CN106918764B - 基于网基矩阵型算法的配网故障定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种基于网基矩阵型算法的配网故障定位方法，包括以下步骤：S1，将配电网中的故障指示器定义为节点，将由故障指示器划分配电网而成的区段中非供电末端处的区段定义为连接节点的边，根据各节点之间的连接情况构建网基结构矩阵D；S2，获取配电网中的故障指示器的指示信息，构建关于故障指示器的指示信息的故障信息矩阵G；S3，根据所述网基结构矩阵D和故障信息矩阵G判定故障区段：若一条区段的两个端点节点所对应的故障指示器均发出报警或均没有发出报警，则此区段判为非故障区段；若一条区段的两个端点节点所对应的故障指示器中，仅有一个发出报警，则此区段判为故障区段。故障定位更加准确，减少人员巡检时间，节省成本。

Description

基于网基矩阵型算法的配网故障定位方法

技术领域

本发明涉及配电网故障定位技术领域，尤其涉及的是一种基于网基矩阵型算法的配网故障定位方法。

背景技术

目前，关于配电网故障定位系统的研究和开发很多。多数故障定位系统都通过安装在开关和馈线上监测终端来获取开关的状态和馈线的电流、电压。在正常情况下，故障定位系统主要用于实时监测开关的状态和馈线的电流、电压。在故障情况下，故障定位系统根据配电网拓扑结构，通过故障定位算法对监测终端传回的故障信息进行分析，得出故障区段或故障点，发出报警，并将故障区段或故障点的地理信息告知维修人员。显然，维修人员根据此地理信息可更快到达故障区域，从而缩短了找到故障发生地的时间，加快了故障区域的恢复供电速度。因此，配电网故障定位系统可在故障情况下大大地缩短故障恢复时间，减少寻找故障发生地所需巡线人员，提高工作效率。

在实际的配电网故障定位系统的运行过程中，很多监测终端因为信号强度弱、缺电、干扰等原因并不能将监测信息传递给主站，这就使得主站需要在故障信息不全的情况下进行故障区段判断，为提高故障区段判断的准确度，提出了很多具有容错性的配电网故障定位算法。目前主要分为两大类：一类是以遗传算法、神经网络算法为代表的人工智能型算法；另一类是以图论为基础，结合故障电流信息，根据配电网拓扑结构进行故障区段定位的矩阵运算型算法；除此之外，还有基于粗糙集理论的算法和过热弧搜寻算法。

当今比较热门的故障定位系统是基于故障指示器上传回的报警信息与配电网拓扑结构进行故障定位分析，当前缺乏高效的故障定位分析算法，进行故障定位。目前，监测终端大多采用基于矩阵运算法型算法进行故障定位，是将馈线上的断路器、分段开关和联络开关当作节点，根据断路器、分段开关和联络开关之间的连接关系来形成矩阵，以及根据断路器、分段开关和联络开关是否有故障电流实现的，该算法中需要得知各开关的开闭状态、电流和电压，该方法的效率较低，实现起来较为困难，需要的信息过多容易导致定位不准确。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于网基矩阵型算法的配网故障定位方法，故障定位更加准确，减少人员巡检时间，节省成本。

为解决上述问题，本发明提出一种基于网基矩阵型算法的配网故障定位方法，包括以下步骤：

S1，将配电网中的故障指示器定义为节点，将由故障指示器划分配电网而成的区段中非供电末端处的区段定义为连接节点的边，根据各节点之间的连接情况构建网基结构矩阵D；

S2，获取配电网中的故障指示器的指示信息，构建关于故障指示器的指示信息的故障信息矩阵G；

S3，根据所述网基结构矩阵D和故障信息矩阵G判定故障区段：若一条区段的两个端点节点所对应的故障指示器均发出报警或均没有发出报警，则此区段判为非故障区段；若一条区段的两个端点节点所对应的故障指示器中，仅有一个发出报警，则此区段判为故障区段。

根据本发明的一个实施例，还包括步骤S4，对所述步骤S3中判定的所述故障区段进行二次判定：若一所述故障区段与其他多条区段存在连接关系，在将此故障区段判为疑似故障区段。

根据本发明的一个实施例，在所述步骤S3之后或者在所述步骤S4之后，还包括步骤S5，对供电末端仅有一个故障指示器的区段进行故障判断：对所述供电末端的故障指示器的指示信息进行判断，若该故障指示器发出报警，则此供电末端区段为故障区段，否则为非故障区段。

根据本发明的一个实施例，在所述步骤S2中，对于一个与其它两个节点有连接关系的节点，若与之相连的两个节点对应的故障指示器均发出报警，而与之对应的故障指示器未发出报警，则将此节点对应的故障指示器的指示信息强制设置为发出报警。

根据本发明的一个实施例，在所述步骤S1之前还包括步骤S10，获取配电网系统的配网图，根据所述配网图中各元素及其关系建立配网拓扑结构，用于所述步骤S1中确定故障指示器、区段及其之间的关系。

根据本发明的一个实施例，根据所述配网图中除文本标注之外的其他全部元素及其关系建立配网拓扑结构。

根据本发明的一个实施例，在所述步骤S1之前还包括步骤S20，故障指示器安装在配电网线路上，将配电网分成了若干个区段。

根据本发明的一个实施例，所述故障指示器的指示信息为根据故障指示器监测线路所得的电流信息，根据电流信息确定该故障指示器发出短路报警、或接地报警。

根据本发明的一个实施例，在所述步骤S3中，根据所述网基结构矩阵D和故障信息矩阵G计算获得关于各个区段的两个端点节点的对应的故障指示器的报警情况的故障判断矩阵Q，根据故障判断矩阵Q判定故障区段。

采用上述技术方案后，本发明相比现有技术具有以下有益效果：

只需要故障指示器的信息，而不需要得知断路器、分段开关和联络开关等的状态，且故障指示器只监测的电气信息只有电流，无需获知开关的开闭状态、电流和电压，将使得故障定位更加准确，效率更高，减少故障人员的巡检时间，节省成本；

由于电流具有一定的流向，因而当电流流经了与一节点连接的两个节点时，也就意味着流经该一节点，因而这三个节点的电流信息一脉相承，两个节点的故障信息可以用来标识该一节点的故障，若该一节点故障信息上送异常，故障指示器应报警而未报警，则根据两个节点的故障状态来强制该故障指示器为报警状态，强制纠正机制可以精确地实现故障纠错，帮助进行故障定位；

在一次判定和二次判定中，都未对供电末端的区段此类区段只有一个连接点是故障指示器进行故障判定，为此在故障诊断的最后，需要对位于供电末端处的区段进行故障诊断，实现全面故障诊断；

附图说明

图1为本发明一实施例的基于网基矩阵型算法的配网故障定位方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

参看图1，在一个实施例中，基于网基矩阵型算法的配网故障定位方法包括以下步骤：

S1，将配电网中的故障指示器定义为节点，将由故障指示器划分配电网而成的区段中非供电末端处的区段定义为连接节点的边，根据各节点之间的连接情况构建网基结构矩阵D；

S2，获取配电网中的故障指示器的指示信息，构建关于故障指示器的指示信息的故障信息矩阵G；

S3，根据所述网基结构矩阵D和故障信息矩阵G判定故障区段：若一条区段的两个端点节点所对应的故障指示器均发出报警或均没有发出报警，则此区段判为非故障区段；若一条区段的两个端点节点所对应的故障指示器中，仅有一个发出报警，则此区段判为故障区段。

下面对基于网基矩阵型算法的配网故障定位方法进行进一步详细描述，但不作为限制。

在步骤S1中，将配电网中的故障指示器定义为节点，将由故障指示器划分配电网而成的区段中非供电末端处的区段定义为连接节点的边。换言之，故障指示器安装在配电网的线路上，并且以故障指示器为连接点将配电网分成若干个区段，也就是说区段的连接点为故障指示器。根据各节点之间的连接情况构建网基结构矩阵D，若节点之间存在相连的边，则可以表示为1，否则表示0，当然，数字仅作为是否有边连接的表示，并不作为限制，可以是其他的数字。

可选的，如果目前配电网中没有安装故障指示器，则在步骤S1之前还包括步骤S20，故障指示器安装在配电网线路上，将配电网分成了若干个区段。

具体来说，关于区段，一种是两端点均为与故障指示器连接，则该区段为相邻两个故障指示器之间的开关、线路、变压器等的集合，另一种是一端点为与故障指示器连接，另一端为供电末端，则该区段为故障指示器与供电末端之间的开关、线路、变压器等的集合。

网基结构矩阵是根据节点间的连接关系形成的，网基结构矩阵D是一个用来描述故障判定图拓扑结构的矩阵。它将区段看作无向边，将连接点看成节点。故障判定图有N个节点，则矩阵D就有N阶。假设节点i和节点j之间有一条边，则令D_ij＝D_ji＝1，反之为0。在实际形成矩阵D时，为了使故障指示器在每个运算矩阵中对应的节点号都一致，对参与矩阵形成的连接点编号进行升序处理，然后再根据故障指示器之间的拓扑结构形成矩阵。

矩阵运算型算法可划分为基于网基结构矩阵和基于网形结构矩阵两大类。不同算法间的区别主要表现在网络描述矩阵、故障信息矩阵和故障判定矩阵的具体组成与结构上，以及相应的故障判据上。网形结构矩阵是将配电网馈线看作有向边，考虑在假设功率流向后的开关上下游链接关系，反映配电网当前实际运行方式的网络描述矩阵。本实施例的网基结构矩阵则将划分出的区段看作无向边，将边之间的连接点作为节点，反映配电网中故障指示器与区段之间的拓扑关系的网络描述矩阵。得到故障信息矩阵即可通过矩阵运算型算法得到故障判定矩阵。

在一个实施例中，在步骤S1之前还包括步骤S10，获取配电网系统的配网图，根据配网图中各元素及其关系建立配网拓扑结构，用于步骤S1中确定故障指示器、区段及其之间的关系。步骤S1中，通过配网图得到的配网拓扑结构来确定配电网中故障指示器与区段之间的拓扑结构。

配网图是与真实配电网系统对应的配电网接线图，可以通过现有的配电网制图软件获得，配电网线路上安装了故障指示器，则配网图上也相应有故障指示器的图元。配电网系统的配网图是一种矢量图形，组成配网图的元素有源点、线路、变压器、故障指示器、开关、配电柜和文本标注等。为了更加简洁的进行拓扑分析，配网图中除文本标注之外的其他全部元素及其关系建立配网拓扑结构。换言之，配网图中，除文本标注外，其余所有元素都计入拓扑分析中，建立配网拓扑结构。

在步骤S2中，获取配电网中的故障指示器的指示信息，构建关于故障指示器的指示信息的故障信息矩阵G。故障信息矩阵G是根据节点的故障状态形成的，根据故障指示器是否发出报警信息来形成故障信息矩阵G。将故障指示器作为节点，故障指示器可以直接检测并指示自身节点是否发生异常，因而可以根据故障指示器检测线路中所获得电流作为指示信息或者作为指示信息的判断依据。在故障信息矩阵G中，区分对待指示信息指示故障指示器异常发出报警还是正常不报警两种状态，故障信息矩阵G描述了各个节点的故障状态情况。

在一个实施例中，故障指示器的指示信息为根据故障指示器监测线路所得的电流信息，根据电流信息确定该故障指示器发出短路报警、或接地报警。

一般情况下，绝大多数故障指示器都可顺利将报警信息发送给数据中心，但仍然存在某些故障指示器因自身故障或网络问题不能成功地向数据中心发送报警信息。因此，在形成故障信息矩阵前对故障指示器的报警状态进行强制纠正：在步骤S2中，对于一个与其它两个节点有连接关系的节点，若与之相连的两个节点对应的故障指示器均发出报警，而与之对应的故障指示器未发出报警，则将此节点对应的故障指示器的指示信息强制设置为发出报警。

由于电流具有一定的流向，因而当电流流经了与一节点连接的两个节点时，也就意味着流经该一节点，因而这三个节点的电流信息一脉相承，两个节点的故障信息可以用来标识该一节点的故障，若该一节点故障信息上送异常，故障指示器应报警而未报警，则根据两个节点的故障状态来强制该故障指示器为报警状态，强制纠正机制可以精确地实现故障纠错，帮助进行故障定位。

在步骤S3中，根据网基结构矩阵D和故障信息矩阵G判定故障区段：若一条区段的两个端点节点所对应的故障指示器均发出报警或均没有发出报警，则此区段判为非故障区段；若一条区段的两个端点节点所对应的故障指示器中，仅有一个发出报警，则此区段判为故障区段。

在一个实施例中，基于网基矩阵型算法的配网故障定位方法还可以包括步骤S4，对步骤S3中判定的故障区段进行二次判定：若一故障区段与其他多条区段存在连接关系，在将此故障区段判为疑似故障区段，依据一次判定的方式判断故障区段的支线上的全部节点。

一次判定方法可以有效排除误判区段，提高的故障定位的效率。一次判定完成后，有可能存在拓扑图中某区段为误判区段的情况，进行二次判定，可以纠正线路分支点的误判错误，使得故障定位更准确。针对二次判定的疑似故障区段，可以根据故障指示器传回的电流值进一步进行检查计算，进行故障诊断精确定位。根据故障起始到故障区段结束，有可能存在中间故障信息上送错误等，未得到故障节点，导致相邻节点之间一个为故障节点，另一个为非故障节点，导致一次判定误判。使用二次判定，依据一次判定的方式判断故障区段的支线上的全部节点。故障区段之后所有节点均为非故障节点。

在一个实施例中，在步骤S3之后或者在步骤S4之后，还包括步骤S5，对供电末端仅有一个故障指示器的区段进行故障判断：对供电末端的故障指示器的指示信息进行判断，若该故障指示器发出报警，则此供电末端区段为故障区段，否则为非故障区段。

在一次判定和二次判定中，都未对供电末端的区段此类区段只有一个连接点是故障指示器进行故障判定，为此在故障诊断的最后，需要对位于供电末端处的区段进行故障诊断，实现全面故障诊断。供电末端就是电网的最后端，最后的用电端。

在一个实施例中，在步骤S3中，根据网基结构矩阵D和故障信息矩阵G计算获得关于各个区段的两个端点节点的对应的故障指示器的报警情况的故障判断矩阵Q，根据故障判断矩阵Q判定故障区段。例如，根据故障节点为1，非故障节点为0，依据线路情况组成网基矩阵D，根据网基结构矩阵D与故障信息矩阵G的故障信息对应关系，得出故障与非故障节点处的位置。

本发明实施例的故障定位方法，只需要故障指示器的信息，而不需要得知断路器、分段开关和联络开关等的状态，且故障指示器只监测的电气信息只有电流，无需获知开关的开闭状态、电流和电压，将使得故障定位更加准确，效率更高，减少故障人员的巡检时间，节省成本。

本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定权利要求，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。

Claims (7)

1.一种基于网基矩阵型算法的配网故障定位方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，将配电网中的故障指示器定义为节点，将由故障指示器划分配电网而成的区段中非供电末端处的区段定义为连接节点的边，根据各节点之间的连接情况构建网基结构矩阵D；所述网基结构矩阵为将划分出的区段看作无向边，将边之间的连接点作为节点，反映配电网中故障指示器与区段之间的拓扑关系的网络描述矩阵；其中，

在所述步骤S1之前还步骤S10，获取配电网系统的配网图，根据所述配网图中各元素及其关系建立配网拓扑结构，用于所述步骤S1中确定故障指示器、区段及其之间的关系；

S2，获取配电网中的故障指示器的指示信息，构建关于故障指示器的指示信息的故障信息矩阵G，所述故障指示器的指示信息为根据故障指示器监测线路所得的电流信息，根据电流信息确定该故障指示器发出短路报警、或接地报警；

S3，根据所述网基结构矩阵D和故障信息矩阵G判定故障区段：若一条区段的两个端点节点所对应的故障指示器均发出报警或均没有发出报警，则此区段判为非故障区段；若一条区段的两个端点节点所对应的故障指示器中，仅有一个发出报警，则此区段判为故障区段。

2.如权利要求1所述的基于网基矩阵型算法的配网故障定位方法，其特征在于，还包括步骤S4，对所述步骤S3中判定的所述故障区段进行二次判定：若一所述故障区段与其他多条区段存在连接关系，在将此故障区段判为疑似故障区段。

3.如权利要求1或2所述的基于网基矩阵型算法的配网故障定位方法，其特征在于，在所述步骤S3之后或者在所述步骤S4之后，还包括步骤S5，对供电末端仅有一个故障指示器的区段进行故障判断：对所述供电末端的故障指示器的指示信息进行判断，若该故障指示器发出报警，则此供电末端区段为故障区段，否则为非故障区段。

4.如权利要求1所述的基于网基矩阵型算法的配网故障定位方法，其特征在于，在所述步骤S2中，对于一个与其它两个节点有连接关系的节点，若与之相连的两个节点对应的故障指示器均发出报警，而与之对应的故障指示器未发出报警，则将此节点对应的故障指示器的指示信息强制设置为发出报警。

5.如权利要求1所述的基于网基矩阵型算法的配网故障定位方法，其特征在于，根据所述配网图中除文本标注之外的其他全部元素及其关系建立配网拓扑结构。

6.如权利要求1或2或4所述的基于网基矩阵型算法的配网故障定位方法，其特征在于，在所述步骤S1之前还包括步骤S20，故障指示器安装在配电网线路上，将配电网分成了若干个区段。

7.如权利要求1所述的基于网基矩阵型算法的配网故障定位方法，其特征在于，在所述步骤S3中，根据所述网基结构矩阵D和故障信息矩阵G计算获得关于各个区段的两个端点节点的对应的故障指示器的报警情况的故障判断矩阵Q，根据故障判断矩阵Q判定故障区段。

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