CN112379213A - 一种故障检测方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种故障检测方法及系统，包括，步骤S1，获取配网线路中扰动事件对应的当前暂态波形，并随机选取所述历史暂态波形数据中的一个故障样本暂态波形，将所述当前暂态波形与故障样本暂态波形比较生成两者之间的巴氏系数；步骤S2，根据所述巴氏系数计算累积距离，并确定所述当前暂态波形与历史暂态波形的有效匹配次数，以及确定所述累积距离和所述有效匹配次数之间的比例值；步骤S3，判断所述累积距离和所述有效匹配次数之间的比例值是否小于预设阈值；若比例值大于或等于预设阈值，则判定所述当前暂态波形中存在故障，并输出预警信息。本发明提高了检测电路故障的准确性，快速准确地检测到电路是否发生故障，提高了故障检测效率。

Description

一种故障检测方法及系统

技术领域

本发明涉及电力技术领域，特别是涉及一种故障检测方法及系统。

背景技术

电力是国民经济的基础，对于一个国家的发展至关重要，因此，保证电力系统安全有效的运行成为了重中之重。现代配电网具有拓扑关系复杂，节点数量多，密集等特点，实际运行过程中由于外力破坏、极端天气、设备老化等原因难免会发生故障。现有故障检测工作中也开发诸多仪器提高检测效率，例如：电力故障检测仪。但也很难摆脱依靠人工辅助才能有效进行检测，随着电网越来越复杂，工作量越来越大，当前电力系统内采用了各种技术来减少故障抢修的时间，所以对故障进行快速定位和实时监控才能有效减少故障恢复的时间。

随着信息计算和在线监测技术的发展，现代智能电网已经出现雏形，电能质量监测装置及系统、暂态录波装置等电网在线监测手段均能对故障发生时和故障发生前端扰动事件的暂态电压和暂态电流进行检测。配网线路的扰动事件是指以电压或电流波形为畸变而引起电能质量污染的各种电能质量问题。暂态波形是指通过电能质量监测装置、暂态波形记录仪或其他已知设备所采集电压、电流扰动事件对应的暂态电压和电流的暂态波形。但针对故障发生前，如何才能通过扰动事件对故障进行准确的定位依然存在诸多难点，无法快速准确地定位电路是否发生故障依然是首要的问题。

发明内容

本发明的目的在于，提出一种故障检测方法及系统，解决现有无法快速准确地定位电路故障的技术问题。

本发明的一方面，提供一种故障检测方法，包括以下步骤：

步骤S1，获取配网线路中扰动事件对应的当前暂态波形，并调取与所述扰动事件对应的所有历史暂态波形数据，随机选取所述历史暂态波形数据中的一个故障样本暂态波形，将所述当前暂态波形与故障样本暂态波形比较生成两者之间的巴氏系数；

步骤S2，根据所述巴氏系数计算累积距离，并确定所述当前暂态波形与历史暂态波形的有效匹配次数，以及确定所述累积距离和所述有效匹配次数之间的比例值；

步骤S3，判断所述累积距离和所述有效匹配次数之间的比例值是否小于预设阈值；若比例值小于预设阈值，则判定当前暂态波形与所述故障样本暂态波形不匹配，继续随机选取下一个故障样本暂态波形，直至确定当前暂态波形的故障类型或选取完所有历史暂态波形数据；若比例值大于或等于预设阈值，则判定所述当前暂态波形中存在故障，并输出预警信息。

优选的，所述步骤S1包括：获取所述配网线路的扰动事件发生时的扰动暂态波形，并获取所述扰动事件发生时至故障发生时的阶段暂态波形，将所述扰动暂态波形和所述阶段暂态波形组成当前暂态波形。

优选的，所述步骤S1包括：

根据以下公式生成当前暂态波形与故障样本暂态波形之间的巴氏系数B_C(p,q)：

其中，p为故障样本暂态波形；q为当前暂态波形；X为当前暂态波形和故障样本暂态波形所在的定义域；x为定义域X中的随机项。

优选的，所述步骤S2包括：

根据以下公式根据所述巴氏系数计算累积距离γ(i,j)：

γ(i,j)＝B(q_i,c_j)+max{γ(i-1,j-1),γ(i-1,j),γ(i,j-1)

其中，q为当前暂态波形；i为当前暂态波形的端点；c为参考样本，即故障样本暂态波形；j为参考样本的端点。

优选的，所述步骤S3包括：

根据以下公式判断所述累积距离和所述有效匹配次数之间的比例值是否小于预设阈值：

其中，r为γ的有效匹配次数；τ为预设的阈值。

优选的，还包括：预先建立存储所有历史暂态波形数据的样本库，所述样本库中存储故障类型，以及每次故障发生时至故障前设定时间内的历史扰动事件对应的样本波形数据组成每次故障对应的故障过程样本集；所述故障过程样本集中存储多个故障样本暂态波形。

本发明还提供一种故障检测系统，用以实施所述的故障检测方法，包括：

暂态波形获取模块，用以获取配网线路中扰动事件对应的当前暂态波形，并调取与所述扰动事件对应的所有历史暂态波形数据，随机选取所述历史暂态波形数据中的一个故障样本暂态波形；以及响应于不匹配信号随机选取下一个故障样本暂态波形，直至确定当前暂态波形的故障类型或选取完所有历史暂态波形数据

暂态波形处理模块，用以将所述当前暂态波形与故障样本暂态波形比较生成两者之间的巴氏系数；以及根据所述巴氏系数计算累积距离，并确定所述当前暂态波形与历史暂态波形的有效匹配次数，以及确定所述累积距离和所述有效匹配次数之间的比例值；

故障判断模块，用以判断所述累积距离和所述有效匹配次数之间的比例值是否小于预设阈值；若比例值小于预设阈值，则判定当前暂态波形与所述故障样本暂态波形不匹配，向所述暂态波形获取模块输出不匹配信号；若比例值大于或等于预设阈值，则判定所述当前暂态波形中存在故障，并输出预警信息。

优选的，所述暂态波形获取模块获取所述配网线路的扰动事件发生时的扰动暂态波形，并获取所述扰动事件发生时至故障发生时的阶段暂态波形，将所述扰动暂态波形和所述阶段暂态波形组成当前暂态波形。

优选的，所述暂态波形处理模块根据以下公式生成当前暂态波形与故障样本暂态波形之间的巴氏系数B_C(p,q)：

其中，p为故障样本暂态波形；q为当前暂态波形；X为当前暂态波形和故障样本暂态波形所在的定义域；x为定义域X中的随机项；

以及根据以下公式根据所述巴氏系数计算累积距离γ(i,j)：

γ(i,j)＝B(q_i,c_j)+max{γ(i-1,j-1),γ(i-1,j),γ(i,j-1)

其中，q为当前暂态波形；i为当前暂态波形的端点；c为参考样本，即故障样本暂态波形；j为参考样本的端点。

优选的，还包括：历史样本模块，预先建立存储所有历史暂态波形数据的样本库，所述样本库中存储故障类型，以及每次故障发生时至故障前设定时间内的历史扰动事件对应的样本波形数据组成每次故障对应的故障过程样本集；所述故障过程样本集中存储多个故障样本暂态波形。

综上，实施本发明的实施例，具有如下的有益效果：

本发明提供的故障检测方法及系统，通过获取配网线路扰动事件对应的当前暂态波形，并计算历史样本暂态波形和当前暂态波形之间的巴氏系数，通过巴氏系数计算累积距离以及累积距离和有效匹配次数的比例值大于或等于预设阈值时，确定配网线路存在故障，且故障时该扰动事件，从而提高了检测电路故障的准确性，快速准确地检测到电路是否发生故障，提高了故障检测效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，根据这些附图获得其他的附图仍属于本发明的范畴。

图1为本发明实施例中一种故障检测方法的主流程示意图。

图2为本发明实施例中一种故障检测系统的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。

如图1所示，为本发明提供的一种故障检测方法的一个实施例的示意图。在该实施例中，所述方法包括以下步骤：

步骤S1，获取配网线路中扰动事件对应的当前暂态波形，并调取与所述扰动事件对应的所有历史暂态波形数据，随机选取所述历史暂态波形数据中的一个故障样本暂态波形，将所述当前暂态波形与故障样本暂态波形比较生成两者之间的巴氏系数；可以理解的，获取到配网线路扰动事件对应的当前暂态波形后，需要对当前暂态波形进行故障检测，确定是否存在故障。由于在电网的实际运行中，对于设备老化，树障等引起的故障，在发生影响到电网正常运行的故障前，一般会有发生一些电压，电流跳变的扰动事件。因此可以针对扰动事件产生的暂态波形进行检测，以确定是否存在故障。

具体实施例中，获取所述配网线路的扰动事件发生时的扰动暂态波形，并获取所述扰动事件发生时至故障发生时的阶段暂态波形，将所述扰动暂态波形和所述阶段暂态波形组成当前暂态波形。可以理解的，在获取配网线路扰动事件对应的当前暂态波形时，需要获取配网线路的扰动事件发生时间与扰动事件之前的故障发生时间之前的之前暂态波形，获取扰动事件的扰动暂态波形，并将扰动暂态波形和之前暂态波形组成当前暂态波形，以便提高故障检测的准确性。

再具体的，在确定扰动事件对应的所有故障样本暂态波形后，可以依次遍历各个故障样本暂态波形，并计算遍历的样本暂态波形(即当前时刻遍历的故障样本暂态波形)和当前暂态波形的巴氏系数，即可以将样本暂态波形和当前暂态波形转换为直方图，并通过直方图中样本暂态波形对应的样本端点，直方图中当前暂态波形对应的当前端点，预设的巴氏系数计算公式来计算遍历的样本暂态波形和当前暂态波形之间的巴氏系数。其中，根据以下公式生成当前暂态波形与故障样本暂态波形之间的巴氏系数B_C(p,q)：

其中，p为故障样本暂态波形；q为当前暂态波形；X为当前暂态波形和故障样本暂态波形所在的定义域；x为定义域X中的随机项。

步骤S2，根据所述巴氏系数计算累积距离，并确定所述当前暂态波形与历史暂态波形的有效匹配次数，以及确定所述累积距离和所述有效匹配次数之间的比例值；可以理解的，当计算得到一个巴氏系数后，可以计算从坐标原点(0,0)到达(样本端点，当前端点)经过的所有点的巴氏系数，并计算累积距离γ。计算得到累积距离后，还需要获取当前暂态波形和样本暂态波形的有效匹配次数r，并计算累积距离和有效匹配次数的比例值

具体实施例中，根据以下公式根据所述巴氏系数计算累积距离γ(i,j)：

γ(i,j)＝B(q_i,c_j)+max{γ(i-1,j-1),γ(i-1,j),γ(i,j-1)

其中，q为当前暂态波形；i为当前暂态波形的端点；c为参考样本，即故障样本暂态波形；j为参考样本的端点。

步骤S3，判断所述累积距离和所述有效匹配次数之间的比例值是否小于预设阈值；若比例值小于预设阈值，则判定当前暂态波形与所述故障样本暂态波形不匹配，继续随机选取下一个故障样本暂态波形，直至确定当前暂态波形的故障类型或选取完所有历史暂态波形数据；若比例值大于或等于预设阈值，则判定所述当前暂态波形中存在故障，并输出预警信息。可以理解的，。

具体实施例中，根据以下公式判断所述累积距离和所述有效匹配次数之间的比例值是否小于预设阈值：

其中，r为γ的有效匹配次数；τ为预设的阈值。

当经过判断发现比例值小于预设阈值，则确定当前暂态波形和遍历的样本暂态波形不匹配，可以继续遍历下一个故障样本暂态波形，直至确定当前暂态波形的故障类型，或遍历完所有的故障样本暂态波形；当经过判断发现累积距离和有效匹配次数之间的比例值大于或等于预设阈值时，则可以直接确定当前暂态波形中存在故障，并将样本暂态波形对应的故障类型作为当前暂态波对应的故障类型，再输出相应的预警信息。

本实施中还包括，预先建立存储所有历史暂态波形数据的样本库，所述样本库中存储故障类型，以及每次故障发生时至故障前设定时间内的历史扰动事件对应的样本波形数据组成每次故障对应的故障过程样本集；所述故障过程样本集中存储多个故障样本暂态波形。可以理解的，样本库是用户提前建立的，根据历史故障数据存储的故障类型及每次发生故障时至发送故障前设定时间内的历史扰动事件对应的样本波形数据及其发生时间信息。也就是说，样本库根据历史故障所建立的不同故障类型的故障过程样本波形数据集组成，每一个故障过程样本数据集包括一次故障发生前设定时间内的历史扰动事件对应的样本波形数据及其发生时间，并且在故障过程样本波形数据集中会存储有多个故障样本暂态波形。

如图2所示，本发明的实施例还提供一种故障检测系统，用以实施所述的故障检测方法，包括：

暂态波形获取模块，用以获取配网线路中扰动事件对应的当前暂态波形，并调取与所述扰动事件对应的所有历史暂态波形数据，随机选取所述历史暂态波形数据中的一个故障样本暂态波形；以及响应于不匹配信号随机选取下一个故障样本暂态波形，直至确定当前暂态波形的故障类型或选取完所有历史暂态波形数据。具体实施例中，所述暂态波形获取模块获取所述配网线路的扰动事件发生时的扰动暂态波形，并获取所述扰动事件发生时至故障发生时的阶段暂态波形，将所述扰动暂态波形和所述阶段暂态波形组成当前暂态波形。

暂态波形处理模块，用以将所述当前暂态波形与故障样本暂态波形比较生成两者之间的巴氏系数；以及根据所述巴氏系数计算累积距离，并确定所述当前暂态波形与历史暂态波形的有效匹配次数，以及确定所述累积距离和所述有效匹配次数之间的比例值；具体实施例中，所述暂态波形处理模块根据以下公式生成当前暂态波形与故障样本暂态波形之间的巴氏系数B_C(p,q)：

其中，p为故障样本暂态波形；q为当前暂态波形；X为当前暂态波形和故障样本暂态波形所在的定义域；x为定义域X中的随机项；

以及根据以下公式根据所述巴氏系数计算累积距离γ(i，j)：

γ(i,j)＝B(q_i,c_j)+max{γ(i-1,j-1),γ(i-1,j),γ(i,j-1)

其中，q为当前暂态波形；i为当前暂态波形的端点；c为参考样本，即故障样本暂态波形；j为参考样本的端点。

故障判断模块，用以判断所述累积距离和所述有效匹配次数之间的比例值是否小于预设阈值；若比例值小于预设阈值，则判定当前暂态波形与所述故障样本暂态波形不匹配，向所述暂态波形获取模块输出不匹配信号；若比例值大于或等于预设阈值，则判定所述当前暂态波形中存在故障，并输出预警信息。

历史样本模块，预先建立存储所有历史暂态波形数据的样本库，所述样本库中存储故障类型，以及每次故障发生时至故障前设定时间内的历史扰动事件对应的样本波形数据组成每次故障对应的故障过程样本集；所述故障过程样本集中存储多个故障样本暂态波形。

综上，实施本发明的实施例，具有如下的有益效果：

本发明提供的故障检测方法及系统，通过获取配网线路扰动事件对应的当前暂态波形，并计算历史样本暂态波形和当前暂态波形之间的巴氏系数，通过巴氏系数计算累积距离以及累积距离和有效匹配次数的比例值大于或等于预设阈值时，确定配网线路存在故障，且故障时该扰动事件，从而提高了检测电路故障的准确性，快速准确地检测到电路是否发生故障，提高了故障检测效率。

以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种故障检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1，获取配网线路中扰动事件对应的当前暂态波形，并调取与所述扰动事件对应的所有历史暂态波形数据，随机选取所述历史暂态波形数据中的一个故障样本暂态波形，将所述当前暂态波形与故障样本暂态波形比较生成两者之间的巴氏系数；

步骤S2，根据所述巴氏系数计算累积距离，并确定所述当前暂态波形与历史暂态波形的有效匹配次数，以及确定所述累积距离和所述有效匹配次数之间的比例值；

步骤S3，判断所述累积距离和所述有效匹配次数之间的比例值是否小于预设阈值；若比例值小于预设阈值，则判定当前暂态波形与所述故障样本暂态波形不匹配，继续随机选取下一个故障样本暂态波形，直至确定当前暂态波形的故障类型或选取完所有历史暂态波形数据；若比例值大于或等于预设阈值，则判定所述当前暂态波形中存在故障，并输出预警信息。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S1包括：获取所述配网线路的扰动事件发生时的扰动暂态波形，并获取所述扰动事件发生时至故障发生时的阶段暂态波形，将所述扰动暂态波形和所述阶段暂态波形组成当前暂态波形。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤S1包括：

根据以下公式生成当前暂态波形与故障样本暂态波形之间的巴氏系数B_C(p,q)：

其中，p为故障样本暂态波形；q为当前暂态波形；X为当前暂态波形和故障样本暂态波形所在的定义域；x为定义域X中的随机项。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤S2包括：

根据以下公式根据所述巴氏系数计算累积距离γ(i,j)：

γ(i,j)＝B(q_i,c_j)+max{γ(i-1,j-1),γ(i-1,j),γ(i,j-1)

其中，q为当前暂态波形；i为当前暂态波形的端点；c为参考样本，即故障样本暂态波形；j为参考样本的端点。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤S3包括：

根据以下公式判断所述累积距离和所述有效匹配次数之间的比例值是否小于预设阈值：

其中，r为γ的有效匹配次数；τ为预设的阈值。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

预先建立存储所有历史暂态波形数据的样本库，所述样本库中存储故障类型，以及每次故障发生时至故障前设定时间内的历史扰动事件对应的样本波形数据组成每次故障对应的故障过程样本集；所述故障过程样本集中存储多个故障样本暂态波形。

7.一种故障检测系统，用以实施如权利要求1-6任一所述的方法，其特征在于，包括：

暂态波形获取模块，用以获取配网线路中扰动事件对应的当前暂态波形，并调取与所述扰动事件对应的所有历史暂态波形数据，随机选取所述历史暂态波形数据中的一个故障样本暂态波形；以及响应于不匹配信号随机选取下一个故障样本暂态波形，直至确定当前暂态波形的故障类型或选取完所有历史暂态波形数据；

暂态波形处理模块，用以将所述当前暂态波形与故障样本暂态波形比较生成两者之间的巴氏系数；以及根据所述巴氏系数计算累积距离，并确定所述当前暂态波形与历史暂态波形的有效匹配次数，以及确定所述累积距离和所述有效匹配次数之间的比例值；

故障判断模块，用以判断所述累积距离和所述有效匹配次数之间的比例值是否小于预设阈值；若比例值小于预设阈值，则判定当前暂态波形与所述故障样本暂态波形不匹配，向所述暂态波形获取模块输出不匹配信号；若比例值大于或等于预设阈值，则判定所述当前暂态波形中存在故障，并输出预警信息。

8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述暂态波形获取模块获取所述配网线路的扰动事件发生时的扰动暂态波形，并获取所述扰动事件发生时至故障发生时的阶段暂态波形，将所述扰动暂态波形和所述阶段暂态波形组成当前暂态波形。

9.如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述暂态波形处理模块根据以下公式生成当前暂态波形与故障样本暂态波形之间的巴氏系数B_C(p,q)：

其中，p为故障样本暂态波形；q为当前暂态波形；X为当前暂态波形和故障样本暂态波形所在的定义域；x为定义域X中的随机项；

以及根据以下公式根据所述巴氏系数计算累积距离γ(i,j)：

γ(i,j)＝B(q_i,c_j)+max{γ(i-1,j-1),γ(i-1,j),γ(i,j-1)

其中，q为当前暂态波形；i为当前暂态波形的端点；c为参考样本，即故障样本暂态波形；j为参考样本的端点。

10.如权利要求9所述的系统，其特征在于，还包括：

历史样本模块，预先建立存储所有历史暂态波形数据的样本库，所述样本库中存储故障类型，以及每次故障发生时至故障前设定时间内的历史扰动事件对应的样本波形数据组成每次故障对应的故障过程样本集；所述故障过程样本集中存储多个故障样本暂态波形。

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