CN103076540A - 配电网矩阵算法故障定位结果容错纠正的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种配电网矩阵算法故障定位结果容错纠正的方法，利用评价函数对矩阵算法的故障区段定位结果以及定位结果的拆分组合进行评价，从这些故障区段定位结果以及定位结果的拆分组合中选出使评价函数最小的拆分组合，即为配电网实际的故障区段，实现了配电网故障区段的容错定位。本发明充分利用了矩阵算法的故障区段定位结果，结合评价函数对其故障区段定位结果以及故障区段定位结果的拆分组合进行评价，不需要复杂的迭代运算，定位速度快，准确性高，可以很好的解决配电网故障定位方法中矩阵算法的容错性差以及人工智能算法的故障定位速度慢、定位结果容易陷入局部最优的问题，简单实用，具有在线应用的前景。

Description

配电网矩阵算法故障定位结果容错纠正的方法

专利领域

本发明属于电力自动化技术领域，涉及配电网的故障诊断领域，具体来说是一种配电网矩阵算法故障定位结果容错纠正的方法。

背景技术

国民经济的迅速发展和人民生活水平的提高，都对供电可靠性提出越来越高的要求。配电网作为电能供应的最后一个环节，很大程度上决定了某一地区的供电可靠性，因此，加快配电自动化的建设是提高配电网供电可靠性的关键因素。其中，馈线自动化是配电自动化的最主要功能之一，即配电网故障发生后，能及时、准确的进行故障区段定位，迅速的隔离故障区域，并及时恢复非故障失电负荷的供电，由此看出，配电网故障区段定位是故障隔离和供电恢复的前提和基础，对于提高供电可靠性具有重要意义。

配电网故障区段定位是根据馈线开关上报的故障信息，采用相应的算法进行故障定位。目前该技术领域的算法主要有矩阵算法和人工智能算法，每种算法具有各自的优缺点。刘健等（刘健,倪建立,杜宇.配电网故障区段判断和隔离的统一矩阵算法[J].电力系统自动化,1999,23(1):31-33.）提出的矩阵算法，根据网络的拓扑结构构造网络描述矩阵D，根据过流信息构造故障信息矩阵G，然后由D、G生成故障判别矩阵，可以准确找到故障区段，但是该算法只适用于开环运行的配电网，规格化处理较麻烦且馈线末端是故障判断的盲区。夏雨等（夏雨,姚月娥,刘全志,等.配电网故障定位和隔离的新统一矩阵算法[J].高电压技术,2002,28(3):4-7.）提出一种改进的矩阵算法，首先构造了电源点分布向量M,网络描述矩阵D，故障信息矩阵G，然后根据D与G构造矩阵P及根据M与G构造向量Q,最后通过分析P和Q,最终确定故障区段，此算法不但省去了规格化处理,而且克服了馈线末端发生故障的判断盲区,并且适用于多电源多故障情况，但是该算法仍较为繁琐。卫志农等（卫志农,何桦,郑玉平.配电网故障定位的一种新算法[J].电力系统自动化,2001,25(14):48-50.）又提出了构造带方向性的网络拓扑矩阵D和故障信息矩阵G，根据G修正D的对角元素得到D_P,依据判据判断故障区间，此种算法易于程序实现,运算处理简单。矩阵算法通常计算量较小满足在线运行实时性的要求，但是由于馈线自动化设备和通信网络都是工作于户外，运行环境恶劣，故障信息容易发生误报或漏报，这种情况下矩阵算法的定位结果就是错误的。另一方面，杜红卫等（杜红卫,孙雅明,刘弘靖,等.基于遗传算法的配电网故障定位和隔离[J].电网技术,2000,24(5):52-55.）提出了应用遗传算法进行故障定位。卫志农等（卫志农,何桦,郑玉平.配电网故障区间定位的高级遗传算法[J].中国电机工程学报,2002,22(4):127-130.）改进了遗传算法用于配电网故障区段定位的数学模型。虽然遗传算法（人工智能算法）的容错性好，但是故障诊断速度慢，往往不能满足故障定位在线实时性的要求。因此由于各种算法自身的缺点，限制了馈线自动化的应用。

发明内容

本发明的目的在于对现有配电网故障区段定位技术进行容错性改进，提出一种配电网矩阵算法故障定位结果容错纠正的方法。利用评价函数对矩阵算法的故障区段定位结果及其拆分组合进行评价，选出使评价函数最小的拆分组合，从而实现配电网的容错故障定位。方法简单，不需要繁杂的迭代运算，而且兼顾了定位速度快，容错性高的优点，具有在线应用的前景。

用于实现上述内容的技术方案如下：

一种配电网矩阵算法故障定位结果的容错纠正的方法，其特征在于,所述容错纠正方法采用如下步骤：

步骤1：配电网发生故障后，首先由主站收集齐各馈线开关的故障电流信息，若某一开关上传故障电流信息，则定义该开关的故障信息标志为1，反之，则定义该开关的故障信息标志为0；然后根据馈线开关上传的故障电流信息，应用矩阵算法完成故障区段定位，若某一区段故障，则定义该区段故障状态为1，反之，定义该区段故障状态为0；

步骤2：根据矩阵算法的故障区段定位结果，判断配电网的故障是单一故障还是多重故障，并根据如下的方法对矩阵算法的定位结果进行容错纠正：

（1）若矩阵算法的故障区段定位结果表明配电网发生单一故障，此时，矩阵算法和人工智能算法的定位结果是一样的，认为矩阵算法的故障区段定位结果是正确的；

（2）若矩阵算法的故障区段定位结果表明配电网发生多重故障，则将矩阵算法的定位结果进行二项拆分组合：当故障定位结果显示配电网发生了n重故障，则共拆分组合出来2ⁿ-1种可能的故障，即拆分组合的可能故障为：单一故障，n种；双重故障，

种…k重故障，

种…n重故障，1种，然后采用评价函数对这2ⁿ-1种可能的故障进行评价，使评价函数最小的拆分组合即为实际的故障区段组合；

步骤3：根据步骤1、2完成故障区段判定后，主站向故障区段周边的开关发送分闸命令以隔离故障。

本发明还优选采用以下实施方案：

在步骤2的第（2）步中，当配电网馈线开关（非故障区段周边的开关）漏报或者误报故障信息，都会使矩阵算法定位的故障区段数比实际故障区段数要多。所以对矩阵算法的故障区段定位结果的拆分组合中必定有正确的故障区段。只增加评价函数评价矩阵算法的定位结果及其拆分组合，即可纠正矩阵算法错误的故障定位，即快速又准确，简单实用。

在步骤2的第（2）步中，其特征在于，如果由矩阵算法的故障诊断结果判定配电网发生了n重故障，则可由矩阵算法的故障区段定位结果拆分组合出2ⁿ-1种可能的故障。拆分组合的可能故障为：单一故障，n种；双重故障，

种…k重故障，

种…n重故障，1种。

在步骤2的第（2）步中，若矩阵算法的故障诊断结果表明配电网发生n重故障，对矩阵算法的故障区段定位结果拆分组合方法优选如下：

（1）假设配电网发生单一故障，然后随机假定矩阵算法判定出的n个故障区段中有且仅有一个区段故障，并找出所有可能的结果；

（2）假设配电网发生双重故障，然后随机假定矩阵算法判定出的n个故障区段中有且仅有两个区段故障，并找出所有可能的结果；

（3）假设配电网发生k（k≤n）重故障，然后随机假定矩阵算法判定出的n个故障区段中有且仅有k个区段故障，并找出所有可能的结果。

在步骤2中，其特征在于，优选应用通常评定人工智能算法解群的评价函数对矩阵算法的故障区段定位结果及其拆分组合进行评定选出使评价函数的拆分组合。评价函数是：

$F_{\mathrm{it}}\left(S_B\right)=\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}|I_j-I_j^{*}\left(S_B\right)|+\mathrm{\ω}\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\left|S_B\left(j\right)\right|$

式中F_it(S_B)为拆分组合群中每种拆分组合所对应的评价函数的值；S_B为拆分组合群中的单个拆分组合向量，S_B(j)是向量S_B的第j个元素，对应着配电网中各馈线区间的状态，取值为1表示故障状态，取值为0表示正常状态；N为配电网中馈线段的总数；I_j为配电网中各分段开关处的电流越限信号（有故障电流时为1，否则为0）；则为配网中各馈线开关安装的测控点的期望状态，它是开关下游的各馈线区间状态的或函数，比如开关S₁下游有馈线区段a和馈线区段b，则

馈线区段a、b的状态有一个为1，则

为1；ω是取值小于1的正的权系数；

表示权系数乘以故障馈线段数的和。

本发明即针对主站收集到的故障信息有可能存在漏报或误报的实际情况，利用评价函数对矩阵算法的故障区段定位结果及其拆分组合进行评价，提高了矩阵算法定位结果的容错性，使得矩阵算法的故障区段定位结果更加准确合理。

本发明的优点是：（1）改进算法整体故障定位速度快；（2）充分利用矩阵算法的定位结果，用评价函数对故障区段定位结果及故障区段定位结果的拆分组合进行评价，不需要繁杂的迭代运算，简单实用；（3）对矩阵算法的多重故障定位结果容错纠正，使得矩阵算法的故障区段定位结果更加准确合理。

附图说明

图1是正常运行的配电网线路图；

图2是发生故障时的配电网线路图；

图3是本发明公开的配电网矩阵算法定位结果容错纠正方法流程图。

图1、2中S1为变电站出线开关，S2、S3、S4……S11、S12为馈线分段开关，方块代表断路器，圆圈代表负荷开关。

具体实施方式

以下将结合附图和实例对发明的内容做进一步的说明。

如图1所示为正常运行的配电网线路图，馈线区段D1、D2……D12由变电站Sub供电，S1为变电站Sub的出线开关，S2、S3、S4……S11、S12为馈线分段开关，方块代表断路器，圆圈代表负荷开关；图2为图1中馈线区段D4、D11发生故障时的配电线路图。

当配电网线路故障时，可以采用本申请公开的一种配电网矩阵算法故障定位结果的容错纠正的方法进行故障定位，其步骤如下：

步骤1：配电网发生故障后，首先由主站收集齐各馈线开关的故障电流信息，若某一开关上传故障电流信息，则定义该开关的故障信息标志为1，反之，则定义该开关的故障信息标志为0；然后根据馈线开关上传的故障电流信息，应用矩阵算法完成故障区段定位，若某一区段故障，则定义该区段故障标志为1，反之，定义该区段故障标志为0。

如附图2所示的典型配电网线路，假设在区段D4、D11上发生双重相间故障，馈线开关S9上传的信息由于某种原因发生误报，主站收集到的故障信息为[1 1 1 1 0 1 0 0 10 1 0],其中开关的序号按照S1、S2、S3……S12的顺序排列，则由矩阵算法得到的故障定位结果是：[0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 1 0]，其中馈线区段的顺序按照D1、D2……D12排列。

步骤2：根据矩阵算法的故障区段定位结果，判断配电网的故障是单一故障还是多重故障，并根据如下的方法对矩阵算法的定位结果进行容错纠正：

（1）若矩阵算法的故障区段定位结果表明配电网发生单一故障，此时，矩阵算法和人工智能算法的定位结果是一样的，则认为矩阵算法的故障区段定位结果是正确的。

（2）若矩阵算法的故障区段定位结果表明配电网发生多重故障，则将矩阵算法的定位结果进行二项拆分组合。假如故障定位结果显示配电网发生了n重故障，则共拆分组合出来2ⁿ-1种可能的故障。然后采用评价函数对这2ⁿ-1种可能的故障进行评价，使评价函数最小的拆分组合即为实际的故障区段组合。

在附图2所示的实例中，由矩阵法得到的故障区段定位结果[0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 10]知，配电网发生了三重故障，需要对定位结果进行拆分组合。

拆分组合结果如下：

$\begin{array}{cccccccccccc}0& 0& 0& 1& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 1& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 1& 0\\ 0& 0& 0& 1& 0& 0& 0& 0& 1& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& 1& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 1& 0\\ 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 1& 0& 1& 0\\ 0& 0& 0& 1& 0& 0& 0& 0& 1& 0& 1& 0\end{array}$

使用评价函数 $F_{\mathrm{it}}\left(S_B\right)=\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}|I_j-I_j^{*}\left(S_B\right)|+\mathrm{\ω}\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\left|S_B\left(j\right)\right|$ 对矩阵算法的定位结果及其拆分组合评价；

式中F_it(S_B)为拆分组合群中每种拆分组合所对应的评价函数的值；S_B为拆分组合群中的单个拆分组合向量，S_B(j)是向量S_B的第j个元素，对应着配电网中各馈线区间的状态，取值为1表示故障状态，取值为0表示正常状态；N为配电网中馈线段的总数；I_j为配电网中各分段开关处的电流越限信号（有故障电流时为1，否则为0）；则为配网中各馈线开关安装的测控点的期望状态，它是开关下游的各馈线区间状态的或函数，比如开关S₁下游有馈线区段a和馈线区段b，则

馈线区段a、b的状态有一个为1，则

为1；ω是取值小于1的正的权系数；

表示权系数乘以故障馈线段数的和。

在本实施例中，对拆分组合群进行评价，评价结果如下表：

由于ω是小于1的正数，可见，使评价函数最小的组合向量是[0 0 0 1 0 0 0 0 0 01 0]，则判定区段D4和区段D11发生故障，也是实际的故障区段。可见本发明纠正了矩阵算法错误的定位结果，而且定位速度要比人工智能算法快，满足在线实时性的要求。

步骤3：根据故障区段定位结果知馈线区段D4、D11故障，主站向故障区段周边的开关发送分闸命令以隔离故障。

实例中，主站向馈线区段D4和馈线区段D11周边的馈线开关S₄、S₅、S₁₁、S₁₂发送分闸命令以隔离故障。

以上给出的实施例用以说明本发明和它的实际应用，并非对本发明作任何形式上的限制，任何个本专业的技术人员在不偏离本发明技术方案的范围内，依据以上技术和方法作一定的修饰和变更当视为等同变化的等效实施例。

Claims (4)

1.一种配电网矩阵算法故障定位结果容错纠正的方法，其特征在于，所述容错纠正方法采用如下步骤：

步骤1：配电网发生故障后，首先由主站收集齐各馈线开关的故障电流信息，若某一开关上传故障电流信息，则定义该开关的故障信息标志为1，反之，则定义该开关的故障信息标志为0；然后根据馈线开关上传的故障电流信息，应用矩阵算法完成故障区段定位，若某一区段故障，则定义该区段故障状态为1，反之，定义该区段故障状态为0；

步骤2：根据矩阵算法的故障区段定位结果，判断配电网的故障是单一故障还是多重故障，并根据如下的方法对矩阵算法的定位结果进行容错纠正：

（1）若矩阵算法的故障区段定位结果表明配电网发生单一故障，此时，矩阵算法和人工智能算法的定位结果是相同的，认为矩阵算法的故障区段定位结果是正确的；

（2）若矩阵算法的故障区段定位结果表明配电网发生多重故障，则将矩阵算法的故障区段定位结果进行二项拆分组合：当故障区段定位结果显示配电网发生了n重故障，则共拆分组合出来2ⁿ-1种可能的故障，即拆分组合的可能故障为：单一故障，n种；双重故障，

种…k重故障，

种…n重故障，1种，然后采用评价函数对这2ⁿ-1种可能的故障进行评价，使评价函数最小的拆分组合即为实际的故障区段组合；

步骤3：根据步骤1、2完成故障区段判断后，主站向故障区段周边的开关发送分闸命令以隔离故障。

2.根据权利1所述的容错纠正的方法，其特征在于：当非故障区段周边的配电网馈线开关存在漏报或者误报故障信息，都会使矩阵算法定位的故障区段数比实际故障区段数要多，对矩阵算法的故障区段定位结果的拆分组合中必定有实际的故障区段，只增加评价函数评价矩阵算法的定位结果及其拆分组合，即可纠正矩阵算法错误的故障定位。

3.根据权利1所述的容错纠正的方法，其特征在于：在步骤2的第（2）步中，若矩阵算法的故障定位结果表明配电网发生n重故障，对矩阵算法的故障区段定位结果拆分组合方法是：

（1）假设配电网发生单一故障，随机假定矩阵算法判定出的n个故障区段中有且仅有一个区段故障，并找出所有可能的结果；

（2）假设配电网发生双重故障，随机假定矩阵算法判定出的n个故障区段中有且仅有两个区段故障，并找出所有可能的结果；

（3）假设配电网发生k（k≤n）重故障，随机假定矩阵算法判定出的n个故障区段中有且仅有k个区段故障，并找出所有可能的结果。

4.根据权利1所述的容错纠正的方法，其特征在于，在步骤2的第（2）步中，应用通常评定人工智能算法解群的评价函数对矩阵算法的故障区段定位结果及其拆分组合进行评定选出使评价函数最小的拆分组合，所用评价函数是：

$F_{\mathrm{it}}\left(S_B\right)=\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}|I_j-I_j^{*}\left(S_B\right)|+\mathrm{\ω}\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\left|S_B\left(j\right)\right|$

式中F_it(S_B)为拆分组合群中每种拆分组合所对应的评价函数的值；S_B为拆分组合群中的单个拆分组合向量，S_B(j)是向量S_B的第j个元素，对应着配电网中各馈线区段的状态，取值为1表示故障状态，取值为0表示正常状态；N为配电网中馈线段的总数；I_j为配电网中各馈线开关处的测控点的电流越限信号，有故障电流时为1，否则为0；

则为配网中各馈线开关安装的测控点的期望状态，它是开关下游的各馈线区段状态的或函数；ω是取值小于1的正的权系数；

表示权系数乘以故障馈线段数的和。

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