CN112444704A - 一种配电网行波故障定位方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种配电网行波故障定位方法及装置，所述方法包括：提取分析时窗内配电网电压信号的暂态特征并对所述分析时窗内配电网电压信号的暂态特征进行离散化；根据离散化后的暂态特征确定配电网中各区段发生故障的概率；根据所述配电网中各区段发生故障的概率确定所述配电网故障区段；其中，所述配电网电压信号的暂态特征包括：配电网电压信号的故障初始时刻细节系数幅值、配电网电压信号的暂态能量和配电网电压信号的首半波中高频分量与低频分量的比值。本发明提供的技术方案，无需高精度授时，定位可靠性较高，且受故障类型影响较小。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统自动化领域，具体涉及一种配电网行波故障定位方法及装置。
背景技术
中低压配电网一般小电流接地系统，小电流接地系统具有较高的供电可靠性，可在故障后持续运行一段时间；但是，小电流接地系统的故障电流较小，故障定位难度大。
目前，配网故障定位领域研究主要基于稳态量，利用故障指示器或配网自动化终端设备采集到的数据完成故障区段定位。研究人员在此领域开展了大量研究工作，提出BP神经网络、LVQ神经网络、极限学习机的故障定位方法，但这些方法在应用中仍存在许多问题：第一，上述定位方法都需要较多的训练样本，而在实际电网故障定位中难以提供大量历史数据作为训练样本，且算法不直观，难以建立直接映射；第二，受故障类型影响大，在单相接地故障情况下，故障电流幅值低，直接影响了定位可靠性，而单相接地故障占配网总故障的70％以上。
与稳态量定位相比，暂态量定位不受系统接地方式、潮流分布等因素影响，因此，暂态量定位是解决单相接地故障最优的方案。目前配网暂态量监测设备分为两类：第一类是暂态型故障指示器、配网馈线终端，这类设备采样率一般在10kHz以下，主要根据各暂态能量差异确定故障区段，但由于采样率偏低，受故障类型及分支线路影响较大。第二类是配网行波故障定位装置，这类设备采样率较高，一般超过500kHz,与第一类配网暂态量监测设备相比，能更有效地提取暂态信息。此类设备在定位方法上，延续了高压线路行波故障测距的思路，利用行波到达各监测点的时间差完成故障定位，但是这类方法在前期研究中发现存在以下问题：第一，根据时间差需要高精度授时，但受装置成本、现场安装条件限制，授时精度及可靠性均较难以保证；第二，配网线路结构较为复杂，一般都存在多分支线路，但多分支线路会导致行波信号衰减及波形畸变，影响故障定位精度；第三，配网中干扰量较多，静态无功补偿装置、大容量电机的启动都有可能产生干扰，这些干扰量一方面影响暂态行波识别，另一方面,导致装置频繁启动，增加通讯压力。因此，需要发明一种新的配电网行波故障定位方法来解决上述问题。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种无需高精度授时、不受配网线路复杂结构的影响能够进行可靠定位、受故障类型影响较小的配电网行波故障定位方法。
本发明的目的是采用下述技术方案实现的：
一种配电网行波故障定位方法，其改进之处在于，所述方法包括：
提取分析时窗内配电网电压信号的暂态特征并对所述分析时窗内配电网电压信号的暂态特征进行离散化；
根据离散化后的暂态特征确定配电网中各区段发生故障的概率；
根据所述配电网中各区段发生故障的概率确定所述配电网故障区段；
其中，所述配电网电压信号的暂态特征包括：配电网电压信号的故障初始时刻细节系数幅值、配电网电压信号的暂态能量和配电网电压信号的首半波中高频分量与低频分量的比值。
优选的，获取所述分析时窗的过程包括：
利用小波变换将配电网电压信号分解为细节系数和近似系数；
提取所述细节系数的模极大值序列；
基于所述细节系数的模极大值序列，利用模极大值法确定配电网电压信号发生故障的初始时刻t0，并将所述初始时刻t0作为分析时窗的初始时刻；
将初始时刻t0之后模极大值序列中模极大值大于零且小于阈值ζ的首个模极大值对应时刻te作为分析时窗的结束时刻。
进一步的，所述配电网电压信号的暂态能量的获取过程包括：
利用所述细节系数重构所述配电网电压信号的高频分量；
按下式确定配电网电压信号的暂态能量S：
其中，Uhfi为分析时窗内第i个时刻配电网电压信号的高频分量，i∈[t0,te],n为分析时窗的长度，n＝te-t0，te为分析时窗的结束时刻，t0为分析时窗的初始时刻。
进一步的，所述配电网电压信号的首半波中高频部分与低频部分的比值的获取过程包括：
利用所述细节系数重构所述配电网电压信号的高频分量，利用所述近似系数重构所述配电网电压信号的低频分量；
按下式确定配电网电压信号的首半波中高频部分与低频部分的比值P：
其中，Uhfi为分析时窗内第i个时刻配电网电压信号的高频分量，Ulfi为分析时窗内第i个时刻配电网电压信号的低频分量，i∈[t0,te],te为分析时窗的结束时刻，t0为分析时窗的初始时刻。
优选的，所述对所述配电网电压信号的暂态特征进行离散化，包括：
将配电网中所有监测终端监测到的配电网电压信号的暂态特征中故障初始时刻细节系数幅值按照其绝对值的大小进行降序排序，将绝对值最大的前4个监测终端对应的配电网电压信号的暂态特征中故障初始时刻细节系数幅值定义为4、3、2、1，其余监测终端对应的配电网电压信号的暂态特征中故障初始时刻细节系数幅值定义为0；
将配电网中所有监测终端监测到的配电网电压信号的暂态特征中配电网电压信号的暂态能量按照其绝对值的大小进行降序排序，将绝对值最大的前4个监测终端对应的配电网电压信号的暂态特征中暂态能量定义为4、3、2、1，其余监测终端对应的配电网电压信号的暂态特征中暂态能量定义为0；
将配电网中所有监测终端监测到的配电网电压信号的暂态特征中配电网电压信号的首半波中高频分量与低频分量的比值按照绝对值的大小进行降序排序，将绝对值最大的前4个监测终端对应的配电网电压信号的暂态特征中首半波中高频分量与低频分量的比值定义为4、3、2、1，其余监测终端对应的配电网电压信号的暂态特征中首半波中高频分量与低频分量的比值定义为0。
优选的，所述根据离散化后的暂态特征确定配电网中各区段发生故障的概率，包括：
按下式确定区段m发生故障的概率Pm：
其中，dm为区段m线路的长度，D为配电网线路总长度，Pj为与区段m相邻的监测终端j监测到的离散化后的配电网电压信号的暂态特征所对应区段m故障的概率，j∈[1,s],s为与区段m相邻的监测终端的总数量。
进一步的，所述与区段m相邻的监测终端j监测到的配电网电压信号的暂态特征所对应区段m故障的概率Pj的获取过程包括：
按下式确定所述与区段m相邻的监测终端j监测到的离散化后的配电网电压信号的暂态特征所对应区段m故障的概率Pj：
其中，Pj1为与区段m相邻的监测终端j监测到的离散化后的配电网电压信号的暂态特征中故障初始时刻细节系数幅值所对应区段m故障的概率，
为与区段m相邻的监测终端j监测到的离散化后的配电网电压信号的暂态特征中配电网电压信号的暂态能量所对应区段m故障的概率，
为与区段m相邻的监测终端j监测到的离散化后的配电网电压信号的暂态特征中配电网电压信号的首半波中高频分量与低频分量的比值所对应区段m故障的概率。
进一步的，当与区段m相邻的监测终端j监测到的离散化后的配电网电压信号的暂态特征中故障初始时刻细节系数幅值为4时，与区段m相邻的监测终端j监测到的离散化后的配电网电压信号的暂态特征中故障初始时刻细节系数幅值所对应区段m故障的概率
当与区段m相邻的监测终端j监测到的离散化后的配电网电压信号的暂态特征中故障初始时刻细节系数幅值为3时，与区段m相邻的监测终端j监测到的离散化后的配电网电压信号的暂态特征中故障初始时刻细节系数幅值所对应区段m故障的概率
当与区段m相邻的监测终端j监测到的离散化后的配电网电压信号的暂态特征中故障初始时刻细节系数幅值为2时，与区段m相邻的监测终端j监测到的离散化后的配电网电压信号的暂态特征中故障初始时刻细节系数幅值所对应区段m故障的概率
当与区段m相邻的监测终端j监测到的离散化后的配电网电压信号的暂态特征中故障初始时刻细节系数幅值为1时，与区段m相邻的监测终端j监测到的离散化后的配电网电压信号的暂态特征中故障初始时刻细节系数幅值所对应区段m故障的概率
当与区段m相邻的监测终端j监测到的离散化后的配电网电压信号的暂态特征中故障初始时刻细节系数幅值为0时，与区段m相邻的监测终端j监测到的离散化后的配电网电压信号的暂态特征中故障初始时刻细节系数幅值所对应区段m故障的概率0；
当与区段m相邻的监测终端j监测到的离散化后的配电网电压信号的暂态特征中配电网电压信号的暂态能量为4时，与区段m相邻的监测终端j监测到的离散化后的配电网电压信号的暂态特征中配电网电压信号的暂态能量所对应区段m故障的概率
当与区段m相邻的监测终端j监测到的离散化后的配电网电压信号的暂态特征中配电网电压信号的暂态能量为3时，与区段m相邻的监测终端j监测到的离散化后的配电网电压信号的暂态特征中配电网电压信号的暂态能量所对应区段m故障的概率
当与区段m相邻的监测终端j监测到的离散化后的配电网电压信号的暂态特征中配电网电压信号的暂态能量为2时，与区段m相邻的监测终端j监测到的离散化后的配电网电压信号的暂态特征中配电网电压信号的暂态能量所对应区段m故障的概率
当与区段m相邻的监测终端j监测到的离散化后的配电网电压信号的暂态特征中配电网电压信号的暂态能量为1时，与区段m相邻的监测终端j监测到的离散化后的配电网电压信号的暂态特征中配电网电压信号的暂态能量所对应区段m故障的概率
当与区段m相邻的监测终端j监测到的离散化后的配电网电压信号的暂态特征中配电网电压信号的暂态能量幅值为0时，与区段m相邻的监测终端j监测到的离散化后的配电网电压信号的暂态特征中配电网电压信号的暂态能量所对应区段m故障的概率0；
当与区段m相邻的监测终端j监测到的离散化后的配电网电压信号的暂态特征中配电网电压信号的首半波中高频分量与低频分量的比值为4时，与区段m相邻的监测终端j监测到的离散化后的配电网电压信号的暂态特征中配电网电压信号的首半波中高频分量与低频分量的比值所对应区段m故障的概率
当与区段m相邻的监测终端j监测到的离散化后的配电网电压信号的暂态特征中配电网电压信号的首半波中高频分量与低频分量的比值为3时，与区段m相邻的监测终端j监测到的离散化后的配电网电压信号的暂态特征中配电网电压信号的首半波中高频分量与低频分量的比值所对应区段m故障的概率
当与区段m相邻的监测终端j监测到的离散化后的配电网电压信号的暂态特征中配电网电压信号的首半波中高频分量与低频分量的比值为2时，与区段m相邻的监测终端j监测到的离散化后的配电网电压信号的暂态特征中配电网电压信号的首半波中高频分量与低频分量的比值所对应区段m故障的概率
当与区段m相邻的监测终端j监测到的离散化后的配电网电压信号的暂态特征中配电网电压信号的首半波中高频分量与低频分量的比值为1时，与区段m相邻的监测终端j监测到的离散化后的配电网电压信号的暂态特征中配电网电压信号的首半波中高频分量与低频分量的比值所对应区段m故障的概率
当与区段m相邻的监测终端j监测到的离散化后的配电网电压信号的暂态特征中配电网电压信号的首半波中高频分量与低频分量的比值为0时，与区段m相邻的监测终端j监测到的离散化后的配电网电压信号的暂态特征中配电网电压信号的首半波中高频分量与低频分量的比值所对应区段m故障的概率0；
其中，s为与区段m相邻的监测终端的总数量。
优选的，所述根据所述配电网中各区段发生故障的概率确定所述配电网故障区段，包括：
获取发生故障的概率最大的区段，则发生故障的概率最大的区段为所述配电网故障区段。
优选的，所述根据所述配电网中各区段发生故障的概率确定所述配电网故障区段之后，包括：
采用单端行波法在所述配电网故障区段中确定所述配电网的故障点。
一种配电网行波故障定位装置，其改进之处在于，所述装置包括：
数据处理单元，用于提取分析时窗内配电网电压信号的暂态特征并对所述分析时窗内配电网电压信号的暂态特征进行离散化；
第一确定单元，用于根据离散化后的暂态特征确定配电网中各区段发生故障的概率；
第二确定单元，用于根据所述配电网中各区段发生故障的概率确定所述配电网故障区段；
其中，所述配电网电压信号的暂态特征包括：配电网电压信号的故障初始时刻细节系数幅值、配电网电压信号的暂态能量和配电网电压信号的首半波中高频分量与低频分量的比值。
与最接近的现有技术相比，本发明具有的有益效果：
本发明提供的技术方案，提取分析时窗内配电网电压信号的暂态特征并对所述分析时窗内配电网电压信号的暂态特征进行离散化；根据离散化后的暂态特征确定配电网中各区段发生故障的概率；根据所述配电网中各区段发生故障的概率确定所述配电网故障区段；其中，所述配电网电压信号的暂态特征包括：配电网电压信号的故障初始时刻细节系数幅值、配电网电压信号的暂态能量和配电网电压信号的首半波中高频分量与低频分量的比值。基于本发明提供的技术方案，采用变时窗设计，与传统定时窗相比，可以重点提取故障初始时刻后暂态特征较为明显的一段数据进行定位计算，有利于提高定位的精度和可靠性。本发明提供的技术方案，无需高精度授时、不受配网线路复杂结构的影响能够进行可靠定位、受故障类型影响较小。
附图说明
图1是本发明提供的一种配电网行波故障定位方法流程图；
图2是本发明实施例提供的分析时窗示意图；
图3是本发明实施例提供的配电网线路分段示意图；
图4是本发明提供的一种配电网行波故障定位装置结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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它实施例，都属于本发明保护的范围。
本实施例提供了一种配电网行波故障定位方法，如图1所示，包括：
101.提取分析时窗内配电网电压信号的暂态特征并对所述分析时窗内配电网电压信号的暂态特征进行离散化；
102.根据离散化后的暂态特征确定配电网中各区段发生故障的概率；
103根据所述配电网中各区段发生故障的概率确定所述配电网故障区段；
其中，所述配电网电压信号的暂态特征包括：配电网电压信号的故障初始时刻细节系数幅值、配电网电压信号的暂态能量和配电网电压信号的首半波中高频分量与低频分量的比值。
获取所述分析时窗的过程包括：
利用小波变换将配电网电压信号分解为细节系数和近似系数；
提取所述细节系数的模极大值序列；
基于所述细节系数的模极大值序列，利用模极大值法确定配电网电压信号发生故障的初始时刻t0，并将所述初始时刻t0作为分析时窗的初始时刻；
将初始时刻t0之后模极大值序列中模极大值大于零且小于阈值ζ的首个模极大值对应时刻te作为分析时窗的结束时刻。如图2所示，故障初始时刻3066即为分析时窗的初始时刻t0，谐振结束时刻3140即为分析时窗的结束时刻te。
获取所述配电网电压信号的暂态特征包括：获取所述配电网电压信号的故障初始时刻细节系数幅值的过程、获取所述配电网电压信号的暂态能量的过程和获取所述配电网电压信号的首半波中高频分量与低频分量的比值的过程。
其中，所述配电网电压信号的故障初始时刻细节系数幅值为根据小波变换获得的细节系数获取，所述配电网电压信号的故障初始时刻细节系数幅值即为故障初始幅值，该暂态特征能够准确体现故障瞬时信号的突变程度。
所述配电网电压信号的暂态能量的过程的获取过程包括：
利用所述细节系数重构所述配电网电压信号的高频分量；
按下式确定配电网电压信号的暂态能量S：
其中，Uhfi为分析时窗内第i个时刻配电网电压信号的高频分量，i∈[t0,te],n为分析时窗的长度，n＝te-t0，te为分析时窗的结束时刻，t0为分析时窗的初始时刻。
所述配电网电压信号的首半波中高频部分与低频部分的比值的获取过程包括：
利用所述细节系数重构所述配电网电压信号的高频分量，利用所述近似系数重构所述配电网电压信号的低频分量；
按下式确定配电网电压信号的首半波中高频部分与低频部分的比值P：
其中，Uhfi为分析时窗内第i个时刻配电网电压信号的高频分量，Ulfi为分析时窗内第i个时刻配电网电压信号的低频分量，i∈[t0,te],te为分析时窗的结束时刻，t0为分析时窗的初始时刻。
获取了配电网电压信号的暂态特征之后，需对所述配电网电压信号的暂态特征进行离散化，包括：
将配电网中所有监测终端监测到的配电网电压信号的暂态特征中故障初始时刻细节系数幅值按照其绝对值的大小进行降序排序，将绝对值最大的前4个监测终端对应的配电网电压信号的暂态特征中故障初始时刻细节系数幅值定义为4、3、2、1，其余监测终端对应的配电网电压信号的暂态特征中故障初始时刻细节系数幅值定义为0；
将配电网中所有监测终端监测到的配电网电压信号的暂态特征中配电网电压信号的暂态能量按照其绝对值的大小进行降序排序，将绝对值最大的前4个监测终端对应的配电网电压信号的暂态特征中暂态能量定义为4、3、2、1，其余监测终端对应的配电网电压信号的暂态特征中暂态能量定义为0；
将配电网中所有监测终端监测到的配电网电压信号的暂态特征中配电网电压信号的首半波中高频分量与低频分量的比值按照绝对值的大小进行降序排序，将绝对值最大的前4个监测终端对应的配电网电压信号的暂态特征中首半波中高频分量与低频分量的比值定义为4、3、2、1，其余监测终端对应的配电网电压信号的暂态特征中首半波中高频分量与低频分量的比值定义为0。
本实施例中，在对所述配电网电压信号的暂态特征进行离散化之前，可以对配电网线路进行分段，分段方式为两个或三个监测终端之间构成一个线路区段，如图3所示，通过n个监测终端将配电网线路分为m个区段。
对所述配电网电压信号的暂态特征进行离散化之后，需根据离散化后的暂态特征确定配电网中各区段发生故障的概率，因此，所述步骤102包括：
按下式确定区段m发生故障的概率Pm：
其中，dm为区段m线路的长度，D为配电网线路总长度，Pj为与区段m相邻的监测终端j监测到的离散化后的配电网电压信号的暂态特征所对应区段m故障的概率，j∈[1,s],s为与区段m相邻的监测终端的总数量。
所述与区段m相邻的监测终端j监测到的配电网电压信号的暂态特征所对应区段m故障的概率Pj的获取过程包括：
按下式确定所述与区段m相邻的监测终端j监测到的离散化后的配电网电压信号的暂态特征所对应区段m故障的概率Pj：
其中，Pj1为与区段m相邻的监测终端j监测到的离散化后的配电网电压信号的暂态特征中故障初始时刻细节系数幅值所对应区段m故障的概率，
为与区段m相邻的监测终端j监测到的离散化后的配电网电压信号的暂态特征中配电网电压信号的暂态能量所对应区段m故障的概率，
为与区段m相邻的监测终端j监测到的离散化后的配电网电压信号的暂态特征中配电网电压信号的首半波中高频分量与低频分量的比值所对应区段m故障的概率。
当与区段m相邻的监测终端j监测到的离散化后的配电网电压信号的暂态特征中故障初始时刻细节系数幅值为4时，与区段m相邻的监测终端j监测到的离散化后的配电网电压信号的暂态特征中故障初始时刻细节系数幅值所对应区段m故障的概率
当与区段m相邻的监测终端j监测到的离散化后的配电网电压信号的暂态特征中故障初始时刻细节系数幅值为3时，与区段m相邻的监测终端j监测到的离散化后的配电网电压信号的暂态特征中故障初始时刻细节系数幅值所对应区段m故障的概率
当与区段m相邻的监测终端j监测到的离散化后的配电网电压信号的暂态特征中故障初始时刻细节系数幅值为2时，与区段m相邻的监测终端j监测到的离散化后的配电网电压信号的暂态特征中故障初始时刻细节系数幅值所对应区段m故障的概率
当与区段m相邻的监测终端j监测到的离散化后的配电网电压信号的暂态特征中故障初始时刻细节系数幅值为1时，与区段m相邻的监测终端j监测到的离散化后的配电网电压信号的暂态特征中故障初始时刻细节系数幅值所对应区段m故障的概率
当与区段m相邻的监测终端j监测到的离散化后的配电网电压信号的暂态特征中故障初始时刻细节系数幅值为0时，与区段m相邻的监测终端j监测到的离散化后的配电网电压信号的暂态特征中故障初始时刻细节系数幅值所对应区段m故障的概率0；
当与区段m相邻的监测终端j监测到的离散化后的配电网电压信号的暂态特征中配电网电压信号的暂态能量为4时，与区段m相邻的监测终端j监测到的离散化后的配电网电压信号的暂态特征中配电网电压信号的暂态能量所对应区段m故障的概率
当与区段m相邻的监测终端j监测到的离散化后的配电网电压信号的暂态特征中配电网电压信号的暂态能量为3时，与区段m相邻的监测终端j监测到的离散化后的配电网电压信号的暂态特征中配电网电压信号的暂态能量所对应区段m故障的概率
当与区段m相邻的监测终端j监测到的离散化后的配电网电压信号的暂态特征中配电网电压信号的暂态能量为2时，与区段m相邻的监测终端j监测到的离散化后的配电网电压信号的暂态特征中配电网电压信号的暂态能量所对应区段m故障的概率
当与区段m相邻的监测终端j监测到的离散化后的配电网电压信号的暂态特征中配电网电压信号的暂态能量为1时，与区段m相邻的监测终端j监测到的离散化后的配电网电压信号的暂态特征中配电网电压信号的暂态能量所对应区段m故障的概率
当与区段m相邻的监测终端j监测到的离散化后的配电网电压信号的暂态特征中配电网电压信号的暂态能量幅值为0时，与区段m相邻的监测终端j监测到的离散化后的配电网电压信号的暂态特征中配电网电压信号的暂态能量所对应区段m故障的概率0；
当与区段m相邻的监测终端j监测到的离散化后的配电网电压信号的暂态特征中配电网电压信号的首半波中高频分量与低频分量的比值为4时，与区段m相邻的监测终端j监测到的离散化后的配电网电压信号的暂态特征中配电网电压信号的首半波中高频分量与低频分量的比值所对应区段m故障的概率
当与区段m相邻的监测终端j监测到的离散化后的配电网电压信号的暂态特征中配电网电压信号的首半波中高频分量与低频分量的比值为3时，与区段m相邻的监测终端j监测到的离散化后的配电网电压信号的暂态特征中配电网电压信号的首半波中高频分量与低频分量的比值所对应区段m故障的概率
当与区段m相邻的监测终端j监测到的离散化后的配电网电压信号的暂态特征中配电网电压信号的首半波中高频分量与低频分量的比值为2时，与区段m相邻的监测终端j监测到的离散化后的配电网电压信号的暂态特征中配电网电压信号的首半波中高频分量与低频分量的比值所对应区段m故障的概率
当与区段m相邻的监测终端j监测到的离散化后的配电网电压信号的暂态特征中配电网电压信号的首半波中高频分量与低频分量的比值为1时，与区段m相邻的监测终端j监测到的离散化后的配电网电压信号的暂态特征中配电网电压信号的首半波中高频分量与低频分量的比值所对应区段m故障的概率
当与区段m相邻的监测终端j监测到的离散化后的配电网电压信号的暂态特征中配电网电压信号的首半波中高频分量与低频分量的比值为0时，与区段m相邻的监测终端j监测到的离散化后的配电网电压信号的暂态特征中配电网电压信号的首半波中高频分量与低频分量的比值所对应区段m故障的概率0；
其中，s为与区段m相邻的监测终端的总数量。
根据离散化后的暂态特征确定配电网中各区段发生故障的概率之后，需根据所述配电网中各区段发生故障的概率确定所述配电网故障区段，因此，所述步骤103包括获取发生故障的概率最大的区段，则发生故障的概率最大的区段为所述配电网故障区段。
在根据所述配电网中各区段发生故障的概率确定所述配电网故障区段之后，还可包括：
采用单端行波法在所述配电网故障区段中确定所述配电网的故障点。
基于上述方法的同一构思，本发明还提供一种配电网行波故障定位装置，如图4所示，所述装置包括：
数据处理单元，用于提取分析时窗内配电网电压信号的暂态特征并对所述分析时窗内配电网电压信号的暂态特征进行离散化；
第一确定单元，用于根据离散化后的暂态特征确定配电网中各区段发生故障的概率；
第二确定单元，用于根据所述配电网中各区段发生故障的概率确定所述配电网故障区段；
其中，所述配电网电压信号的暂态特征包括：配电网电压信号的故障初始时刻细节系数幅值、配电网电压信号的暂态能量和配电网电压信号的首半波中高频分量与低频分量的比值。
在所述数据处理单元中，包括：获取模块，用于获取所述分析时窗；
所述获取模块包括：
分解子模块，用于利用小波变换将配电网电压信号分解为细节系数和近似系数；
提取子模块，用于提取所述细节系数的模极大值序列；
第一确定子模块，用于基于所述细节系数的模极大值序列，利用模极大值法确定配电网电压信号发生故障的初始时刻t0，并将所述初始时刻t0作为分析时窗的初始时刻；
第二确定子模块，用于将初始时刻t0之后模极大值序列中模极大值大于零且小于阈值ζ的首个模极大值对应时刻te作为分析时窗的结束时刻。
所述配电网电压信号的暂态能量的获取过程包括：
利用所述细节系数重构所述配电网电压信号的高频分量；
按下式确定配电网电压信号的暂态能量S：
其中，Uhfi为分析时窗内第i个时刻配电网电压信号的高频分量，i∈[t0,te],n为分析时窗的长度，n＝te-t0，te为分析时窗的结束时刻，t0为分析时窗的初始时刻。
所述配电网电压信号的首半波中高频部分与低频部分的比值的获取过程包括：
利用所述细节系数重构所述配电网电压信号的高频分量，利用所述近似系数重构所述配电网电压信号的低频分量；
按下式确定配电网电压信号的首半波中高频部分与低频部分的比值P：
其中，Uhfi为分析时窗内第i个时刻配电网电压信号的高频分量，Ulfi为分析时窗内第i个时刻配电网电压信号的低频分量，i∈[t0,te],te为分析时窗的结束时刻，t0为分析时窗的初始时刻。
所述数据处理单元，具体用于：
将配电网中所有监测终端监测到的配电网电压信号的暂态特征中故障初始时刻细节系数幅值按照其绝对值的大小进行降序排序，将绝对值最大的前4个监测终端对应的配电网电压信号的暂态特征中故障初始时刻细节系数幅值定义为4、3、2、1，其余监测终端对应的配电网电压信号的暂态特征中故障初始时刻细节系数幅值定义为0；
将配电网中所有监测终端监测到的配电网电压信号的暂态特征中配电网电压信号的暂态能量按照其绝对值的大小进行降序排序，将绝对值最大的前4个监测终端对应的配电网电压信号的暂态特征中暂态能量定义为4、3、2、1，其余监测终端对应的配电网电压信号的暂态特征中暂态能量定义为0；
将配电网中所有监测终端监测到的配电网电压信号的暂态特征中配电网电压信号的首半波中高频分量与低频分量的比值按照绝对值的大小进行降序排序，将绝对值最大的前4个监测终端对应的配电网电压信号的暂态特征中首半波中高频分量与低频分量的比值定义为4、3、2、1，其余监测终端对应的配电网电压信号的暂态特征中首半波中高频分量与低频分量的比值定义为0。
所述第一确定单元，具体用于：
按下式确定区段m发生故障的概率Pm：
其中，dm为区段m线路的长度，D为配电网线路总长度，Pj为与区段m相邻的监测终端j监测到的离散化后的配电网电压信号的暂态特征所对应区段m故障的概率，j∈[1,s],s为与区段m相邻的监测终端的总数量。
所述与区段m相邻的监测终端j监测到的配电网电压信号的暂态特征所对应区段m故障的概率Pj的获取过程包括：
按下式确定所述与区段m相邻的监测终端j监测到的离散化后的配电网电压信号的暂态特征所对应区段m故障的概率Pj：
其中，Pj1为与区段m相邻的监测终端j监测到的离散化后的配电网电压信号的暂态特征中故障初始时刻细节系数幅值所对应区段m故障的概率，
为与区段m相邻的监测终端j监测到的离散化后的配电网电压信号的暂态特征中配电网电压信号的暂态能量所对应区段m故障的概率，
为与区段m相邻的监测终端j监测到的离散化后的配电网电压信号的暂态特征中配电网电压信号的首半波中高频分量与低频分量的比值所对应区段m故障的概率。
当与区段m相邻的监测终端j监测到的离散化后的配电网电压信号的暂态特征中故障初始时刻细节系数幅值为4时，与区段m相邻的监测终端j监测到的离散化后的配电网电压信号的暂态特征中故障初始时刻细节系数幅值所对应区段m故障的概率
当与区段m相邻的监测终端j监测到的离散化后的配电网电压信号的暂态特征中故障初始时刻细节系数幅值为3时，与区段m相邻的监测终端j监测到的离散化后的配电网电压信号的暂态特征中故障初始时刻细节系数幅值所对应区段m故障的概率
当与区段m相邻的监测终端j监测到的离散化后的配电网电压信号的暂态特征中故障初始时刻细节系数幅值为2时，与区段m相邻的监测终端j监测到的离散化后的配电网电压信号的暂态特征中故障初始时刻细节系数幅值所对应区段m故障的概率
当与区段m相邻的监测终端j监测到的离散化后的配电网电压信号的暂态特征中故障初始时刻细节系数幅值为1时，与区段m相邻的监测终端j监测到的离散化后的配电网电压信号的暂态特征中故障初始时刻细节系数幅值所对应区段m故障的概率
当与区段m相邻的监测终端j监测到的离散化后的配电网电压信号的暂态特征中故障初始时刻细节系数幅值为0时，与区段m相邻的监测终端j监测到的离散化后的配电网电压信号的暂态特征中故障初始时刻细节系数幅值所对应区段m故障的概率0；
当与区段m相邻的监测终端j监测到的离散化后的配电网电压信号的暂态特征中配电网电压信号的暂态能量为4时，与区段m相邻的监测终端j监测到的离散化后的配电网电压信号的暂态特征中配电网电压信号的暂态能量所对应区段m故障的概率
当与区段m相邻的监测终端j监测到的离散化后的配电网电压信号的暂态特征中配电网电压信号的暂态能量为3时，与区段m相邻的监测终端j监测到的离散化后的配电网电压信号的暂态特征中配电网电压信号的暂态能量所对应区段m故障的概率
当与区段m相邻的监测终端j监测到的离散化后的配电网电压信号的暂态特征中配电网电压信号的暂态能量为2时，与区段m相邻的监测终端j监测到的离散化后的配电网电压信号的暂态特征中配电网电压信号的暂态能量所对应区段m故障的概率
当与区段m相邻的监测终端j监测到的离散化后的配电网电压信号的暂态特征中配电网电压信号的暂态能量为1时，与区段m相邻的监测终端j监测到的离散化后的配电网电压信号的暂态特征中配电网电压信号的暂态能量所对应区段m故障的概率
当与区段m相邻的监测终端j监测到的离散化后的配电网电压信号的暂态特征中配电网电压信号的暂态能量幅值为0时，与区段m相邻的监测终端j监测到的离散化后的配电网电压信号的暂态特征中配电网电压信号的暂态能量所对应区段m故障的概率0；
当与区段m相邻的监测终端j监测到的离散化后的配电网电压信号的暂态特征中配电网电压信号的首半波中高频分量与低频分量的比值为4时，与区段m相邻的监测终端j监测到的离散化后的配电网电压信号的暂态特征中配电网电压信号的首半波中高频分量与低频分量的比值所对应区段m故障的概率
当与区段m相邻的监测终端j监测到的离散化后的配电网电压信号的暂态特征中配电网电压信号的首半波中高频分量与低频分量的比值为3时，与区段m相邻的监测终端j监测到的离散化后的配电网电压信号的暂态特征中配电网电压信号的首半波中高频分量与低频分量的比值所对应区段m故障的概率
当与区段m相邻的监测终端j监测到的离散化后的配电网电压信号的暂态特征中配电网电压信号的首半波中高频分量与低频分量的比值为2时，与区段m相邻的监测终端j监测到的离散化后的配电网电压信号的暂态特征中配电网电压信号的首半波中高频分量与低频分量的比值所对应区段m故障的概率
当与区段m相邻的监测终端j监测到的离散化后的配电网电压信号的暂态特征中配电网电压信号的首半波中高频分量与低频分量的比值为1时，与区段m相邻的监测终端j监测到的离散化后的配电网电压信号的暂态特征中配电网电压信号的首半波中高频分量与低频分量的比值所对应区段m故障的概率
当与区段m相邻的监测终端j监测到的离散化后的配电网电压信号的暂态特征中配电网电压信号的首半波中高频分量与低频分量的比值为0时，与区段m相邻的监测终端j监测到的离散化后的配电网电压信号的暂态特征中配电网电压信号的首半波中高频分量与低频分量的比值所对应区段m故障的概率0；
其中，s为与区段m相邻的监测终端的总数量
所述第二确定单元，具体用于：
获取发生故障的概率最大的区段，则发生故障的概率最大的区段为所述配电网故障区段。
所述第二确定单元之后，还包括：
第三确定单元，用于采用单端行波法在所述配电网故障区段中确定所述配电网的故障点。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (11)
1.一种配电网行波故障定位方法，其特征在于，所述方法包括：
提取分析时窗内配电网电压信号的暂态特征并对所述分析时窗内配电网电压信号的暂态特征进行离散化；
根据离散化后的暂态特征确定配电网中各区段发生故障的概率；
根据所述配电网中各区段发生故障的概率确定所述配电网故障区段；
其中，所述配电网电压信号的暂态特征包括：配电网电压信号的故障初始时刻细节系数幅值、配电网电压信号的暂态能量和配电网电压信号的首半波中高频分量与低频分量的比值。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，获取所述分析时窗的过程包括：
利用小波变换将配电网电压信号分解为细节系数和近似系数；
提取所述细节系数的模极大值序列；
基于所述细节系数的模极大值序列，利用模极大值法确定配电网电压信号发生故障的初始时刻t0，并将所述初始时刻t0作为分析时窗的初始时刻；
将初始时刻t0之后模极大值序列中模极大值大于零且小于阈值ζ的首个模极大值对应时刻te作为分析时窗的结束时刻。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述配电网电压信号的暂态能量的获取过程包括：
利用所述细节系数重构所述配电网电压信号的高频分量；
按下式确定配电网电压信号的暂态能量S：
其中，Uhfi为分析时窗内第i个时刻配电网电压信号的高频分量，i∈[t0,te],n为分析时窗的长度，n＝te-t0，te为分析时窗的结束时刻，t0为分析时窗的初始时刻。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述配电网电压信号的首半波中高频部分与低频部分的比值的获取过程包括：
利用所述细节系数重构所述配电网电压信号的高频分量，利用所述近似系数重构所述配电网电压信号的低频分量；
按下式确定配电网电压信号的首半波中高频部分与低频部分的比值P：
其中，Uhfi为分析时窗内第i个时刻配电网电压信号的高频分量，Ulfi为分析时窗内第i个时刻配电网电压信号的低频分量，i∈[t0,te],te为分析时窗的结束时刻，t0为分析时窗的初始时刻。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述配电网电压信号的暂态特征进行离散化，包括：
将配电网中所有监测终端监测到的配电网电压信号的暂态特征中故障初始时刻细节系数幅值按照其绝对值的大小进行降序排序，将绝对值最大的前4个监测终端对应的配电网电压信号的暂态特征中故障初始时刻细节系数幅值定义为4、3、2、1，其余监测终端对应的配电网电压信号的暂态特征中故障初始时刻细节系数幅值定义为0；
将配电网中所有监测终端监测到的配电网电压信号的暂态特征中配电网电压信号的暂态能量按照其绝对值的大小进行降序排序，将绝对值最大的前4个监测终端对应的配电网电压信号的暂态特征中暂态能量定义为4、3、2、1，其余监测终端对应的配电网电压信号的暂态特征中暂态能量定义为0；
将配电网中所有监测终端监测到的配电网电压信号的暂态特征中配电网电压信号的首半波中高频分量与低频分量的比值按照绝对值的大小进行降序排序，将绝对值最大的前4个监测终端对应的配电网电压信号的暂态特征中首半波中高频分量与低频分量的比值定义为4、3、2、1，其余监测终端对应的配电网电压信号的暂态特征中首半波中高频分量与低频分量的比值定义为0。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据离散化后的暂态特征确定配电网中各区段发生故障的概率，包括：
按下式确定区段m发生故障的概率Pm：
其中，dm为区段m线路的长度，D为配电网线路总长度，Pj为与区段m相邻的监测终端j监测到的离散化后的配电网电压信号的暂态特征所对应区段m故障的概率，j∈[1,s],s为与区段m相邻的监测终端的总数量。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述与区段m相邻的监测终端j监测到的配电网电压信号的暂态特征所对应区段m故障的概率Pj的获取过程包括：
按下式确定所述与区段m相邻的监测终端j监测到的离散化后的配电网电压信号的暂态特征所对应区段m故障的概率Pj：
其中，Pj1为与区段m相邻的监测终端j监测到的离散化后的配电网电压信号的暂态特征中故障初始时刻细节系数幅值所对应区段m故障的概率，
为与区段m相邻的监测终端j监测到的离散化后的配电网电压信号的暂态特征中配电网电压信号的暂态能量所对应区段m故障的概率，
为与区段m相邻的监测终端j监测到的离散化后的配电网电压信号的暂态特征中配电网电压信号的首半波中高频分量与低频分量的比值所对应区段m故障的概率。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，当与区段m相邻的监测终端j监测到的离散化后的配电网电压信号的暂态特征中故障初始时刻细节系数幅值为4时，与区段m相邻的监测终端j监测到的离散化后的配电网电压信号的暂态特征中故障初始时刻细节系数幅值所对应区段m故障的概率
当与区段m相邻的监测终端j监测到的离散化后的配电网电压信号的暂态特征中故障初始时刻细节系数幅值为3时，与区段m相邻的监测终端j监测到的离散化后的配电网电压信号的暂态特征中故障初始时刻细节系数幅值所对应区段m故障的概率
当与区段m相邻的监测终端j监测到的离散化后的配电网电压信号的暂态特征中故障初始时刻细节系数幅值为2时，与区段m相邻的监测终端j监测到的离散化后的配电网电压信号的暂态特征中故障初始时刻细节系数幅值所对应区段m故障的概率
当与区段m相邻的监测终端j监测到的离散化后的配电网电压信号的暂态特征中故障初始时刻细节系数幅值为1时，与区段m相邻的监测终端j监测到的离散化后的配电网电压信号的暂态特征中故障初始时刻细节系数幅值所对应区段m故障的概率
当与区段m相邻的监测终端j监测到的离散化后的配电网电压信号的暂态特征中故障初始时刻细节系数幅值为0时，与区段m相邻的监测终端j监测到的离散化后的配电网电压信号的暂态特征中故障初始时刻细节系数幅值所对应区段m故障的概率0；
当与区段m相邻的监测终端j监测到的离散化后的配电网电压信号的暂态特征中配电网电压信号的暂态能量为4时，与区段m相邻的监测终端j监测到的离散化后的配电网电压信号的暂态特征中配电网电压信号的暂态能量所对应区段m故障的概率
当与区段m相邻的监测终端j监测到的离散化后的配电网电压信号的暂态特征中配电网电压信号的暂态能量为3时，与区段m相邻的监测终端j监测到的离散化后的配电网电压信号的暂态特征中配电网电压信号的暂态能量所对应区段m故障的概率
当与区段m相邻的监测终端j监测到的离散化后的配电网电压信号的暂态特征中配电网电压信号的暂态能量为2时，与区段m相邻的监测终端j监测到的离散化后的配电网电压信号的暂态特征中配电网电压信号的暂态能量所对应区段m故障的概率
当与区段m相邻的监测终端j监测到的离散化后的配电网电压信号的暂态特征中配电网电压信号的暂态能量为1时，与区段m相邻的监测终端j监测到的离散化后的配电网电压信号的暂态特征中配电网电压信号的暂态能量所对应区段m故障的概率
当与区段m相邻的监测终端j监测到的离散化后的配电网电压信号的暂态特征中配电网电压信号的暂态能量幅值为0时，与区段m相邻的监测终端j监测到的离散化后的配电网电压信号的暂态特征中配电网电压信号的暂态能量所对应区段m故障的概率0；
当与区段m相邻的监测终端j监测到的离散化后的配电网电压信号的暂态特征中配电网电压信号的首半波中高频分量与低频分量的比值为4时，与区段m相邻的监测终端j监测到的离散化后的配电网电压信号的暂态特征中配电网电压信号的首半波中高频分量与低频分量的比值所对应区段m故障的概率
当与区段m相邻的监测终端j监测到的离散化后的配电网电压信号的暂态特征中配电网电压信号的首半波中高频分量与低频分量的比值为3时，与区段m相邻的监测终端j监测到的离散化后的配电网电压信号的暂态特征中配电网电压信号的首半波中高频分量与低频分量的比值所对应区段m故障的概率
当与区段m相邻的监测终端j监测到的离散化后的配电网电压信号的暂态特征中配电网电压信号的首半波中高频分量与低频分量的比值为2时，与区段m相邻的监测终端j监测到的离散化后的配电网电压信号的暂态特征中配电网电压信号的首半波中高频分量与低频分量的比值所对应区段m故障的概率
当与区段m相邻的监测终端j监测到的离散化后的配电网电压信号的暂态特征中配电网电压信号的首半波中高频分量与低频分量的比值为1时，与区段m相邻的监测终端j监测到的离散化后的配电网电压信号的暂态特征中配电网电压信号的首半波中高频分量与低频分量的比值所对应区段m故障的概率
当与区段m相邻的监测终端j监测到的离散化后的配电网电压信号的暂态特征中配电网电压信号的首半波中高频分量与低频分量的比值为0时，与区段m相邻的监测终端j监测到的离散化后的配电网电压信号的暂态特征中配电网电压信号的首半波中高频分量与低频分量的比值所对应区段m故障的概率0；
其中，s为与区段m相邻的监测终端的总数量。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述配电网中各区段发生故障的概率确定所述配电网故障区段，包括：
获取发生故障的概率最大的区段，则发生故障的概率最大的区段为所述配电网故障区段。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述配电网中各区段发生故障的概率确定所述配电网故障区段之后，包括：
采用单端行波法在所述配电网故障区段中确定所述配电网的故障点。
11.一种配电网行波故障定位装置，其特征在于，所述装置包括：
数据处理单元，用于提取分析时窗内配电网电压信号的暂态特征并对所述分析时窗内配电网电压信号的暂态特征进行离散化；
第一确定单元，用于根据离散化后的暂态特征确定配电网中各区段发生故障的概率；
第二确定单元，用于根据所述配电网中各区段发生故障的概率确定所述配电网故障区段；
其中，所述配电网电压信号的暂态特征包括：配电网电压信号的故障初始时刻细节系数幅值、配电网电压信号的暂态能量和配电网电压信号的首半波中高频分量与低频分量的比值。
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| CN201910803230.4A CN112444704A (zh) | 2019-08-28 | 2019-08-28 | 一种配电网行波故障定位方法及装置 |
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| CN117892117A (zh) * | 2024-03-13 | 2024-04-16 | 国网山东省电力公司邹城市供电公司 | 一种配电网输电线路故障定位方法及系统 |
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2019
- 2019-08-28 CN CN201910803230.4A patent/CN112444704A/zh active Pending
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| CN113567803A (zh) * | 2021-06-25 | 2021-10-29 | 国网青海省电力公司果洛供电公司 | 基于Tanimoto相似度的小电流接地故障定位方法及系统 |
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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