CN102608493A - 一种电压暂降源的定位方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种电压暂降源的定位方法，包括：根据电网结构、故障类型、电能质量监测仪触发条件以及预设的约束条件，计算生成安装电能质量监测仪的节点位置；建立电压暂降源识别模型；根据电能质量监测仪所在节点的三相电压计算节点的不平衡度值，并根据不平衡度值判断电路故障类型；根据电路故障类型及其对应的电压暂降源识别模型以及电能质量监测仪测得的电压变化量，计算生成相似度；比较相似度，定位电压暂降源。本发明实施例还提供一种电压暂降源的定位装置。通过本发明实施例，不用使用专门的故障录波仪，从而节约了成本；另外不用复杂的数据准备，仅从电能质量监测网捕获数据即可，并且易于使用进一步的数据挖掘技术。

Description

一种电压暂降源的定位方法及装置

技术领域

本发明涉及电网故障定位领域，尤其涉及一种电压暂降源的定位方法及装置，还包括根据电压暂降源确认电压暂降源的暂降域。

背景技术

基本上，电网故障定位方法可以分成三类：第一类是依靠设备的故障定位技术，行波技术和故障定位装置都是基于设备的故障定位方法。行波方法需要精密的设备，如高速数据获取设备、传感器和全球定位系统获取暂态行波；故障显示器比行波技术简单，它安装在馈线上的一些位置，当故障发生时，它以灯光的形式给出视觉信号来显示故障区段，但是视觉信号需要通过通信链路传输到控制中心，所以花费很高。

第二类方法用实时监测数据和其他信息(如操作员经验，历史故障数据)来定位故障，依赖这些数据和信息的故障定位技术用到人工智能的方法，如：专家系统、模糊逻辑、人工神经网络，所以这种故障定位方法的效果高度依赖于所提供的数据的数量和质量。但是实际中，不是所有的电网都有这样的数据，大多数的10KV和低电压等级的配电网，可以获得的数据仅是主变电站的测量数据。

第三类故障定位方法是用主变电站测得的电压和电流，它们是用数学方程来定位故障。由于是单个测量，所以会产生多个可能的故障位置，真实的故障位置的判断决定于故障发生时候保护设备的反应时间。已知了所有保护设备的位置和它们的反应时间以后，可以选出大多数真实的故障区段。

现有的三类故障定位方法中，第一类方法能有较准确的结果，但装置费用较高；第二类方法有一定精度，但涉及信息量较大，如需要历史数据和操作人员经验；第三类是单一测量定位方法，仅适合对变压器母线直接相联供电线路故障的判别。

发明内容

本发明实施例提供一种电压暂降源的定位方法，包括：根据电网结构、故障类型、电能质量监测仪触发条件以及预设的约束条件，利用粒子群优化算法计算生成安装电能质量监测仪的节点位置；建立包括三相对称短路、单相短路、两相间短路、两相对地短路在内的电路故障类型的电压暂降源识别模型；根据所述电能质量监测仪所在节点的三相电压计算所述节点的不平衡度值，并根据所述不平衡度值判断电路故障类型；根据所述的电路故障类型及其对应的电压暂降源识别模型、以及所述电能质量监测仪测得的电压变化量，计算生成相似度；比较所述相似度，定位电压暂降源。

本发明实施例还提供一种电压暂降源的定位装置，包括：监测仪配置单元，用于根据电网结构、故障类型、电能质量监测仪触发条件以及预设的约束条件，利用粒子群优化算法计算生成安装电能质量监测仪的节点位置；识别模型建立单元，用于建立包括三相对称短路、单相短路、两相间短路、两相对地短路在内的电路故障类型的电压暂降源识别模型；故障类型判断单元，用于根据所述电能质量监测仪所在节点的三相电压计算所述节点的不平衡度值，并根据所述不平衡度值判断电路故障类型；相似度生成单元，用于根据所述的电路故障类型及其对应的电压暂降源识别模型、以及所述电能质量监测仪测得的电压变化量，计算生成相似度；相似度比较单元，用于比较所述相似度，定位电压暂降源。

本发明实施例的电压暂降源的定位方法及装置，不用使用专门的故障录波仪，从而节约了成本；另外不用复杂的数据准备，仅从电能质量监测网捕获数据即可，并且易于使用进一步的数据挖掘技术，如暂降分布域分析等。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的电压暂降源的定位方法的一种实施例的方法流程图；

图2为本发明的电压暂降源的定位方法的另一种实施例的方法流程图；

图3为本发明的电压暂降源的定位方法的一种实施例的结构示意图；

图4为本发明的电压暂降源的定位方法的另一种实施例的结构示意图；

图5为本发明实施例的监测仪配置单元的结构示意图；

图6为本发明实施例的识别模型建立单元的结构示意图；

图7为本发明实施例的故障类型判断单元的结构示意图；

图8为以张家口电网为具体实施例的系统接线图，由图中可看出故障点、监测点和其他非测量点的分布示意。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明的电压暂降源的定位方法的一种实施例的方法流程图，如图所示，本发明实施例的电压暂降源的定位方法包括：

步骤S101，根据电网结构、故障类型、电能质量监测仪触发条件以及预设的约束条件，利用粒子群优化算法计算生成安装电能质量监测仪的节点位置。

在本步骤中，电能质量监测仪一般配置在重要敏感负荷或扰动负荷的公共联接点、间歇性电源(如太阳能发电、风力发电等)的公共联接点、重要发电厂公共联接点以及能测到电网大部分区域发生的电压暂降的关联测量点。其中，公共联接点由人工确定，关联测量点则由本发明实施例的最优化计算选择最佳配置方案。

在本发明实施例中，根据电网结构、故障类型、电能质量监测仪触发条件以及预设的约束条件，利用粒子群优化算法计算生成安装电能质量监测仪的节点位置，包括：

首先，建立最优目标函数和约束条件：

$\left\{\begin{array}{c}f\left(x\right)=x^{T}x\→\min \\ \mathrm{Gx}\≥C\end{array}\right.---(4-1)$

其中，C为列向量，其值表示应某一个母线故障被其余母线安装的监测仪所捕捉的次数。如要求至少有4台监测仪能测到同一短路故障，则对应C中元素的取值为4。

x^T＝[x₁，x₂，...，x_i，...，x_x]表示电网节点，安装电能质量监测仪，其取值为1；不安装电能质量监测仪，取值为零。

G为触发矩阵，其元素根据电网结构、故障类型、电能质量监测仪触发条件来确定：

对于三相对称短路、95％有效值触发的三相对称短路触发矩阵G_3p，其元素值由下式决定：

对于单相短路、95％有效值触发的单相对称短路触发矩阵G_1p，其元素值由下式决定：

在式(4-2)及式(4-3)中，

分别为节点i-d之间的零序、正序、负序互阻抗，

分别为节点d的零序、正序、负序自阻抗。

公式(4-1)是整数规化问题，在本发明实施例中，可用粒子群优化算法求解。根据不同的故障类型，可求得不同的x值，综合不同故障类型的x值，则可确认电能质量监测仪的最佳配置节点位置。

步骤S102，建立包括三相对称短路、单相短路、两相间短路、两相对地短路在内的电路故障类型的电压暂降源识别模型。在本发明实施例中，根据序网原理或EMTDC(Electro Magnetic Transient in DC System)仿真软件，建立电压暂降源识别模型。其中：

对应三相对称短路，建立的电压暂降源识别矩阵M_3p为：

对应单相短路，建立的电压暂降源识别矩阵M_1p为：

其中，

i＝1，2，...，n；j＝1，2，...，n.；

对应两相间短路，建立的电压暂降源识别矩阵M_pp为：

其中，

i＝1，2，...，n；j＝1，2，...，n.；

对应两相对地短路，建立的电压暂降源识别矩阵M_2p为：

其中，

i＝1，2，...，n；j＝1，2，...，n.。

步骤S103，根据所述电能质量监测仪所在节点的三相电压计算所述节点的不平衡度值，并根据所述不平衡度值判断电路故障类型。在本实施例中，根据所述电能质量监测仪所在节点的三相电压计算所述节点的不平衡度值，包括： $\mathrm{\ϵ}=\sqrt{\frac{1-\sqrt{3-6L}}{1+\sqrt{3-6L}}}\×100\%,$ $L=\frac{{V_a}^4+{V_b}^4+{V_c}^4}{{({V_a}^2+{V_b}^2+{V_c}^2)}^2}---(4-8)$

其中，V_a、V_b、V_c为所述电能质量监测仪所在节点的A、B、C三相电压。当ε大于某个阈值时，则认为发生的是不对称故障，反之，则为三相对称短路故障。

步骤S104，根据所述的电路故障类型及其对应的电压暂降源识别模型、以及所述电能质量监测仪测得的电压变化量，计算生成相似度。

在本发明实施例中，假设在电网从i点到j点安装有电能质量监测仪，测得电压变化量ΔU_i，ΔU_i+1，...，ΔU_j，由相似度公式，三相对称模式识别相似度S_3p为：

$S_{3p}=\frac{\underset{k=i}{\overset{j}{\mathrm{\Σ}}}{Z}_{\mathrm{ik}}^{\left(1\right)}{\mathrm{\ΔU}}_k}{\sqrt{\underset{k=i}{\overset{j}{\mathrm{\Σ}}}{Z}_{\mathrm{ik}}^{2\left(1\right)}\underset{k=i}{\overset{j}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\ΔU}}_k^2}}$ i＝1，2，...，n    (4-9)

当电压暂降源在母线d附近时，由故障在任一母线上造成的变化

${\mathrm{\ΔU}}_k=\frac{Z_{\mathrm{dk}}^{\left(1\right)}}{Z_{\mathrm{dd}}^{\left(1\right)}}{\stackrel{\·}{U}}_d---(4-10)$

在式(4-10)中，

为故障点总的短路阻抗。代入(4-9)式得相似度为1(最大相似度)。

对应于不同的故障类型，其相似度公式不同，即：

单相短路相似度公式：

$S_{1p}=\frac{\underset{k=i}{\overset{j}{\mathrm{\Σ}}}{Z}_{\mathrm{ik}}^{\left(1p\right)}{\mathrm{\ΔU}}_k}{\sqrt{\underset{k=i}{\overset{j}{\mathrm{\Σ}}}{Z}_{\mathrm{ik}}^{2\left(1p\right)}\underset{k=i}{\overset{j}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\ΔU}}_k^2}}$ i＝1，2，...，n    (4-11)

两相间短路相似度公式：

$S_{\mathrm{pp}}=\frac{\underset{k=i}{\overset{j}{\mathrm{\Σ}}}{Z}_{\mathrm{ik}}^{\mathrm{pp}}{\mathrm{\ΔU}}_k}{\sqrt{\underset{k=i}{\overset{j}{\mathrm{\Σ}}}{Z}_{\mathrm{ik}}^{2\mathrm{pp}}\underset{k=i}{\overset{j}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\ΔU}}_k^2}}$ i＝1，2，...，n    (4-12)

两相间短路相似度公式：

$S_{2p}=\frac{\underset{k=i}{\overset{j}{\mathrm{\Σ}}}{Z}_{\mathrm{ik}}^{\left(2p\right)}{\mathrm{\ΔU}}_k}{\sqrt{\underset{k=i}{\overset{j}{\mathrm{\Σ}}}{Z}_{\mathrm{ik}}^{2\left(2p\right)}\underset{k=i}{\overset{j}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\ΔU}}_k^2}}$ i＝1，2，...，n    (4-13)

步骤S105，比较所述相似度，定位电压暂降源。即将电能质量监测仪测得的电压变化量与对应的电压暂降源识别矩阵中的每行对应元素比较相似度，具有最大相似度的行即为故障暂降源节点。在本步骤中，当由监测仪在电网从i点到j点测得电压变化量ΔU_i，ΔU_i+1，...，ΔU_j后，运用(4-9)式分别与(4-4)式每行对应元素比较相似度，具有最大相似度的行即为故障对应节点，即电压暂降源的位置。

图2为本发明的电压暂降源的定位方法的另一种实施例的方法流程图。如图所示，本实施例的电压暂降源定位方法还包括：

步骤S106，定位到所述的电压暂降源后，还获取所述电压暂降源周围节点的电压变化量，并根据所述电压变化量确定所述电压暂降源的暂降分布域。在本实施例中：

对于三相对称短路，所述故障暂降源在其他节点造成的电压变化为：

${\mathrm{\ΔU}}_{i-3p}=\frac{Z_{\mathrm{di}}^{\left(1\right)}}{Z_{\mathrm{dk}}^{\left(1\right)}}{\stackrel{\·}{U}}_k$ i≠d，i＝1，..，n；(4-14)

对于单相接地短路，所述故障暂降源在其他节点造成的电压变化为：

${\mathrm{\ΔU}}_{i-1p}=\frac{Z_{\mathrm{di}}^{\left(1p\right)}}{Z_{\mathrm{dk}}^{\left(1p\right)}}{\stackrel{\·}{U}}_k$ i≠d，i＝1，..，n；(4-15)

对于两相间短路，所述故障暂降源在其他节点造成的电压变化为：

${\mathrm{\ΔU}}_{i-\mathrm{pp}}=\frac{Z_{\mathrm{di}}^{\mathrm{pp}}}{Z_{\mathrm{dk}}^{\mathrm{pp}}}{\stackrel{\·}{U}}_k$ i≠j，i＝1，..，n；(4-16)

对于两相对地短路，所述故障暂降源在其他节点造成的电压变化为：

${\mathrm{\ΔU}}_{i-2p}=\frac{Z_{\mathrm{di}}^{\left(2p\right)}}{Z_{\mathrm{dk}}^{\left(2p\right)}}{\stackrel{\·}{U}}_k$ i≠d，i＝1，..，n；(4-17)

其中，

是在监测点k点的测量电压。

图3为本发明的电压暂降源的定位装置的一种实施例的结构示意图，如图所示，本实施例的电压暂降源的定位装置包括：监测仪配置单元101，用于根据电网结构、故障类型、电能质量监测仪触发条件以及预设的约束条件，利用粒子群优化算法计算生成安装电能质量监测仪的节点位置。识别模型建立单元102，用于建立包括三相对称短路、单相短路、两相间短路、两相对地短路在内的电路故障类型的电压暂降源识别模型。故障类型判断单元103，用于根据所述电能质量监测仪所在节点的三相电压计算所述节点的不平衡度值，并根据所述不平衡度值判断电路故障类型。相似度生成单元104，用于根据所述的电路故障类型及其对应的电压暂降源识别模型、以及所述电能质量监测仪测得的电压变化量，计算生成相似度。相似度比较单元105，用于比较所述相似度，定位电压暂降源。利用电路故障类型对应的相似度公式，将电能质量监测仪测得的电压变化量与对应的电压暂降源识别矩阵中的每行对应元素比较相似度，具有最大相似度的行即为故障暂降源节点。

图4为本发明的电压暂降源的定位装置的另一种实施例的结构示意图，如图所示，本实施例的电压暂降源的定位装置还包括：

暂降分布域生成单元106，用于定位到所述的电压暂降源后，还获取所述电压暂降源周围节点的电压变化量，并根据所述电压变化量确定所述电压暂降源的暂降分布域。

图5为本发明实施例的监测仪配置单元的结构示意图，如图所示，监测仪配置单元101包括：

目标函数和约束条件建立单元1011，用于建立最优目标函数和约束条件：

其中，C为列向量，其值表示应某一个母线故障被其余母线安装的监测仪所捕捉的次数；x^T＝[x₁，x₂，...，x_i，...，x_x]表示电网节点，安装电能质量监测仪，其取值为1；不安装电能质量监测仪，取值为零；

触发矩阵建立单元1012，用于根据电网结构、故障类型、电能质量监测仪触发条件来确定触发矩阵：

对于三相对称短路、95％有效值触发的三相对称短路触发矩阵G_3p，其元素值由下式决定：

对于单相短路、95％有效值触发的单相对称短路触发矩阵G_1p，其元素值由下式决定：

其中，

分别为节点i-d之间的零序、正序、负序互阻抗，

分别为节点d的零序、正序、负序自阻抗。

根据最优目标函数和约束条件来求解方程是整数规化问题，在本发明实施例中，可用粒子群优化算法求解。根据不同的故障类型，可求得不同的x值，综合不同故障类型的x值，则可确认电能质量监测仪的最佳配置节点位置。

图6为本发明实施例的识别模型建立单元的结构示意图，如图所示，识别模型建立单元102包括：

三相对称短路模型建立单元1021，用于建立三相对称短路的电压暂降源识别矩阵为：

单相短路模型建立单元1022，用于建立单相短路的电压暂降源识别矩阵为：

其中，i＝1，2，...，n；j＝1，2，...，n.；

两相间短路模型建立单元1023，用于建立两相间短路的电压暂降源识别矩阵为：

其中，

i＝1，2，...，n；j＝1，2，...，n.；

两相对地短路模型建立单元1024，用于建立两相对地短路的电压暂降源识别矩阵为：

其中，

i＝1，2，...，n；j＝1，2，...，n.。

图7为本发明实施例的故障类型判断单元的结构示意图。如图所示，故障类型判断单元103包括：

不平衡度计算单元1031，用于根据所述电能质量监测仪所在节点的三相电压计算所述节点的不平衡度值。包括：

其中，V_a、V_b、V_c为所述电能质量监测仪所在节点的A、B、C三相电压。

阈值比较单元1032，用于比较所述不平衡度ε和预设阈值，当所述不平衡度ε大于所述预设阈值时，则认为发生的是不对称故障，反之，则为三相对称短路故障。

具体实施例：

以张家口电网为例，来验证本发明的故障位置和监测点故障测量数据已知道。根据本发明的电压暂降源的定位方法建立故障点标准识别模型，并通过相似度公式比较相似度大小，具有最大相似度的模版对应了故障点的位置。N个故障点有N个标准模版相对应，组成标准模版矩阵(公式(4-4)～(4-7))。为了说明问题，选择三个已知故障点的标准模型做相似度比较，从而指出故障点位置。

图8为本实施例的具体的系统接线图，由图中可以清晰看出故障点、监测点和其他非测量点的分布示意。

在本发明实施例中，监测点位置如表1-1所示：

表1-1监测点位置

变电站名称	电压等级	监测点位置
			侯家庙	110kV	110kV侧
新怀来	110kV	110kV侧
			夏源	110kV	110kV侧
上花园	110kV	110kV侧
			三马坊	110kV	110kV侧

一、三相短路故障

表1-2表示由EMTDC电力仿真软件建立的三相短路故障电路的故障点标准识别模板，表1-3表示监测仪测量到的故障点的数据，如下所示：

表1-2故障点标准模版(由EMTDC软件建立)

表1-3故障点测试数据

现简单叙述一下如何用公式(4-9)、(4-10)计算相似度和故障时电压变化量。设ΔU₁，ΔU₂，...，ΔU₅是标准模版中保留的仿真测量值，

是实际测量值，它们都满足公式(4-10)，即

${\mathrm{\ΔU}}_k=\frac{Z_{\mathrm{dk}}^{\left(1\right)}}{Z_{\mathrm{dd}}^{\left(1\right)}}{\stackrel{\·}{U}}_d$ k＝1，2，…，5

${\mathrm{\ΔU}}_k^{*}=\frac{Z_{\mathrm{dk}}^{\left(1\right)}}{Z_{\mathrm{dd}}^{\left(1\right)*}}{\stackrel{\·}{U}}_d^{*}$ k＝1，2，…，5

应用相似度公式，当测量时故障点和模版对应同一故障点时，相似度为：

$S_{3p}=\frac{\underset{k=1}{\overset{5}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\ΔU}}_{\mathrm{ik}}^{\left(1\right)*}{\mathrm{\ΔU}}_k}{\sqrt{\underset{k=i}{\overset{j}{\mathrm{\Σ}}}{\left({\mathrm{\ΔU}}_{\mathrm{ik}}^{\left(1\right)*}\right)}^2\underset{k=i}{\overset{j}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\ΔU}}_k^2}}$ i＝1，2，...，5

$=\frac{\underset{k=1}{\overset{5}{\mathrm{\Σ}}}\frac{Z_{\mathrm{dk}}^{\left(1\right)}}{Z_{\mathrm{dd}}^{\left(1\right)*}}{\mathrm{\ΔU}}_d^{\left(1\right)*}{\mathrm{\ΔU}}_k}{\sqrt{\underset{k=1}{\overset{5}{\mathrm{\Σ}}}{\left(\frac{Z_{\mathrm{dk}}^{\left(1\right)}}{Z_{\mathrm{dd}}^{\left(1\right)*}}{\mathrm{\ΔU}}_d^{\left(1\right)*}\right)}^2\underset{k=1}{\overset{5}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\ΔU}}_k^2}}$

$=\frac{\underset{k=i}{\overset{j}{\mathrm{\Σ}}}{Z}_{\mathrm{dk}}^{\left(1\right)}{U}_k}{\sqrt{\underset{k=1}{\overset{5}{\mathrm{\Σ}}}{Z}_{\mathrm{dk}}^{\left(1\right)2}\underset{k=1}{\overset{5}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\ΔU}}_k^2}}$

$=\frac{\underset{k=1}{\overset{5}{\mathrm{\Σ}}}{Z}_{\mathrm{dk}}^{\left(1\right)}\frac{Z_{\mathrm{dk}}^{\left(1\right)}}{Z_{\mathrm{dd}}^{\left(1\right)}}{\stackrel{\·}{U}}_d}{\sqrt{\underset{k=1}{\overset{5}{\mathrm{\Σ}}}{Z}_{\mathrm{dk}}^{\left(1\right)2}\underset{k=1}{\overset{5}{\mathrm{\Σ}}}{\left(\frac{Z_{\mathrm{dk}}^1}{Z_{\mathrm{dd}}^{\left(1\right)}}{\stackrel{\·}{U}}_d\right)}^2}}$

$=\frac{\underset{k=i}{\overset{5}{\mathrm{\Σ}}}{Z}_{\mathrm{dk}}^{\left(1\right)}{Z}_{\mathrm{dk}}^{\left(1\right)}}{\sqrt{\underset{k=1}{\overset{5}{\mathrm{\Σ}}}{Z}_{\mathrm{dk}}^{\left(1\right)2}\underset{k=1}{\overset{5}{\mathrm{\Σ}}}{\left(Z_{\mathrm{dk}}^{\left(1\right)}\right)}^2}}$

$=1$

所以和公式(4-9)是一致的，当测量时故障点和模版故障点为同一点时，理论相似度为1。如果不是同一点，如测量时故障点在p点，模版选择d点，则相似度计算结果必然小于1，如下公式推导所示：

$S_{3p}=\frac{\underset{k=1}{\overset{5}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\ΔU}}_{\mathrm{ik}}^{\left(1\right)*}{\mathrm{\ΔU}}_k}{\sqrt{\underset{k=i}{\overset{j}{\mathrm{\Σ}}}{\left({\mathrm{\ΔU}}_{\mathrm{ik}}^{\left(1\right)*}\right)}^2\underset{k=i}{\overset{j}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\ΔU}}_k^2}}$ i＝1，2，...，5

$=\frac{\underset{k=i}{\overset{5}{\mathrm{\Σ}}}{Z}_{\mathrm{pk}}^{\left(1\right)}{Z}_{\mathrm{dk}}^{\left(1\right)}}{\sqrt{\underset{k=1}{\overset{5}{\mathrm{\Σ}}}{Z}_{\mathrm{pk}}^{\left(1\right)2}\underset{k=1}{\overset{5}{\mathrm{\Σ}}}{\left(Z_{\mathrm{dk}}^{\left(1\right)}\right)}^2}}$

$<1$

由以上公式推导可以得到表1-4，如下所示：

表1-4三相短路相似度比较

	涿鹿110kV	沙城110kV	东花园110kV
				涿鹿35kV	0.9999	0.9484	0.7923
沙城35kV	0.9489	0.9999	0.9451
				东花园35kV	0.7930	0.9444	0.9999

由公式(4-10)，任一点测量值和模版对应样本比值：

$m=\frac{{\mathrm{\&Delta;U}}_k^{*}}{{\mathrm{\&Delta;U}}_k}=\frac{{\mathrm{\&Delta;U}}_j^{*}}{{\mathrm{\&Delta;U}}_j}=\frac{\frac{Z_{\mathrm{dk}}^{\left(1\right)}}{Z_{\mathrm{dd}}^{\left(1\right)*}}{\stackrel{\&CenterDot;}{U}}_d^{*}}{\frac{Z_{\mathrm{dk}}^{\left(1\right)}}{Z_{\mathrm{dd}}^{\left(1\right)}}{\stackrel{\&CenterDot;}{U}}_d}=\frac{Z_{\mathrm{dd}}^{\left(1\right)}{\stackrel{\&CenterDot;}{U}}_d^{*}}{Z_{\mathrm{dd}}^{\left(1\right)*}{\stackrel{\&CenterDot;}{U}}_d}=\mathrm{const}.$

所以任一点电压估计值可表示为：

${\mathrm{\&Delta;U}}_j^{*}={\mathrm{m\&Delta;U}}_j$ j≠k

所预测的三相短路故障时故障点电压变化量如表1-5所示。

表1-5三相短路故障时故障点电压变化量(％)

	测量	相似度计算	样本比值
				涿鹿35kV	96.9	97.6	0.976
沙城35kV	97.6	98.6	0.986
				东花园35kV	43.3	44.1	0.441

所预测的非测量点电压变化量(即暂降域)如表1-6所示。

表1-6非测量点暂降域(％)

二、单相短路故障

表1-7表示由EMTDC电力仿真软件建立的单相短路故障电路的故障点标准识别模板，表1-8表示监测仪测量到的故障点的数据，如下所示：

表1-7故障点标准模版(由EMTDC软件建立)

表1-8故障点测试数据

相似度计算方法和三相短路时一样，只是要调用不同的模版和测试数据，故不再表述。得到的相似度比较结果集电压变化量结果如表1-9、表1-10所示：

表1-9单相短路相似度比较

	涿鹿110kV	沙城110kV	东花园110kV
				涿鹿110kV	0.9999	0.9384	0.7740
沙城110kV	0.9386	0.9999	0.9449
				东花园110kV	0.7618	0.9385	0.9997

表1-10单相短路故障时电压变化量(％)

	测量	相似度计算	样本相似比例
				涿鹿110kV	95	94.3	0.943
沙城110kV	97.9	98.6	0.986
				东花园110kV	62.8	65.9	0.659

所预测的非测量点电压变化量(即暂降域)如表1-11所示。

表1-11非测量点暂降域(％)

由以上的张家口电网的具体实验结果可知：

(1)测试数据仅在对应故障点模版取得最大相似度(相似度表格对角线元素)，对非故障点模版相似度较小。对比故障点标准模版和故障点测试数据在同一行各列的数据，尽管大小不同，但比值大致相同，从而取得相似度最大。

(2)故障点电压可为不同值，只要能触发监测仪工作，就能判断出故障点。

(3)由样本相似比例可算出故障点电压变化量(表1-5、表1-10)，与测量值大致相同。

(4)当故障点电压变化量算出后，公式(4-14)～(4-17)确定可暂降域。

本发明实施例的电压暂降源的定位方法及装置，不用使用专门的故障录波仪，从而节约了成本；另外不用复杂的数据准备，仅从电能质量监测网捕获数据即可，并且易于使用进一步的数据挖掘技术，如暂降分布域分析等。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (17)

1.一种电压暂降源的定位方法，其特征在于，所述定位方法包括：

根据电网结构、故障类型、电能质量监测仪触发条件以及预设的约束条件，利用粒子群优化算法计算生成安装电能质量监测仪的节点位置；

建立包括三相对称短路、单相短路、两相间短路、两相对地短路在内的电路故障类型的电压暂降源识别模型；

根据所述电能质量监测仪所在节点的三相电压计算所述节点的不平衡度值，并根据所述不平衡度值判断电路故障类型；

根据所述的电路故障类型及其对应的电压暂降源识别模型、以及所述电能质量监测仪测得的电压变化量，计算生成相似度；

比较所述相似度，定位电压暂降源。

2.如权利要求1所述的电压暂降源的定位方法，其特征在于，所述的方法还包括：

定位到所述的电压暂降源后，还获取所述电压暂降源周围节点的电压变化量，并根据所述电压变化量确定所述电压暂降源的暂降分布域。

3.如权利要求1所述的电压暂降源的定位方法，其特征在于，所述根据电网结构、故障类型、电能质量监测仪触发条件以及预设的约束条件，利用粒子群优化算法计算生成安装电能质量监测仪的节点位置，包括：

建立最优目标函数和约束条件：

其中，C为列向量，其值表示应某一个母线故障被其余母线安装的监测仪所捕捉的次数；

x^T＝[x₁，x₂，...，x_i，...，x_x]表示电网节点，安装电能质量监测仪，其取值为1；不安装电能质量监测仪，取值为零；

根据电网结构、故障类型、电能质量监测仪触发条件来确定触发矩阵：

4.如权利要求3所述的电压暂降源的定位方法，其特征在于，所述根据电网结构、故障类型、电能质量监测仪触发条件来确定触发矩阵，包括：

对于三相对称短路、95％有效值触发的三相对称短路触发矩阵，其元素值由下式决定：

对于单相短路、95％有效值触发的单相对称短路触发矩阵，其元素值由下式决定：

其中，分别为节点i-d之间的零序、正序、负序互阻抗，

分别为节点d的零序、正序、负序自阻抗。

5.如权利要求1所述的电压暂降源的定位方法，其特征在于，所述建立包括三相对称短路、单相短路、两相间短路、两相对地短路在内的电路故障类型的电压暂降源识别模型，包括：

根据序网原理或EMTDC仿真软件，建立电压暂降源识别模型。

6.如权利要求5所述的电压暂降源的定位方法，其特征在于，所述建立的电压暂降源识别模型包括：

对应三相对称短路，电压暂降源识别矩阵为：

对应单相短路，电压暂降源识别矩阵为：

其中，i＝1，2，...，n；j＝1，2，...，n.；

对应两相间短路，电压暂降源识别矩阵为：

其中，

i＝1，2，...，n；j＝1，2，...，n.；

对应两相对地短路，电压暂降源识别矩阵为：

其中，

i＝1，2，...，n；j＝1，2，...，n.。

7.如权利要求1所述的电压暂降源的定位方法，其特征在于，所述根据所述电能质量监测仪所在节点的三相电压计算所述节点的不平衡度值，包括：

其中，V_a、V_b、V_c为所述电能质量监测仪所在节点的A、B、C三相电压。

8.如权利要求7所述的电压暂降源的定位方法，其特征在于，所述根据不平衡度值判断电路故障类型，包括：

当ε大于某个阈值时，则认为发生的是不对称故障，反之，则为三相对称短路故障。

9.如权利要求1所述的电压暂降源的定位方法，其特征在于，所述根据所述的电路故障类型及其对应的电压暂降源识别模型、以及所述电能质量监测仪测得的电压变化量，计算生成相似度，包括：

三相对称短路相似度为：

$S_{3p}=\frac{\underset{k=i}{\overset{j}{\mathrm{\&Sigma;}}}{Z}_{\mathrm{ik}}^{\left(1\right)}{\mathrm{\&Delta;U}}_k}{\sqrt{\underset{k=i}{\overset{j}{\mathrm{\&Sigma;}}}{Z}_{\mathrm{ik}}^{2\left(1\right)}\underset{k=i}{\overset{j}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{\&Delta;U}}_k^2}}$ i＝1，2，...，n；

单相短路相似度为：

$S_{1p}=\frac{\underset{k=i}{\overset{j}{\mathrm{\&Sigma;}}}{Z}_{\mathrm{ik}}^{\left(1p\right)}{\mathrm{\&Delta;U}}_k}{\sqrt{\underset{k=i}{\overset{j}{\mathrm{\&Sigma;}}}{Z}_{\mathrm{ik}}^{2\left(1p\right)}\underset{k=i}{\overset{j}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{\&Delta;U}}_k^2}}$ i＝1，2，...，n；

两相间短路相似度为：

$S_{\mathrm{pp}}=\frac{\underset{k=i}{\overset{j}{\mathrm{\&Sigma;}}}{Z}_{\mathrm{ik}}^{\mathrm{pp}}{\mathrm{\&Delta;U}}_k}{\sqrt{\underset{k=i}{\overset{j}{\mathrm{\&Sigma;}}}{Z}_{\mathrm{ik}}^{2\mathrm{pp}}\underset{k=i}{\overset{j}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{\&Delta;U}}_k^2}}$ i＝1，2，...，n；

两相间短路相似度为：

$S_{2p}=\frac{\underset{k=i}{\overset{j}{\mathrm{\&Sigma;}}}{Z}_{\mathrm{ik}}^{\left(2p\right)}{\mathrm{\&Delta;U}}_k}{\sqrt{\underset{k=i}{\overset{j}{\mathrm{\&Sigma;}}}{Z}_{\mathrm{ik}}^{2\left(2p\right)}\underset{k=i}{\overset{j}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{\&Delta;U}}_k^2}}$ i＝1，2，...，n。

10.如权利要求9所述的电压暂降源的定位方法，其特征在于，所述比较所述相似度，定位电压暂降源，包括：

利用电路故障类型对应的相似度公式，将电能质量监测仪测得的电压变化量与对应的电压暂降源识别矩阵中的每行对应元素比较相似度，具有最大相似度的行即为故障暂降源节点。

11.如权利要求2所述的电压暂降源的定位方法，其特征在于，所述获取所述电压暂降源周围节点的电压变化量，并根据所述电压变化量确定所述电压暂降源的暂降分布域，包括：

对于三相对称短路，所述故障暂降源在其他节点造成的电压变化为：

${\mathrm{\&Delta;U}}_{i-3p}=\frac{Z_{\mathrm{di}}^{\left(1\right)}}{Z_{\mathrm{dk}}^{\left(1\right)}}{\stackrel{\&CenterDot;}{U}}_k$ i≠d，i＝1，...，n；

对于单相接地短路，所述故障暂降源在其他节点造成的电压变化为：

${\mathrm{\&Delta;U}}_{i-1p}=\frac{Z_{\mathrm{di}}^{\left(1p\right)}}{Z_{\mathrm{dk}}^{\left(1p\right)}}{\stackrel{\&CenterDot;}{U}}_k$ i≠d，i＝1，..，n；

对于两相间短路，所述故障暂降源在其他节点造成的电压变化为：

${\mathrm{\&Delta;U}}_{i-\mathrm{pp}}=\frac{Z_{\mathrm{di}}^{\mathrm{pp}}}{Z_{\mathrm{dk}}^{\mathrm{pp}}}{\stackrel{\&CenterDot;}{U}}_k$ i≠j，i＝1，..，n；

对于两相对地短路，所述故障暂降源在其他节点造成的电压变化为：

${\mathrm{\&Delta;U}}_{i-2p}=\frac{Z_{\mathrm{di}}^{\left(2p\right)}}{Z_{\mathrm{dk}}^{\left(2p\right)}}{\stackrel{\&CenterDot;}{U}}_k$ i≠d，i＝1，..，n；

其中，

是在监测点k点的测量电压。

12.一种电压暂降源的定位装置，其特征在于，所述定位装置包括：

监测仪配置单元，用于根据电网结构、故障类型、电能质量监测仪触发条件以及预设的约束条件，利用粒子群优化算法计算生成安装电能质量监测仪的节点位置；

识别模型建立单元，用于建立包括三相对称短路、单相短路、两相间短路、两相对地短路在内的电路故障类型的电压暂降源识别模型；

故障类型判断单元，用于根据所述电能质量监测仪所在节点的三相电压计算所述节点的不平衡度值，并根据所述不平衡度值判断电路故障类型；

相似度生成单元，用于根据所述的电路故障类型及其对应的电压暂降源识别模型、以及所述电能质量监测仪测得的电压变化量，计算生成相似度；

相似度比较单元，用于比较所述相似度，定位电压暂降源。

13.如权利要求12所述的电压暂降源的定位装置，其特征在于，所述的定位装置还包括：

暂降分布域生成单元，用于定位到所述的电压暂降源后，还获取所述电压暂降源周围节点的电压变化量，并根据所述电压变化量确定所述电压暂降源的暂降分布域。

14.如权利要求12所述的电压暂降源的定位装置，其特征在于，所述的监测仪配置单元包括：

目标函数和约束条件建立单元，用于建立最优目标函数和约束条件：

其中，C为列向量，其值表示应某一个母线故障被其余母线安装的监测仪所捕捉的次数；x^T＝[x₁，x₂，...，x_i，...，x_x]表示电网节点，安装电能质量监测仪，其取值为1；不安装电能质量监测仪，取值为零；

触发矩阵建立单元，用于根据电网结构、故障类型、电能质量监测仪触发条件来确定触发矩阵：

15.如权利要求12所述的电压暂降源的定位装置，其特征在于，所述的识别模型建立单元包括：

三相对称短路模型建立单元，用于建立三相对称短路的电压暂降源识别矩阵为：

单相短路模型建立单元，用于建立单相短路的电压暂降源识别矩阵为：

其中，i＝1，2，...，n；j＝1，2，...，n.；

两相间短路模型建立单元，用于建立两相间短路的电压暂降源识别矩阵为：

其中，

i＝1，2，...，n；j＝1，2，...，n.；

两相对地短路模型建立单元，用于建立两相对地短路的电压暂降源识别矩阵为：

其中，

i＝1，2，...，n；j＝1，2，...，n.。

16.如权利要求12所述的电压暂降源的定位装置，其特征在于，所述的故障类型判断单元包括：

不平衡度计算单元，用于根据所述电能质量监测仪所在节点的三相电压计算所述节点的不平衡度值；

阈值比较单元，用于比较所述不平衡度ε和预设阈值，当所述不平衡度ε大于所述预设阈值时，则认为发生的是不对称故障，反之，则为三相对称短路故障。

17.如权利要求12所述的电压暂降源的定位装置，其特征在于，所述的相似度生成单元用于根据所述的电路故障类型及其对应的电压暂降源识别模型、以及所述电能质量监测仪测得的电压变化量，计算生成相似度，包括：

三相对称短路相似度为：

$S_{3p}=\frac{\underset{k=i}{\overset{j}{\mathrm{\&Sigma;}}}{Z}_{\mathrm{ik}}^{\left(1\right)}{\mathrm{\&Delta;U}}_k}{\sqrt{\underset{k=i}{\overset{j}{\mathrm{\&Sigma;}}}{Z}_{\mathrm{ik}}^{2\left(1\right)}\underset{k=i}{\overset{j}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{\&Delta;U}}_k^2}}$ i＝1，2，...，n；

单相短路相似度为：

$S_{1p}=\frac{\underset{k=i}{\overset{j}{\mathrm{\&Sigma;}}}{Z}_{\mathrm{ik}}^{\left(1p\right)}{\mathrm{\&Delta;U}}_k}{\sqrt{\underset{k=i}{\overset{j}{\mathrm{\&Sigma;}}}{Z}_{\mathrm{ik}}^{2\left(1p\right)}\underset{k=i}{\overset{j}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{\&Delta;U}}_k^2}}$ i＝1，2，...，n；

两相间短路相似度为：

$S_{\mathrm{pp}}=\frac{\underset{k=i}{\overset{j}{\mathrm{\&Sigma;}}}{Z}_{\mathrm{ik}}^{\mathrm{pp}}{\mathrm{\&Delta;U}}_k}{\sqrt{\underset{k=i}{\overset{j}{\mathrm{\&Sigma;}}}{Z}_{\mathrm{ik}}^{2\mathrm{pp}}\underset{k=i}{\overset{j}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{\&Delta;U}}_k^2}}$ i＝1，2，...，n；

两相间短路相似度为：

$S_{2p}=\frac{\underset{k=i}{\overset{j}{\mathrm{\&Sigma;}}}{Z}_{\mathrm{ik}}^{\left(2p\right)}{\mathrm{\&Delta;U}}_k}{\sqrt{\underset{k=i}{\overset{j}{\mathrm{\&Sigma;}}}{Z}_{\mathrm{ik}}^{2\left(2p\right)}\underset{k=i}{\overset{j}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{\&Delta;U}}_k^2}}$ i＝1，2，...，n；

所述的相似度比较单元用于比较所述相似度定位电压暂降源，包括：

利用电路故障类型对应的相似度公式，将电能质量监测仪测得的电压变化量与对应的电压暂降源识别矩阵中的每行对应元素比较相似度，具有最大相似度的行即为电压暂降源节点。

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