CN108983040A - 一种基于贝叶斯分析的配电网故障定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及交流配电网的故障诊断领域，更具体地，涉及一种基于贝叶斯分析的配电网故障定位方法。故障时，馈线终端设备上传过电流信息和电流变化率信息，并统计主站收到信息正确或错误的概率，再利用两种信息的冗余性并采用贝叶斯分析，来求解各区域发生故障的概率，将概率最高的区域可以看做故障区域，以此实现故障定位，所提方法无需改变己有配电自动化系统主站，也无需传送波形信息，并且具有较高的容错率，具有一定的应用前景。

Description

一种基于贝叶斯分析的配电网故障定位方法

技术领域

本发明涉及交流配电网的故障诊断领域，更具体地，涉及一种基于贝叶斯分析的配电网故障定位方法。

背景技术

配电网作为电力网的末端，直接与用户相连，它能敏锐地反映用户对供电安全、品质等方面的要求，其运行安全性、可靠性和经济性直接关系到社会生产与人们的生活。配电网故障定位技术的研究是保证智能电网安全、可靠运行的一项基础性工作，具有重要的现实意义。

目前，配电网故障定位方法主要有阻抗法、注入信号寻踪法、行波法以及广域通信法。阻抗法原理简单、投资较少，但易受电源参数、负荷参数等变化的影响，且在分支较多结构复杂时，可能会出现伪故障点。行波法在原理上不受系统参数、过渡电阻的大小及系统运行方式等因素，但配网中很难实现多端行波信号的精确同步获取，且投资较大。注入信号寻踪法的信号强度受到PT容量的限制，并且在配网线路较长、故障接地电阻较大时，线路对地电容的分流作用会使故障支路信号变小导致误判。现有的广域通信法大都需要广域同步测量信息，信号的延迟或者通信的丢失导致错误定位结果的出现。

因此，配电网的故障定位问题在一定程度上没有得到有效解决，有必要提出更加简单高效且具有较高容错性能的方法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种一种基于贝叶斯分析的配电网故障定位方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种基于贝叶斯分析的配电网故障定位方法，具体包括以下步骤：

S1、将配电网中的断路器、分段开关看做顶点，馈线段看做弧，且弧的方向是线路上潮流的方向，将配电网映射为一个有向图；并根据FTU的历史运行记录统计得到信息正确或错误频率，依次充当概率；

S2、根据配电网的有向图，得到各区域故障时馈线终端设备FTU上传的理想过电流信息与电流变化率信息；

S3、将理想信息与实际的上传信息进行比较，并利用叶贝斯分析得到各区域故障的概率，概率最高的确定为故障区域。

优选地，在所述步骤S1中形成有向图的具体步骤为：

S21：首先将网络中装有FTU的断路器、分段开关、联络开关看做节点并编号，对各开关间的的区域进行编号；

S22：再确定配电网络的正方向，若该配电网仅由一个电源供电时，向全网供电的功率流出方向即为配电网络的正方向；若由多个电源供电，则选取其中一个电源为参考，仅它单独供电时的功率流出方向为配电网络的正方向。

优选地，在步骤S1中：由于FTU受环境恶劣、电磁干扰、通信错误等影响，会发生漏报、误报，因此统计历史运行记录，得到FTU发生漏报、误报的错误次数，得到大量数据后，概率可由频率得到，其中，P为某事件概率， f为该事件频率，n为该事件发生次数，N为事件总次数；

若配电自动化主站收到了第i个FTU上报的信息表示故障在其下游的信息，其正确上报概率为P_c1.i，错报概率为P_N.i，则有P_c1.i＝1-P_N.i；

若配电自动化主站未收到第i个FTU上报的信息表示故障在其下游的信息，其正确上报概率为P_c2.i，漏报概率为P_L.i，则有P_c2.i＝1-P_L.i。

优选地，在步骤S2中，所述过流信息的判别方法具体是：故障发生后，当 FTU测到过流信息超过定值，并与网络正方向相同时，向控制主站上报1；当 FTU未测到过流信息或过流信息与正方向相反时，上报0；电流变化率信息的判别方法具体是：故障发生后，当FTU测到电流变化率超过定值，且电流方向与网络正方向相同时，向控制主站上报1；否则，上报0。

优选地，在步骤S3中，假设FTU同时可以上报多种原理得出的定位信息，并且配电自动化主站收到了FTU发来的多轮定位信息，假设同时获得了N组定位信息，则对于k区域发生故障的假设，收到的基于第n组定位信息信息与应该出现的理想信息相符的概率为：

式中：Ω为收到定位信息且与故障发生在区域k的假设相符的集合；Λ为未收到定位信息且与故障发生在区域k的假设相符的集合；Π为收到定位信息但与故障发生在区域k的假设不相符的集合；Γ为未收到定位信息但与故障发生在区域k的假设不相符的集合；k＝0表示没有发生故障；

收到的N组信息都与k区域发生故障的假设相符的概率为：

则在单处接地假设下，第k个区域发生故障的可能性P_k如下，式中K为区域的总实际应用中，可选择应该收到的定位信息与实际收到的定位信息最相符的故障假设区域作为最可能的定位结果。当若干个区域发生故障的可能性都相差不大时，则可认为这几种可能性都存在，也为查找工作提供了重要线索。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)无需改变己有配电自动化系统主站，也无需传送波形信息；

(2)方法原理简单，且无需信号的同步；

(3)具有较高的容错率。

附图说明

图1本发明一种基于贝叶斯分析的配电网故障定位方法的流程图；

图2为本发明多电源配电网的拓扑结构图；

图3为本发明各区域故障时的FTU上报信息；

图4为本发明区域c故障时的拓扑结构图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”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，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

实施例

图1为本发明一种基于贝叶斯分析的配电网故障定位方法流程图，包括以下步骤：

S1、将配电网中的断路器、分段开关看做顶点，馈线段看做弧，且弧的方向是线路上潮流的方向，将配电网映射为一个有向图；并根据FTU的历史运行记录统计得到信息正确或错误频率，依次充当概率；

S2、根据配电网的有向图，得到各区域故障时馈线终端设备FTU上传的理想过电流信息与电流变化率信息；

S3、将理想信息与实际的上传信息进行比较，并利用叶贝斯分析得到各区域故障的概率，概率最高的确定为故障区域。

其中，在步骤S1中形成有向图的具体步骤为：

S21：首先将网络中装有FTU的断路器、分段开关、联络开关看做节点并编号，对各开关间的的区域进行编号；

S22：再确定配电网络的正方向，若该配电网仅由一个电源供电时，向全网供电的功率流出方向即为配电网络的正方向；若由多个电源供电，则选取其中一个电源为参考，仅它单独供电时的功率流出方向为配电网络的正方向。

另外，在步骤S1中：统计历史运行记录，得到FTU发生漏报、误报的错误次数，得到大量数据后，概率可由频率得到，其中，P为某事件概率， f为该事件频率，n为该事件发生次数，N为事件总次数；

若配电自动化主站收到了第i个FTU上报的信息表示故障在其下游的信息，其正确上报概率为P_c1.i，错报概率为P_N.i，则有P_c1.i＝1-P_N.i；

若配电自动化主站未收到第i个FTU上报的信息表示故障在其下游的信息，其正确上报概率为P_c2.i，漏报概率为P_L.i，则有P_c2.i＝1-P_L.i。

其中，在步骤S2中，过流信息的判别方法具体是：故障发生后，当FTU测到过流信息超过定值，并与网络正方向相同时，向控制主站上报1；当FTU未测到过流信息或过流信息与正方向相反时，上报0；电流变化率信息的判别方法具体是：故障发生后，当FTU测到电流变化率超过定值，且电流方向与网络正方向相同时，向控制主站上报1；否则，上报0。

另外，在步骤S3中，假设FTU同时可以上报多种原理得出的定位信息，并且配电自动化主站收到了FTU发来的多轮定位信息，假设同时获得了N组定位信息，则对于k区域发生故障的假设，收到的基于第n组定位信息信息与应该出现的理想信息相符的概率为：

式中：Ω为收到定位信息且与故障发生在区域k的假设相符的集合；Λ为未收到定位信息且与故障发生在区域k的假设相符的集合；Π为收到定位信息但与故障发生在区域k的假设不相符的集合；Γ为未收到定位信息但与故障发生在区域k的假设不相符的集合；k＝0表示没有发生故障；

收到的N组信息都与k区域发生故障的假设相符的概率为：

则在单处接地假设下，第k个区域发生故障的可能性P_k如下，式中K为区域的总

图2为两电源双端供电配电网的拓扑结构图，其中联络开关闭合，字母。设G₁为参考电源，画出的网络正方向如图所示。根据该有向图可以得到各区域故障时的FTU理想上报信号。

图3为根据图2得到的FTU上传理想信号，每一行依次代表区域a-e，每一列依次代表编号1-6的FTU，例如区域a故障时，根据过电流信息和电流变化率信息得到的理想信号应该都为[1 0 0 0 0 0]。

图4为区域c发生故障的拓扑结构图时，根据FTU上报规则，按照过电流信息上报的信息应该为[1 1 1 0 0 0]，按照电流变化率信息上报的信息同样应该为 [1 1 1 0 0 0]。设配电自动化主站收到FTU的故障定位信息且正确的概率为0.9，未收到FTU的故障定位信息且未发生漏报的概率为0.8。假设基于过电流原理的判断在编号2的FTU处发生漏报为[10 1 0 0 0]，基于电流变化率原理的判断在编号3的FTU处也发生漏报为[1 1 0 0 0 0]，则容错故障定位计算过程如下。

基于过电流原理上报定位信息与各区域故障假设相符的概率分别为：

式中：D₀表示没有故障区域；a-e表示各区域故障。

基于电流变化率原理上报定位信息与各区域故障假设相符的概率分别为：

综合两种原理上报定位信息与各区域故障假设相符的概率分别为：

将上述计算结果代入中，则可计算得到基于贝叶斯估计的各个区域发生故障的概率为：

由上述结果，区域c发生故障的可能性显著高于其他区域，可以判断出区域 c发生故障，与实际相符。尽管基于过电流原理和基于电流变化率原理的FTU上报的信息都存在差错，但融合两种原理的信息后，可正确得出定位结果。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于贝叶斯分析的配电网故障定位方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

S1、将配电网中的断路器、分段开关看做顶点，馈线段看做弧，且弧的方向是线路上潮流的方向，将配电网映射为一个有向图；并根据FTU的历史运行记录统计得到信息正确或错误频率，依次充当概率；

S2、根据配电网的有向图，得到各区域故障时馈线终端设备FTU上传的理想过电流信息与电流变化率信息；

S3、将理想信息与实际的上传信息进行比较，并利用叶贝斯分析得到各区域故障的概率，概率最高的确定为故障区域。

2.根据权利要求1中所述的一种基于贝叶斯分析的配电网故障定位方法，其特征在于，在所述步骤S1中形成有向图的具体步骤为：

S21：首先将网络中装有FTU的断路器、分段开关、联络开关看做节点并编号，对各开关间的的区域进行编号；

S22：再确定配电网络的正方向，若该配电网仅由一个电源供电时，向全网供电的功率流出方向即为配电网络的正方向；若由多个电源供电，则选取其中一个电源为参考，仅它单独供电时的功率流出方向为配电网络的正方向。

3.根据权利要求1中所述的一种基于贝叶斯分析的配电网故障定位方法，其特征在于，在所述步骤S1中：统计历史运行记录，得到FTU发生漏报、误报的错误次数，得到大量数据后，概率可由频率得到，其中，P为某事件概率，f为该事件频率，n为该事件发生次数，N为事件总次数；

若配电自动化主站收到了第i个FTU上报的信息表示故障在其下游的信息，其正确上报概率为P_c1.i，错报概率为P_N.i，则有P_c1.i＝1-P_N.i；

若配电自动化主站未收到第i个FTU上报的信息表示故障在其下游的信息，其正确上报概率为P_c2.i，漏报概率为P_L.i，则有P_c2.i＝1-P_L.i。

4.根据权利要求1中所述的一种基于贝叶斯分析的配电网故障定位方法，其特征在于，在步骤S2中，所述过流信息的判别方法具体是：故障发生后，当FTU测到过流信息超过定值，并与网络正方向相同时，向控制主站上报1；当FTU未测到过流信息或过流信息与正方向相反时，上报0；电流变化率信息的判别方法具体是：故障发生后，当FTU测到电流变化率超过定值，且电流方向与网络正方向相同时，向控制主站上报1；否则，上报0。

5.根据权利要求1中所述的一种基于贝叶斯分析的配电网故障定位方法，其特征在于，在步骤S3中，假设FTU同时可以上报多种原理得出的定位信息，并且配电自动化主站收到了FTU发来的多轮定位信息，假设同时获得了N组定位信息，则对于k区域发生故障的假设，收到的基于第n组定位信息信息与应该出现的理想信息相符的概率为：

式中：Ω为收到定位信息且与故障发生在区域k的假设相符的集合；Λ为未收到定位信息且与故障发生在区域k的假设相符的集合；Π为收到定位信息但与故障发生在区域k的假设不相符的集合；Γ为未收到定位信息但与故障发生在区域k的假设不相符的集合；k＝0表示没有发生故障；

收到的N组信息都与k区域发生故障的假设相符的概率为：

则在单处接地假设下，第k个区域发生故障的可能性P_k如下，式中K为区域的总