CN112083292A - 一种基于多源非健全信息融合的配电网主动故障研判方法 - Google Patents

一种基于多源非健全信息融合的配电网主动故障研判方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种基于多源非健全信息融合的配电网主动故障研判方法，本发明通过建立主动故障研判模型，以FTU/DTU终端故障研判定位集合、故障指示器故障研判定位集合及停电事件故障研判定位集合来描述三种不同研判方法的故障定位区间，并基于融合原则，对FTU/DTU终端故障研判定位集合和故障指示器故障研判定位集合进行第一次融合，并对第一次融合后的集合与停电事件故障研判定位集合进行第二次融合，确定最终基于非健全信息的故障研判融合结果。通过集合的融合运算，避免单数据源下非健全信息对研判结果造成的偏差过大，有效缩小故障研判定位区间，提升了主动故障研判准确性，对提高供电可靠性具有重要的现实意义。

Description

一种基于多源非健全信息融合的配电网主动故障研判方法
技术领域
本发明涉及配电网故障研判技术领域，特别是涉及一种基于多源非健全信息融合的配电网主动故障研判方法。
背景技术
提升故障研判准确性，减少故障停电时间，提高供电可靠性是衡量供电服务质量的重要指标。但是，目前的故障研判多是基于单一数据源进行的研判。一般情况下，在配电网主干线路上多采用馈线终端单元(FTU)、站所终端单元(DTU)等三遥终端采集的故障信号实现故障研判和馈线自动化，在配电馈线分支线路上或部分主干线路上多采用故障指示器等二遥终端采集的故障信号实现故障研判和定位，在配电用户侧多采用变箱户关系与智能电表上送的停电事件等信息进行故障研判和定位。
但是，由于各种终端质量参差不齐，施工工艺及安装环境不同，导致大量终端在配电网正常运行时误报故障信号，而配电网故障运行时又漏报故障信号的情况时有发生。故此，大量非健全信息的引入，导致基于单一数据源的配电网故障研判方法准确性欠佳，在实际运行过程中，故障区域多需要调度员人工辅助修正和抢修人员现场巡线，增加了故障停电时间和相关人员的工作量。基于多种数据源的综合研判，可在一定程序上弥补单一数据源研判的不足。但是，由于多种数据源的采集周期不同、采集频率不一、时间尺度多样，导致多时间尺度下的故障研判结果的融合和对比较为困难，研究较少见诸报端。故此，基于电力物联网技术，研究多源非健全信息融合下的故障研判方法，提升主动故障研判准确性，对提高供电可靠性具有现实意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于多源非健全信息融合的配电网主动故障研判方法，旨在解决现有技术中单一数据源研判准确性低的问题，实现缩小故障研判定位区间，提升主动故障研判准确性。
为达到上述技术目的，本发明提供了一种基于多源非健全信息融合的配电网主动故障研判方法，所述方法包括以下操作：
通过FTU/DTU终端故障研判定位集合、故障指示器故障研判定位集合及停电事件故障研判定位集合描述不同研判方法的故障定位区间；
对FTU/DTU终端故障研判定位集合和故障指示器故障研判定位集合按照融合原则进行第一次融合，得到融合信息熵数列，获取最大融合信息熵下的融合定位集合；
对第一次融合后的融合定位集合与停电事件故障研判定位集合按照融合原则进行第二次融合，得到融合信息熵数列，获取最大融合信息熵下的最终融合定位集合。
优选地，所述融合原则为：
若两种故障研判定位集合为相含关系，则以被包含集合为融合后的定位集合；若两种故障研判定位集合为相交关系，则以公共集合为融合后的定位集合；若两种故障研判定位集合为相离关系，则以两集合的并集为融合后的定位集合。
优选地，所述融合原则的公式如下：
Figure BDA0002742292920000021
式中，A、B为两种故障研判定位集合，C(A,B)表示融合后的定位集合，⊕表示两种集合的融合运算。
优选地，所述融合信息熵描述两个故障研判定位集合融合后的故障概率，具体公式如下：
Figure BDA0002742292920000031
式中，P(A)、P(B)分别表示集合A、B的故障概率。
优选地，所述FTU/DTU终端故障研判定位集合、故障指示器故障研判定位集合及停电事件故障研判定位集合均描述故障区间内包含的所有开关、故障指示器及配电变压器设备。
发明内容中提供的效果仅仅是实施例的效果，而不是发明所有的全部效果，上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果：
与现有技术相比，本发明通过建立主动故障研判模型，以FTU/DTU终端故障研判定位集合、故障指示器故障研判定位集合及停电事件故障研判定位集合来描述三种不同研判方法的故障定位区间，并基于融合原则，对FTU/DTU终端故障研判定位集合和故障指示器故障研判定位集合进行第一次融合，并对第一次融合后的集合与停电事件故障研判定位集合进行第二次融合，确定最终基于非健全信息的故障研判融合结果。通过集合的融合运算，避免单数据源下非健全信息对研判结果造成的偏差过大，有效缩小故障研判定位区间，提升了主动故障研判准确性，对提高供电可靠性具有重要的现实意义。
附图说明
图1为本发明实施例中所提供的一种基于多源非健全信息融合的配电网主动故障研判方法流程图；
图2为本发明实施例中所提供的一种典型“手拉手”配电网络示意图。
具体实施方式
为了能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本发明省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本发明。
下面结合附图对本发明实施例所提供的一种基于多源非健全信息融合的配电网主动故障研判方法进行详细说明。
如图1所示，本发明实施例公开了一种基于多源非健全信息融合的配电网主动故障研判方法，所述方法包括以下操作：
通过FTU/DTU终端故障研判定位集合TFDS、故障指示器故障研判定位集合FFDS及停电事件故障研判定位集合PFDS描述不同研判方法的故障定位区间；
对FTU/DTU终端故障研判定位集合TFDS和故障指示器故障研判定位集合FFDS按照融合原则进行第一次融合，得到融合信息熵数列，获取最大融合信息熵下的融合定位集合；
对第一次融合后的融合定位集合与停电事件故障研判定位集合PFDS按照融合原则进行第二次融合，得到融合信息熵数列，获取最大融合信息熵下的最终融合定位集合。
建立主动故障研判模型，以FTU/DTU终端故障研判定位集合TFDS、故障指示器故障研判定位集合FFDS及停电事件故障研判定位集合PFDS来描述三种不同研判方法的故障定位区间。
所述FTU/DTU终端故障研判定位集合TFDS描述故障区间内包含的所有开关、故障指示器以及配电变压器设备，具体为：
TFDS＝{TS1,TS2,L,TSi,L,TSn}
式中，TSi为FTU/DTU终端故障研判定位集合TFDS中第i个设备，n为集合中所含的设备总数。
基于故障指示器的故障研判的故障定位区间为最后一个过流翻牌的故障指示器与其下游第一个未翻牌的故障指示器之间。故障指示器故障研判定位集合FFDS描述故障区间内包含的所有开关、故障指示器及配电变压器设备，具体为：
FFDS＝{FS1,FS2,L,FSj,L,FSm}
式中，FSj为故障指示器故障研判定位集合FFDS中第j个设备，m为集合中所含的设备总数。
基于停电事件的故障研判的故障定位区间为所有停电配电变压器的上游公共开关所供电的区域。停电事件故障研判定位集合PFDS描述故障区间内包含的所有开关、故障指示器及配电变压器设备，具体为：
PFDS＝{PS1,PS2,L,PSk,L,PSh}
式中，PSk为停电事件故障研判定位集合PFDS中第k个设备，h为集合中所含的设备总数。
确立主动故障研判结果融合的三个原则及融合公式。
不同的故障研判定位区间之间存在三种相互关系：相含、相交和相离。
所述相含是指两种故障研判定位集合之间存在包含关系，一个故障定位区间在另一个故障定位区间之中。
所述相交是指两种故障研判定位集合之间存在交集，一个故障定位区间与另一个故障定位区间存在公共区域。
所述相离是指两种故障研判定位集合之间不存在交集，一个故障定位区间与另一个故障定位区间无任何公共区域。
原则1：若两种故障研判定位集合为相含关系，则以被包含集合为融合后的定位集合；
原则2：若两种故障研判定位集合为相交关系，则以公共集合为融合后的定位集合；
原则3：若两种故障研判定位集合为相离关系，则以两集合的并集为融合后的定位集合。
具体描述如下：
Figure BDA0002742292920000061
式中，A、B为两种故障研判定位集合，C(A,B)表示融合后的定位集合，“⊕”表示两种集合的融合运算。
在实际运行过程中，由于设备的质量及运行环境的不同，导致终端经常误报或漏报故障信号。大量非健全信息的引入致使故障研判结果跟实际情况存在偏差。基于主观贝叶斯理论计算各区间故障发生概率的方法，在一定程度上解决了单数据源非健全信息下的故障判定问题，但对多种数据源的非健全信息故障判定尚未涉及。
由于配电终端、故障指示器、停电事件上送主站的时间不同，一般故障后8s启动基于终端的故障研判，故障后1min启动基于故障指示器的故障研判，故障后3min启动基于停电事件的故障研判。因此在故障后1min对基于终端和故障指示器的研判结果进行第一次融合，融合后的结果在故障3min后再与停电事件的故障研判结果进行第二次融合，最终获得基于非健全信息的故障研判融合结果。
设概率最大的两个FTU/DTU终端故障研判定位集合为TFDS1、TFDS2，概率最大的两个故障指示器故障研判定位集合为FFDS1、FFDS2，这4个集合之间存在TFDS1⊕FFDS1、TFDS1⊕FFDS2、TFDS2⊕FFDS1、TFDS2⊕FFDS24种融合结果。定义融合信息熵FIE描述两个故障研判定位集合融合后的故障概率，具体为：
Figure BDA0002742292920000071
式中，P(A)、P(B)分别表示集合A、B的故障概率。融合信息熵越大，表示两种集合融合后的故障概率越大。
将4种情况下融合信息熵由大到小顺序生成第一次融合信息熵数列FFES，具体为：
FFES＝[FFE1，FFE2，FFE3，FFE4]
式中，FFE1-FFE4为4种情况下的融合信息熵，FFE1最大，FFE4最小。为尽可能准确的确定故障区域，舍弃融合信息熵最小的FFE3与FFE4，取概率最大的FFE1与FFE2两种情况，并根据融合原则进行融合。
设融合信息熵FFE1与FFE2对应的第一次融合后定位集合为C(e)、C(f)，则使用该集合与基于停电事件的故障研判结果进行第二次融合。设概率最大的两个停电事件故障研判定位集合为PFDS1、PFDS2，则该4个集合之间存在C(e)⊕PFDS1、C(e)⊕PFDS2、C(f)⊕PFDS1、C(f)⊕PFDS24种融合结果。
将4种情况下融合信息熵由大到小的顺序生成第二次融合信息熵数列FFES，具体为：
SFES＝[SFE1，SFE2，SFE3，SFE4]
式中，SFE1-SFE4为4种情况下的融合信息熵，SFE1最大，SFE4最小。为尽可能准确的确定故障区域，舍弃融合信息熵最小的SFE3与SFE4，取概率最大的SFE1与SFE2两种情况，并根据融合原则进行融合。
设第二次融合后定位集合为C(x)、C(y)，则基于非健全信息融合后的故障区间最大可能区域为集合C(x)包含区域，其故障概率为SIE1，次最大可能区域为集合C(y)包含区域，其故障概率为SIE2。
以图2为例，图中为两条“手拉手”馈线组成的配电网络，其中馈线Feeder1为架空线路，馈线Feeder2为架空与电缆混合线路。Bus1、Bus2为变电站10kV母线，S1、S26为变电站出线断路器，S2-S25，S27-S48为馈线分段开关；S2、S7、S9、S12、S17、S19、S28、S30、S42、S44配置FTU，S34-S37配置DTU，S12、S42配置速断保护功能；F1-F16为故障指示器，T1-T31为配电变压器；Fault1为故障点；L1为联络开关。
发生故障后，开关S12速断跳闸，但由于FTU故障，未能上报故障信号和开关状态；故障指示器F6误报过流翻牌信号；配电变压器T8误报停电事件，配电变压器T12、T14、T16漏报停电事件。基于单数据源的非健全信息故障定位区间及概率如表1所示：
表1
Figure BDA0002742292920000081
由表1可知，由于开关S12漏报故障信息和状态，导致开关S9-S12围成的非故障区域故障概率较大；由于F6误报过流信号，导致F6-F8围成的非故障区域故障概率较大；由于T8误报停电事件，导致开关S12发生跳闸的概率最大。
第一次融合以及第二次融合后的故障研判定位集合及信息熵分别如表2、3所示：
表2
Figure BDA0002742292920000091
表3
Figure BDA0002742292920000092
由表3可知，C(x)和C(y)相同，故此基于非健全信息融合后的最终故障区间为设备F8,F9,S18-S21,T12,T13围成的区域，该区域是故障Fault1可以研判的最小区域。
本发明实施例通过建立主动故障研判模型，以FTU/DTU终端故障研判定位集合、故障指示器故障研判定位集合及停电事件故障研判定位集合来描述三种不同研判方法的故障定位区间，并基于融合原则，对FTU/DTU终端故障研判定位集合和故障指示器故障研判定位集合进行第一次融合，并对第一次融合后的集合与停电事件故障研判定位集合进行第二次融合，确定最终基于非健全信息的故障研判融合结果。通过集合的融合运算，避免单数据源下非健全信息对研判结果造成的偏差过大，有效缩小故障研判定位区间，提升了主动故障研判准确性，对提高供电可靠性具有重要的现实意义。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于多源非健全信息融合的配电网主动故障研判方法，其特征在于，所述方法包括以下操作：
通过FTU/DTU终端故障研判定位集合、故障指示器故障研判定位集合及停电事件故障研判定位集合描述不同研判方法的故障定位区间；
对FTU/DTU终端故障研判定位集合和故障指示器故障研判定位集合按照融合原则进行第一次融合，得到融合信息熵数列，获取最大融合信息熵下的融合定位集合；
对第一次融合后的融合定位集合与停电事件故障研判定位集合按照融合原则进行第一次融合，得到融合信息熵数列，获取最大融合信息熵下的最终融合定位集合。
2.根据权利要求1所述的一种基于多源非健全信息融合的配电网主动故障研判方法，其特征在于，所述融合原则为：
若两种故障研判定位集合为相含关系，则以被包含集合为融合后的定位集合；若两种故障研判定位集合为相交关系，则以公共集合为融合后的定位集合；若两种故障研判定位集合为相离关系，则以两集合的并集为融合后的定位集合。
3.根据权利要求2所述的一种基于多源非健全信息融合的配电网主动故障研判方法，其特征在于，所述融合原则的公式如下：
Figure FDA0002742292910000011
式中，A、B为两种故障研判定位集合，C(A,B)表示融合后的定位集合，
Figure FDA0002742292910000012
表示两种集合的融合运算。
4.根据权利要求1所述的一种基于多源非健全信息融合的配电网主动故障研判方法，其特征在于，所述融合信息熵描述两个故障研判定位集合融合后的故障概率，具体公式如下：
Figure FDA0002742292910000021
式中，P(A)、P(B)分别表示集合A、B的故障概率。
5.根据权利要求1所述的一种基于多源非健全信息融合的配电网主动故障研判方法，其特征在于，所述FTU/DTU终端故障研判定位集合、故障指示器故障研判定位集合及停电事件故障研判定位集合均描述故障区间内包含的所有开关、故障指示器及配电变压器设备。
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