CN111711965A - 一种基于无线通信的智能分布式fa故障定位方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于无线通信的智能分布式FA故障定位方法，涉及电力技术领域，包括各终端设备根据区域拓扑结构，自动确定针对相邻线路进行故障判别时需采用的方向判别元件；检测到系统发生故障的终端将本终端方向判别结果打上与系统故障发生时刻为基准的相对时标编号，按时间间隔发送给相邻终端；终端接收到方向判别结果，按照时标编号相同的原则结合方向判别结果结果，采用纵联方向保护原理进行故障定位判别，解决了采用基于拓扑结构的无线网络通信自组网架构，实现被保护区域内故障区段的快速故障定位的技术问题，本发明自动组网，组网容错率高；本发明基于故障变化量进行同步，不依赖于外部同步信号。

Description

一种基于无线通信的智能分布式FA故障定位方法
技术领域
本发明涉及电力技术领域，具体涉及一种基于无线通信的智能分布式FA故障定位方法。
背景技术
随着社会经济的发展、高科技数字设备的大量应用，供电中断和电能质量不合格给社会造成的经济损失和不良影响越来越大，同时用户对供电质量的要求也越来越高。精确定位配电网故障点，快速隔离故障点并恢复非故障段负荷供电，是提高配网供电可靠性的重要手段。
智能分布型FA通过局部区域内配电终端之间相互通信，实现配电线路故障定位、隔离与非故障区域恢复供电，该系统能够在数秒内完成故障定位、隔离和非故障区域恢复供电。该系统对各配电终端之间的信息交互可靠性与实时性要求较高。各终端之间的通信方式主要有光纤通信、无线通信两种，其中光纤通信具有延时短、可靠性高、通信带宽大等特点，但是光纤投资成本高且改迁困难。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于无线通信的智能分布式FA故障定位方法，解决了采用基于拓扑结构的无线网络通信自组网架构，实现被保护区域内故障区段的快速故障定位的技术问题。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种基于无线通信的智能分布式FA故障定位方法，包括如下步骤：
步骤1：在架空线路中采用分段开关将环网分成若干个供电区段，设供电区段的供电线路为分段线路；
每一个分段开关分别配备一台终端，每一个分段开关处安装一组PT与一组CT；
选择架空线路中的一个电源作为参考电源；
终端之间通过无线通信网络相互进行通信；
终端用于采集分段开关的电压模拟量和电流模拟量，并控制分段开关的闭合或断开动作，以实施对相邻分段线路的保护；
步骤2：各终端以自身作为根节点，其他终端作为节点，建立系统拓扑结构树，系统拓扑结构树用于表示终端、分段线路、分段开关和电源之间的连接关系，在系统拓扑结构树中，终端作为节点，分段线路作为支路；
所述元件为架空线路中分段开关与分段线路的统称。
步骤3：各终端根据终端安装处的分段开关与参考电源之间的距离相对被保护的线路分段与参考电源之间的距离远近，来确定针对被保护的分段线路的终端对应分段开关应该采用正方向判别元件F+或是反方向判别元件F-；
所述分段线路与参考电源之间的距离为二者之间设有的元件的数量；
步骤4：终端实时进行电压和电流的模拟量采集；
当电压模拟量或电流模拟量的变化量大于故障检测门槛时，终端进入故障判别流程，根据电压和电流信号进行故障方向判别，生成方向判别结果；
故障方向判别包括功率方向判别、过流方向判别、零序过流方向判别和小电流接地故障方向判别；
终端进入故障判别流程后，以初次检测到故障发生的时刻作为基准时刻；
并按照预定的时间间隔Ts将方向判别结果打上相对基准时刻的时标编号；
步骤5：终端缓存方向判别结果及其对应的时标编号，并将方向判别结果和时标编号一起通过无线通信网络发送给与其相邻的终端；
步骤6：各终端根据接收到的方向判别结果和时标编号进行故障定位，其步骤如下：
步骤S1：终端接收相邻终端发送来的方向判别结果和时标编号；
步骤S2：将接收到的方向判别结果结合终端就地方向判别结果按照时标编号相同的原则，采用纵联方向保护原理进行故障判别。
优选的，在执行步骤1时，多条所述分段线路的配电网架构为于单环网、双环网或多电源环网，终端的编号与其对应分段开关的编号保持一致；
分段线路上CT的极性为由参考电源流出为正极。
优选的，在执行步骤2时，终端以自身为根节点，其他终端为子节点建立系统拓扑结构树；
在系统拓扑结构树中，根节点作为第一层级，与根节点直接相邻的子节点为第二层级的子节点，与第二层级的子节点直接相邻的子节点为第三层级的子节点；
根节点与第二层级的子节点之间的通信链路为主通信连接；
根节点与第三层级的子节点之间的通信链路为备用通信连接；
主通信链接用于交互实时拓扑状态信息和方向判别结果；
备用通信链接用于交互心跳报文以确认通信链路状态是否正常。
优选的，在执行步骤3时，所述终端确定针对被保护的分段线路的终端故障判别时采用正方向判别元件F+或是反方向判别元件F-时，采用以下步骤进行：
步骤A1：计算分段线路和终端对应分段开关到参考电源之间的元件数量；
将分段线路到参考电源之间的元件数量作为分段线路与参考电源之间的距离；
将终端对应分段开关到参考电源之间的元件数量作为终端对应分段开关与参考电源之间的距离；
步骤A2：当分段线路与参考电源之间的距离小于终端对应分段开关与参考电源之间的距离时，对分段线路采用反方向判别元件F-；否则反之，对分段线路采用反方向判别元件F+。
优选的，各终端实时对主通信链接和备用通信链接通断状态进行判别，当发现所述主通信链接异常时，自动将其对应的所述备用通信链接切换为主通信链接；
在采用所述备用通信链接作为主通信链接时，当检测到所述主通信链接恢复正常时，自动将所述主通信链接切换为主通信链接，将所述备用通信链接切换为备用通信链接。
优选的，在执行步骤4时，采用数字编号代表相对时刻，其中，基准时刻编号为n，其中，n为整数，与基准时刻相隔时间间隔Ts的判别结果的所述时标编号为n+1，与基准时刻相隔两个时间间隔Ts的判别结果的所述时标编号为n+2，依次类推。
优选的，在执行步骤6时，利用通道将线路各侧故障方向判别结果传送到对侧，每侧设备根据各侧故障方向判别结果经过逻辑判断区分是该线路区内故障还是区外故障。
本发明所述的一种基于无线通信的智能分布式FA故障定位方法，解决了采用基于拓扑结构的无线网络通信自组网架构，实现被保护区域内故障区段的快速故障定位的技术问题，本发明自动组网，组网容错率高；本发明基于故障变化量进行同步，不依赖于外部同步信号，基于拓扑结构自适应构建故障定位继电器，能够适应拓扑结构变化，故障定位速度快，定位时间不大于40ms+通信延时，单一终端通信异常时，可自动实现故障定位继电器重构，按照最小范围定位故障，对通信带宽要求低，日常运行通信流量小。
附图说明
图1是本发明的区域配电网接线方式示意图；
图2是实施例中的103终端网络拓扑结构树示意图；
图3是本发明的相邻线路所采用的方向元件示意图。
具体实施方式
FA(feeder automation)是电力术语，馈线自动化；PT（Potential Transformer）是电力术语，电压互感器；CT（Current Transformer）是电力术语，电流互感器。
如图1-图3所示的一种基于无线通信的智能分布式FA故障定位方法，包括如下步骤：
步骤1：在架空线路中采用分段开关将环网分成若干个供电区段，设供电区段的供电线路为分段线路；
每一个分段开关分别配备一台终端，每一个分段开关处安装一组PT与一组CT；
选择架空线路中的一个电源作为参考电源；
终端之间通过无线通信网络相互进行通信；
终端用于采集分段开关的电压模拟量和电流模拟量，并控制分段开关的闭合或断开动作，以实施对相邻分段线路的保护；
如图1所示，本实施例中采用3个参考电源分别为图1中的S1～S3、8个分段开关分别为图1中的101～108、6条分段线路分别为图1中的201～206，8个终端其编号与8个分段开关的编号保持一致，网络架构如图1所示。
步骤2：各终端以自身作为根节点，其他终端作为节点，建立系统拓扑结构树，系统拓扑结构树用于表示终端、分段线路、分段开关和电源之间的连接关系，在系统拓扑结构树中，终端作为节点，分段线路作为支路；
步骤3：各终端根据终端安装处的分段开关与参考电源之间的距离相对被保护的线路分段与参考电源之间的距离远近，来确定针对被保护的分段线路的终端故障判别时采用正方向判别元件F+或是反方向判别元件F-；
所述分段线路与参考电源之间的距离为二者之间设有的元件的数量；
所述元件为架空线路中分段开关与分段线路的统称。
步骤4：终端实时进行电压和电流的模拟量采集；
当电压模拟量或电流模拟量的变化量大于故障检测门槛时，终端进入故障判别流程，根据电压和电流信号进行故障方向判别，生成方向判别结果；
故障方向判别包括功率方向判别、过流方向判别、零序过流方向判别和小电流接地故障方向判别；
终端进入故障判别流程后，以初次检测到故障发生的时刻作为基准时刻；
并按照预定的时间间隔Ts将方向判别结果打上相对基准时刻的时标编号；
步骤5：终端缓存方向判别结果及其对应的时标编号，并将方向判别结果和时标编号一起通过无线通信网络发送给与其相邻的终端；
步骤6：各终端根据接收到的方向判别结果和时标编号进行故障定位，其步骤如下：
步骤S1：终端接收相邻终端发送来的方向判别结果和时标编号；
步骤S2：将接收到的方向判别结果结合终端就地方向判别结果按照时标编号相同的原则，采用纵联方向保护原理进行故障判别。
如图3所示，以103终端为例，假设103终端正方向元件F+动作，接收到104终端反方向元件F-动作，则定位故障发生在分段线路203。
优选的，在执行步骤1时，多条所述分段线路的配电网架构为于单环网、双环网或多电源环网，终端的编号与其对应分段开关的编号保持一致；
分段线路上CT的极性为由参考电源流出为正极。
优选的，在执行步骤2时，终端以自身为根节点，其他终端为子节点建立系统拓扑结构树；
在系统拓扑结构树中，根节点作为第一层级，与根节点直接相邻的子节点为第二层级的子节点，与第二层级的子节点直接相邻的子节点为第三层级的子节点；
根节点与第二层级的子节点之间的通信链路为主通信连接；
根节点与第三层级的子节点之间的通信链路为备用通信连接；
主通信链接用于交互实时拓扑状态信息和方向判别结果；
备用通信链接用于交互心跳报文以确认通信链路状态是否正常。
如图2所示，103终端分别与层级为2的102终端、104终端建立主通信链接；103终端分别与层级为3的101终端、105终端、107终端建立备用通信链接。
优选的，所述分段开关为分段开关。
如图1所示，以终端103为例，可自动构建102分段开关-103分段开关、103分段开关-104分段开关、101分段开关-103分段开关、103分段开关-105分段开关-107分段开关四个纵联方向保护继电器。其中102分段开关-103分段开关用于保护线路202；103分段开关-104分段开关用于保护线路203；101分段开关-103分段开关用于102终端异常时，最小范围隔离分段线路201与分段线路202上的故障；103分段开关-105分段开关-107分段开关用于104终端异常时，最小范围隔离分段线路203与分段线路204上的故障。
优选的，在执行步骤3时，所述终端确定针对被保护的分段线路的终端对应分段开关应该采用正方向判别元件F+或是反方向判别元件F-时，采用以下步骤进行：
步骤A1：计算分段线路和终端对应分段开关到参考电源之间的元件数量；
将分段线路到参考电源之间的元件数量作为分段线路与参考电源之间的距离；
将终端对应分段开关到参考电源之间的元件数量作为终端对应分段开关与参考电源之间的距离；
如在本实施例中：
设定与终端连接的两个分段线路分别为第一分段线路和第二分段线路，分别判断第一分段线路、第二分段线路以及终端所对应的分段开关到参考电源之间的元件数量；
将第一分段线路到参考电源之间的元件数量作为第一分段线路与参考电源之间的距离D1；
将第二分段线路到参考电源之间的元件数量作为第二分段线路与参考电源之间的距离D2；
将终端所对应的分段开关到参考电源之间的元件数量作为终端所对应的分段开关与参考电源之间的距离D3；
步骤A2：当分段线路与参考电源之间的距离小于终端对应分段开关与参考电源之间的距离时，对分段线路采用反方向判别元件F-；否则反之，对分段线路采用反方向判别元件F+；
如在本实施例中：当D1小于D3时，对第一分段线路采用反方向判别元件F-；当D1大于D3是，针对第一分段线路采用反方向判别元件F-。
如图1和图3所示以S1为参考电源，假设101分段开关与参考电源S1之间的距离为0，则分段线路201与参考电源S1之间的距离为1（中间相隔101分段开关），102分段开关与参考电源S1之间的距离为2（中间相隔101分段开关和分段线路201），依次类推。
以103终端为例，由于分段线路202离参考电源S1的距离较近，因此定位分段线路202故障时，采用反方向判别元件F-，由于分段线路203离参考电源S1的距离较远，因此定位分段线路203故障时，采用正方向判别元件F+。
优选的，各终端实时对主通信链接和备用通信链接通断状态进行判别，当发现所述主通信链接异常时，自动将其对应的所述备用通信链接切换为主通信链接；
在采用所述备用通信链接作为主通信链接时，当检测到所述主通信链接恢复正常时，自动将所述主通信链接切换为主通信链接，将所述备用通信链接切换为备用通信链接。
优选的，在执行步骤4时，采用数字编号代表相对时刻，其中，基准时刻编号为n，其中，n为整数，与基准时刻相隔时间间隔Ts的判别结果的所述时标编号为n+1，与基准时刻相隔两个时间间隔Ts的判别结果的所述时标编号为n+2，依次类推。
优选的，在执行步骤6时，利用通道将线路各侧故障方向判别结果传送到对侧，每侧设备根据各侧故障方向判别结果经过逻辑判断区分是该线路区内故障还是区外故障。
设定根节点A针对线路分段L1采用正方向判别元件F+；L1线路对侧有且仅有节点B，B针对线路分段L1采用反方向判别元件F-。假设节点A的正方向元件F+动作，同时节点A接收到节点B相同时标编号的正方向判别元件F+不动作，则判为线路分段L1故障。
本发明所述的一种基于无线通信的智能分布式FA故障定位方法，解决了采用基于拓扑结构的无线网络通信自组网架构，实现被保护区域内故障区段的快速故障定位的技术问题，本发明自动组网，组网容错率高；本发明基于故障变化量进行同步，不依赖于外部同步信号，基于拓扑结构自适应构建故障定位继电器，能够适应拓扑结构变化，故障定位速度快，定位时间不大于40ms+通信延时，单一终端通信异常时，可自动实现故障定位继电器重构，按照最小范围定位故障，对通信带宽要求低，日常运行通信流量小。

Claims (7)

1.一种基于无线通信的智能分布式FA故障定位方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1：在架空线路中采用分段开关将环网分成若干个供电区段，设供电区段的供电线路为分段线路；
每一个分段开关分别配备一台终端，每一个分段开关处安装一组PT与一组CT；
选择架空线路中的一个电源作为参考电源；
终端之间通过无线通信网络相互进行通信；
终端用于采集分段开关的电压模拟量和电流模拟量，并控制分段开关的闭合或断开动作，以实施对相邻分段线路的保护；
步骤2：各终端以自身作为根节点，其他终端作为节点，建立系统拓扑结构树，系统拓扑结构树用于表示终端、分段线路、分段开关和电源之间的连接关系，在系统拓扑结构树中，终端作为节点，分段线路作为支路；
步骤3：各终端根据终端安装处的分段开关与参考电源之间的距离相对被保护的线路分段与参考电源之间的距离远近，来确定针对被保护的分段线路的终端故障判别时应该采用正方向判别元件F+或是反方向判别元件F-；
所述分段线路与参考电源之间的距离为二者之间设有的元件的数量；
步骤4：终端实时进行电压和电流的模拟量采集；
当电压模拟量或电流模拟量的变化量大于故障检测门槛时，终端进入故障判别流程，根据电压和电流信号进行故障方向判别，生成方向判别结果；
故障方向判别包括功率方向判别、过流方向判别、零序过流方向判别和小电流接地故障方向判别；
终端进入故障判别流程后，以初次检测到故障发生的时刻作为基准时刻；
并按照预定的时间间隔Ts将方向判别结果打上相对基准时刻的时标编号；
步骤5：终端缓存方向判别结果及其对应的时标编号，并将方向判别结果和时标编号一起通过无线通信网络发送给与其相邻的终端；
步骤6：各终端根据接收到的方向判别结果和时标编号进行故障定位，其步骤如下：
步骤S1：终端接收相邻终端发送来的方向判别结果和时标编号；
步骤S2：将接收到的方向判别结果与终端就地判别的结果按照时标编号相同的原则，采用纵联方向保护原理进行故障判别。
2.如权利要求1所述的一种基于无线通信的智能分布式FA故障定位方法，其特征在于：在执行步骤1时，多条所述分段线路的配电网架构为于单环网、双环网或多电源环网，终端的编号与其对应分段开关的编号保持一致；
分段线路上CT的极性为由参考电源流出为正极。
3.如权利要求2所述的一种基于无线通信的智能分布式FA故障定位方法，其特征在于：在执行步骤2时，终端以自身为根节点，其他终端为子节点建立系统拓扑结构树；
在系统拓扑结构树中，根节点作为第一层级，与根节点直接相邻的子节点为第二层级的子节点，与第二层级的子节点直接相邻的子节点为第三层级的子节点；
根节点与第二层级的子节点之间的通信链路为主通信连接；
根节点与第三层级的子节点之间的通信链路为备用通信连接；
主通信链接用于交互实时拓扑状态信息和方向判别结果；
备用通信链接用于交互心跳报文以确认通信链路状态是否正常。
4.如权利要求3所述的一种基于无线通信的智能分布式FA故障定位方法，其特征在于：在执行步骤3时，所述终端确定针对被保护的分段线路的终端对应分段开关应该采用正方向判别元件F+或是反方向判别元件F-时，采用以下步骤进行：
步骤A1：计算分段线路和终端对应分段开关到参考电源之间的元件数量；
将分段线路到参考电源之间的元件数量作为分段线路与参考电源之间的距离；
将终端对应分段开关到参考电源之间的元件数量作为终端对应分段开关与参考电源之间的距离；
步骤A2：当分段线路与参考电源之间的距离小于终端对应分段开关与参考电源之间的距离时，对分段线路采用反方向判别元件F-；否则反之，对分段线路采用反方向判别元件F+。
5.如权利要求3所述的一种基于无线通信的智能分布式FA故障定位方法，其特征在于：各终端实时对主通信链接和备用通信链接通断状态进行判别，当发现所述主通信链接异常时，自动将其对应的所述备用通信链接切换为主通信链接；
在采用所述备用通信链接作为主通信链接时，当检测到所述主通信链接恢复正常时，自动将所述主通信链接切换为主通信链接，将所述备用通信链接切换为备用通信链接。
6.如权利要求1所述的一种基于无线通信的智能分布式FA故障定位方法，其特征在于：在执行步骤4时，采用数字编号代表相对时刻，其中，基准时刻编号为n，其中，n为整数，与基准时刻相隔时间间隔Ts的判别结果的所述时标编号为n+1，与基准时刻相隔两个时间间隔Ts的判别结果的所述时标编号为n+2，依次类推。
7.如权利要求3所述的一种基于无线通信的智能分布式FA故障定位方法，其特征在于：在执行步骤6时，利用通道将线路各侧故障方向判别结果传送到对侧，每侧设备根据各侧故障方向判别结果经过逻辑判断区分是该线路区内故障还是区外故障。
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