CN106771875A - 一种配电网容错故障定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种配电网容错故障定位方法，其技术特点在于：包括以下步骤：步骤1、判别配电网发生故障后的最小配电区域个数；步骤2、遍历所述步骤1的所有最小配电区域，统计检测到的故障区域个数和错误逻辑区域个数；步骤3、根据配电网中检测到的故障区域个数和错误逻辑区域个数的不同，将误报或漏报信号下的故障定位结果分成三种不同情景，并基于采集到的配电终端三相遥测电流模拟量制定辅助判据，根据三种不同情景对应的容错故障定位处理原则，实现配电网容错故障定位处理。本发明实现了对多种不同故障情形的分类，避免了漏报或误报得出造成错误的故障定位结果，同时还有利于实现对不同情景进行不同的故障定位处理。

Description

一种配电网容错故障定位方法

技术领域

本发明属于配电网自动化技术领域，尤其是一种配电网容错故障定位方法。

背景技术

智能配电网是智能电网的重要组成部分，研究配电网自动化技术对于提高配电网的智能水平具有重要的现实意义。配电网自动化的关键是故障的准确定位、隔离和最大限度的恢复供电，而其中的基于配电终端上报的故障信号及时准确定位故障区域，是整个配电自动化系统的基础。

现有的保证采集到的开关状态信号准确性的措施主要是终端配置双位置遥信处理功能，即在配电终端中接入两对开关辅助节点并进行故障信号逻辑处理，尽量减小遥信量出现失误的概率。已有的故障定位算法主要有统一矩阵算法、过热区域搜索算法、人工智能算法和基于贝叶斯公式的算法等几种。

(1)统一矩阵算法及其改进算法，是配电网故障定位的普遍算法，具有计算速度快、原理实现简单的优点，但是该方法不具有容错故障处理的能力，在配电终端上报信号发生漏报或误报时可能发生误判。

(2)过热区域搜索算法具有原理简单、可详细提供故障程度等优点，并在实际系统中获得了成功应用，但是该方法支接点区域分离过程较复杂，为求得过热区域需要对特殊开关进行转换，且容错处理能力略显不足。

(3)人工智能算法所提方案较多，包括利用遗传算法、神经网络、蚁群算法、仿电磁学算法等不确定性故障定位算法，实现了一定容错性下故障定位，但普遍存在模型复杂程度高的问题。

(4)基于贝叶斯公式的算法是从概率论的角度提出的一种定位算法，最大优点是可以实现容错定位功能，适用于开环网与闭环网，但算法中各开关状态的估计概率值取值较难把握，还需要与其他相关信息融合来保障结果的准确性。

综上所述，目前配电网容错故障定位方案论述较少，有必要进行深入的挖掘和研究。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供设计合理、适应性强且在漏报或误报任意一种情况存在下仍能准确定位故障区域的配电网容错故障定位方法。

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种配电网容错故障定位方法，包括以下步骤：

步骤1、判别配电网发生故障后的最小配电区域个数；

步骤2、对于每一个最小配电区域，检测判断该最小配电区域是否为故障区域和错误逻辑区域，并统计检测到的故障区域个数和错误逻辑区域个数；

步骤3、遍历所述步骤1的所有最小配电区域，根据配电网中检测到的故障区域个数和错误逻辑区域个数的不同，将误报或漏报信号下的故障定位结果分成三种不同情景，并基于采集到的配电终端三相遥测电流模拟量制定辅助判据，根据三种不同情景对应的容错故障定位处理原则，实现配电网容错故障定位处理。

而且，所述步骤1的判别配电网发生故障后的最小配电区域的方法是：建立包含故障信号的邻接表，该邻接表中的每一个链表元素，均代表一个最小配电区域。

而且，所述步骤2的检测判断该最小配电区域是否为故障区域的方法是：

当最小配电区域入点经历故障电流且所有末点未经历故障电流时，则判定该最小配电区域是故障区域；当最小配电区域中至少一个末点经历故障电流时，则判定该最小配电区域不是故障区域。

而且，所述步骤2的检测判断该最小配电区域是否为错误逻辑区域的方法为：

当最小配电区域入点开关没有故障信号上报且末点开关有故障信号上报时，则判定该最小配电区域若是错误逻辑区域。

而且，所述步骤3的三种不同情景为：

(1)情景一：表示未检测到错误逻辑区域、检测到一个故障区域；

(2)情景二：表示未检测到错误逻辑区域、检测到两个故障区域；

(3)情景三：表示检测到一个错误逻辑区域、检测到至少一个故障区域。

而且，所述步骤3的基于采集到的配电终端三相遥测电流模拟量制定的辅助判据为：

其中，α与β一般取0.8～1.2，是为了保证存在测量误差的情况下仍能判定。

上式中，I_入实、I_入虚表示检测到的故障区域入点三相电流正序分量的实部与虚部；I_末实、I_末虚表示检测到的故障区域各末点三相电流正序分量的实部与虚部；

而且，所述步骤3的三种不同情景对应的容错故障定位处理原则为：

(1)情景一：

利用辅助判据对检测到的故障区域进行判定，若所述辅助判据不成立，则说明开关没有出现漏报或误报，定位结果为正确故障区域。若辅助判据成立，则对该故障区域的相邻上游与下游区域同时进行辅助判据判定，若上游区域辅助判据不成立，则真正的故障区域位于上游区域，上游区域的末点开关发生了误报；若下游区域辅助判据不成立，则故障区域位于下游区域，下游区域的入点开关发生了漏报；

(2)情景二：

利用辅助判据对两处故障区域分别进行判定，所述辅助判据不成立的区域为正确的故障区域，辅助判据成立的区域为误检测区域、且其入点开关发生了误报；

(3)情景三：

①当故障区域个数为一个时，那么该区域为正确的故障区域位置；

②当故障区域个数为两个时，若错误逻辑区域位于两个故障区域之间且三者依次相连，则可能是错误逻辑区域的入点开关发生漏报，也可能是末点开关发生了误报，利用所述辅助判据对上下游两个故障区域进行判定，如果故障区域在上游，则是错误逻辑区域的末点出现了误报；如果故障区域在下游，则为错误逻辑区域的入点发生了漏报；若一个故障区域孤立、另一个故障区域与错误逻辑区域相联，则孤立的故障区域为正确的故障区域，是错误逻辑区域末点开关的误报导致了与之相联区域检测到了故障。

本发明的优点和积极效果是：

1、本发明基于故障区域与错误逻辑区域对最小配电区域进行判定，实现了对多种不同故障情形的分类，避免了漏报或误报得出造成错误的故障定位结果，同时还有利于实现对不同情景进行不同的定位处理。

2、本发明基于采集到的配电终端三相遥测电流模拟量制定辅助判据，该辅助判据能够适应两相短路、两相接地短路和三相短路等多种情况，适应性强。

3、本发明在开环配电网中任意配电终端上传的故障信号发生漏报或误报的情况下，都能实现准确定位故障区域的功能，具有实用价值。

附图说明

图1是本发明的方法流程图；

图2是本发明具体实施方式的故障发生在区域{5-6}时的开环网络示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例作进一步详述：

配电网容错故障定位是指在故障定位过程中基于配电终端采集的故障信号存在漏报或误报的情况，利用冗余信息或非健全信息来纠正故障信号以保障故障定位策略仍然能有效。它是针对故障定位策略有效性的一种保护手段，也是保障配电网自动化系统准确、快速定位故障发生区域的有效措施之一。本发明提供了一种基于错误逻辑区域检测的开环配电网容错故障定位的方法。当配电终端上传的故障信号存在漏报或误报情况下，配电网故障定位结果可能受到影响，本发明旨在存在漏报或误报任意一种情况下仍能准确定位故障区域。

本发明首先对配电网发生故障后的最小配电区域进行判别，并统计检测到的故障区域个数和错误逻辑区域个数，然后根据两个区域个数的不同将故障定位情况分成三种不同情景，提出了相应的容错故障定位处理原则。实现了对多种不同故障情形的分类，避免了漏报或误报情况繁杂对定位结果处理带来的不利影响，同时还有利于实现对不同情景进行不同的定位处理。

一种配电网容错故障定位方法，如图1所示，包括以下步骤：

步骤1、判别配电网发生故障后的最小配电区域个数；

所述步骤1的判别配电网发生故障后的最小配电区域的方法是：建立包含故障信号的邻接表，该邻接表中的每一个链表元素，均代表一个最小配电区域，且具有每个最小配电区域的所有电气元件及连接信息；然后采用顺序表表示节点信息，再采用邻接表表示节点间的相邻关系，保存为有向图的信息；最后将配电终端上报的故障信号写入邻接表的每个链表元素的表头数据中，父节点与子节点均进行如下操作：若节点开关经历故障电流，节点相应标志位置1，否则置0。

步骤2、对于每一个最小配电区域，检测判断该最小配电区域是否为故障区域和错误逻辑区域，并统计检测到的故障区域个数和错误逻辑区域个数；

所述步骤2的检测判断该最小配电区域是否为故障区域的方法是：

通过配电终端采集到的最小配电区域入点与末点的故障信号实现对故障区域个数的检测判断：当最小配电区域入点经历故障电流且所有末点未经历故障电流时，则判定该最小配电区域是故障区域；当最小配电区域中至少一个末点经历故障电流时，则判定该最小配电区域不是故障区域。

所述步骤2的检测判断该最小配电区域是否为错误逻辑区域的方法为：

当最小配电区域入点开关没有故障信号上报且末点开关有故障信号上报时，则判定该最小配电区域若是错误逻辑区域。

在不发生漏报、误报的情况下，对于每个最小配电区域来说，若入点没有经历故障电流，那么末点也不可能经历故障电流，这是因为在开环配电网这个前提下，功率的传输方向只能是从最小配电区域中的入点向末点方向传输。但是，在配电终端上报的故障信号发生漏报或误报的情况下，相应开关所在最小配电区域可能出现不符合上述逻辑的情况。本发明将上述最小配电区域称为错误逻辑区域。

其中，所述错误逻辑区域的特点是：在故障定位系统正常工作时，可用来表征系统中发生的开关状态漏报或误报；但若已知故障定位系统发生了误报或漏报，则不一定会出现错误逻辑区域。

在本实施例中，所述步骤2的具体步骤，如图1所示，包括：

(1)在初始阶段，令故障区域个数计数器m置0，错误逻辑区域个数计数器n置0，循环计数器i置1；邻接表元素个数(最小配电区域个数)i_max赋值；

(2)判断i与i_max的大小关系；当i≤i_max时，则判断该最小配电区域是否为故障区域；若该最小配电区域是故障区域，则故障区域的个数计数器加1，即m＝m+1；若该最小配电区域不是故障区域，则继续判断该最小配电区域是否为错误逻辑区域；若该最小配电区域是错误逻辑区域，则错误逻辑区域的个数计数器加1，即n＝n+1；若该最小配电区域不是错误逻辑区域，则错误逻辑区域的个数计数器不变；

(3)错误逻辑区域判断结束后，令i＝i+1，返回步骤(2)，重复判断i与i_max的大小关系，直至遍历所述步骤1的所有最小配电区域。

步骤3、遍历所述步骤1的所有最小配电区域，根据配电网中检测到的故障区域个数和错误逻辑区域个数的不同，将误报或漏报信号下的故障定位结果分成三种不同情景，并基于采集到的配电终端三相遥测电流模拟量制定辅助判据，根据三种不同情景对应的容错故障定位处理原则，实现配电网容错故障定位处理。

所述步骤3的三种不同情景为：

(1)情景一：表示未检测到错误逻辑区域、检测到一个故障区域；

其结果表明：误报或漏报导致真正的故障区域没有被检测到、而其他区域被误检测为故障区域。

(2)情景二：表示未检测到错误逻辑区域、检测到两个故障区域；

其结果表明：误报或漏报导致检测出两个故障区域，且真正的故障区域包含在其中，使得定位结果不易分辨。

(3)情景三：表示检测到一个错误逻辑区域、检测到至少一个故障区域；

其结果表明：误报或漏报导致检测出一处或两处故障。

所述步骤3的基于采集到的配电终端三相遥测电流模拟量制定的辅助判据为：

其中，α与β一般取0.8～1.2，是为了保证存在测量误差的情况下仍能判定。

上式中，I_入实、I_入虚表示检测到的故障区域入点三相电流正序分量的实部与虚部；I_末实、I_末虚表示检测到的故障区域各末点三相电流正序分量的实部与虚部；

若该最小配电区域没有发生故障，则正序网中入点电流与末点电流之间满足基尔霍夫电流定律；若该最小配电区域发生故障，则正序网中一定不满足基尔霍夫电流定律。最小配电区域内没有发生故障时公式(1)成立，α与β同时满足判定公式(1)时，说明该最小配电区域没有发生故障；否则，说明该最小配电区域发生了故障。

所述步骤3的三种不同情景对应的容错故障定位处理原则为：

(1)情景一：

将检测到的故障区域进行公式(1)判定，若公式(1)不成立，则说明开关没有出现漏报或误报，定位结果为正确故障区域。若公式(1)成立，则对该故障区域的相邻上游与下游区域同时进行公式(1)判定，若上游区域判据不成立，则真正的故障区域位于上游区域，上游区域的末点开关发生了误报；若下游区域判据不成立，则故障区域位于下游区域，下游区域的入点开关发生了漏报。

(2)情景二：

对两处故障区域分别进行公式(1)判定，公式(1)不成立的区域为正确的故障区域，公式(1)成立的区域为误检测区域、且其入点开关发生了误报。

(3)情景三：

①当故障区域个数为一个时，那么该区域为正确的故障区域位置。

②当故障区域个数为两个时，若错误逻辑区域位于两个故障区域之间且三者依次相连，则可能是错误逻辑区域的入点开关发生漏报，也可能是末点开关发生了误报，利用公式(1)对上下游两个故障区域进行判定，如果故障区域在上游，则是错误逻辑区域的末点出现了误报；如果故障区域在下游，则为错误逻辑区域的入点发生了漏报。若一个故障区域孤立、另一个故障区域与错误逻辑区域相联，则孤立的故障区域为正确的故障区域，是错误逻辑区域末点开关的误报导致了与之相联区域检测到了故障。

在本实施例中，依据所述步骤2的错误逻辑区域计数器与故障区域计数器的结果，识别故障情景为三种场景中的哪一种。针对每种情景分别依据相应的原则进行处理，最终实现了配电网容错故障定位处理功能。

在本实施例中，以图2所示的开关5与开关6之间线路发生故障的开环网路举例说明。

在没有误报和漏报的情况下，应该由分段开关1、2、5上报故障信号，其余开关3、4、6、7、8均无故障信号上报。由故障区域定位规则，区域{5-6}入点经历故障电流、末点不经历故障电流，故障在本区域内。

存在漏报或误报情况下的定位结果如表1所示，其中括号中标注的“上”、“下”和“不”分别表示“与错误逻辑区域相联的上游”、“与错误逻辑区域相联的下游”和“与错误逻辑区域不相联”。

开关1、2、4、7和8为检测到错误逻辑区域的开关，开关5和开关6为没有检测到错误逻辑区域但检测出一处故障的开关，开关3为没有检测出错误逻辑区域但检测出两处故障的开关。将后两者涉及到的开关序号标注在图2中。

很明显，只检测到一处故障的情况，其原因是故障所在区域的入点处发生了漏报或末点处发生了误报，也就是开关5和开关6的部分。检测到两处故障的情况，其原因是区域{2-3-5}的末端节点3发生了误报，也就是开关3的部分。

因此，根据表1中每一行的情况对应得出故障区域的个数和错误逻辑区域的个数。依据这两个参数将每一行的情景与情景1、2和3对应，再依据每种情景的处理原则进行处理，即可实现有开关漏报或误报情况下的正确故障定位。

表1故障区域为{5-6}时定位结果

需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明包括并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。

Claims (7)

1.一种配电网容错故障定位方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1、判别配电网发生故障后的最小配电区域个数；

步骤2、对于每一个最小配电区域检测判断该最小配电区域是否为故障区域和错误逻辑区域，并统计检测到的故障区域个数和错误逻辑区域个数；

步骤3、遍历所述步骤1的所有最小配电区域，根据配电网中检测到的故障区域个数和错误逻辑区域个数的不同，将误报或漏报信号下的故障定位结果分成三种不同情景，并基于采集到的配电终端三相遥测电流模拟量制定辅助判据，根据三种不同情景对应的容错故障定位处理原则，实现配电网容错故障定位处理。

2.根据权利要求1所述的一种配电网容错故障定位方法，其特征在于：所述步骤1的判别配电网发生故障后的最小配电区域的方法是：建立包含故障信号的邻接表，该邻接表中的每一个链表元素，均代表一个最小配电区域。

3.根据权利要求1或2所述的一种配电网容错故障定位方法，其特征在于：所述步骤2的检测判断该最小配电区域是否为故障区域的方法是：

当最小配电区域入点经历故障电流且所有末点未经历故障电流时，则判定该最小配电区域是故障区域；当最小配电区域中至少一个末点经历故障电流时，则判定该最小配电区域不是故障区域。

4.根据权利要求1或2所述的一种配电网容错故障定位方法，其特征在于：所述步骤2的检测判断该最小配电区域是否为错误逻辑区域的方法为：

当最小配电区域入点开关没有故障信号上报且末点开关有故障信号上报时，则判定该最小配电区域若是错误逻辑区域。

5.根据权利要求1或2所述的一种配电网容错故障定位方法，其特征在于：所述步骤3的三种不同情景为：

(1)情景一：表示未检测到错误逻辑区域、检测到一个故障区域；

(2)情景二：表示未检测到错误逻辑区域、检测到两个故障区域；

(3)情景三：表示检测到一个错误逻辑区域、检测到至少一个故障区域。

6.根据权利要求1或2所述的一种配电网容错故障定位方法，其特征在于：所述步骤3的基于采集到的配电终端三相遥测电流模拟量制定的辅助判据为：

其中，α与β一般取0.8～1.2，是为了保证存在测量误差的情况下仍能判定；

上式中，I_入实、I_入虚表示检测到的故障区域入点三相电流正序分量的实部与虚部；I_末实、I_末虚表示检测到的故障区域各末点三相电流正序分量的实部与虚部。

7.根据权利要求6所述的一种配电网容错故障定位方法，其特征在于：所述步骤3的三种不同情景对应的容错故障定位处理原则为：

(1)情景一：

利用辅助判据对检测到的故障区域进行判定，若所述辅助判据不成立，则说明开关没有出现漏报或误报，定位结果为正确故障区域；若辅助判据成立，则对该故障区域的相邻上游与下游区域同时进行辅助判据判定，若上游区域辅助判据不成立，则真正的故障区域位于上游区域，上游区域的末点开关发生了误报；若下游区域辅助判据不成立，则故障区域位于下游区域，下游区域的入点开关发生了漏报；

(2)情景二：

利用辅助判据对两处故障区域分别进行判定，所述辅助判据不成立的区域为正确的故障区域，辅助判据成立的区域为误检测区域、且其入点开关发生了误报；

(3)情景三：

①当故障区域个数为一个时，那么该区域为正确的故障区域位置；

②当故障区域个数为两个时，若错误逻辑区域位于两个故障区域之间且三者依次相连，则可能是错误逻辑区域的入点开关发生漏报，也可能是末点开关发生了误报，利用所述辅助判据对上下游两个故障区域进行判定，如果故障区域在上游，则是错误逻辑区域的末点出现了误报；如果故障区域在下游，则为错误逻辑区域的入点发生了漏报；若一个故障区域孤立、另一个故障区域与错误逻辑区域相联，则孤立的故障区域为正确的故障区域，是错误逻辑区域末点开关的误报导致了与之相联区域检测到了故障。