CN112269096B - 一种基于k系数的配电网行波故障定位方法、装置和系统 - Google Patents

一种基于k系数的配电网行波故障定位方法、装置和系统 Download PDF

Info

Publication number
CN112269096B
CN112269096B CN202011003396.7A CN202011003396A CN112269096B CN 112269096 B CN112269096 B CN 112269096B CN 202011003396 A CN202011003396 A CN 202011003396A CN 112269096 B CN112269096 B CN 112269096B
Authority
CN
China
Prior art keywords
fault
measuring point
matrix
point
branch
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202011003396.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112269096A (zh
Inventor
陈卫
李鹏
刘翔宇
袁智勇
尹项根
于力
陈睿
徐全
乔健
林跃欢
江浪
刘胤良
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
China South Power Grid International Co ltd
Huazhong University of Science and Technology
Original Assignee
China South Power Grid International Co ltd
Huazhong University of Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by China South Power Grid International Co ltd, Huazhong University of Science and Technology filed Critical China South Power Grid International Co ltd
Priority to CN202011003396.7A priority Critical patent/CN112269096B/zh
Publication of CN112269096A publication Critical patent/CN112269096A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112269096B publication Critical patent/CN112269096B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/08—Locating faults in cables, transmission lines, or networks
    • G01R31/081—Locating faults in cables, transmission lines, or networks according to type of conductors
    • G01R31/086—Locating faults in cables, transmission lines, or networks according to type of conductors in power transmission or distribution networks, i.e. with interconnected conductors
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/08—Locating faults in cables, transmission lines, or networks
    • G01R31/088—Aspects of digital computing
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F17/00—Digital computing or data processing equipment or methods, specially adapted for specific functions
    • G06F17/10—Complex mathematical operations
    • G06F17/16—Matrix or vector computation, e.g. matrix-matrix or matrix-vector multiplication, matrix factorization
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/10—Geometric CAD
    • G06F30/18—Network design, e.g. design based on topological or interconnect aspects of utility systems, piping, heating ventilation air conditioning [HVAC] or cabling
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06Q—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G06Q50/00—Information and communication technology [ICT] specially adapted for implementation of business processes of specific business sectors, e.g. utilities or tourism
    • G06Q50/06—Energy or water supply
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2111/00—Details relating to CAD techniques
    • G06F2111/10—Numerical modelling
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2119/00—Details relating to the type or aim of the analysis or the optimisation
    • G06F2119/12—Timing analysis or timing optimisation

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computational Mathematics (AREA)
  • Business, Economics & Management (AREA)
  • Mathematical Analysis (AREA)
  • Mathematical Optimization (AREA)
  • Pure & Applied Mathematics (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Economics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Data Mining & Analysis (AREA)
  • Algebra (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Computing Systems (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • Databases & Information Systems (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Human Resources & Organizations (AREA)
  • Marketing (AREA)
  • Primary Health Care (AREA)
  • Strategic Management (AREA)
  • Tourism & Hospitality (AREA)
  • General Business, Economics & Management (AREA)
  • Locating Faults (AREA)

Abstract

本发明公开了一种基于K系数的配电网行波故障定位方法、装置和系统，属于配电网故障检测领域，所述方法包括：当出现故障后记录配电网中各个测点上电压行波信号对应的初始到达时间；利用配电网中任意分支VkVm将测点划分为测点组MU和MH；将MU和MH中测点对应的初始到达时间记为时间矩阵TU和TH；基于距离矩阵L获取MU和MH中测点各自对应的向量矩阵LU和LH；利用TU、TH、LU和LH构建对应的KB系数；获取各个分支对应的KB系数，并将最小KB系数对应的分支作为故障分支；在故障分支上设置参考点；获取各个参考点对应的KP系数，将最小KP系数对应的参考点作为故障点，并获取定位信息。本申请具有良好的行波到达时间误差容错能力，能够提高行波故障的定位精度。

Description

一种基于K系数的配电网行波故障定位方法、装置和系统
技术领域
本发明属于配电网故障检测领域，更具体地，涉及一种基于K系数的 配电网行波故障定位方法、装置和系统。
背景技术
目前，实现高可靠持续供电是我国配电网建设发展的核心战略之一。 配电网分布广域、结构复杂、运行环境恶劣及随机故障频发。统计数据表 明，75％的用户停电事故由配电网故障引起，严重威胁配电网高可靠持续供 电。准确、可靠的配电网故障精确定位技术，是加快故障恢复的关键，也 是保障高可靠持续供电亟待解决的技术难题。
配电网故障精确定位技术主要分为故障分析法和行波法。故障分析法 根据测量的信号不同，可进一步分为频域法和时域法。频域法的接地故障 信号微弱难以提取，而且受故障点过渡电阻、系统运行方式的影响很大， 难以应用于单相接地故障；时域法在测点局部受限的情况下定位精度受限， 并且故障条件和分布式电源的接入也会对该方法的定位精度有一定的影 响；行波法的故障定位精度更高，不受故障条件、系统运行方式和分布式 电源的影响，在配电网故障精确定位研究中具有良好的应用前景。
然而，配电网拓扑结构复杂，分支众多而且线路通常较短，微小的波 速误差或行波到达时间误差就可能导致故障定位精度无法满足要求，甚至 导致定位失败。上述的原因影响了配电网行波故障精确定位技术的定位精 度和可靠性，限制了该技术的实际工程应用。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于K系数 的配电网行波故障定位方法、装置和系统，其目的在于解决现有配电网行 波故障定位方法定位精度和可靠性较低的问题。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于K系数的 配电网行波故障定位方法，包括：
S1:当出现故障后，记录所述配电网中各个测点上电压行波信号对应的 初始到达时间，所述测点设置于所述配电网的网络末端；
S2:利用所述配电网中任意两个节点Vk、Vm组成的分支VkVm将所述测 点划分为两个测点组MU和MH；将所述MU中测点对应的初始到达时间记 为时间矩阵TU，将所述MH中测点对应的初始到达时间记为时间矩阵TH；
S3:基于距离矩阵L获取所述MU中测点对应的向量矩阵LU和所述MH中测点对应的向量矩阵LH，所述距离矩阵L用于记录所述配电网中任意两 个所述节点之间的线路长度；
S4:利用所述时间矩阵TU、所述时间矩阵TH、所述向量矩阵LU和所述 向量矩阵LH构建与所述分支VkVm对应的行波波速无关的KB系数；
S5:利用步骤S2-S4获取各个所述分支对应的KB系数，并将最小KB系 数对应的分支作为故障分支；
S6:在所述故障分支上设置多个参考点；
S7:基于所述故障分支划分的两个测点组各自对应的时间矩阵和向量矩 阵获取各个所述参考点对应的与行波波速无关的KP系数；
S8:将最小KP系数对应的参考点作为故障点，并获取所述故障点与多个 所述参考点之间的距离信息。
在其中一个实施例中，所述S1具体包括：
S101:当出现故障后，采集各个所述测点各相的电压点行波；
S102:对各个所述测点各相的电压点行波进行S变换并提取选定的奈奎 斯特频率fs下的行波到达时间及模极大值；
S103:利用各个所述测点对应的模极大值对各相行波到达时间进行加权 融合，得到各个所述测点上电压行波信号对应的初始到达时间。
在其中一个实施例中，所述S2具体包括：
S201：将通过所述节点Vk与所述分支VkVm相连的测点划入所述MU中； 将通过所述节点Vm与所述分支VkVm相连的测点划入所述MH中；
S202：将所述MU中测点对应的初始到达时间记为所述时间矩阵TU， 将所述MH中测点对应的初始到达时间记为所述时间矩阵TH。
在其中一个实施例中，所述S3具体包括：
S301：基于所述距离矩阵L确定所述MU中各测点与所述节点Vk的距 离，以形成所述向量矩阵LU；
S302：基于所述距离矩阵L确定所述MH中各测点与所述节点Vm的距 离，以形成所述向量矩阵LH。
在其中一个实施例中，所述S4具体包括：
利用公式：
Figure BDA0002695082840000031
计算所述分支 VkVm对应的KB系数，其中，X、Y分别为所述MU中测点的个数和所述MH中测点的个数；LU(i)为所述向量矩阵LU中的第i个元素，表示所述MU中 第i个测点与所述节点Vk之间的距离；LH(j)为所述向量矩阵LH中的第j个 元素，表示所述MH中第j个测点与节点Vm之间的距离；TU(i)为所述时间 矩阵TU中第i个元素，表示所述MU中第i个测点对应的初始到达时间； TH(j)为所述时间矩阵TH中第j个元素，表示所述MH中第j个测点对应的 初始到达时间。
在其中一个实施例中，所述S6具体包括：
基于定位精度在所述故障分支上设置G个参考点Rg，1≤g≤G。
在其中一个实施例中，所述S7具体包括：
S701：设所述故障分支由节点Vj和节点Vn组成，利用所述故障分支 VjVn将全部所述测点划入测点组M'U和M'H中；
S702：基于所述距离矩阵L确定所述M'U中各测点与所述参考点Rg的距 离，以形成向量矩阵L′U；基于所述距离矩阵L确定所述M'H中各测点与所 述参考点Rg的距离，以形成向量矩阵L′H；
S703：利用公式
Figure BDA0002695082840000041
计算各个 所述参考点对应的KP系数；其中，L′U(i)为所述向量矩阵L′U中第i个元素， 表示所述M'U中第i个测点与所述参考点Rg之间的距离；L′H(j)为向量矩阵 L′H中第j个元素，表示所述M'H中第j个测点与所述参考点Rg之间的距离。
按照本发明的另一方面，提供了一种基于K系数的配电网行波故障定 位装置，包括：
时间记录模块，用于当出现故障后，记录所述配电网中各个测点上电 压行波信号对应的初始到达时间，所述测点设置于所述配电网的网络末端；
测点划分模块，用于利用所述配电网中任意两个节点Vk、Vm组成的分 支VkVm将所述测点划分为两个测点组MU和MH；将所述MU中测点对应的 初始到达时间记为时间矩阵TU，将所述MH中测点对应的初始到达时间记 为时间矩阵TH；
向量获取模块，用于基于距离矩阵L获取所述MU中测点对应的向量矩 阵LU和所述MH中测点对应的向量矩阵LH，所述距离矩阵L用于记录所述 配电网中任意两个所述节点之间的线路长度；
分支系数获取模块，用于利用所述时间矩阵TU、所述时间矩阵TH、所 述向量矩阵LU和所述向量矩阵LH构建与所述分支VkVm对应的行波波速无 关的KB系数；
故障分支获取模块，用于获取各个所述分支对应的KB系数，并将最小 KB系数对应的分支作为故障分支；
参考点设置模块，用于在所述故障分支上设置多个参考点；
参考点系数获取模块，用于基于所述故障分支划分的两个测点组各自 对应的时间矩阵和向量矩阵获取各个所述参考点对应的与行波波速无关的 KP系数；
故障定位模块，用于将最小系数对应的参考点作为故障点，并获取所 述故障点与多个所述参考点之间的距离信息。
按照本发明的另一方面，提供了一种基于K系数的配电网行波故障定 位系统，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理 器执行所述计算机程序时实现所述的方法的步骤。
按照本发明的另一方面，提供了计算机可读存储介质，其上存储有计 算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述的方法的步骤。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够 取得下列有益效果：
本发明提供的故障定位方法通过在故障发生后利用网络末端各测点检 测到的冗余行波信息，构造与行波波速无关的KB及KP系数，通过计算比 较各分支的KB系数，将KB系数计算值最小的分支判定为故障分支；通过 计算比较故障分支上各参考点的KP系数，将最小的KP系数对应的参考点 判定为故障点。该方法具有良好的行波到达时间误差容错能力，不受行波 波速、中性点接地方式、故障条件及分布式电源影响，能够有效地提高配 电网行波故障精确定位的定位精度和可靠性。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种基于K系数的配电网行波故障定位方 法的实现流程图；
图2为本发明的含一层分支配电网典型拓扑结构示意图；
图3为本发明在PSCAD/EMTDC软件平台中搭建的配电网仿真测试系 统；
图4为本发明实例中分支B1B10(分支2)上f1处(故障点f1距分支点 B1的距离为562m)发生单相接地故障，各分支KB系数计算结果图；
图5为本发明实例中分支B1B10(分支2)上f1处(故障点f1距分支点 B1的距离为562m)发生单相接地故障，故障分支B1B10上，各参考点KP系数计算结果图；
图6为本发明实施例提供的一种基于K系数的配电网行波故障定位装 置的结构示意图；
图7为本发明实施例提供的一种基于K系数的配电网行波故障定位系 统的内部结构图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图 及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体 实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的 本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可 以相互组合。
本发明提供一种基于K系数的配电网行波故障定位方法，如图1所示， 基于K系数的配电网行波故障定位方法包括：步骤S1至步骤S8。
S1:当出现故障后，记录配电网中各个测点上电压行波信号对应的初始 到达时间，其中，测点设置于配电网的网络末端。
具体的，首先选定奈奎斯特频率fs，对所有测点的各相电压行波进行S 变换，并提取该频率fs下的行波到达时间和模极大值，利用模极大值对各 相行波到达时间进行加权融合，将计算结果作为各测点最终的故障初始行 波到达时间。在一个实施例中，步骤S1包括：S101:当出现故障后，采集各 个测点各相的电压点行波。S102:对各个测点各相的电压点行波进行S变换 并提取选定的奈奎斯特频率fs下的行波到达时间及模极大值。S103:利用各 个测点对应的模极大值对各相行波到达时间进行加权融合，得到各个测点 上电压行波信号对应的初始到达时间。
S2:利用配电网中任意两个节点Vk、Vm组成的分支VkVm将测点划分为 两个测点组MU和MH。将MU中测点对应的初始到达时间记为时间矩阵TU， 将MH中测点对应的初始到达时间记为时间矩阵TH。
其中，将配电网的网络端点和分支点视为节点，相邻节点Vk、Vm之间 的线路视为分支VkVm，并将各节点之间的线路长度数据记录于距离矩阵L 中。
具体的，任意分支VkVm选定后，配电网中的所有测点可分为两组：一 组通过节点Vk与分支VkVm相连，记为MU。另一组通过节点Vm与分支VkVm相连，记为MH。各测点检测到的故障初始行波到达时间也相对应的分为两 组，分别记为TU及TH。在其中一个实施例中，S2具体包括：S201：将通过 节点Vk与分支VkVm相连的测点划入MU中。将通过节点Vm与分支VkVm相 连的测点划入MH中。S202：将MU中测点对应的初始到达时间记为时间矩 阵TU，将MH中测点对应的初始到达时间记为时间矩阵TH。
S3:基于距离矩阵L获取MU中测点对应的向量矩阵LU和MH中测点对 应的向量矩阵LH，距离矩阵L用于记录配电网中任意两个节点之间的线路 长度。
具体的，根据距离矩阵L确定MU中各测点相对于节点Vk的距离并形成 向量矩阵LU，确定MH中各测点相对于节点Vm的距离并形成向量矩阵LH， 即从距离矩阵L查找并确定MU中各测点到节点Vk的距离及MH中各测点到 节点Vm的距离。在其中一个实施例中，S3具体包括：S301：基于距离矩 阵L确定MU中各测点与节点Vk的距离，以形成向量矩阵LU。S302：基于 距离矩阵L确定MH中各测点与节点Vm的距离，以形成向量矩阵LH。即将 确定MU中各测点到节点Vk的距离记于向量矩阵LU中，将MH中各测点到节 点Vm的距离记于向量矩阵LH中。
S4:利用时间矩阵TU、时间矩阵TH、向量矩阵LU和向量矩阵LH构建与 分支VkVm对应的行波波速无关的KB系数。
具体的，在步骤S3中已获取了任意分支对应的VkVm对应的时间矩阵 TU、时间矩阵TH、向量矩阵LU和向量矩阵LH。利用分支VkVm的KB系数 的计算公式：
Figure BDA0002695082840000081
获取分支VkVm对应的行波波速无关的KB系数。式中，X、Y分别为MU和 MH两组测点的个数。LU(i)为向量矩阵LU中的第i个元素，表示MU中第i 个测点与节点Vk之间的距离。LH(j)为向量矩阵LH中的第j个元素，表示MH中第j个测点与节点Vm之间的距离。TU(i)为TU中第i个元素，表示MU中 第i个测点检测到的故障初始行波到达时间。TH(j)为TH中第j个元素，表 示MH中第j个测点检测到的故障初始行波到达时间。
S5:利用步骤S2-S4获取各个分支对应的KB系数，并将最小KB系数对 应的分支作为故障分支。其中，分支VkVm是配电网中任意分支，设配电网 中节点的数目为N，1≤k≤N，1≤m≤N，且k≠m。步骤S2-S4是获取任意分 支VkVm分支对应的KB系数的方法。基于此，能够计算出各个分支对应的 KB系数。
S6:在故障分支上设置多个参考点。具体的，基于定位精度在故障分支 上设置G个参考点Rg，1≤g≤G。当精度要求越高，G的数值越大。
S7:基于故障分支划分的两个测点组各自对应的时间矩阵和向量矩阵获 取各个参考点对应的与行波波速无关的KP系数。
在其中一个实施例中，S7具体包括：S701：设故障分支VjVn由节点 Vj和节点Vn组成，设配电网中节点的数目为N，1≤j≤N，1≤n≤N，且j ≠n。利用故障分支VjVn将全部测点划入测点组M'U和M'H中。S702：基于 距离矩阵L确定M'U中各测点与参考点Rg的距离，以形成向量矩阵L′U。基 于距离矩阵L确定M'H中各测点与参考点Rg的距离，以形成向量矩阵L′H。S703：利用公式
Figure BDA0002695082840000091
获取各个参考 点对应的KP系数。其中，L′U(i)为向量矩阵L′U中第i个元素，表示M'U中第 i个测点与参考点Rg之间的距离。L′H(j)为向量矩阵L′H中第j个元素，表示 M'H中第j个测点与参考点Rg之间的距离。
S8:将最小KP系数对应的参考点作为故障点，并获取故障点与多个参考 点之间的距离信息。具体的，已知每个参考点对应的KP系数，然后比较各 个参考点对应的KP系数的数值大小，将最小的那个最小KP系数对应的参 考点作为故障点。若最小KP系数对应多个参考点，则对这多个参考点进行 进一步的检测和分析。
以图2所示的配电网拓扑结构为例，其中S、R及E1-En-2为网络端点， B1-Bn-2为分支点，M1-Mn为测点。当分支BmBm+1上f处发生故障时，应当理 解，本发明的故障精确定位方法可适用于任何分支上发生的故障，并不仅 限于图2所示的故障情况。
故障分支BmBm+1将网络中的测点划分为两组。第一组位于故障分支 BmBm+1的上游，通过分支点Bm与故障分支BmBm+1相连，记为MU；则 MU＝{Mi|i∈[1,k]}；第二组位于故障分支BmBm+1的下游，通过分支点Bm+1与 故障分支BmBm+1相连，记为MH；则MH＝{Mj|j∈[k+1,n]}。
假定各测点检测到的故障初始具有相同的频率，即各测点的行波波速 相同；则对于MU中各测点，根据行波传输原理可得：
Figure BDA0002695082840000101
式中：tMi为故障初始行波到达测点Mi的时间；
Figure BDA0002695082840000104
为测点Mi与分支点Bm之间的线路长度，
Figure BDA0002695082840000105
为故障点f与分支点Bm之间的线路长度。将式(1) 中第一个等式分别于其它等式相减，消除故障发生时刻tf，可得：
Figure RE-GDA0002850448390000104
类似的，对于MH中各测点，可得：
Figure BDA0002695082840000103
Figure BDA0002695082840000111
式中：tMj为故障初始行波到达测点Mj的时间；
Figure BDA0002695082840000114
为测点Mj与分支点 Bm+1之间的线路长度，
Figure BDA0002695082840000115
为故障点f与分支点Bm+1之间的线路长度。根据 式(2)及式(4)，构建分支BmBm+1的KB系数：
Figure BDA0002695082840000112
式中：分支BmBm+1的KB系数与行波波速无关的。根据KB系数的构造特点， 故障分支的KB系数等于0，非故障分支的KB系数不为0。因此，利用KB系数对故障分支进行识别，分别计算所有分支的KB系数，并选择KB系数 计算值最小的分支为故障分支。KB系数的计算与行波波速无关，因此，故 障分支识别准确性不受行波波速计算误差的影响。
在已经通过KB系数识别出了故障分支BmBm+1前提下，MU及MH中各 测点也可以具体确定。在故障分支BmBm+1上沿线设置G个参考点Rg(1≤g ≤G)。此时，根据式(1)及式(3)并消除故障发生时刻tf可得：
Figure BDA0002695082840000113
进一步，式(6)可以改写为：
Figure BDA0002695082840000121
根据式(7)，定义故障点f的KP系数为：
Figure BDA0002695082840000122
式中：参考点Rg的KP系数与行波波速无关的。根据KP系数的构造特点， 当实际故障点与参考点Rg重合时，此时的KP系数等于0，而故障分支上非 故障点的KP系数不为0。因此，在通过KB系数识别出故障分支后，分别计 算所有参考点的KP系数，选择KP系数计算值最小的参考点为故障点。
与传统的行波故障定位方法相比，本发明对奈奎斯特频率fs下各测点 的相电压行波进行S变换并提取fs下的行波到达时间。因而各测点的行波 波速可视为一个常数v，能够消除行波波速不一致对故障定位精度的影响。 利用网络末端处各测点检测到的冗余行波时间信息，构造与行波波速无关 的KB及KP系数，通过计算比较各分支的KB系数，确定故障分支，通过计 算比较故障分支上各参考点的KP系数，确定故障位置。本发明利用冗余的 行波到达时间构造KB及KP系数，能够提高行波到达时间误差的容错性， 具有较好的鲁棒性。同时，不受行波波速、中性点接地方式、故障条件及 分布式电源影响，仿真验证了本发明方法的可行性。
图3为本发明在PSCAD/EMTDC软件平台中搭建的配电网仿真测试系 统。其中，包含15个网络端点E1-E15及12个分支点B1-B12，线路总长度 19495m，各网络端点及分支点将该配电网络划分为26个分支，各分支编号 如表1所示。该仿真测试系统中，在各网络端点处布置共计15个测点，分 别表示为M1～M15。仿真采样率为10MHz。此外，在E5、E6、E10及E15处 分别接入分布式电源，用以仿真含分布式电源接入的情况。
Figure BDA0002695082840000131
表1仿真测试系统中各分支编号
在本发明实例中，当0.1033s时，分支B1B10(分支2)上f1处A相发 生接地故障，故障初相角60°，过渡电阻50Ω，故障点f1距分支点B1的距 离为562m。
首先对奈奎斯特频率fs下各测点的相电压行波进行S变换。由于三相 之间存在耦合，A、B、C三相均能感知到故障行波，并且各相行波的S变 换结果均能正确地反映故障初始行波到达时间。因此，提取各相电压初始 行波的到达时间和相应的S变换模极大值，对各相行波到达时间进行加权 融合，计算最终的故障初始行波到达时间，计算结果见表2。
测点 到达时间 测点 到达时间 测点 到达时间
M<sub>1</sub> 0.1033057 M<sub>6</sub> 0.1033098 M<sub>11</sub> 0.1033099
M<sub>2</sub> 0.1033060 M<sub>7</sub> 0.1033085 M<sub>12</sub> 0.1033056
M<sub>3</sub> 0.1033076 M<sub>8</sub> 0.1033073 M<sub>13</sub> 0.1033068
M<sub>4</sub> 0.1033087 M<sub>9</sub> 0.1033058 M<sub>14</sub> 0.1033081
M<sub>5</sub> 0.1033105 M<sub>10</sub> 0.1033092 M<sub>15</sub> 0.1033075
表2故障初始行波到达时间
然后，利用得到的冗余故障初始行波到达时间，分别计算所有分支的 KB系数，计算结果如图4所示。由图4可以看出，分支B1B10(分支2)的KB系数明显小于其它分支，因而可以确定分支B1B10为故障分支。进一步， 以20m为距离步长，在分支B1B10上沿线设置54个参考点R1～R54，并分别 计算所有参考点的KP系数，计算结果如图5所示。从图5中可以看出，KP系数的计算值在参考点R28处达到最小，故可以确定参考点R28为故障点。 相应的，可计算出故障点与分支点B1之间的故障距离为560m，故障定位 绝对误差为2m，满足故障定位的精度要求。
本领域的技术人员容易理解，以上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。
本申请还提供一种基于K系数的配电网行波故障定位装置，如图6所 示，该装置包括：时间记录模块、测点划分模块、向量获取模块、分支系 数获取模块、故障分支获取模块、参考点设置模块、参考点系数获取模块 和故障定位模块。
时间记录模块，用于当出现故障后，记录配电网中各个测点上电压行 波信号对应的初始到达时间，测点设置于配电网的网络末端。
测点划分模块，用于利用配电网中任意两个节点Vk、Vm组成的分支 VkVm将测点划分为两个测点组MU和MH。将MU中测点对应的初始到达时 间记为时间矩阵TU，将MH中测点对应的初始到达时间记为时间矩阵TH。
向量获取模块，用于基于距离矩阵L获取MU中测点对应的向量矩阵LU和MH中测点对应的向量矩阵LH，距离矩阵L用于记录配电网中任意两个 节点之间的线路长度。
分支系数获取模块，用于利用时间矩阵TU、时间矩阵TH、向量矩阵LU和向量矩阵LH构建与分支VkVm对应的行波波速无关的KB系数。
故障分支获取模块，用于获取各个分支对应的KB系数，并将最小KB系数对应的分支作为故障分支。
参考点设置模块，用于在故障分支上设置多个参考点。
参考点系数获取模块，用于基于故障分支划分的两个测点组各自对应 的时间矩阵和向量矩阵获取各个参考点对应的与行波波速无关的KP系数。
故障定位模块，用于将最小系数对应的参考点作为故障点，并获取故 障点与多个参考点之间的距离信息。
上述故障定位装置中各个模块的划分仅用于举例说明，在其他实施例 中，可将故障定位装置按照需要划分为不同的模块，以完成上述故障定位 装置的全部或部分功能。
关于故障定位装置的具体限定可以参见上文中对于基于K系数的配电 网行波故障定位方法的限定，在此不再赘述。上述故障定位装置中的各个 模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件 形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于 计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操 作。
按照本发明的另一方面，提供了一种基于K系数的配电网行波故障定 位系统，包括存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，处理器执行计 算机程序时实现的方法的步骤。图7为一个实施例中电子设备的内部结构 示意图。如图7所示，该电子设备包括通过系统总线连接的处理器和存储 器。其中，该处理器用于提供计算和控制能力，支撑整个电子设备的运行。 存储器可包括非易失性存储介质及内存储器。非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。该计算机程序可被处理器所执行，以用于实现以下 各个实施例所提供的一种基于K系数的配电网行波故障定位方法。内存储 器为非易失性存储介质中的操作系统计算机程序提供高速缓存的运行环 境。
本申请实施例中提供的故障定位装置中的各个模块的实现可为计算机 程序的形式。该计算机程序可在终端或服务器上运行。该计算机程序构成 的程序模块可存储在电子设备的存储器上。该计算机程序被处理器执行时， 实现本申请实施例中所描述方法的步骤。
按照本发明的另一方面，提供了计算机可读存储介质，其上存储有计 算机程序，计算机程序被处理器执行时实现的方法的步骤。
本申请所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用可包 括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(ROM)、 可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程 ROM(EEPROM)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(RAM)，它 用作外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸 如静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双 数据率SDRAM(DDRSDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、同步链路 (Synchlink)DRAM(SLDRAM)、存储器总线(Rambus)直接RAM(RDRAM)、 直接存储器总线动态RAM(DRDRAM)、以及存储器总线动态 RAM(RDRAM)。
本领域的技术人员容易理解，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 (7)

1.一种基于K系数的配电网行波故障定位方法，其特征在于，包括：
S1:当出现故障后，记录所述配电网中各个测点上电压行波信号对应的初始到达时间，所述测点设置于所述配电网的网络末端；
S2:利用所述配电网中任意两个节点Vk、Vm组成的分支VkVm将所述测点划分为两个测点组MU和MH；将所述MU中测点对应的初始到达时间记为时间矩阵TU，将所述MH中测点对应的初始到达时间记为时间矩阵TH；
S3:基于距离矩阵L获取所述MU中测点对应的向量矩阵LU和所述MH中测点对应的向量矩阵LH，所述距离矩阵L用于记录所述配电网中任意两个所述节点之间的线路长度；
S4:利用所述时间矩阵TU、所述时间矩阵TH、所述向量矩阵LU和所述向量矩阵LH构建与所述分支VkVm对应的行波波速无关的KB系数；KB系数的表达式为：
Figure FDA0003155358900000011
X、Y分别为所述MU中测点的个数和所述MH中测点的个数；LU(i)为所述向量矩阵LU中的第i个元素，表示所述MU中第i个测点与所述节点Vk之间的距离；LH(j)为所述向量矩阵LH中的第j个元素，表示所述MH中第j个测点与节点Vm之间的距离；TU(i)为所述时间矩阵TU中第i个元素，表示所述MU中第i个测点对应的初始到达时间；TH(j)为所述时间矩阵TH中第j个元素，表示所述MH中第j个测点对应的初始到达时间；
S5:利用步骤S2-S4获取各个所述分支对应的KB系数，并将最小KB系数对应的分支作为故障分支；
S6:在所述故障分支上设置多个参考点；
S7:基于所述故障分支划分的两个测点组各自对应的时间矩阵和向量矩阵获取各个所述参考点对应的与行波波速无关的KP系数；
S8:将最小KP系数对应的参考点作为故障点，并获取所述故障点与多个所述参考点之间的距离信息；
所述S7具体包括：
S701：设所述故障分支由节点Vj和节点Vn组成，利用所述故障分支VjVn将全部所述测点划入测点组M'U和M'H中；
S702：基于所述距离矩阵L确定所述M'U中各测点与所述参考点Rg的距离，以形成向量矩阵L′U；基于所述距离矩阵L确定所述M'H中各测点与所述参考点Rg的距离，以形成向量矩阵L′H；
S703：利用公式
Figure FDA0003155358900000021
计算各个所述参考点对应的KP系数；L′U(i)为所述向量矩阵L′U中第i个元素，表示所述M'U中第i个测点与所述参考点Rg之间的距离；L′H(j)为向量矩阵L′H中第j个元素，表示所述M'H中第j个测点与所述参考点Rg之间的距离。
2.如权利要求1所述的基于K系数的配电网行波故障定位方法，其特征在于，所述S1具体包括：
S101:当出现故障后，采集各个所述测点各相的电压点行波；
S102:对各个所述测点各相的电压点行波进行S变换并提取选定的奈奎斯特频率fs下的行波到达时间及模极大值；
S103:利用各个所述测点对应的模极大值对各相行波到达时间进行加权融合，得到各个所述测点上电压行波信号对应的初始到达时间。
3.如权利要求1所述的基于K系数的配电网行波故障定位方法，其特征在于，所述S2具体包括：
S201：将通过所述节点Vk与所述分支VkVm相连的测点划入所述MU中；将通过所述节点Vm与所述分支VkVm相连的测点划入所述MH中；
S202：将所述MU中测点对应的初始到达时间记为所述时间矩阵TU，将所述MH中测点对应的初始到达时间记为所述时间矩阵TH。
4.如权利要求1-3任一项所述的基于K系数的配电网行波故障定位方法，其特征在于，所述S6具体包括：
基于定位精度在所述故障分支上设置G个参考点Rg，1≤g≤G。
5.一种基于K系数的配电网行波故障定位装置，其特征在于，包括：
时间记录模块，用于当出现故障后，记录所述配电网中各个测点上电压行波信号对应的初始到达时间，所述测点设置于所述配电网的网络末端；
测点划分模块，用于利用所述配电网中任意两个节点Vk、Vm组成的分支VkVm将所述测点划分为两个测点组MU和MH；将所述MU中测点对应的初始到达时间记为时间矩阵TU，将所述MH中测点对应的初始到达时间记为时间矩阵TH；
向量获取模块，用于基于距离矩阵L获取所述MU中测点对应的向量矩阵LU和所述MH中测点对应的向量矩阵LH，所述距离矩阵L用于记录所述配电网中任意两个所述节点之间的线路长度；
分支系数获取模块，用于利用所述时间矩阵TU、所述时间矩阵TH、所述向量矩阵LU和所述向量矩阵LH构建与所述分支VkVm对应的行波波速无关的KB系数；
Figure FDA0003155358900000031
X、Y分别为所述MU中测点的个数和所述MH中测点的个数；LU(i)为所述向量矩阵LU中的第i个元素，表示所述MU中第i个测点与所述节点Vk之间的距离；LH(j)为所述向量矩阵LH中的第j个元素，表示所述MH中第j个测点与节点Vm之间的距离；TU(i)为所述时间矩阵TU中第i个元素，表示所述MU中第i个测点对应的初始到达时间；TH(j)为所述时间矩阵TH中第j个元素，表示所述MH中第j个测点对应的初始到达时间；
故障分支获取模块，用于获取各个所述分支对应的KB系数，并将最小KB系数对应的分支作为故障分支；
参考点设置模块，用于在所述故障分支上设置多个参考点；
参考点系数获取模块，用于基于所述故障分支划分的两个测点组各自对应的时间矩阵和向量矩阵获取各个所述参考点对应的与行波波速无关的KP系数；还用于设所述故障分支由节点Vj和节点Vn组成，利用所述故障分支VjVn将全部所述测点划入测点组M'U和M'H中；基于所述距离矩阵L确定所述M'U中各测点与所述参考点Rg的距离，以形成向量矩阵L′U；基于所述距离矩阵L确定所述M'H中各测点与所述参考点Rg的距离，以形成向量矩阵L′H；利用公式
Figure FDA0003155358900000041
计算各个所述参考点对应的KP系数；L′U(i)为所述向量矩阵L′U中第i个元素，表示所述M'U中第i个测点与所述参考点Rg之间的距离；L′H(j)为向量矩阵L′H中第j个元素，表示所述M'H中第j个测点与所述参考点Rg之间的距离；
故障定位模块，用于将最小系数对应的参考点作为故障点，并获取所述故障点与多个所述参考点之间的距离信息。
6.一种基于K系数的配电网行波故障定位系统，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至4中任一项所述的方法的步骤。
7.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至4中任一项所述的方法的步骤。
CN202011003396.7A 2020-09-22 2020-09-22 一种基于k系数的配电网行波故障定位方法、装置和系统 Active CN112269096B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011003396.7A CN112269096B (zh) 2020-09-22 2020-09-22 一种基于k系数的配电网行波故障定位方法、装置和系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011003396.7A CN112269096B (zh) 2020-09-22 2020-09-22 一种基于k系数的配电网行波故障定位方法、装置和系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112269096A CN112269096A (zh) 2021-01-26
CN112269096B true CN112269096B (zh) 2021-08-31

Family

ID=74349451

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011003396.7A Active CN112269096B (zh) 2020-09-22 2020-09-22 一种基于k系数的配电网行波故障定位方法、装置和系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112269096B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113688485B (zh) * 2021-07-08 2024-02-09 国网山东省电力公司济宁供电公司 一种基于拓扑结构分层的行波装置配置方法及系统
CN114113948B (zh) * 2021-12-03 2023-10-20 中达安股份有限公司 一种配电网故障监测方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004061497A (ja) * 2002-06-06 2004-02-26 Tokyo Electric Power Co Inc:The 送電線の故障点標定方法およびそれを用いた故障点標定システム
CN104316833A (zh) * 2014-10-14 2015-01-28 广东电网有限责任公司电力科学研究院 一种中压配电网故障行波选线方法
CN106443360A (zh) * 2016-11-11 2017-02-22 国网新疆电力公司巴州供电公司 基于关联矩阵的配电网行波故障定位方法
CN108152673A (zh) * 2017-12-15 2018-06-12 国网江苏省电力有限公司南京供电分公司 一种利用多源数据的主动配电网故障分层定位方法
CN108169626A (zh) * 2018-01-16 2018-06-15 国网冀北电力有限公司秦皇岛供电公司 一种t型输电线路故障定位方法和系统
CN110514962A (zh) * 2019-08-30 2019-11-29 国网河南省电力公司电力科学研究院 一种多端电力线路故障定位方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109643890B (zh) * 2016-07-08 2020-10-16 Abb电网瑞士股份公司 用于对混合型输电线路中的故障进行定位的方法和系统
US11561251B2 (en) * 2018-08-01 2023-01-24 Florida Power & Light Company Remote autonomous inspection of utility system components utilizing drones and rovers

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004061497A (ja) * 2002-06-06 2004-02-26 Tokyo Electric Power Co Inc:The 送電線の故障点標定方法およびそれを用いた故障点標定システム
CN104316833A (zh) * 2014-10-14 2015-01-28 广东电网有限责任公司电力科学研究院 一种中压配电网故障行波选线方法
CN106443360A (zh) * 2016-11-11 2017-02-22 国网新疆电力公司巴州供电公司 基于关联矩阵的配电网行波故障定位方法
CN108152673A (zh) * 2017-12-15 2018-06-12 国网江苏省电力有限公司南京供电分公司 一种利用多源数据的主动配电网故障分层定位方法
CN108169626A (zh) * 2018-01-16 2018-06-15 国网冀北电力有限公司秦皇岛供电公司 一种t型输电线路故障定位方法和系统
CN110514962A (zh) * 2019-08-30 2019-11-29 国网河南省电力公司电力科学研究院 一种多端电力线路故障定位方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Analysis of Pressure Rise in a Closed Container Due to Internal Arcing;Peng Li et al.;《energies》;20171231;第297卷(第10期);1-17 *
基于参数辨识的配电网故障测距方法;林佳圆等;《南方电网技术》;20190430;第13卷(第4期);80-87 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN112269096A (zh) 2021-01-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Mirshekali et al. A novel fault location methodology for smart distribution networks
CN109100614B (zh) 一种基于pmu装置的输电线路故障定位方法
CN112269096B (zh) 一种基于k系数的配电网行波故障定位方法、装置和系统
London et al. Analysis of measurement-set qualitative characteristics for state-estimation purposes
CN100438251C (zh) 一种大型电力系统脆弱线路辨识的方法
CN106443622A (zh) 一种基于改进联合概率数据关联的分布式目标跟踪方法
Baran et al. A meter placement method for state estimation
CN102522824B (zh) 一种基于集控站调度主站的分布式状态估计计算方法
CN106771861A (zh) 基于广域行波能量和时间差的复杂电网故障定位方法
CN104134999A (zh) 基于多数据源的配电网量测有效性分析实用化计算方法
CN112117763A (zh) 一种低压配电网拓扑识别与参数估计方法
CN110389282A (zh) 适用于多电源配电线路的精确故障测距方法
CN114113890A (zh) 基于行波模量传输时差的多端融合配电网故障定位方法
CN110348114A (zh) 一种电网完备性状态信息重构的非精确故障识别方法
CN102157938A (zh) 电力系统电压稳定薄弱节点在线识别方法
CN106228459A (zh) 基于蒙特卡洛的等值可靠性评估方法
CN109840371A (zh) 一种基于时间序列的动态多层耦合网络构建方法
CN115128395A (zh) 一种电压暂降源定位方法和装置
CN104931853A (zh) 一种基于地表电位分布的变电站接地网腐蚀诊断方法
CN110532731B (zh) 一种电压暂降凹陷域快速计算方法
CN112415326A (zh) 一种基于模糊聚类算法的配电网故障区段辨识方法
CN105656036A (zh) 考虑潮流和灵敏度一致性等值的概率静态安全分析方法
Crespo et al. New technique for fault location in distribution systems using sincrophasor voltages
CN109345155B (zh) 一种配电网故障的基于模型分层诊断方法
CN107478941B (zh) 基于多点同步测量数据的配电网故障模拟退火定位方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant