CN111123026B - 一种基于多端行波法的分级遍历配电网络故障定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种基于多端行波法的分级遍历配电网络故障定位方法。即在线路首末端以及各支路末端安装同步行波监测设备，利用多端行波法，逐次计算，按照全网络逐级遍历的方式，直到找出符合条件的故障点具体位置。本发明利用行波注入法确定行波波速，更贴近选定线路的实际情况。利用多分辨率奇异值分解加TEO能量算子的波头提取方法，能够精确的确定波头到达时间。分级遍历的复杂多分支配电网定位方法，利用不同故障位置的故障行波到达各个测量点的不同表现，逐级计算判断，直到找出符合条件的准确故障点位置。本方法只用到一种行波检测设备，没有附加的支路判定设备的投入，具有很高的实用价值。

Description

一种基于多端行波法的分级遍历配电网络故障定位方法

技术领域

本发明属于电气二次系统领域，特别涉及一种基于多端行波法的分级遍历配电网络故障定位系统。

背景技术

配电网建设是直接关系用户用电的重要组成，而配网故障定位方法是电力系统发展过程中被摆在突出位置。配电网区别于输电线路的特点是线路复杂、分支多，多呈辐射状，所以故障定位具有更高的复杂性。传统的配网故障定位基本依赖于人工巡视，费时费力，效率低下。故障发生后高效、精准的故障定位可以帮助快速找到发生故障的位置并且检修排除，对快速回复电力运行、减少生产损失有重大意义。近些年，国内外学者提出并且实践众多故障定位的方法，在电力系统中有着广泛的应用，但是目前针对配网的故障定位尚显不足，很大程度上因为配网复杂性的限制，因此研究配电网测距精度、在尽可能减少设备投入的同时快速确定故障点，有着极大的现实意义。

现实中配电网络往往结构繁杂，支路众多，并且可能支路上还有支路。在已有的定位算法中，最常见的是行波法，利用故障点行波到达测量端的时间配合行波波速进行计算。单端行波法不需要设备严格同步，且独立工作，但是单端行波法涉及需要配合支路选线的设备，并且在繁杂的配网中，混合着各种折反射的故障点反射波精确识别具有极大难度。双端行波法利用行波到达不同两个测量端的时间差来计算故障距离，不涉及折反射问题，可靠性高，但是在多分支的配电网应用中，需要在每个末端都装设定位设备，并且在多支路选线中必须配合故障指示器确定故障支路。本发明拟实现一种只需要行波定位设备的定位方法，基于双端行波法进行多端故障定位，先不进行故障选线操作，通过故障距离计算结果分析故障是否位于两个测量端之间。

行波波速的确定也能很大程度上影响行波测距精度。实际运行中行波传播速度跟包括线路参数在内的很多因素有关，在不同条件下故障行波的中心频率不是一成不变的，再加上天气温度等环境等外界因素的影响，波速是一个不确定的值。有人在应用中直接用光速的值来参与计算，势必会带来不小的误差。还有方法利用故障初始波头和到母线的故障点反射波头之间的时间差来消除需要波速的计算，或者用故障初始波头、故障点反射波头和对端母线反射波头到达母线的时间差来消除需要波速的运算，但是此类方法又跟单端行波法一样陷入反射波识别的困境，在多节点多分支的复杂配网中往往会造成定位的失败。

针对上述问题，本文提出一种新的针对较复杂配电网的故障定位技术方法。

发明内容

为了解决复杂配电网故障定位困难的问题，本发明提出一种新的定位技术方案。即在线路首末端以及各支路末端安装行波监测设备，利用多端行波法，逐次计算，按照全网络逐级遍历的方式，直到找出符合条件的故障点具体位置。

为实现本发明的技术方案，基本步骤如下：

步骤1：将实际配电网拓扑图简化为定位结构图，忽略长度低于300m支路，在配电网首末端和各支路末端即A、H、L、M、N、O、P、Q、R、S端安装行波信号测取装置，该装置带有远程通讯功能，且带有GPS同步对时模块，时间误差50ns，获取各个测量端的三相电流信号i_M(t)。

步骤2：用行波注入法测量线路波速，在线路首端注入信号，在末端接收信号，得到时间t，线路长度为L，则波速可以表示为

步骤3：故障发生时，各个测量端将行波信号上传到服务器端。调取A、L端信号i_A、i_L用双端行波法测距：先进行凯伦布尔解耦变换，再对线模分量i_Aα、i_Lα进行多分辨率奇异值分解，对得到的第一个高频细节分量计算TEO，得到能量突变点时间t_A、t_L，则计算距离可由公式

计算得到，d_AL为故障点到首端A的距离。

步骤4：若d_AL≤d_AB-300或者d_AL≥d_AB+300，则认为故障位于路径AL上，故障距离d＝d_AL，计算结束；否则，进入步骤5。

步骤5：调取A、M端信号i_A、i_M用双端行波法测距，重复步骤3操作，得到d_AM；若d_AM≤d_AC-300或者d_AM≥d_AC+300，则认为故障位于路径AM上，故障距离d＝d_AM，计算结束；否则，进入步骤6。

步骤6：调取A、N端信号i_A、i_N用双端行波法测距，重复步骤3操作，得到d_AN；若d_AN≤d_AD-300或者d_AN≥d_AD+300，则认为故障位于路径AN或者路径AO上，进入步骤7；否则，进入步骤9。

步骤7：调取A、N端信号i_A、i_N用双端行波法测距，重复步骤3操作，得到d_AN；若d_AN≤d_AJ-300或者d_AN≥d_AJ+300，则认为故障位于路径AN上，故障距离d＝d_AN，计算结束；否则，进入步骤8。

步骤8：调取A、O端信号i_A、i_O用双端行波法测距，重复步骤3操作，得到d_AO；则认为故障位于路径AO上，故障距离d＝d_AO，计算结束。

步骤9：调取A、P端信号i_A、i_P用双端行波法测距，重复步骤3操作，得到d_AP；若d_AP≤d_AE-300或者d_AP≥d_AE+300，则认为故障位于路径AP或者路径AQ上，进入步骤10；否则，进入步骤12。

步骤10：调取A、P端信号i_A、i_P用双端行波法测距，重复步骤3操作，得到d_AP；若d_AP≤d_AK-300或者d_AP≥d_AK+300，则认为故障位于路径AP上，故障距离d＝d_AP，计算结束；否则，进入步骤11。

步骤11：调取A、Q端信号i_A、i_Q用双端行波法测距，重复步骤3操作，得到d_AQ；则认为故障位于路径AQ上，故障距离d＝d_AQ，计算结束。

步骤12：调取A、R端信号i_A、i_R用双端行波法测距，重复步骤3操作，得到d_AR；若d_AR≤d_AF-300或者d_AR≥d_AF+300，则认为故障位于路径AR上，故障距离d＝d_AM，计算结束；否则，进入步骤13。

步骤13：调取A、S端信号i_A、i_S用双端行波法测距，重复步骤3操作，得到d_AS；若d_AS≤d_AG-300或者d_AS≥d_AG+300，则认为故障位于路径AS上，故障距离d＝d_AS，计算结束；否则，进入步骤14。

步骤14：调取A、H端信号i_A、i_H用双端行波法测距，重复步骤3操作，得到d_AH；则认为故障位于路径AH上，故障距离d＝d_AH，计算结束。

在上述的一种基于多端行波法的分级遍历配电网络故障定位方法，用行波注入法确定行波波速，在首段注入行波信号，测量行波到达另一端端的时间t,线路长度为L，则波速可以表示为

在上述的一种基于多端行波法的分级遍历配电网络故障定位方法，用分级遍历的方法进行全网络计算，寻找故障点位置，根据所给配电网模型，按照一定顺序依次计算，直到找出正确故障点位置；具体遍历方法为：先将A、L作为两个端点计算故障位置，如果得出结果不在节点B附近，则结果为正确故障点；如果在节点B附近，则结果不是故障位置，进行下一级计算；将A、M作为两个端点计算故障位置，如果得出结果不在C点附近，则结果为正确故障点；如果在节点C附近，则结果不是故障位置，进行下一级计算；将A、N作为两个端点计算故障位置，如果得出结果不在D和J点附近，则结果为正确故障点；如果在节点J附近，则结果不是故障位置，进行下一级计算；将A、O作为两个端点计算故障位置，则结果为正确故障点；如果在节点D附近，则结果不是故障位置，进行下一级计算；将A、P作为两个端点计算故障位置，如果得出结果不在E和K点附近，则结果为正确故障点；如果在节点K附近，则结果不是故障位置，进行下一级计算；将A、Q作为两个端点计算故障位置，则结果为正确故障点；如果在节点E附近，则结果不是故障位置，进行下一级计算；将A、R作为两个端点计算故障位置，如果得出结果不在F点附近，则结果为正确故障点；如果在节点F附近，则结果不是故障位置，进行下一级计算；将A、S作为两个端点计算故障位置，如果得出结果不在G点附近，则结果为正确故障点；如果在节点G附近，则结果不是故障位置，进行下一级计算；将A、H作为两个端点计算故障位置，则结果为正确故障点。

本发明为了完善多分支配电网故障的及时发现和排除，首次提出应用多端行波法遍历全网的方式进行故障定位，使得在有多分支的复杂配电网情况下，克服单个方法对于故障及时发现和排除的乏力，使得该类型配电网络更加坚强可靠，并且所用设备单一，不需要追加更多成本。本发明首次提出基于行波注入法的波速检测方法，在一端注入行波信号，检测波头到达另一端的时间，配合所测线路的长度，可以计算出行波在线路中传播的速度。

附图说明

图1为某实际10kV配电网拓扑图。

图2为简化后的多端配电网系统定位结构图。

图3为遍历过程流程图。

具体实施方式

为简单明了地表述本发明目的及技术方案，以下结合附图及实施例加以说明。此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

某实际配电网拓扑图如图1所示，简化后的定位结构图如图2所示，其中包括行波采集装置的安装。定位流程图如图3所示，按照图3所示流程，具体实施步骤如下：

步骤1：在配电网首末端和各支路末端即A、H、L、M、N、O、P、Q、R、S端安装行波信号测取装置，该装置带有远程通讯功能，且带有GPS同步对时模块，时间误差50ns，获取各个测量端的三相电流信号i_M(t)。

步骤2：用行波注入法测量线路波速，在线路首端注入信号，在末端接收信号，得到时间t，线路长度为L，则波速可以表示为

步骤3：故障发生时，各个测量端将行波信号上传到服务器端。调取A、L端信号i_A、i_L用双端行波法测距：先进行凯伦布尔解耦变换，再对线模分量i_Aα、i_Lα进行多分辨率奇异值分解，对得到的第一个高频细节分量计算TEO，得到能量突变点时间t_A、t_L，则计算距离可由公式

计算得到，d_AL为故障点到首端A的距离。

步骤4：若d_AL≤d_AB-300或者d_AL≥d_AB+300，则认为故障位于路径AL上，故障距离d＝d_AL，计算结束；否则，进入步骤5。

步骤5：调取A、M端信号i_A、i_M用双端行波法测距，重复步骤3操作，得到d_AM；若d_AM≤d_AC-300或者d_AM≥d_AC+300，则认为故障位于路径AM上，故障距离d＝d_AM，计算结束；否则，进入步骤6。

步骤6：调取A、N端信号i_A、i_N用双端行波法测距，重复步骤3操作，得到d_AN；若d_AN≤d_AD-300或者d_AN≥d_AD+300，则认为故障位于路径AN或者路径AO上，进入步骤7；否则，进入步骤9。

步骤7：调取A、N端信号i_A、i_N用双端行波法测距，重复步骤3操作，得到d_AN；若d_AN≤d_AJ-300或者d_AN≥d_AJ+300，则认为故障位于路径AN上，故障距离d＝d_AN，计算结束；否则，进入步骤8。

步骤8：调取A、O端信号i_A、i_O用双端行波法测距，重复步骤3操作，得到d_AO；则认为故障位于路径AO上，故障距离d＝d_AO，计算结束。

步骤9：调取A、P端信号i_A、i_P用双端行波法测距，重复步骤3操作，得到d_AP；若d_AP≤d_AE-300或者d_AP≥d_AE+300，则认为故障位于路径AP或者路径AQ上，进入步骤10；否则，进入步骤12。

步骤10：调取A、P端信号i_A、i_P用双端行波法测距，重复步骤3操作，得到d_AP；若d_AP≤d_AK-300或者d_AP≥d_AK+300，则认为故障位于路径AP上，故障距离d＝d_AP，计算结束；否则，进入步骤11。

步骤11：调取A、Q端信号i_A、i_Q用双端行波法测距，重复步骤3操作，得到d_AQ；则认为故障位于路径AQ上，故障距离d＝d_AQ，计算结束。

步骤12：调取A、R端信号i_A、i_R用双端行波法测距，重复步骤3操作，得到d_AR；若d_AR≤d_AF-300或者d_AR≥d_AF+300，则认为故障位于路径AR上，故障距离d＝d_AM，计算结束；否则，进入步骤13。

步骤13：调取A、S端信号i_A、i_S用双端行波法测距，重复步骤3操作，得到d_AS；若d_AS≤d_AG-300或者d_AS≥d_AG+300，则认为故障位于路径AS上，故障距离d＝d_AS，计算结束；否则，进入步骤14。

步骤14：调取A、H端信号i_A、i_H用双端行波法测距，重复步骤3操作，得到d_AH；则认为故障位于路径AH上，故障距离d＝d_AH，计算结束。

此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可以轻易想到的变化和替换，都应该涵盖在本发明的保护范围之内，因此，本发明的保护范围应该以权利要求的范围为准。

Claims (3)

1.一种基于多端行波法的分级遍历配电网络故障定位方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：在配电网首末端和各支路末端即A、H、L、M、N、O、P、Q、R、S端安装行波信号测取装置，节点B位于节点A和节点L之间，节点C位于节点A和节点M之间，节点D位于节点A和节点N之间，节点E位于节点A和节点P之间，节点F位于节点A和节点R之间，节点G位于节点A和节点S之间，节点J位于节点D和节点N之间，节点J还位于节点D和节点O之间，节点K位于节点E和节点P之间，节点J还位于节点E和节点Q之间，该装置带有远程通讯功能，且带有GPS同步对时模块，时间误差50ns，获取各个测量端的三相电流信号i_M(t)；

步骤2：用行波注入法测量线路波速，在线路首端注入信号，在末端接收信号，得到时间t，线路长度为L，则波速可以表示为

步骤3：故障发生时，各个测量端将行波信号上传到服务器端；调取A、L端信号i_A、i_L用双端行波法测距：先进行凯伦布尔解耦变换，再对线模分量i_Aα、i_Lα进行多分辨率奇异值分解，对得到的第一个高频细节分量计算TEO，得到能量突变点时间t_A、t_L，则计算距离可由公式

计算得到，d_AL为故障点到首端A的距离；

步骤4：若d_AL≤d_AB-300或者d_AL≥d_AB+300，则认为故障位于路径AL上，故障距离d＝d_AL，计算结束；否则，进入步骤5；

步骤5：调取A、M端信号i_A、i_M用双端行波法测距，重复步骤3操作，得到d_AM；若d_AM≤d_AC-300或者d_AM≥d_AC+300，则认为故障位于路径AM上，故障距离d＝d_AM，计算结束；否则，进入步骤6；

步骤6：调取A、N端信号i_A、i_N用双端行波法测距，重复步骤3操作，得到d_AN；若d_AN≤d_AD-300或者d_AN≥d_AD+300，则认为故障位于路径AN或者路径AO上，进入步骤7；否则，进入步骤9；

步骤7：调取A、N端信号i_A、i_N用双端行波法测距，重复步骤3操作，得到d_AN；若d_AN≤d_AJ-300或者d_AN≥d_AJ+300，则认为故障位于路径AN上，故障距离d＝d_AN，计算结束；否则，进入步骤8；

步骤8：调取A、O端信号i_A、i_O用双端行波法测距，重复步骤3操作，得到d_AO；则认为故障位于路径AO上，故障距离d＝d_AO，计算结束；

步骤9：调取A、P端信号i_A、i_P用双端行波法测距，重复步骤3操作，得到d_AP；若d_AP≤d_AE-300或者d_AP≥d_AE+300，则认为故障位于路径AP或者路径AQ上，进入步骤10；否则，进入步骤12；

步骤10：调取A、P端信号i_A、i_P用双端行波法测距，重复步骤3操作，得到d_AP；若d_AP≤d_AK-300或者d_AP≥d_AK+300，则认为故障位于路径AP上，故障距离d＝d_AP，计算结束；否则，进入步骤11；

步骤11：调取A、Q端信号i_A、i_Q用双端行波法测距，重复步骤3操作，得到d_AQ；则认为故障位于路径AQ上，故障距离d＝d_AQ，计算结束；

步骤12：调取A、R端信号i_A、i_R用双端行波法测距，重复步骤3操作，得到d_AR；若d_AR≤d_AF-300或者d_AR≥d_AF+300，则认为故障位于路径AR上，故障距离d＝d_AM，计算结束；否则，进入步骤13；

步骤13：调取A、S端信号i_A、i_S用双端行波法测距，重复步骤3操作，得到d_AS；若d_AS≤d_AG-300或者d_AS≥d_AG+300，则认为故障位于路径AS上，故障距离d＝d_AS，计算结束；否则，进入步骤14；

步骤14：调取A、H端信号i_A、i_H用双端行波法测距，重复步骤3操作，得到d_AH；则认为故障位于路径AH上，故障距离d＝d_AH，计算结束；

用分级遍历的方法进行全网络计算，寻找故障点位置，根据所给配电网模型，按照一定顺序依次计算，直到找出正确故障点位置；具体遍历方法为：先将A、L作为两个端点计算故障位置，如果得出结果不在节点B附近，则结果为正确故障点；如果在节点B附近，则结果不是故障位置，进行下一级计算；将A、M作为两个端点计算故障位置，如果得出结果不在C点附近，则结果为正确故障点；如果在节点C附近，则结果不是故障位置，进行下一级计算；将A、N作为两个端点计算故障位置，如果得出结果不在D和J点附近，则结果为正确故障点；如果在节点J附近，则结果不是故障位置，进行下一级计算；将A、O作为两个端点计算故障位置，则结果为正确故障点；如果在节点D附近，则结果不是故障位置，进行下一级计算；将A、P作为两个端点计算故障位置，如果得出结果不在E和K点附近，则结果为正确故障点；如果在节点K附近，则结果不是故障位置，进行下一级计算；将A、Q作为两个端点计算故障位置，则结果为正确故障点；如果在节点E附近，则结果不是故障位置，进行下一级计算；将A、R作为两个端点计算故障位置，如果得出结果不在F点附近，则结果为正确故障点；如果在节点F附近，则结果不是故障位置，进行下一级计算；将A、S作为两个端点计算故障位置，如果得出结果不在G点附近，则结果为正确故障点；如果在节点G附近，则结果不是故障位置，进行下一级计算；将A、H作为两个端点计算故障位置，则结果为正确故障点。

2.根据权利要求1所述的一种基于多端行波法的分级遍历配电网络故障定位方法，其特征在于：在配电网首末端和各支路末端安装同步行波信号测取装置。

3.根据权利要求1所述的一种基于多端行波法的分级遍历配电网络故障定位方法，其特征在于：用多分辨率奇异值分解算法加teager能量算子来获得行波波头的到达时刻，对分解得到的第一个高频细节分量计算TEO，得到能量突变点时间。

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