CN107991580B - 基于关联权重离散性多源信息的配电网故障定位方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于关联权重离散性多源信息的配电网故障定位方法，本发明综合馈线终端报警信息、配变报警信息和用户电话投诉信息，利用各种报警信息在故障区段与非故障区段的关联权重的离散性规律，实现对配电网故障的定位功能。该方法中融合了多种报警信息，提高了故障定位的可靠性，同时解决了现在配电网故障中由单一信息源造成的故障定位准确性不高的问题。

Description

基于关联权重离散性多源信息的配电网故障定位方法
技术领域
本发明涉及一种基于关联权重离散性多源信息的配电网故障定位方法。
背景技术
一直以来，配电网的管理与控制的自动化程度较低，工作人员对接线复杂，设备繁多的配电网难以掌握工作运行状态，仅靠人工进行控制与管理，效率低下，速度慢，难以反应配电网的各种故障状态，也不能够满足经济社会的发展对高质量电能的需求。
配电网故障定位方法种类较多，可以归纳如下几种方法：一类是基于健全的终端报警信息。此类方法通过矩阵的形式，进行相应的矩阵计算，进行配电网的故障定位。但由于配电网系统中故障信息由于环境天气等因素往往会发生畸变，同时电气设备发生故障的概率也较大，这些因素对故障定位的准确性产生较大的影响。
另一类是基于人工智能算法实现配电网故障定位，人工智能算法一直以来是技术人员不断发展的解决问题的新途径，通过利用FTU上传的报警信息结合人工智能算法对配电网进行故障定位，解决了信息畸变带来的故障定位准确性的问题，但是算法相对复杂，可靠性较差。同时人工智能方法的要求配电网中馈线终端硬件要求较高，但是现阶段配电网中大部分只在主馈线或长分支线上才配置馈线终端单元，不能满足利用人工智能方法进行准确故障定位的要求。如今，随着大数据时代的到来，数据挖掘技术在配电网故障定位中也得到了充分应用。但是这些方法运算量较大，数据挖掘技术需要调用、处理、存储大量的历史数据，对于硬件的要求也较高。智能电网大数据的研究和应用尚且还处于初级的阶段，业界对智能电网大数据概念的认识尚未形成共识，尚未形成一批具有说服力的研究成果来充分显示智能电网大数据的研究和应用价值。
发明内容
本发明为了解决上述问题，提出了一种基于关联权重离散性多源信息的配电网故障定位方法，本发明利用各种报警信息在故障区段与非故障区段的关联权重的离散性规律，实现对配电网故障的定位功能。该方法中融合了多种报警信息，提高了故障定位的可靠性，同时解决了现在配电网故障中由单一信息源造成的故障定位准确性不高的问题。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于关联权重离散性多源信息的配电网故障定位方法，包括以下步骤:
(1)对配电网结构区域进行划分，使得每个区域配电网拓扑结构为单电源辐射型网络；
(2)根据配电网结构，形成配电网结构矩阵，描述配电网中各个用户负荷与所属配电变压器之间的连接关系；
(3)根据配电网拓扑结构，形成各区域的报警信息与故障区域的关联表，描述配电网中各个元件与相应故障区域的关联关系；
(4)通过搜索报警信息与故障区域关联表得到可能的故障区域，根据对应不同的可能故障区域，依次对各个报警信息赋关联权值；
(5)计算可能故障区域的离散系数，生成可能故障区域离散系数走势图，显示故障区域与非故障区域离散性规律，确定故障区域。
进一步的，所述步骤(1)中，以用户负荷、联络开关或/和10kV配电变压器为边界，将配电网结构进行区域划分。
进一步的，所述步骤(2)中，配电网结构矩阵至少包括描述配电网结构中各个分段开关之间的连接关系，描述配电网各个分段开关所直接相接的负荷的情况以及描述配电网中各个用户负荷与所属配变之间的连接关系的部分。
进一步的，所述步骤(2)中，配电网结构矩阵还包括空矩阵。
进一步的，各区域的报警信息包括馈线终端单元、配电变压器报警器以及故障区域的投诉电话。
进一步的，所述步骤(3)中，根据配电网拓扑结构，形成各区域的报警信息与故障区域的关联表，关联表中描述配电网中各个元件与相应故障区域的关联关系。
进一步的，所述步骤(3)中，故障指示器分布在配电网的各个分段开关处；配电变压器报警器分布在配电网中各个配变上，投诉信息来源于各用户区，利用线路分段开关装置代表故障指示器，配电变压器来代表配变报警信息，用户区来代表用户投诉信息。
进一步的，所述步骤(4)中，根据对应不同的可能故障区域，依次对各个报警信息赋关联权值，搜索每一种报警信息对应关联表，将每一种报警信息对应可能故障区域集做并集运算，形成可疑故障区域集，建立关联程度比矩阵，对于每一可疑故障区域根据关联表进行关联程度进行比较，任意取出一对报警信息，对两个报警信息的关联程度进行比较，以确定关联程度比矩阵的各个元素，求取关联程度比矩阵的最大特征值及对应的特征向量，此特征向量即为报警信息集各元素所对应可疑故障区域的关联权重值。
进一步的，所述步骤(5)中，采用标准差系数作为离散系数指标。
进一步的，所述步骤(5)中，可能故障区域离散系数走势图展示各个可能故障区域所对应的离散系数值，通过描点连线，确定故障发生前后可能故障区域离散系数走势图中曲线规律，通过采用将可能故障区域离散系数走势图中离散点进行插值，求取极小值的方式确定故障区域。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明基于多种报警信息，包括馈线终端报警信息、配变报警信息和用户电话投诉信息，利用各种报警信息在故障区段与非故障区段的关联权重的离散性规律，实现对配电网故障的定位功能；
本发明融合了多种报警信息，提高了故障定位的可靠性，同时解决了现在配电网故障中由单一信息源造成的故障定位准确性不高的问题。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1是本发明的配电网分区域的示意图；
图2是本发明的1区配电网结构矩阵；
图3是本发明的2区配电网结构矩阵；
图4是本发明的3区配电网结构矩阵；
图5(a)-图5(g)是本发明的各故障信息畸变情形故障区域离散系数走势图；
图6是本发明的流程图。
具体实施方式：
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
在本发明中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本发明各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本发明中任一部件或元件，不能理解为对本发明的限制。
本发明中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本发明中的具体含义，不能理解为对本发明的限制。
正如背景技术所介绍的，现有技术中存在配电网故障中由单一信息源造成的故障定位准确性不高的不足，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种基于关联权重离散性多源信息的配电网故障定位方法，包括以下步骤：
1.配电网结构区域划分；
2.形成各区域的配电网结构矩阵；
3.形成各区域的报警信息与故障区域的关联表；
4.报警信息关联权重赋值；
5.计算可能故障区域的离散系数；
6.生成可能故障区域离散系数走势图；
7.确定故障区域
步骤(1)中，采用以用户负荷、联络开关、10kV配电变压器为边界，将配电网结构进行区域划分。每个区域配电网拓扑结构为单电源辐射型网络。
步骤(2)中，根据配电网结构模型，形成配电网结构矩阵。配电网结构矩阵由4部分组成，分别为A1、A2、A3、A4。其中A1中描述了配电网结构中各个分段开关(包括变电站出口断路器)之间的连接关系，其中矩阵中的数字代表了配电线路的连接编号；A2描述了配电网各个分段开关所直接相接的负荷的情况，矩阵中数字仍表示配电网线路连接编号；A3无意义，一般为空矩阵；A4描述了配电网中各个用户负荷与所属配变之间的连接关系，数字“1”代表相应的用户负荷与配变相对应。
步骤(3)中，根据配电网拓扑结构，形成各区域的报警信息与故障区域的关联表。关联表中描述了配电网中各个元件与相应故障区域的关联关系。故障指示器一般分布在配电网的各个分段开关处；配变报警器分布在配电网中各个配变上，用户的投诉信息来源于各用户区。所以用线路分段开关装置代表故障指示器，配电变压器来代表配变报警信息，用户区来代表用户投诉信息。
步骤(4)中，故障发生后，馈线终端单元，配变报警器以及故障区域的投诉电话都会将报警信息上传。报警信息上报后，通过搜索报警信息与故障区域关联表得到可能的故障区域。根据对应不同的可能故障区域，依次对各个报警信息赋关联权值，关联权值表述了各个报警信息对应不同的可能故障区域的关联权重。关联权重将抽象的报警信息与各个可能故障区域的关联关系数值化，为求算故障区域奠定了基础。
步骤(5)中，离散系数描述了单位均值上的离散程度，常用在两个总体均值不等的离散程度的比较上。若两个总体的均值相等，则比较标准差系数与比较标准差是等价的。各个报警信息对应不同可能故障区域的关联权重可以通过离散系数指标来展示了故障区域与非故障区域离散性规律。
步骤(6)中，可能故障区域离散系数走势图展示了各个可能故障区域所对应的离散系数值，通过描点连线，可以发现故障发生前后可能故障区域离散系数走势图中曲线规律，通过采用将可能故障区域离散系数走势图中离散点进行插值，求取极小值的方式确定故障区域。
本申请的一种典型的实施方式中，如图1所示，建立配电网拓扑结构矩阵。建立后的区域如图2-图4所示。
配电网结构矩阵是对配电网拓扑结构模型信息的整合。通过配电网拓扑结构，可以清楚的将各个馈线终端(包括变电站出口出的断路器)之间的连接关系，配电网中馈线终端单元与所直接连接的负荷的情况以及配电网中各个用户区域与所属配电网变压器之间的连接关系表示出来。同时此结构矩阵为高度稀疏矩阵，便于数据的存储，为之后报警信息与可能故障关联表的建立奠定了基础。
报警信息与可能故障区域的关联表是根据配电网拓扑结构模型建立的。它通过配电网拓扑结构模型描述了报警信息源(馈线终端设备、配变报警器以及用户区域)在地里位置上与可能故障区域上的逻辑关系。具体的报警信息与可能故障区域关联标的建立详见以下情况：
1.故障指示器关联表形成规则：
若本层A1部分若为空集(称为断层)，则此层表示的故障指示器所对应的故障区域为A2中所有配电线路。
若本层A1部分非空集，则此层表示的故障指示器所对应的故障区域为本层到末层中A1、A2中所有的配电线路的并集。
2.配变指示器关联表的形成规则：
配变报警信息的故障区域由两部分组成，一部分是配变本身；另一部分是A2中各个配变所对应的各层配电线路的并集。
3.用户投诉信息关联表的形成规则：
用户区往往与直接相连，则用户投诉信息故障区域与所在用户区所属配电变压器的配变报警装置的故障区域相同。A4表示了各个用户区与所属配电变压器的连接情况。
具体实例如表1-表3所示。
表1 1区报警信息与故障区域关联表
表2 2区报警信息与故障区域关联表
表格3 3区报警信息与故障区域关联表
报警装置 可能故障区域 报警装置 可能故障区域
CB3 15、16、17、18、19 T20 18、T20
S11 16、17、18、19 T21 19、T21
S12 17 Q区 15、T17
S13 18、19 R区 17、T18
S14 19 S区 18、T19
T17 15T17 T区 18、T20
T18 17T18 U区 19、T21
T19 18T19
本发明采用模糊综合评判方法来进行权重计算，根据报警信息与故障区域的关联表和不同可能故障区域计算报警信息的关联权重，进行信息赋权值。下面具体讲述赋权值方法：
1.配电网变电站中心获得报警信息集W(Wi＝[w1，w2，w3…])根据报警信息集，搜索每一种报警信息wi对应关联表，将每一种报警信息wi对应可能故障区域集gi做并集运算，形成可疑故障区域集G。
2.建立关联程度比矩阵。对于可疑故障集G中的每一个元素Gi都代表了一个可能故障区域。对每一种可疑故障区域Gi，根据关联表，报警信息集W都可以分为关联报警信息集Wg和非关联的报警信息集同时关联报警信息集Wg和非关联的报警信息集又可以分为3类种报警信息，即关联馈线终端报警信息Wg1，关联配变报警信息Wg2，关联用户报警信息Wg3；非关联馈线终端报警信息非关联配变报警信息非关联用户报警信息
在报警信息集W中，对于每一可疑故障区域根据关联表进行关联程度进行比较，任意取出一对报警信息Wi和Wj，对报警信息Wi和Wj的关联程度进行比较，设f(Wi/Wj)表示报警信息Wι相对于报警信息Wj而言的“关联程度比较”的判断值，f(Wj/Wi)表示报警信息Wj相对于报警信息Wi而言的“关联程度比较”的判断值。判断值f(Wi/Wj)，f(Wj/Wi)的确定方法见表4。
表4报警信息关联程度比较的判断值表
令
则得关联程度比矩阵为
其中bii＝1，bij·bji＝1
然后，求关联程度比矩阵B的最大特征值λmax及对应的特征向量，即由特征方程
|B-λE|X＝0 (0.3)
求出最大的λ＝λmax，将求出的λ＝λmax代入齐次线性方程组
即
解出X＝(x1,x2,…xn)T，得到最大特征值λmax对应的特征向量，此特征向量即为报警信息集各元素所对应可疑故障区域的关联权重值。把那些定性的报警信息与可疑故障区域关联关系实现了定量化。
形成故障区域离散系数走势图中计算报警信息关联权重离散系数值:
报警信息对于不同配电网可疑故障区域的关联权重的离散系数具有明显的差异，本发明采用标准差系数作为离散系数指标：
Ls是报警信息离散系数，S报警信息标准差，报警信息权重平均值。
建立故障区域离散系数走势图，得出故障区域。
本发明采用7种故障信息畸变情形进行测试，分别为以下几种情形：
1)配电网系统中某一处报警装置不完备，报警信息缺省；
2)配电网系统中某一处报警装置发生误动；
3)配电网系统中某一处报警装置发生漏报，报警信息缺省；
4)配电网系统中停电区域包含多个配电变压器，但只有一处配电变压器用户进行电话投诉；
5)配电网系统中报警信息缺少某一类信息，其他报警信息完备；
6)配电网系统中报警信息开关故障报警器与配变报警信息发生同时漏报；
7)配电网系统中报警信息开关故障报警器与用户投诉电话同时缺省。
其中情形1-5为单重故障，6和7为发生多重故障情形。
为了测试本方法，选用这7种典型的故障信息畸变情形进行测试。发生故障时，各故障信息畸变情形故障区域离散系数走势如图5(a)-图5(g)所示，通过以上7中常见的故障信息畸变情形，通过关联权重离散性的分析判定，都可以精确地得到3区域为故障区域。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种基于关联权重离散性多源信息的配电网故障定位方法，其特征是：包括以下步骤:
(1)对配电网结构区域进行划分，使得每个区域配电网拓扑结构为单电源辐射型网络；
(2)根据配电网结构，形成配电网结构矩阵，描述配电网中各个用户负荷与所属配电变压器之间的连接关系；
(3)根据配电网拓扑结构，形成各区域的报警信息与故障区域的关联表，描述配电网中各个元件与相应故障区域的关联关系；
(4)通过搜索报警信息与故障区域关联表得到可能的故障区域，根据对应不同的可能故障区域，依次对各个报警信息赋关联权值；
(5)计算可能故障区域的离散系数，生成可能故障区域离散系数走势图，显示故障区域与非故障区域离散性规律，确定故障区域。
2.如权利要求1所述的一种基于关联权重离散性多源信息的配电网故障定位方法，其特征是：所述步骤(1)中，以用户负荷、联络开关和10kV配电变压器为边界，将配电网结构进行区域划分。
3.如权利要求1所述的一种基于关联权重离散性多源信息的配电网故障定位方法，其特征是：所述步骤(2)中，配电网结构矩阵至少包括描述配电网结构中各个分段开关之间的连接关系，描述配电网各个分段开关所直接相接的负荷的情况以及描述配电网中各个用户负荷与所属配变之间的连接关系的部分。
4.如权利要求1所述的一种基于关联权重离散性多源信息的配电网故障定位方法，其特征是：所述步骤(2)中，配电网结构矩阵还包括空矩阵。
5.如权利要求1所述的一种基于关联权重离散性多源信息的配电网故障定位方法，其特征是：各区域的报警信息包括馈线终端单元、配电变压器报警器以及故障区域的投诉电话。
6.如权利要求1所述的一种基于关联权重离散性多源信息的配电网故障定位方法，其特征是：所述步骤(3)中，根据配电网拓扑结构，形成各区域的报警信息与故障区域的关联表，关联表中描述配电网中各个元件与相应故障区域的关联关系。
7.如权利要求1所述的一种基于关联权重离散性多源信息的配电网故障定位方法，其特征是：所述步骤(3)中，故障指示器分布在配电网的各个分段开关处；配电变压器报警器分布在配电网中各个配变上，投诉信息来源于各用户区，利用线路分段开关装置代表故障指示器，配电变压器来代表配变报警信息，用户区来代表用户投诉信息。
8.如权利要求1所述的一种基于关联权重离散性多源信息的配电网故障定位方法，其特征是：所述步骤(4)中，根据对应不同的可能故障区域，依次对各个报警信息赋关联权值，搜索每一种报警信息对应关联表，将每一种报警信息对应可能故障区域集做并集运算，形成可疑故障区域集，建立关联程度比矩阵，对于每一可疑故障区域根据关联表进行关联程度比较，任意取出一对报警信息，对两个报警信息的关联程度进行比较，以确定关联程度比矩阵的各个元素，求取关联程度比矩阵的最大特征值及对应的特征向量，此特征向量即为报警信息集各元素所对应可疑故障区域的关联权重值。
9.如权利要求1所述的一种基于关联权重离散性多源信息的配电网故障定位方法，其特征是：所述步骤(5)中，采用标准差系数作为离散系数指标。
10.如权利要求1所述的一种基于关联权重离散性多源信息的配电网故障定位方法，其特征是：所述步骤(5)中，可能故障区域离散系数走势图展示各个可能故障区域所对应的离散系数值，通过描点连线，确定故障发生前后可能故障区域离散系数走势图中曲线规律，通过采用将可能故障区域离散系数走势图中离散点进行插值，求取极小值的方式确定故障区域。
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基于贝叶斯疑似度的启发式故障定位算法;张成 等;《软件学报》;20101031;第21卷(第10期);2610-2621

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