基于LabVIEW的故障定位改進算法的實現

陳建林+楊淑連+郭昊霖

摘 要：運用LabVIEW平臺實現配電網饋線自動化中的故障定位功能。故障定位系統核心是網形結構矩陣算法，網形矩陣算法采用改進算法，摒棄以往矩陣算法繁瑣的計算過程及定位結果不準確的缺點。LabVIEW平臺以數據采集卡為硬件基礎，確定配網故障數據，結合軟件中的網形結構矩陣算法判據條件對其判斷，得出故障區間。

關鍵詞：LabVIEW；故障定位；軟件編程；矩陣算法

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.21.120

0 引言

配電自動化系統故障定位功能實現的過程如下：當配電網發生故障時，系統通過故障定位算法對 FTU （Feeder Terminal Unit）上傳的故障信息進行定位計算，快速、精確地篩選出故障區間并將其隔離，保證停電范圍最小。配電網定位方法有很多，但大都處于理論狀態，這些方法中，已經應用于實際操作的故障定位方法有基于注入信號定位法和基于故障指示器定位法。其中基于注入信號法不能對配電網中的線路斷線故障進行準確定位，在實際操作應用中效果不理想。另一種基于故障指示器的故障定位方法其應用廣泛，但它無法對單相接地短路故障進行故障定位，而實際上配電網中出現較多的故障就是單相接地短路故障。所以上述兩種故障定位方式難以滿足供電可靠性的要求。

1 LabVIEW開發矩陣算法的可行性分析

目前投入運行的故障定位算法及相關系統，部分算法需處理巨量數據、運算繁瑣；部分算法需故障數據上傳后運算不直觀，缺少平臺支撐。選擇LabVIEW作為算法的開發工具，其有著自身的優勢，利用LabVIEW進行開發是可行的。

2 算法介紹

先以單電源配電網為例，如圖1是典型的單電源配電網網絡圖，黑色填充的圓框為分段開關，白色方框為斷路器。把開關和開關之間及末梢饋線定義為饋線區間。然后對饋線區間和開關進行編號，饋線區間編號為有圈數字①～ ⑤，開關編號為 1～5，兩者編號順序可以隨意。網絡中潮流方向如箭頭所示。

2.1 網絡描述矩陣M及故障判據矩陣Q

2.2 故障判據條件

根據故障判定矩陣 P 就可以判斷出故障發生的區間，判定條件如下。

（1）若，當所有且時，有或-1，則故障發生在節點i和j之間的饋線區間。

（2）若，當所有且時，有，則故障發生在節點i和j之間的饋線區間。

（3）若，當所有且時，則節點i為饋線末端點，故障發生在節點i之后的末端饋線區間。

根據故障判定矩陣Q和故障判定條件，有：；，可以判定故障發生在節點 3和節點 5 之間，即為饋線區間④。

2.3 多電源環網饋線區間故障定位

圖2所示為三電源環網。

3 基于LabVIEW的算法設計

在實際應用中，數據可通過采集系統獲得，在軟件測試環節中，數據由MATLAB仿真獲得，采用lvm文件導入LabVIEW中進行分析運算。

3.1 網絡描述矩陣M及故障判據矩陣Q的實現

首先由數據采集系統采集配網運行數據，判斷開關個數，生成相應的矩陣，當故障出現時，網絡描述矩陣M中開關位置需手動輸入，然后由程序進行判斷形成矩陣M，根據各個開關上的 FTU 上傳的故障信息，將網絡描述矩陣中對角線上的元素進行改寫，從而形成故障判定矩陣 Q 。

3.2 判據條件的實現

三條判據條件的實現主要用到LabVIEW編程軟件中的for循環函數，VI如下：

3.3 軟件主界面生成

在完成軟件的編程之后，需美化設計前面板，便于人為操作及查看數據。

4 軟件測試

使用MATLAB中的Simulink模塊建立圖2-1中的單電源配電網模型，電源為10kV三相交流電源，線路均采用100km輸電線模型。設置三相短路故障，采點頻率為1000。

得出故障前后各個開關（代表FTU）上的功率、電流及電壓波形，導入待測試的LabVIEW軟件，得出結果如圖5所示。

由結果可知，故障發生在開關3和5之間的饋線區間，符合算法結果。

5 結束語

介紹了用LabVIEW平臺實現改進網形結構矩陣算法的具體過程，經測試可得此軟件可應用到實際現場中，本算法可配合基于LabVIEW的饋線自動化分析平臺，在實現配網運行數據實時監測的基礎下，可以及時反映配網中發生的各種故障。

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作者簡介：陳建林（1993-），男，學生，研究方向：配電網自動化。endprint