CN110703032A - 一种电网故障定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电网故障定位方法，包括：通过配电网主控制站将配电终端设备的供电数据发送至故障定位装置；通过故障定位装置采集各监控点的电能数据，并根据电能数量和配电终端设备的供电数据确定配电网故障线路的位置后，将配电网故障线路的位置发送至配电网主控制站；以及通过配电网主控制站根据配电网故障线路的位置控制配电网内的负荷开关对故障段进行隔离，并控制配电网内的联络开关将故障位置的负荷进行转移；本发明的电网故障定位方法应用于多电源配电网络时只需一次假定正方向，并且解决了线路末端故障信息的检测，运算过程简单，运算速度迅速。

Description

一种电网故障定位方法

技术领域

本发明属于故障诊断技术领域，具体涉及一种电网故障定位方法。

背景技术

随着我国电网的快速发展，电力系统配电网的规模也在不断的扩大，电能消费者对供电质量的要求也随之提高，安全性和可靠性也成为衡量我国电网性能的重要指标。电网性能一方面要满足配网故障的要求，另一方面，当电路发生故障时要能够迅速的判断出所出现故障的类型和故障节点，以便能够尽可能处理故障，减少配电故障所造成的损失。由于远距离传输的架空输电线路，不仅沿途地势复杂，而且环境气候的差异也较大，因此使得供电企业面临的高质量供电压力越来越大，并且容易出现各种类型的故障。除此之外，架空线路由于分支线比较多，而且输电线路结构复杂，从而使得使用传统的人工进行排查故障难度非常大。

发明内容

本发明的目的是提供一种电网故障定位方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种电网故障定位方法，包括：通过配电网主控制站将配电终端设备的供电数据发送至故障定位装置；通过故障定位装置采集各监控点的电能数据，并根据电能数量和配电终端设备的供电数据确定配电网故障线路的位置后，将配电网故障线路的位置发送至配电网主控制站；以及通过配电网主控制站根据配电网故障线路的位置控制配电网内的负荷开关对故障段进行隔离，并控制配电网内的联络开关将故障位置的负荷进行转移。

进一步，通过故障定位装置采集各监控点的电能数据，并根据电能数量和配电终端设备的供电数据确定配电网故障线路的位置的方法包括：

步骤S1，生成配电网的网络矩阵模型；

步骤S2，采集配电网各监测点的实时电能数据；

步骤S3，获取信息收集矩阵，并通过信息收集矩阵计算得出信息辨别矩阵；以及

步骤S4，通过对信息收集矩阵里的节点、元素和因子的数值确定配电网故障线路的位置。

进一步，所述故障定位装置包括：主控单元，以及与所述主控单元电性连接的按键模块；

通过所述按键模块适于在主控单元中对配电网中的电流方向进行标定，同时对各监控点和联络开关做出排序，以生成配电网的网络矩阵模型。

进一步，步骤S1，生成配电网的网络矩阵模型的方法包括：

网络矩阵模型的阶数为配电网节点的数量，将网络矩阵模型对角线的元素全部设定为1，在其它元素中，假设配电网的节点i和节点j其中有一个馈线路径，且走向从i到j，则把矩阵里的第i行以及第j列的参数定义为1，其它情况下的元素均定义为0。

进一步，所述故障定位装置还包括：与所述主控单元电性连接的电能计量模块；

步骤S2，采集配电网各监测点的实时电能数据的方法包括：

通过电能计量模块采集配电网各监测点的实时电能数据。

进一步，步骤S3，获取信息收集矩阵的方法包括：

设置配电网里的节点数量为N个，则存在问题的信息收集矩阵为N×1维矩阵，该矩阵里的参数F_i(i＝1,2,…,N)的定义为：

若F_i＝1，表示第i节点存在故障电流，且电流方向和网络假定方向相同；

若F_i＝0，表示第i节点无故障电流；

若F_i＝-1，表示第i节点存在故障电流，且电流方向和网络假定方向相反。

进一步，步骤S3，获取信息辨别矩阵的方法包括：

信息辨别矩阵是通过更改之后的信息收集矩阵计算得出的，即

存在问题的电路通过的节点为存在问题的馈线尾部，则针对信息收集矩阵里的不为0的节点参数做出合适的更改以生成信息辨别矩阵；

所述信息辨别矩阵的构造因素分成以下两个状况：

当F_i＝1时，假设网络矩阵模型里存在每一个D_ij＝1，且F_i＝1，则信息辨别矩阵里的第i个因子P_i＝0，否则P_i＝1；

当F_i＝-1时，假设网络矩阵模型里第i行因子只存在一个D_ij＝1且F_j＝-1，则P_j＝0，反之P_j＝-1。

进一步，步骤S4，通过对信息收集矩阵里的节点、元素和因子的数值确定配电网故障线路的位置的方法包括：

假设于信息辨别矩阵里有节点P_i＝1，则表明假证的参照流向中根据节点i当作始发端的馈线线路出现问题，即节点i的尾部馈线存在问题线路；

假设P_i＝-1，则表明在假设的参照流向中，存在以节点i为输出端的馈线电路发生故障，且也表明该节点i的前端馈线线路属于故障线路；

信息收集矩阵中的元素F_i＝1时，则表明存在定义的流向中，根据节点i当作始发端的馈线中存在问题电路，且表明该馈线应归于故障范围内，网络矩阵模型如果有D_ij＝1(i≠j)的节点，则表明节点i与j存在一条直接相连的馈线，其电流方向为从i至j；如果元素F_j＝1，则表明节点j也存在故障电流通过，且i与j之间不存在有问题的电路，即证明问题电路从线路的一端进入，但未经另一端出去，故i和j中的馈线归于故障范围，P_i＝1；假设网络矩阵模型里面不存在D_ij＝1(i≠j)的点，即表明节点i归于尾部馈线电线的始发端，且由于F_i＝1，则这个尾部馈线线路归于存在故障的线路；

假如信息收集矩阵里的元素F_j＝-1，则证明在配电网反方向中，其中有根据节点i当做始发端的线路中有问题线路，则这条线路中有归于故障范围内的可能；假设网络矩阵模型里的i列因子中只有一个平行线因子是1的因子D_ij(i≠j)，表明节点i与j之间存在一条相互连接的路径；如果元素F_j＝-1，则证明有故障电流通过节点j和i，并通过这两个节点的故障电流的方向是一致的；因此，连接节点j和i的线不是故障部分，P_i＝0；如果网络节点存在D_jm＝1的矩阵，而且F_m＝1(m＝j)，表明故障出现于i、j和m之间的区域，且不少于2个电源的电流流过m节点，并体现在配电网反方向，由于i节点属于该线路，且是输入节点，则判定是故障区段，故P_i＝0，相反P_i＝1，在这种情况下，在正方向的配电网，根据节点的供电电流流向表明输出端为故障区。

进一步，所述故障定位装置还包括：与所述主控单元电性连接的显示模块；

通过故障定位装置采集各监控点的电能数据，并根据电能数量和配电终端设备的供电数据确定配电网故障线路的位置的方法包括：

步骤S5，主控单元通过显示模块显示配电网故障线路的位置信息和故障报警信息。

本发明的有益效果是，本发明的电网故障定位方法应用于多电源配电网络时只需一次假定正方向，并且解决了线路末端故障信息的检测，运算过程简单，运算速度迅速，并通过故障定位装置能够在配电网发生故障时，快速准确地确定配电网故障线路的位置，并将配电网故障线路的位置发送至配电网主控制站，通过负荷开关的快速投切对故障段进行隔离，通过联络开关对非故障段恢复供电，本电网故障定位方法极大的缩短了故障查找时间，降低了负荷开关、联络开关等设备的操作时间，从而增强了配电网的供电质量与供电的可靠性。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的电网故障定位方法的步骤图；

图2是本发明的电网故障定位方法应用的其中一种配电网供电原理示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例

如图1所示，本实施例提供了一种电网故障定位方法，包括：通过配电网主控制站将配电终端设备的供电数据发送至故障定位装置；通过故障定位装置采集各监控点的电能数据，并根据电能数量和配电终端设备的供电数据确定配电网故障线路的位置后，将配电网故障线路的位置发送至配电网主控制站；以及通过配电网主控制站根据配电网故障线路的位置控制配电网内的负荷开关对故障段进行隔离，并控制配电网内的联络开关将故障位置的负荷进行转移。

具体的，本电网故障定位方法通过故障定位装置能够在配电网发生故障时，快速准确地确定配电网故障线路的位置，并将配电网故障线路的位置发送至配电网主控制站，通过负荷开关的快速投切对故障段进行隔离，通过联络开关对非故障段恢复供电，本电网故障定位方法极大的缩短了故障查找时间，降低了负荷开关、联络开关等设备的操作时间，从而增强了配电网的供电质量与供电的可靠性。

进一步，通过故障定位装置采集各监控点的电能数据，并根据电能数量和配电终端设备的供电数据确定配电网故障线路的位置的方法包括：

步骤S1，生成配电网的网络矩阵模型；

步骤S2，采集配电网各监测点的实时电能数据；

步骤S3，获取信息收集矩阵，并通过信息收集矩阵计算得出信息辨别矩阵；以及

步骤S4，通过对信息收集矩阵里的节点、元素和因子的数值确定配电网故障线路的位置。

进一步，所述故障定位装置包括：主控单元，以及与所述主控单元电性连接的按键模块；

通过所述按键模块适于在主控单元中对配电网中的电流方向进行标定，同时对各监控点和联络开关做出排序，以生成配电网的网络矩阵模型。

具体的，对配电网中的电流方向进行标定的方式包括：针对闭环网以及单电源型网络在开环工作的情况下，电流的方向参照配电网正方向；针对多电源的闭环网络的配电线路，在定义其正方向时应假定仅有单独的电源，把电源安排做馈线微端的负荷，参照正方向流向为电流的方向。

进一步，步骤S1，生成配电网的网络矩阵模型的方法包括：

网络矩阵模型的阶数为配电网节点的数量，将网络矩阵模型对角线的元素全部设定为1，在其它元素中，假设配电网的节点i和节点j其中有一个馈线路径，且走向从i到j，则把矩阵里的第i行以及第j列的参数定义为1，其它情况下的元素均定义为0。

如图2所示，本实施例以设置五个故障点，一个联络开关点为例，即网络矩阵模型的阶数为六阶，电源A和电源B是配电网络中实际存在的电源，各监控点上方的箭头为配电网络的参考正方向，则网络矩阵模型为：

进一步，所述故障定位装置还包括：与所述主控单元电性连接的电能计量模块；

步骤S2，采集配电网各监测点的实时电能数据的方法包括：

通过电能计量模块采集配电网各监测点的实时电能数据。

具体的，所述故障定位装置还包括：与所述主控单元电性连接的数据存储模块；所述数据存储模块适于存储电能数据。

进一步，步骤S3，获取信息收集矩阵的方法包括：

设置配电网里的节点数量为N个，则存在问题的信息收集矩阵为N×1维矩阵，该矩阵里的参数F_i(i＝1,2,…,N)的定义为：

若F_i＝1，表示第i节点存在故障电流，且电流方向和网络假定方向相同；

若F_i＝0，表示第i节点无故障电流；

若F_i＝-1，表示第i节点存在故障电流，且电流方向和网络假定方向相反。

以本实施例设置五个故障点，一个联络开关点为例，假设在某个时刻第二节点与第三节点中的路径和第四节点与第五节点中的路径出现问题时，依照F_i的定义，信息收集矩阵是：

F＝[1 1 0 0 -1 -1]。

进一步，步骤S3，获取信息辨别矩阵的方法包括：

信息辨别矩阵是通过更改之后的信息收集矩阵计算得出的，即

存在问题的电路通过的节点为存在问题的馈线尾部，则针对信息收集矩阵里的不为0的节点参数做出合适的更改以生成信息辨别矩阵；

所述信息辨别矩阵的构造因素分成以下两个状况：

当F_i＝1时，假设网络矩阵模型里存在每一个D_ij＝1，且F_i＝1，则信息辨别矩阵里的第i个因子P_i＝0，否则P_i＝1；

当F_i＝-1时，假设网络矩阵模型里第i行因子只存在一个D_ij＝1且F_j＝-1，则P_j＝0，反之P_j＝-1。

进一步，步骤S4，通过对信息收集矩阵里的节点、元素和因子的数值确定配电网故障线路的位置的方法包括：

假设于信息辨别矩阵里有节点P_i＝1，则表明假证的参照流向中根据节点i当作始发端的馈线线路出现问题，即节点i的尾部馈线存在问题线路；

假设P_i＝-1，则表明在假设的参照流向中，存在以节点i为输出端的馈线电路发生故障，且也表明该节点i的前端馈线线路属于故障线路；

信息收集矩阵中的元素F_i＝1时，则表明存在定义的流向中，根据节点i当作始发端的馈线中存在问题电路，且表明该馈线应归于故障范围内，网络矩阵模型如果有D_ij＝1(i≠j)的节点，则表明节点i与j存在一条直接相连的馈线，其电流方向为从i至j；如果元素F_j＝1，则表明节点j也存在故障电流通过，且i与j之间不存在有问题的电路，即证明问题电路从线路的一端进入，但未经另一端出去，故i和j中的馈线归于故障范围，P_i＝1；假设网络矩阵模型里面不存在D_ij＝1(i≠j)的点，即表明节点i归于尾部馈线电线的始发端，且由于F_i＝1，则这个尾部馈线线路归于存在故障的线路；

假如信息收集矩阵里的元素F_j＝-1，则证明在配电网反方向中，其中有根据节点i当做始发端的线路中有问题线路，则这条线路中有归于故障范围内的可能；假设网络矩阵模型里的i列因子中只有一个平行线因子是1的因子D_ij(i≠j)，表明节点i与j之间存在一条相互连接的路径；如果元素F_j＝-1，则证明有故障电流通过节点j和i，并通过这两个节点的故障电流的方向是一致的；因此，连接节点j和i的线不是故障部分，P_i＝0；如果网络节点存在D_jm＝1的矩阵，而且F_m＝1(m＝j)，表明故障出现于i、j和m之间的区域，且不少于2个电源的电流流过m节点，并体现在配电网反方向，由于i节点属于该线路，且是输入节点，则判定是故障区段，故P_i＝0，相反P_i＝1，在这种情况下，在正方向的配电网，根据节点的供电电流流向表明输出端为故障区。

进一步，所述故障定位装置还包括：与所述主控单元电性连接的显示模块；

通过故障定位装置采集各监控点的电能数据，并根据电能数量和配电终端设备的供电数据确定配电网故障线路的位置的方法包括：

步骤S5，主控单元通过显示模块显示配电网故障线路的位置信息和故障报警信息。

具体的，所述故障定位装置还包括：与所述主控单元电性连接的通信模块；所述主控单元适于通过所述通信模块接收来自所述配电网主控制站的配电终端设备的供电数据；所示通信模块为串口通信模块。

具体的，所述通信模块的信号发送电路包括：谐振功率放大电路和信号耦合电路；所述通信模块的信号接收电路包括：无源带通滤波电路、信号耦合电路和模拟前端芯片。

具体的，当配电网发生故障时，主控单元根据各监测点的实时电能数据和配电网终端设备的供电数据，得到信息收集矩阵，并通过信息收集矩阵计算得出信息辨别矩阵；然后主控单元通过对信息收集矩阵里的节点、元素和因子的数值确定配电网故障线路的位置；最后通过显示模块显示配电网故障线路的位置信息和故障报警信息。

具体的，在确定配电网故障线路的位置之后，主控单元通过通信模块将配电网故障线路的位置传送到配电网主控制站，由配电网主控制站对故障区域进行隔离，根据隔离后系统中各线路的运行方式，查询联络开关，自动将负荷进行转移，实现故障的自动处理。

综上所述，本发明的电网故障定位方法应用于多电源配电网络时只需一次假定正方向，并且解决了线路末端故障信息的检测，运算过程简单，运算速度迅速，并通过故障定位装置能够在配电网发生故障时，快速准确地确定配电网故障线路的位置。

在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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发明和简化描述，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，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (9)

1.一种电网故障定位方法，其特征在于，包括：

通过配电网主控制站将配电终端设备的供电数据发送至故障定位装置；

通过故障定位装置采集各监控点的电能数据，并根据电能数量和配电终端设备的供电数据确定配电网故障线路的位置后，将配电网故障线路的位置发送至配电网主控制站；以及

通过配电网主控制站根据配电网故障线路的位置控制配电网内的负荷开关对故障段进行隔离，并控制配电网内的联络开关将故障位置的负荷进行转移。

2.根据权利要求1所述的电网故障定位方法，其特征在于，

通过故障定位装置采集各监控点的电能数据，并根据电能数量和配电终端设备的供电数据确定配电网故障线路的位置的方法包括：

步骤S1，生成配电网的网络矩阵模型；

步骤S2，采集配电网各监测点的实时电能数据；

步骤S3，获取信息收集矩阵，并通过信息收集矩阵计算得出信息辨别矩阵；以及

步骤S4，通过对信息收集矩阵里的节点、元素和因子的数值确定配电网故障线路的位置。

3.根据权利要求2所述的电网故障定位方法，其特征在于，

所述故障定位装置包括：主控单元，以及与所述主控单元电性连接的按键模块；

通过所述按键模块适于在主控单元中对配电网中的电流方向进行标定，同时对各监控点和联络开关做出排序，以生成配电网的网络矩阵模型。

4.根据权利要求3所述的电网故障定位方法，其特征在于，

步骤S1，生成配电网的网络矩阵模型的方法包括：

网络矩阵模型的阶数为配电网节点的数量，将网络矩阵模型对角线的元素全部设定为1，在其它元素中，假设配电网的节点i和节点j其中有一个馈线路径，且走向从i到j，则把矩阵里的第i行以及第j列的参数定义为1，其它情况下的元素均定义为0。

5.根据权利要求4所述的电网故障定位方法，其特征在于，

所述故障定位装置还包括：与所述主控单元电性连接的电能计量模块；

步骤S2，采集配电网各监测点的实时电能数据的方法包括：

通过电能计量模块采集配电网各监测点的实时电能数据。

6.根据权利要求5所述的电网故障定位方法，其特征在于，

步骤S3，获取信息收集矩阵的方法包括：

设置配电网里的节点数量为N个，则存在问题的信息收集矩阵为N×1维矩阵，该矩阵里的参数F_i(i＝1,2,…,N)的定义为：

若F_i＝1，表示第i节点存在故障电流，且电流方向和网络假定方向相同；

若F_i＝0，表示第i节点无故障电流；

若F_i＝-1，表示第i节点存在故障电流，且电流方向和网络假定方向相反。

7.根据权利要求6所述的电网故障定位方法，其特征在于，

步骤S3，获取信息辨别矩阵的方法包括：

信息辨别矩阵是通过更改之后的信息收集矩阵计算得出的，即

存在问题的电路通过的节点为存在问题的馈线尾部，则针对信息收集矩阵里的不为0的节点参数做出合适的更改以生成信息辨别矩阵；

所述信息辨别矩阵的构造因素分成以下两个状况：

当F_i＝1时，假设网络矩阵模型里存在每一个D_ij＝1，且F_i＝1，则信息辨别矩阵里的第i个因子P_i＝0，否则P_i＝1；

当F_i＝-1时，假设网络矩阵模型里第i行因子只存在一个D_ij＝1且F_j＝-1，则P_j＝0，反之P_j＝-1。

8.根据权利要求7所述的电网故障定位方法，其特征在于，

步骤S4，通过对信息收集矩阵里的节点、元素和因子的数值确定配电网故障线路的位置的方法包括：

假设于信息辨别矩阵里有节点P_i＝1，则表明假证的参照流向中根据节点i当作始发端的馈线线路出现问题，即节点i的尾部馈线存在问题线路；

假设P_i＝-1，则表明在假设的参照流向中，存在以节点i为输出端的馈线电路发生故障，且也表明该节点i的前端馈线线路属于故障线路；

信息收集矩阵中的元素F_i＝1时，则表明存在定义的流向中，根据节点i当作始发端的馈线中存在问题电路，且表明该馈线应归于故障范围内，网络矩阵模型如果有D_ij＝1(i≠j)的节点，则表明节点i与j存在一条直接相连的馈线，其电流方向为从i至j；如果元素F_j＝1，则表明节点j也存在故障电流通过，且i与j之间不存在有问题的电路，即证明问题电路从线路的一端进入，但未经另一端出去，故i和j中的馈线归于故障范围，P_i＝1；假设网络矩阵模型里面不存在D_ij＝1(i≠j)的点，即表明节点i归于尾部馈线电线的始发端，且由于F_i＝1，则这个尾部馈线线路归于存在故障的线路；

假如信息收集矩阵里的元素F_j＝-1，则证明在配电网反方向中，其中有根据节点i当做始发端的线路中有问题线路，则这条线路中有归于故障范围内的可能；假设网络矩阵模型里的i列因子中只有一个平行线因子是1的因子D_ij(i≠j)，表明节点i与j之间存在一条相互连接的路径；如果元素F_j＝-1，则证明有故障电流通过节点j和i，并通过这两个节点的故障电流的方向是一致的；因此，连接节点j和i的线不是故障部分，P_i＝0；如果网络节点存在D_jm＝1的矩阵，而且F_m＝1(m＝j)，表明故障出现于i、j和m之间的区域，且不少于2个电源的电流流过m节点，并体现在配电网反方向，由于i节点属于该线路，且是输入节点，则判定是故障区段，故P_i＝0，相反P_i＝1，在这种情况下，在正方向的配电网，根据节点的供电电流流向表明输出端为故障区。

9.根据权利要求8所述的电网故障定位方法，其特征在于，

所述故障定位装置还包括：与所述主控单元电性连接的显示模块；

通过故障定位装置采集各监控点的电能数据，并根据电能数量和配电终端设备的供电数据确定配电网故障线路的位置的方法包括：

步骤S5，主控单元通过显示模块显示配电网故障线路的位置信息和故障报警信息。

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