故障诊断方法。方法采用了开关映射为指路、电网中其他设备映射为节点的方法，利用网络特性来判别故障原件。

文献[6]属于一篇概述性的文章，简要介绍几种传统的配电网故障检测方法以及在电气自动化背景下的改进，并对未来电网故障识别技术做出了自己的展望。

文献[7]的第二章2.4节叙述了智能电网自愈技术中的故障识别原理。针对辐射状配电网络，FTU实时检测电路三相电流，当检测到线路任何一相电流超过FTU过流定值，FTU生成过流信息，并向相邻FTU传送。

文献[8]针对互感器可能出现的隐藏故障类型进行分析总结。第四章详细介绍了互感器隐藏故障的识别方法，给出了特征矩阵和识别故障的流程图。

文献[9]对配电网故障自动定位技术研究涉及的主要内容，即故障选线、区段定位、故障测距进行了综述。

文献[14]分析了小电流接地故障定位技术现状和存在的主要问题，包括方法适用范围小，信号采集困难等等。提出了一种基于区段零序导纳的小电流接地故障定位方法，此方法利用了零模电流和零模导纳矩阵。提出了利用暂态线电压和暂态零模电流的小电流接地故障定位方法。分析了小电流接地故障时暂态线电压与暂态零模电流之间的相位关系，提出了利用线电压判断故障相的方法。

文献[15]提出一套配电网在线故障监测、诊断及预报系统方案。其中，文献提出了根据零序瞬时功率方向定位故障线路的方法。先抽取线路故障的零序电压和零序电流暂态分量，再计算零序瞬时功率，最后根据零序瞬时功率方向定位故障线路。

文献[17]提出了利用移动式比相法识别配电网接地故障的方法。移动式比相法利用比相判据进行故障定位，其重要因素是零序电压量和零序电流量。

文献[19]针对单相接地故障提出了利用小波包能量谱相对熵的故障定位方法。通过融合小波变换与信息熵引出小波包能量谱相对熵，并分析其对信号频率差异敏感、对信号采样频率级对时误差不敏感的特点，说明小波包能量谱相对熵能够用于配电系统的故障暂态电流差异识别，给出了利用小波宝能量谱相对熵进行故障定位的具体流程。

文献[21]在分析小电流接地故障稳态和暂态特征基础上，系统地介绍了各种故障选线和定位方法。内容包括基于稳态信息的选线和定位方法、基于暂态信息的选线和定位方法和基于稳态和暂态信息的融合选线方法。其中，以基于暂态信息的选线和定位方法为主，介绍了基于粗糙集理论和小波包分析的选线方法、基于粗糙集理论的选线方法、基于神经网络的选线方法、基于复合导纳的故障定位方法和基于Multi-Agent的智能配电网的故障定位方法等作者的创新性研究成果。

文献[22]按照先定位故障区段后定位故障点的思路，通过分析配电网不同接地方式下发生单相接地故障后的零序网络的特征，得到不接地系统故障区段定位原理和谐振接地系统故障区段定位原理。

文献[23]提出了多种注入信号方法的故障识别方法。分析线路上分布电感和分布电容对注入信号的影响，建立注入交流信号时线路的集中参数模型，得到定位可靠性和注入信号频率之间的函数关系。利用直流信号尽在注入点和接地点之间形成回路，定位可靠性高，可以解决一切单相接地故障的定位问题。另外，还可以将接地过渡电阻与线路长度之积作为判断指标来判断故障线路。

1. 关于信息量的处理方法：

文献[6]给出了在SCADA环境下，配电网信息的传播示意图，体现了现代配电网中信息量交互性的特点。

文献[8]的第三章结合城市配网实例给出了配电网健康状况评判过程中，对信息的处理方法，包括指标值计算和长期评价的数据处理方法。

文献[13]的第二章说明了使用节点电压法进行的配电网潮流计算方法，第三章叙述了基于粗糙理论的配电网故障诊断方法。

文献[15]提出了基于希尔伯特-黄变换的故障特征向量抽取方法来提取配电线路故障暂态信息，把零序电压的一阶本征模态分量的瞬时幅值在一个周波内的采样值之和作为判断故障的依据。

文献[19]对于相间短路故障提出了一种配电网故障定位改进矩阵算法。第四章详细说明了网络描述矩阵的构建方式，故障信息向量的处理方式和故障定位判据。

1. 关于同步采集的系统设计：

文献[4]的第五章讲述了配电网故障诊断组件的设计。文中的设计方法是基于CIM进行的，主要内容是诊断组件静态图的设计和判别诊断组件类的属性的方法。第六章说明了本文的模拟结果。这篇文章虽然没有涉及到具体装置的布局，但是依然有很高的参考价值。

文献[10]为福州电业局用电信息采集工作提供了一个不限时间、空间限制的服务平台。文章应用了UML统一建模语言位系统进行了逻辑建模设计。文献的第三章对用电信息采集系统进行了分析。在第四章给出了自己的设计方案。

文献[11]针对配电网非有效接地的单相故障设计了一种基于ZigBee无限传感器网络技术的分布式线路零序电流采集方案。文献提出了利用无线传感器网络技术的配电网单相接地故障定位的总体方案，并且在传感器网络开发平台上，进行了采集系统设计。

文献[14]根据仿真数据和现场实验数据，设计了小电流接地故障定位系统，使用了暂态零模电流波形相似性定位方法。该定位系统由站内选线系统、馈线终端FTU、定位主站和通信网络组成。该文献的设计思路值得参考。

文献[16]主要的研究内容是如何减小同步采集中外部误差对测量的影响。文献提出软件补偿误差的效果不好，适用的范围也不大，可以采用硬件方法同步采集技术来达到更高的精确度。文中设计了数模转换的结构图和说明了锁相同步采集工作原理。

文献[17]提出了利用移动式比相法识别配电网接地故障的方法。移动式比相法利用比相判据进行故障定位，其重要因素是零序电压量和零序电流量。文献提出了零序电压零序电流异地同步采集的设计方案。该方案利用北斗导航系统采集信号和标定时间，实现不同地点同一时间的相位采集。

文献[18]设计了提出了利用数字锁相环芯片AD9548直接锁定GPS秒脉冲完成同步信号合成，实现数据同步采集的方案，并设计实现了具有时钟同步模块、数据采集控制模块和数据处理模块的数据同步采集系统。

1. 方案论证：
2. 配电网的基本网架结构：

5

2

6

8

3

4

7

1,6-源节点 2,3,5,6-T分支节点 4-馈线开关 7,8-末梢节点

图 1 配网基本网架图

1. 同步采集技术、电气量、配网故障识别技术之间的关系：

同步采集技术可以检测的电气量包括电压、电流有效值、功率、相位角、各次谐波分量等等，基本包含了所有的电气量，并且可以做到多路、多种信号的采集，也能够区分相序。通过GPS、时钟或者主站FM/AM波段校准，可以做到不同地点、同时刻的采集。

故障识别技术目前可以分为主动式和被动式两种。主动式故障检测的方法是在线路发生故障之后向系统注入特定信号，通过检测所注入信号在系统中的分布确定故障点的位置。被动式故障定位方法则是利用故障本身所产生的电气量信号的变化，设计定算法，确定故障点。

因此，利用同步采集技术可以适应很多的故障检测方法，是有研究价值的。

1. 改进同步采集装置布局的可行性：

除了应用同步采集技术来实现故障选线和故障点的定位外，本课题的另一个重点是通过同步设备采集的信号，以及其它必要的信息进行分析，对于某种复杂的配电网拓扑结构，如何减少设备的需求量。 一般会在线路上设置若干个采集点，使用信号采集装置同步采集这些点的电气信号，并且分析信号的变化。一般来说，当某条线路发生故障时，其中的行波方向、零序电流、零序功率、回路阻抗、谐波量、波形等等相较于健全相都是会改变的。 根据不同的信息量来选线或者定位，需要布置的采集点数量也是会不一样的。例如，若采集装置能够识别波的方向，通过波的方向选线需要的采集点数量为每条线路上一个，但是这种方式往往只能选出线路，不能定位故障点。又例如根据零序电流大小识别故障，故障点上游的采集点与故障点下游的采集点采集到信号大小不同，并且越靠近故障点的上游采集到的零序电流越大，越远离故障点的采集点相较于健全线路的采集点变化就越不明显，这种方式既能选线，也能够做到区段定位，那么根据整个线路的长度和附近配网的结构以及区段定位的精度需求，我们需要以合适的密度去布置采集点。 具体的论述还需要更多的研究。

1. 进度安排：

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