CN111337793B - 一种适用于配电网压缩感知故障定位技术的稀疏测点配置方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于配电网压缩感知故障定位技术的稀疏测点配置方法，首先根据配电网节点总数获得故障定位所需的测点数下限；再根据所述配电网的拓路结构，忽略负荷接入，将配电线路按馈线划分，依据供电方向定义馈线的上下游，并将每条馈线上下游的端点作为备选测点子集A；分析所述配电网各线路参数，选取阻抗参数突变的线路，将其两端节点作为备选测点子集B，作为线路两端增加的测点；将备选测点子集A和备选测点子集B作为合集，得到所述配电网故障定位的测点总集，实现稀疏测点配置。该方法能改善定位精度，仅需极少量的测点电压数据即可实现故障区段定位，完善了压缩感知故障定位技术在工程中的应用。

Description

一种适用于配电网压缩感知故障定位技术的稀疏测点配置 方法

技术领域

本发明涉及电力系统分析技术领域，尤其涉及一种适用于配电网压缩感知故障定位技术的稀疏测点配置方法。

背景技术

配电网具有拓扑结构复杂、分支众多、供电半径小、架空线路与电缆线路混联等特点，发生永久性故障时，若不能快速准确地定位故障，将导致系统恢复时间延长，从而影响供电质量，阻抗法、行波法和S信号注入法等已成熟应用于输电网的故障定位，可以实现长距离输电线上故障位置的精确定位，但并不适用于拓扑相对复杂的配电网中，因此研究基于广域量测数据的故障定位方法具有重要意义。

基于广域量测数据的故障定位方法，即通过分析故障时电网内多处安装的智能电气设备(Intelligent Electric Device，IED)采集的电气测量量来确定故障区段，有关基于广域量测数据故障定位方法的研究主要分为三类：利用故障指示器的定位方法、基于电压暂降的定位方法和借助智能算法的定位方法。这些方法的定位准确度取决于配网中的测点分布，当测点缺失或存在坏数据时，往往会导致故障定位失败，目前现有技术中已有针对利用极少测点(即稀疏测点)实现故障精确定位的研究，其中具有代表性的一类就是基于压缩感知原理的故障定位技术，该类定位方法借用图像处理领域的压缩感知技术极大地减少了故障定位所必须的测点数，降低了工程投入。但上述方案中稀疏测点的选取大多是通过仿真实验获得，缺乏理论依据，如果测点过少，将影响故障定位的准确性与精度，测点过多则导致不必要的经费投入，另外稀疏测点的位置选取也需确定，因此亟待提出一种具备工程指导意义的稀疏测点配置方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种适用于配电网压缩感知故障定位技术的稀疏测点配置方法，该方法能改善定位精度，仅需极少量的测点电压数据即可实现故障区段定位，完善了压缩感知故障定位技术在工程中的应用，极大地减少维修工人故障巡线时间。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种适用于配电网压缩感知故障定位技术的稀疏测点配置方法，所述方法包括：

步骤1、根据配电网节点总数获得故障定位所需的测点数下限；

步骤2、再根据所述配电网的拓路结构，忽略负荷接入，将配电线路按馈线划分，依据供电方向定义馈线的上下游，并将每条馈线上下游的端点作为备选测点子集A；

步骤3、分析所述配电网各线路参数，选取阻抗参数突变的线路，将其两端节点作为备选测点子集B，作为线路两端增加的测点；

步骤4、将备选测点子集A和备选测点子集B作为合集，得到所述配电网故障定位的测点总集，实现稀疏测点配置。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，上述方法能改善定位精度，仅需极少量的测点电压数据即可实现故障区段定位，完善了压缩感知故障定位技术在工程中的应用，极大地减少维修工人故障巡线时间。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，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附图。

图1为本发明实施例提供的适用于配电网压缩感知故障定位技术的稀疏测点配置方法流程示意图；

图2为本发明所举实例某10kV电压等级69节点配电网拓扑图；

图3为本发明所举实例下压缩感知故障定位技术故障点定位的相对误差统计结果示意图。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，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，都属于本发明的保护范围。

下面将结合附图对本发明实施例作进一步地详细描述，如图1所示为本发明实施例提供的适用于配电网压缩感知故障定位技术的稀疏测点配置方法流程示意图，所述方法包括：

步骤1、根据配电网节点总数获得故障定位所需的测点数下限；

在该步骤中，测点数下限是压缩感知理论中可保证稀疏向量合理重构的最少测点数，由压缩感知理论可知，测点数下限可按下式计算：

式中，M为故障定位所需测点数下限；N为配电网总节点数；K为待重构的稀疏向量，即故障电流向量的非零元个数，针对压缩感知故障定位技术，故障线路的两端节点对应被重构的故障电流向量上的两个非零元，故K一般取值为2。

步骤2、再根据所述配电网的拓路结构，忽略负荷接入，将配电线路(包括架空线与电缆)按馈线划分，依据供电方向定义馈线的上下游，将每条馈线上下游的端点作为备选测点子集A；

在该步骤中，具体是从外网公共连接点PCC(Point of Common Coupling)处出发，沿配电线路直到辐射线路末端，记为一条馈线；其中，近外网公共连接点PCC端为馈线上游，远外网公共连接点PCC为馈线下游；

将每条馈线的首尾两个节点均选作测点安装处，计入备选测点子集A，表示为：

A＝{n_A1,n_A2,…,n_Ai}

式中，n_Ai代表节点编号；角标Ai代表所选节点在备选测点子集A中的序号i。

步骤3、分析所述配电网各线路参数，选取阻抗参数突变的线路，将其两端节点作为备选测点子集B，作为线路两端增加的测点；

在该步骤中，为提高映射矩阵的非相关性，在极短线路的两节点处增设测点，通过试验，当线路阻抗参数与相邻线路相差超过10倍时，本发明实施例所针对的故障定位技术会对该线路上发生的故障产生误判，通过在该线路两端增加测点可解决上述误判问题。具体是分析各线路参数，选取阻抗参数突变的线路，将该类线路两端的节点选作为备选测点子集B，表示为：

B＝{n_B1,n_B2,…,n_Bj}

式中，n_Bj代表节点编号；角标Bj代表所选节点在测点子集B中的序号j。

步骤4、将备选测点子集A和备选测点子集B作为合集，得到所述配电网故障定位的测点总集，实现稀疏测点配置。

在该步骤中，所得到配电网故障定位的测点总集C表示为：

C＝A∪B＝{n_A1,n_A2,…,n_Ai,n_B1,n_B2,…,n_Bj}

其中，测点总集C中的测点数大于所述步骤1得到的测点数下限；

若测点总集C中的测点数小于所述测点数下限，则可以放宽步骤3中备选测点子集B的选取条件，即将线路阻抗参数略小于临近线路10倍的线路节点计入备选测点子集B，直到测点总集C中的测点数大于测点数下限。

下面以具体的实例对上述方法的实施过程进行详细描述，如图2所示为本发明所举实例某10kV电压等级69节点配电网拓扑图，分别在每条线路上1/3处与2/3处设置故障点，共136个故障点，分别进行单点短路故障的定位试验，图2中黑点标记节点为按本实施例方法选取的测点配置方案，记为方案1：

(1)根据步骤1计算可得，对于该配电网络，能够保证压缩感知故障定位技术能够成功定位故障的测点数下限为8个(对计算结果取整)，具体为：

(2)除PCC外，将配电线路按步骤2所述方法划分为8条馈线，将这些馈线的上下游末端节点均选做备选测点子集A：

A＝{1,26,34,38,40,53,55,57,68}

(3)分析各线路参数，选取阻抗参数突变的线路。其中，线路阻抗参数与相邻线路相差超过10倍的线路有3-35、16-17和67-68，因此将这些线路两端的节点3、15、16、17、67和68均选做备选测点子集B：

B＝{3,15,16,17,67,68}

(4)将步骤(2)和步骤(3)中备选测点A和B做合集，得到总测点集C：

C＝A∪B＝{1,3,15,16,17,26,34,38,40,53,55,57,67,68}

最终所得总测点数为14，大于步骤(1)中计算的测点数下限8，因此上述测点集C即为用于该69配电网的压缩感知故障定位技术的最少测点，适用该测点配置方案，将在同等定位正确率和精度的前提下最小化测点使用率。

作为对比，选用现有研究中常用的测点方案(记为方案2)进行短路故障定位试验。以两相接地故障为例，分别对两种测点方案下，故障定位技术的区段定位成功率与故障点定位相对误差进行了分析比较，如下表1所示，发现本发明实施例提供的测点配置方案有效提高了压缩感知故障定位技术的正确率与精度。

表1

如图3所示为本发明所举实例下压缩感知故障定位技术故障点定位的相对误差统计结果示意图，由图3可知：定位结果中91.91％的误差值均低于10％，验证了本发明提出的测点配置方案能改善定位精度，极大地减少维修工人故障巡线时间。

值得注意的是，本发明实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应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书的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种适用于配电网压缩感知故障定位技术的稀疏测点配置方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤1、根据配电网节点总数获得故障定位所需的测点数下限；

步骤2、再根据所述配电网的拓路结构，忽略负荷接入，将配电线路按馈线划分，依据供电方向定义馈线的上下游，并将每条馈线上下游的端点作为备选测点子集A；

步骤3、分析所述配电网各线路参数，选取阻抗参数突变的线路，将其两端节点作为备选测点子集B，作为线路两端增加的测点；

步骤4、将备选测点子集A和备选测点子集B作为合集，得到所述配电网故障定位的测点总集，实现稀疏测点配置；

其中，在步骤4中，所得到配电网故障定位的测点总集C表示为：

C＝A∪B＝{n_A1,n_A2,…,n_Ai,n_B1,n_B2,…,n_Bj}

式中，n_Ai代表节点编号；角标Ai代表所选节点在备选测点子集A中的序号i；

n_Bj代表节点编号；角标Bj代表所选节点在测点子集B中的序号j；

测点总集C中的测点数大于所述步骤1得到的测点数下限；

若测点总集C中的测点数小于所述测点数下限，则将线路阻抗参数略小于临近线路10倍的线路节点计入备选测点子集B，直到测点总集C中的测点数大于所述测点数下限。

2.根据权利要求1所述适用于配电网压缩感知故障定位技术的稀疏测点配置方法，其特征在于，在步骤1中，

所述测点数下限按下式计算：

式中，M为故障定位所需的测点数下限；N为配电网总节点数；K为待重构的稀疏向量，即故障电流向量的非零元个数。

3.根据权利要求1所述适用于配电网压缩感知故障定位技术的稀疏测点配置方法，其特征在于，在所述步骤2中，

从外网公共连接点PCC处出发，沿配电线路直到辐射线路末端，记为一条馈线；其中，近外网公共连接点PCC端为馈线上游，远外网公共连接点PCC为馈线下游；

将每条馈线的首尾两个节点选作测点安装处，计入备选测点子集A，表示为：

A＝{n_A1,n_A2,…,n_Ai}

式中，n_Ai代表节点编号；角标Ai代表所选节点在备选测点子集A中的序号i。

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