CN110988591A - 一种基于暂态录波型故障指示器的配电网故障定位方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种配电网故障定位方法和装置，方法包括：接收故障指示器响应于配电网故障生成的故障录波文件；解析得到零序电流波形数据；确定故障发生时刻；根据预先构建的配电网模型，确定线路拓扑结构；根据母线所连支线数量，并通过比较母线所连不同支线上的故障指示器的零序电流波形相似度，预断故障所在的支线；对于各预判的故障所在支线，通过比较支线上相邻故障指示器的零序电流波形的相似度，判断故障是否存在或者判断故障所在的位置。本发明基于暂态录波型故障指示器的波形文件结合线路拓扑进行故障定位判别，可提高故障定位的效率和可靠性，且对故障指示器的对时精度要求不高。

Description

一种基于暂态录波型故障指示器的配电网故障定位方法和 装置

技术领域

本发明涉及配电自动化技术中的电网故障定位领域，特别是一种基于暂态录波型故障指示器的配电网故障定位方法和装置。

背景技术

配电网作为输配电系统的最后一个环节，其实现自动化的程度与供用电的质量和可靠性密切相关。国内外中压配电网广泛采用中性点非有效接地运行方式，主要包括中性点不接地方式和经消弧线圈接地方式。配电网结构复杂，故障多发，尤以单相接地故障为甚。发生单相接地故障(又称小电流接地故障)后，系统可以带故障运行一段时间，且瞬时故障可自行恢复，供电可靠性较高。但接地故障会产生过电压，危害系统安全，甚至导致线路跳闸，造成供电中断。为保证系统安全和供电可靠性，必须迅速确定故障点位置以采取处理措施。

现有的故障选线定位原理，按照利用信息方式的不同可分为基于故障稳态信息、基于故障暂态信息、基于注入信号和基于故障综合信息。传统利用稳态电气量的故障检测(选线、定位和测距)方法存在着故障量不突出、不稳定甚至不确定等问题，无法保证检测的可靠性和灵敏度。基于注入信号的方法会增加设备投入。

暂态录波型故障指示器故障定位的原理为：变电站同一母线的出线安装有故障指示器。3个相序采集单元通过无线对时同步采样。单相接地故障后，汇集单元接收3只采集单元发送的故障波形，并合成暂态零序电流波形，转化为波形文件后上传。现有定位算法中，定位主站需接收选线装置的故障数据进行故障区段定位，这增加了设备投入。数据全部上传完后(需10-30分钟)由主站进行定位，丧失了故障定位的实时性与灵敏性。而且以上算法对故障指示器的对时精度需要在3ms之内，要求较高，对采样精度的要求也很高。

发明内容

本发明的目的是提供一种配电网故障定位方法和装置，基于暂态录波型故障指示器的波形文件，进行故障定位判别，提高故障定位的效率和可靠性。

本发明采取的技术方案如下：

一方面，本发明提供一种配电网故障定位方法，包括：

接收故障指示器响应于配电网故障生成的故障录波文件；

对故障录波文件进行解析得到零序电流波形数据；

基于解析得到的零序电流波形数据，确定故障发生时刻；

根据预先构建的配电网模型，确定母线所连的支线，以及各支线上各故障指示器的下游故障指示器；

根据母线所连支线数量，并通过比较母线所连不同支线上的故障指示器的零序电流波形相似度，预断故障所在的支线；

对于各预判的故障所在支线，通过比较支线上相邻故障指示器的零序电流波形的相似度，判断故障是否存在或者判断故障所在的位置。

本发明的方法可应用于DTU配电终端或配电主站进行故障定位。发生配电网单相接地故障时，如果系统的接地电阻小，故障电流会比较大，此时可能故障位置外较大范围的故障指示器会触发动作；如果故障电流较小，则故障位置外较小范围内的故障指示器会触发动作。触发动作后的故障指示器会生成故障录波文件上传到DTU配电终端或主站控制中心，因此每次故障DTU或主站一般会接收到多个故障录波文件。通过对各故障录波文件分别解析并确定故障发生时刻，可实现在故障定位时，以故障发生时刻为参考时刻对齐各故障指示器的零序电流波形，进而可对不同波形进行相似度计算，即比较相似度。

可选的，所述故障录波文件为：属于同一母线的馈线上的至少一个暂态录波型故障指示器，响应于配电网线路接地故障，对三相线路负荷电流数据进行录波，所生成的comtrade格式录波文件。当线路接地时，故障指示器通过采集线路中的相电场强度的突变值，触发采集单元对线路负荷电流数据进行录波，并通过汇集单元对三相采集单元的录波数据进行汇总合成零序电流波形，形成comtrade录波文件上送DTU配电终端和/或配电主站。

可选的，针对由同一故障触发的多个故障指示器的故障录波文件，所述基于解析得到的零序电流波形数据，确定故障发生时刻，包括：

S31，对解析得到的各零序电流波形分别求取三阶差分，将三阶差分结果值最大的时刻作为相应零序电流波形的故障发生时刻计算值；

S32，将任意一个零序电流波形的故障发生时刻计算值作为基准时刻，对其它任一个零序电流波形进行故障发生时刻校准：

将待校准的波形的故障发生时刻计算值对齐所述基准时刻；

将待校准的波形的数据窗，从对齐位置分别向前和向后平移多次，每次平移分别求取平移后两个波形的相关系数；

选取相关系数最大的平移后波形，将其所对应的平移时间长度与所述基准时刻相加，作为待校准波形的故障发生时刻校准值；

S33，将各零序电流波形的基准时刻或故障发生时刻校准值作为相应波形的故障发生时刻。

故障发生时刻的校准可解决故障指示器的对时误差，方便在故障识别定位时从实际统一的时刻开始比较，提高故障识别的效率和可靠度。

可选的，两个波形的相似度根据下式计算：

式中，ρ为两个波形的相关系数，i₀₁和i₀₂分别为两个波形在同一时刻的零序电流值，N为波形长度。在波形比较时，可选取设定长度的数据窗进行非全部波形的比较，数据窗的长度可根据需要调整，即上式中的波形长度N。

可选的，所述预先生成的配电网模型包括线路拓扑，所述线路拓扑为以母线、线路、开关为节点，故障指示器设备为线，基于配电网线路连接关系连接而成的以母线为根节点的树状节点拓扑。

可选的，所述预先生成的配电网模型还包括线路模型和设备模型，所述线路模型包括连接节点组，线路的端点被包含于其连接节点组内；

所述线路拓扑的生成包括：

响应于用户在可操作的图形界面上拖拽故障指示器控件，初始化故障指示器的设备模型；

响应于用户在所述图形界面上画线，初始化线路模型；

根据初始化的线路模型数据，判断不同线路之间是否相交，将相交的线路的连接节点组进行合并；

根据初始化的设备模型和线路模型数据，判断线路与设备是否连接，将设备相应端点加入所连接线路的连接节点组内；

将含有相同节点的连接节点组进行合并；

将合并后的连接节点组内的所有节点等效为一个新的节点，记录各连接节点组中各节点与其等效节点的链接关系；

以各设备为线，将其端点等效后的两等效节点进行连接，即生成以母线为根节点的树状线路拓扑。

可选的，在线路拓扑生成的过程中，还将连接节点组合并后的线路模型以及设备模型存储至数据库中。在后续故障定位时，当确定故障所在等效节点后，即可根据相应等效节点所关联的原始节点进行故障的进一步定位。

可选的，所述线路模型即线路数学模型，为{线路的第一个端点的坐标，线路的第二个端点的坐标、线路的连接节点组，线路ID}，初始化后的线路模型的连接节点组为空集，线路ID为根据用户画线顺序确定的递增的整数；

所述设备模型即设备数学模型，为{设备的第一个端点的端点号，设备的第二个端点的端点号，设备ID，设备中心所在坐标}，初始化后的设备模型的设备ID为根据用户拖拽操作顺序确定的递增的整数。

可选的，所述根据初始化的线路模型数据，判断不同线路之间是否相交为：根据任意两线路模型的两端点坐标确定线的函数，通过求解由两条线路的函数组成的方程组，判断两条线路是否相交。

若线路相交，则将相交的线路的连接节点组进行合并，包括将相交的点以及两条线路的端点分别加入两线路的连接节点组。

可选的，所述根据初始化的设备模型和线路模型数据，判断线路与设备是否连接包括：

根据设备模型中设备中心所在坐标以及预先确定的设备控件长度和宽度，在控件所在的矩形坐标区域内划分出上、下、左、右四个区域作为热点区域；

将上区域与左右区域中的一个区域进行组合作为设备一个端点的对应区域，将下区域与与左右区域中的另一个区域进行组合作为设备另一个端点的对应区域；

判断线路端点坐标是否位于设备端点对应的坐标区域内，若是，则线路的相应端点与相应坐标区域对应的设备端点相连接。

设备控件以及线路皆为模型配置软件中预设的设备和线路模板，对于设备来说，其初始形状和大小的值是确定的，也即其控件长度和宽度是已知的。

具体应用时，如上左区域和下右区域分别对应设备的进口和出口，若线路端点坐标落在上左区域函数内，则该线路端点与设备的进口相连，若落在下右区域函数内，则该线路端点与设备的出口相连。

为了进一步提高线与设备碰撞检测的效率和可靠性，作为一种实施方式，在对设备控件区域进行划分时：将控件所在的矩形坐标区域划分为9个组成区域；

9个组成区域包括上、下、左、右区域，四角区域和中心区域；四角区域和中心区域为无效区域，若线路端点坐标落在无效区域内，则线路相应端点与设备端点不连接。

这种实施方式下，各有效热点区域之间是相互隔开的，能够更加有效快速的区分线路端点所在的区域位置。

另一方面，本发明还提供一种配电网故障定位装置，包括：

故障录波接收模块，用于接收故障指示器响应于配电网故障生成的故障录波文件；

录波解析模块，用于对故障录波文件进行解析得到零序电流波形数据；

故障时刻确定模块，用于基于解析得到的零序电流波形数据，确定故障发生时刻；

拓扑分析模块，用于根据预先构建的配电网模型，确定母线所连的支线，以及各支线上各故障指示器的下游故障指示器；

故障选线模块，用于根据母线所连支线数量，并通过比较母线所连不同支线上的故障指示器的零序电流波形相似度，预断故障所在的支线；

以及故障定位模块，用于对于各预判的故障所在支线，通过比较支线上相邻故障指示器的零序电流波形的相似度，判断故障是否存在或者判断故障所在的位置。

有益效果

本发明基于暂态零序电流波形比较，提出了一种配电网故障定位方法，利用配电线路上安装的故障指示器作为检测点，收集故障线路所属母线所有被触发故障录波的故障指示器的波形文件，根据零序电流的暂态特征并结合线路拓扑综合研判，最后定位出故障区段，具有一定的容错能力，判断原理简单，计算量小，通过故障时刻校准可实现对故障指示器的对时精度要求降低，故障定位稳定可靠、快速准确，成本低。

同时本发明还提出了与配电网故障定位方法相适应的配电网建模方法，能够方便用户通过拖曳控件的方式绘制线路图，并根据用户绘制的线路图生成树状线路拓扑，通过树状线路拓扑对母线、线路和开关节点进行简化合并，能够进一步提高基于故障指示器波形进行故障定位的效率。

附图说明

图1所示为本发明方法的一种实施例流程示意图；

图2所示为一种应用例的配电网线路示意图；

图3所示为图1对应的树状线路拓扑示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例进一步描述。

实施例1

本实施例为一种配电网故障定位方法，包括：

接收故障指示器响应于配电网故障生成的故障录波文件；

对故障录波文件进行解析得到零序电流波形数据；

基于解析得到的零序电流波形数据，确定故障发生时刻；

根据预先构建的配电网模型，确定母线所连的支线，以及各支线上各故障指示器的下游故障指示器；

根据母线所连支线数量，并通过比较母线所连不同支线上的故障指示器的零序电流波形相似度，预断故障所在的支线；

对于各预判的故障所在支线，通过比较支线上相邻故障指示器的零序电流波形的相似度，判断故障是否存在或者判断故障所在的位置。

本发明的方法可应用于DTU配电终端或配电主站进行故障定位。

发生配电网单相接地故障时，如果系统的接地电阻小，故障电流会比较大，此时可能故障位置外较大范围的故障指示器会触发动作；如果故障电流较小，则故障位置外较小范围内的故障指示器会触发动作。触发动作后的故障指示器会生成故障录波文件上传到DTU配电终端或主站控制中心，因此每次故障DTU或主站一般会接收到多个故障录波文件。通过对各故障录波文件分别解析并确定故障发生时刻，可实现在故障定位时，以故障发生时刻为参考时刻对齐各故障指示器的零序电流波形，进而可对不同波形进行相似度计算，即比较相似度，因此本发明对于故障指示器的对时精度要求不高。

实施例1-1

在实施例1的基础上，本实施例中：

所述故障录波文件为：属于同一母线的馈线上的至少一个暂态录波型故障指示器，响应于配电网线路接地故障，对三相线路负荷电流数据进行录波，所生成的comtrade格式录波文件。当线路接地时，故障指示器通过采集线路中的相电场强度的突变值，触发采集单元对线路负荷电流数据进行录波，并通过汇集单元对三相采集单元的录波数据进行汇总合成零序电流波形，形成comtrade录波文件上送DTU配电终端和/或配电主站。

针对由同一故障触发的多个故障指示器的故障录波文件，所述基于解析得到的零序电流波形数据，确定故障发生时刻，包括：

S31，对解析得到的各零序电流波形分别求取三阶差分，将三阶差分结果值最大的时刻作为相应零序电流波形的故障发生时刻计算值；

S32，将任意一个零序电流波形的故障发生时刻计算值作为基准时刻，对其它任一个零序电流波形进行故障发生时刻校准：

将待校准的波形的故障发生时刻计算值对齐所述基准时刻；

将待校准的波形的数据窗，从对齐位置分别向前和向后平移多次，每次平移分别求取平移后两个波形的相关系数；

选取相关系数最大的平移后波形，将其所对应的平移时间长度与所述基准时刻相加，作为待校准波形的故障发生时刻校准值；

S33，将各零序电流波形的基准时刻或故障发生时刻校准值作为相应波形的故障发生时刻。

故障发生时刻的校准可解决故障指示器的对时误差，方便在故障识别定位时从实际统一的时刻开始比较，提高故障识别的效率和可靠度。

两个波形的相似度根据下式计算：

式中，ρ为两个波形的相关系数，i₀₁和i₀₂分别为两个波形在同一时刻的零序电流值，N为波形长度。在波形比较时，可选取设定长度的数据窗进行非全部波形的比较，数据窗的长度可根据需要调整，即上式中的波形长度N。

预先生成的配电网模型包括线路拓扑，所述线路拓扑为以母线、线路、开关为节点，故障指示器设备为线，基于配电网线路连接关系连接而成的以母线为根节点的树状节点拓扑。

预先生成的配电网模型还包括线路模型和设备模型，所述线路模型包括连接节点组，线路的端点被包含于其连接节点组内；

线路拓扑的生成包括：

响应于用户在可操作的图形界面上拖拽故障指示器控件，初始化故障指示器的设备模型；

响应于用户在所述图形界面上画线，初始化线路模型；

根据初始化的线路模型数据，判断不同线路之间是否相交，将相交的线路的连接节点组进行合并；

根据初始化的设备模型和线路模型数据，判断线路与设备是否连接，将设备相应端点加入所连接线路的连接节点组内；

将含有相同节点的连接节点组进行合并；

将合并后的连接节点组内的所有节点等效为一个新的节点，记录各连接节点组中各节点与其等效节点的链接关系；

以各设备为线，将其端点等效后的两等效节点进行连接，即生成以母线为根节点的树状线路拓扑。

在线路拓扑生成的过程中，还将连接节点组合并后的线路模型以及设备模型存储至数据库中。在后续故障定位时，当确定故障所在等效节点后，即可根据相应等效节点所关联的原始节点进行故障的进一步定位。

线路模型即线路数学模型，为{线路的第一个端点的坐标，线路的第二个端点的坐标、线路的连接节点组，线路ID}，初始化后的线路模型的连接节点组为空集，线路ID为根据用户画线顺序确定的递增的整数；

设备模型即设备数学模型，为{设备的第一个端点的端点号，设备的第二个端点的端点号，设备ID，设备中心所在坐标}，初始化后的设备模型的设备ID为根据用户拖拽操作顺序确定的递增的整数。

根据初始化的线路模型数据，判断不同线路之间是否相交为：根据任意两线路模型的两端点坐标确定线的函数，通过求解由两条线路的函数组成的方程组，判断两条线路是否相交。

若线路相交，则将相交的线路的连接节点组进行合并，包括将相交的点以及两条线路的端点分别加入两线路的连接节点组。

根据初始化的设备模型和线路模型数据，判断线路与设备是否连接包括：

根据设备模型中设备中心所在坐标以及预先确定的设备控件长度和宽度，在控件所在的矩形坐标区域内划分出上、下、左、右四个区域作为热点区域；

将上区域与左右区域中的一个区域进行组合作为设备一个端点的对应区域，将下区域与与左右区域中的另一个区域进行组合作为设备另一个端点的对应区域；

判断线路端点坐标是否位于设备端点对应的坐标区域内，若是，则线路的相应端点与相应坐标区域对应的设备端点相连接。

设备控件以及线路皆为模型配置软件中预设的设备和线路模板，对于设备来说，其初始形状和大小的值是确定的，也即其控件长度和宽度是已知的。

实施例1-2

本实施例从配电网建模、录波解析和故障时刻确定、故障选线、故障定位几个方面具体描述配电网故障定位方法。

一、配电网建模

结合图1至图3，进行配电网故障定位前，首先进行配电网的简化建模。配电网的简化建模可通过现有技术开发配置建模软件，实现可供用户操作设备控件拖拽和线路绘制的界面，进而可根据用户的操作生成简化的配电网线路拓扑。如针对图2所示的配电网线路结构，可生成图3所示的树状线路拓扑图。

配电网模型确定后，每次配电网发生故障时，皆可利用实施例1或实施例1-1的方法基于已构建的配电网模型进行故障定位。

配电网建模首先对线路和故障指示器设备的数学模型进行定义，线路：{线路的第一个点的坐标，线路的第二个点的坐标、线路的连接节点组、线路ID}；故障指示器：{设备的第一个端点的端点号、设备的第二个端点的端点号、设备ID、设备中心所在坐标}。

在获取了配电网线路结构后，本发明采用面向间隔零模电流的拓扑分析方法，将母线、线路、开关当做节点，将相邻节点之间的故障指示器(FI0至FI8)当做边，对应两个节点当做边的两个端点，最终形成树状节点图。

配电网模型中线路模型、设备模型以及树状线路拓扑的生成过程包括：

当用户通过建模软件界面进行设备控制键拖拽和线路绘制时，响应于用户的操作，对设备和线路进行初始化，此时主要是初始化线路和设备的ID，根据用户的操作顺序递增的为各线路和设备配置一个整数编号，线路的连接节点组为空集或仅包括线路的端点；

线与设备的碰撞检测：对设备控件区域进行划分，将设备控件所在的矩形坐标区域划分为9个组成区域，包括上、下、左、右4个有效热电区域，四角区域和中心区域共5个无效区域；将上左区域和下右区域分别对应设备的进口和出口，检测线的两个端点的坐标是否落在设备的有效热点区域内，若线路端点坐标落在上左区域函数内，则该线路端点与设备的进口相连，若落在下右区域函数内，则该线路端点与设备的出口相连，然后即可将设备的相应端点加到相应线路的连接节点组；若线路端点坐标落在无效区域内，则线路相应端点与设备端点不连接。

线与线的碰撞检测：检测线与线是否相交，如果是，将一条线的连接节点组加到另一条线的连接节点组上；

节点压缩与重新编号：在初始化数学模型中，我们得到了原始节点，在碰撞检测中，我们得到了连接节点组。线路的连接节点组中的节点均等效，在合并时，如果连接节点组A含有节点node1，连接节点组B中含有也含有节点node1，则A和B等效，此时合并A与B得到等效节点组W，W＝A∪B。对所有的连接节点组的进行元素比对与合并的操作，最终我们生成了一系列最大等效节点组。节点压缩就是把最大等效节点组中的节点用一个点号代替，此节点为有效节点，并重新编号，把多余的节点设为无效节点，并把这些无效节点对应的图形链接到新的节点中。如设备数学模型中的旧端点号为devNode1与devNode2，devNode1所在的最大等效节点组中的有效节点为sNode1，devNode2所在的最大等效节点组中的有效节点为sNode2。将devNode1替换成sNode1,devNode2替换成sNode2。线路数学模型中的连接节点组为集合A，A为最大等效节点组W的子集，则用A的有效节点sNode_A来代替旧的连接节点组A，从而将原有的数学模型中的无效节点用新的有效节点代替。

根据合并后的连接节点组，将故障指示器设备作为边，连接其两端点的等效节点，即可生成树状线路拓扑。

配电网模型构建完毕后，将线路和设备的最终数学模型以及最终等效节点与原始节点的链接关系保存至本地文件或数据库，便于在故障定位时的应用。

二、录波解析和故障时刻确定

对于同一时刻或同一时刻范围内上传至DTU或主站控制中心的Comtrade格式的故障录波文件，首先解析文件，根据《ANSI/IEEE Std C37.111-1991COMTRADE》转化成波形数据。然后，对零序电流通道的波形求取三阶差分，将三阶差分值最大的时刻判定为相应波形的故障发生时刻计算值。

在以故障定位为目标进行波形相似度分析时，可以各波形的故障发生时刻计算值作为波形对比的参考时刻点，但这可能会导致识别结果不够准确。

故本实施例还对各波形的故障时刻进行校准，以便后续故障定位时能够基于统一的时标进行不同波形之间的相似度比较，提高识别结果的可靠性。

故障时刻校准时，先固定一个波形信号作为基准信号，其故障发生时刻计算值作为基准时刻，将另一个待校准的信号数据窗前后平移，求取两波形相关系数的绝对值。由于波形正相关或负相关的点的绝对值最大，起始时刻相差最小，因此取相关系数绝对值最大的数据窗平移方案，将相应的平移时刻加上基准时刻，即为待校准波形的故障发生时刻校准值。

三、故障选线

参考图1所示，本实施例的故障选线流程为：

根据节点连接关系识别母线(即根节点)：如果节点上所带有的设备数小于线数，那么这个节点为根节点，也就是母线；

如果母线上连接一条支线，则这条线路为故障线路；

如果母线连接两条支线，则这两条支线均可能为故障线路；

如果母线连接两条以上支线，则两两比较该母线所连设备的波形相似度，选出和另外几个都不相似的线路(相似度小于阈值或相似度最小)，将这条线路为故障线路。

四、故障定位

参考图1所示，本实施例的故障定位方法为：

以支线线路的母线侧作为线路上游，从母线向下游，依次将各故障指示器作为父设备；

判断当前父设备的下游设备数量：

若当前父设备下游(即相邻的下级)只有一个设备，将当前父设备与下游设备的零序电流波形进行相似度计算，若小于阈值，则故障发生在当前父设备与下游设备两个故障指示器之间，定位结束；若大于阈值，则当前下级设备与父设备之间不存在故障，此时将当前下级设备定义为新的父设备，则跳转回对父设备下游设备数量的判断，继续进行下游线路的故障定位判断；

若当前父设备下游只有两个设备，则将这两个设备分别定义为父设备，并跳转回对父设备下游设备数量的判断，针对两个新的父设备分别进行分支线路的故障定位；

若父设备下游有三个及以上设备，则分别计算当前父设备与各下游设备的波形相似度，若父设备与某个下级节点的零模电流波形相似度大于阈值，则定义这个下级设备为父设备(无故障)，跳转回对父设备下游设备数量的判断，继续进行相应下游线路的故障定位判断；若父设备与各下级设备的零序电流波形相似度均小于阈值，则故障发生在当前父设备与多个下游设备的分支处，定位结束。

当确定了故障所发生的节点位置，即可根据已存储的配电网模型以及等效节点与原始节点的链接关系，继续进行具体线路或开关的故障定位。

实施例2

本实施例为一种配电网故障定位装置，包括：

故障录波接收模块，用于接收故障指示器响应于配电网故障生成的故障录波文件；

录波解析模块，用于对故障录波文件进行解析得到零序电流波形数据；

故障时刻确定模块，用于基于解析得到的零序电流波形数据，确定故障发生时刻；

拓扑分析模块，用于根据预先构建的配电网模型，确定母线所连的支线，以及各支线上各故障指示器的下游故障指示器；

故障选线模块，用于根据母线所连支线数量，并通过比较母线所连不同支线上的故障指示器的零序电流波形相似度，预断故障所在的支线；

以及故障定位模块，用于对于各预判的故障所在支线，通过比较支线上相邻故障指示器的零序电流波形的相似度，判断故障是否存在或者判断故障所在的位置。

以上各模块功能的实现，以及配电网模型的预先构建，分别可参考实施例1中相应功能的实现方法。

综上，本发明利用配电线路上安装的故障指示器作为检测点，收集故障线路所属母线所有被触发故障录波的故障指示器的波形文件，根据零序电流的暂态特征并结合线路拓扑综合研判，最后定位出故障区段，具有一定的容错能力，判断原理简单，计算量小，通过故障时刻校准可实现对故障指示器的对时精度要求降低，故障定位稳定可靠、快速准确，成本低。

同时本发明还提出了与配电网故障定位方法相适应的配电网建模方法，能够方便用户通过拖曳控件的方式绘制线路图，并根据用户绘制的线路图生成树状线路拓扑，通过树状线路拓扑对母线、线路和开关节点进行简化合并，能够进一步提高基于故障指示器波形进行故障定位的效率。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (11)

1.一种配电网故障定位方法，其特征是，包括：

接收故障指示器响应于配电网故障生成的故障录波文件；

对故障录波文件进行解析得到零序电流波形数据；

基于解析得到的零序电流波形数据，确定故障发生时刻；

根据预先构建的配电网模型，确定母线所连的支线，以及各支线上各故障指示器的下游故障指示器；

根据母线所连支线数量，并通过比较母线所连不同支线上的故障指示器的零序电流波形相似度，预断故障所在的支线；

对于各预判的故障所在支线，通过比较支线上相邻故障指示器的零序电流波形的相似度，判断故障是否存在或者判断故障所在的位置。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述故障录波文件为：属于同一母线的馈线上的至少一个暂态录波型故障指示器，响应于配电网线路接地故障，对三相线路负荷电流数据进行录波，所生成的comtrade格式录波文件。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征是，针对由同一故障触发的多个故障指示器的故障录波文件，所述基于解析得到的零序电流波形数据，确定故障发生时刻，包括：

S31，对解析得到的各零序电流波形分别求取三阶差分，将三阶差分结果值最大的时刻作为相应零序电流波形的故障发生时刻计算值；

S32，将任意一个零序电流波形的故障发生时刻计算值作为基准时刻，对其它任一个零序电流波形进行故障发生时刻校准：

将待校准的波形的故障发生时刻计算值对齐所述基准时刻；

将待校准的波形的数据窗，从对齐位置分别向前和向后平移多次，每次平移分别求取平移后两个波形的相关系数；

选取相关系数最大的平移后波形，将其所对应的平移时间长度与所述基准时刻相加，作为待校准波形的故障发生时刻校准值；

S33，将各零序电流波形的基准时刻或故障发生时刻校准值作为相应波形的故障发生时刻。

4.根据权利要求1或3所述的方法，其特征是，两个波形的相似度根据下式计算：

式中，ρ为两个波形的相关系数，i₀₁和i₀₂分别为两个波形在同一时刻的零序电流值，N为波形长度。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述预先生成的配电网模型包括线路拓扑，所述线路拓扑为以母线、线路、开关为节点，故障指示器设备为线，基于配电网线路连接关系连接而成的以母线为根节点的树状节点拓扑。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征是，所述预先生成的配电网模型还包括线路模型和设备模型，所述线路模型包括连接节点组，线路的端点被包含于其连接节点组内；

所述线路拓扑的生成包括：

响应于用户在可操作的图形界面上拖拽故障指示器控件，初始化故障指示器的设备模型；

响应于用户在所述图形界面上画线，初始化线路模型；

根据初始化的线路模型数据，判断不同线路之间是否相交，将相交的线路的连接节点组进行合并；

根据初始化的设备模型和线路模型数据，判断线路与设备是否连接，将设备相应端点加入所连接线路的连接节点组内；

将含有相同节点的连接节点组进行合并；

将合并后的连接节点组内的所有节点等效为一个新的节点，记录各连接节点组中各节点与其等效节点的链接关系；

以各设备为线，将其端点等效后的两等效节点进行连接，即生成以母线为根节点的树状线路拓扑。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征是，所述线路模型为{线路的第一个端点的坐标，线路的第二个端点的坐标、线路的连接节点组，线路ID}，初始化后的线路模型的连接节点组为空集，线路ID为根据用户画线顺序确定的递增的整数；

所述设备模型为{设备的第一个端点的端点号，设备的第二个端点的端点号，设备ID，设备中心所在坐标}，初始化后的设备模型的设备ID为根据用户拖拽操作顺序确定的递增的整数。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述根据初始化的线路模型数据，判断不同线路之间是否相交为：根据任意两线路模型的两端点坐标确定线的函数，通过求解由两条线路的函数组成的方程组，判断两条线路是否相交。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述根据初始化的设备模型和线路模型数据，判断线路与设备是否连接包括：

根据设备模型中设备中心所在坐标以及预先确定的设备控件长度和宽度，在控件所在的矩形坐标区域内划分出上、下、左、右四个区域作为热点区域；

将上区域与左右区域中的一个区域进行组合作为设备一个端点的对应区域，将下区域与与左右区域中的另一个区域进行组合作为设备另一个端点的对应区域；

判断线路端点坐标是否位于设备端点对应的坐标区域内，若是，则线路的相应端点与相应坐标区域对应的设备端点相连接。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征是，将控件所在的矩形坐标区域划分为9个组成区域；

9个组成区域包括上、下、左、右区域，四角区域和中心区域；四角区域和中心区域为无效区域，若线路端点坐标落在无效区域内，则线路相应端点与设备端点不连接。

11.一种配电网故障定位装置，其特征是，包括：

故障录波接收模块，用于接收故障指示器响应于配电网故障生成的故障录波文件；

录波解析模块，用于对故障录波文件进行解析得到零序电流波形数据；

故障时刻确定模块，用于基于解析得到的零序电流波形数据，确定故障发生时刻；

拓扑分析模块，用于根据预先构建的配电网模型，确定母线所连的支线，以及各支线上各故障指示器的下游故障指示器；

故障选线模块，用于根据母线所连支线数量，并通过比较母线所连不同支线上的故障指示器的零序电流波形相似度，预断故障所在的支线；

以及故障定位模块，用于对于各预判的故障所在支线，通过比较支线上相邻故障指示器的零序电流波形的相似度，判断故障是否存在或者判断故障所在的位置。

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