CN112698154B - 基于状态估计残差比较的配电网故障定位方法、设备及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于状态估计残差比较的配电网故障定位方法、设备及系统，根据基于网络中分布的智能量测设备提供的监测信息，可以实现配电网多端点故障定位，在不同故障类型、故障电阻等工况下均具有良好的定位效果。同时，由于状态估计中考虑了随机变量成分，在一定程度上提高了方法对数据量测误差的抗干扰能力。

Description

基于状态估计残差比较的配电网故障定位方法、设备及系统
技术领域
本发明涉及配电网故障定位技术领域，具体涉及一种基于状态估计残差比较的配电网故障定位方法、设备及系统。
背景技术
中低压配电网分支线路众多，由于各分支到监测点可能有相似的电气等效路径，如果仅依赖于变电站处的监测信息，会导致存在多个估计的故障位置，无法保证计算位置的唯一性。
因此，目前大多数的配电网故障定位方法主要依赖于分散的电压量测，通过定义不同的指标实现定位，但是其定位结果对电压测量误差非常敏感。而实际网络中，对电压测量装置安装的要求非常高，难以保障所需位置安装的可行性。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于状态估计残差比较的配电网故障定位方法、设备及系统，可以实现更准确的配电网故障定位。
为解决上述技术问题，本发明一方面，提供一种基于状态估计残差比较的配电网故障定位方法，其包括如下步骤：
步骤S10，提取配电网络中智能量测终端获得的故障期间的量测信息，所述量测信息包括：节点的电压、电流、功率中任一种；
步骤S11，对配电网中的故障进行模拟，依次从每一个节点开始，通过在该节点处中添加一条故障支路，模拟不同故障节点处的故障网络；并进行该故障节点下的网络状态估计计算，获得对应状态向量的估计值；
步骤S12，根据每个节点下的状态向量的估计值与实际的量测信息，计算获得每个节点下状态估计的残差检测值；
步骤S13，获得包含网络所有节点的残差检测值的序列，将所述序列中具有最大残差检测值的节点确定为实际故障节点。
优选地，所述步骤S12进一步包括：
步骤S120，在每一节点k接入故障支路下，以下式来计算的其对应的估计残差rk,i：
rk,i＝zk,i-hk,i(x)，i＝1,...,m
其中，x为状态估计的状态向量，zk,i为节点k至第i个节点之间的状态向量的测量值，hk,i(x)为节点k到第i个节点之间状态向量的估计值；状态向量为电压、电流或功率，对应的状态向量测量值为m个；
步骤S121，根据下式计算在节点k接入故障支路下的总残差值σk：
Figure GDA0004167646280000021
步骤S122，根据所述节点k接入故障支路下的总残差值σk通过下式获得对应的残差检测值ηk：
Figure GDA0004167646280000022
其中，ε为一个极小的固定值。
优选地，所述步骤S13进一步包括：
步骤S130，获得配电网中所有节点的残差检测值序列L：
L＝[η1,η2,......ηk-1,ηk.....ηn]
其中，n为配电网总节点数量；
步骤S131，将所述序列中具有最大残差检测值的节点确定为实际故障节点F:
F＝max(L)。
相应地，本发明的另一方面，还提供一种基于状态估计残差比较的配电网故障定位系统，其包括：
量测信息获得单元，用于提取配电网络中智能量测终端获得的故障期间的量测信息，所述量测信息包括：节点的电压、电流、功率中任一种；
模拟估算单元，用于对配电网中的故障进行模拟，依次从每一个节点开始，通过在该节点处中添加一条故障支路，模拟不同故障节点处的故障网络；并进行该故障节点下的网络状态估计计算，获得对应状态向量的估计值；
残差检测值计算单元，用于根据每个节点下的状态向量的估计值与实际的量测信息，计算获得每个节点下状态估计的残差检测值；
实际故障节点确定单元，用于获得包含网络所有节点的残差检测值的序列，将所述序列中具有最大残差检测值的节点确定为实际故障节点。
优选地，所述残差检测值计算单元进一步包括：
估计残差计算单元，用于在每一节点k接入故障支路下，以下式来计算的其对应的估计残差rk,i：
rk,i＝zk,i-hk,i(x)，i＝1,...,m
其中，x为状态估计的状态向量，zk,i为节点k至第i个节点之间的状态向量的测量值，hk,i(x)为节点k到第i个节点之间状态向量的估计值；状态向量为电压、电流或功率，对应的状态向量测量值为m个；
总残差计算单元，用于根据下式计算在节点k接入故障支路下的总残差值σk：
Figure GDA0004167646280000031
残差检测值计算单元，用于根据所述节点k接入故障支路下的总残差值σk通过下式获得对应的残差检测值ηk：
Figure GDA0004167646280000041
其中，ε为一个极小的固定值。
优选地，所述实际故障节点确定单元进一步包括：
序列处理单元，用于获得配电网中所有节点的残差检测值序列L：
L＝[η1,η2,......ηk-1,ηk.....ηn]
其中，n为配电网总节点数量；
确定单元，用于将所述序列中具有最大残差检测值的节点确定为实际故障节点F:
F＝max(L)。
相应地，本发明的再一方面还提供一种基于状态估计残差比较的配电网故障定位设备，其包括处理器、输入设备、输出设备和存储器，所述处理器、输入设备、输出设备和存储器相互连接，所述存储器用于存储计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述处理器被配置用于调用所述程序指令，执行前述的方法。
实施本发明，具有如下的有益效果：
本发明提供一种基于状态估计残差比较的配电网故障定位方法、设备及系统，通过基于网络中分布的智能量测设备提供的监测信息，实现配电网多端点故障定位，在不同故障类型、故障电阻等工况下均具有良好的定位效果。同时，由于状态估计中考虑了随机变量成分，在一定程度上提高了对数据量测误差的抗干扰能力。
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为本发明提供的一种基于状态估计残差比较的配电网故障定位方法的一个实施例的主流程示意图；
图2为本发明的一个实施例中更详细的流程示意图；
图3为本发明提供的一种基于状态估计残差比较的配电网故障定位系统的一个实施例的结构示意图；
图4为图3中残差检测值计算单元的结构示意图；
图5为图3中实际故障节点确定单元的结构示意图。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
如图1所示，示出了本发明提供的一种基于状态估计残差比较的配电网故障定位方法的一个实施例的主流程示意图。一并结合图2所示，在本实施例中，所述方法，其包括如下步骤：
步骤S10，当系统检测到配电网发生故障后，提取配电网络中智能量测终端获得的故障期间的量测信息，所述量测信息包括：节点的电压、电流、功率中任一种；
步骤S11，对配电网中的故障进行模拟，依次从每一个节点开始，通过在该节点处中添加一条故障支路，模拟不同故障节点处的故障网络；并进行该故障节点下的网络状态估计计算，获得收敛状态量解，作为对应状态向量的估计值；
步骤S12，根据每个节点下的状态向量的估计值与实际的量测信息，计算获得每个节点下状态估计的残差检测值；
具体地，在一个具体的例子中，所述步骤S12进一步包括：
步骤S120，在每一节点k接入故障支路下，以下式来计算的其对应的估计残差rk,i：
rk,i＝zk,i-hk,i(x)，i＝1,...,m
其中，x为状态估计的状态向量，zk,i为节点k至第i个节点之间的状态向量的测量值，hk,i(x)为节点k到第i个节点之间状态向量的估计值；状态向量为电压、电流或功率，对应的状态向量测量值为m个；
步骤S121，根据下式计算在节点k接入故障支路下的总残差值σk：
Figure GDA0004167646280000061
步骤S122，根据所述节点k接入故障支路下的总残差值σk通过下式获得对应的残差检测值ηk：
Figure GDA0004167646280000062
其中，ε为一个极小的固定值，可以理解的是，采用极小数，可以避免出现分母为零的情况，例如在一个实施例中，所述ε可以取值为0.01。
步骤S13，获得包含网络所有节点的残差检测值的序列，将所述序列中具有最大残差检测值的节点确定为实际故障节点。
在一个具体的例子中，所述步骤S13进一步包括：
步骤S130，获得配电网中所有节点的残差检测值序列L：
L＝[η1,η2,......ηk-1,ηk.....ηn]
其中，n为配电网总节点数量；
步骤S131，将所述序列中具有最大残差检测值的节点确定为实际故障节点F:
F＝max(L)。
可以理解的是，在不同节点添加支路进行状态估计相当于是在对状态估计中的坏数据进行校正，这里即是对配电网故障网络结构进行校正。因此，仅当假设的网络结构等于或者接近实际故障的网络时，状态估计后获得的残差最小，即配电网中所有节点的残差检测值序列L中的具有最大残差检测值的节点为故障节点F。
如图3所示，示出了本发明提供的一种基于状态估计残差比较的配电网故障定位系统1的一个实施例的结构示意图。一并结合图4和图5所示，所述系统包括有：
量测信息获得单元10，用于提取配电网络中智能量测终端获得的故障期间的量测信息，所述量测信息包括：节点的电压、电流、功率中任一种；
模拟估算单元11，用于对配电网中的故障进行模拟，依次从每一个节点开始，通过在该节点处中添加一条故障支路，模拟不同故障节点处的故障网络；并进行该故障节点下的网络状态估计计算，获得对应状态向量的估计值；
残差检测值计算单元12，用于根据每个节点下的状态向量的估计值与实际的量测信息，计算获得每个节点下状态估计的残差检测值；
实际故障节点确定单元13，用于获得包含网络所有节点的残差检测值的序列，将所述序列中具有最大残差检测值的节点确定为实际故障节点。
在一个具体的例子中，所述残差检测值计算单元12进一步包括：
估计残差计算单元120，用于在每一节点k接入故障支路下，以下式来计算的其对应的估计残差rk,i：
rk,i＝zk,i-hk,i(x)，i＝1,...,m
其中，x为状态估计的状态向量，zk,i为节点k至第i个节点之间的状态向量的测量值，hk,i(x)为节点k到第i个节点之间状态向量的估计值；状态向量为电压、电流或功率，对应的状态向量测量值为m个；
总残差计算单元121，用于根据下式计算在节点k接入故障支路下的总残差值σk：
Figure GDA0004167646280000071
残差检测值计算单元122，用于根据所述节点k接入故障支路下的总残差值σk通过下式获得对应的残差检测值ηk：
Figure GDA0004167646280000081
其中，ε为一个极小的固定值。
在一个具体的例子中，所述实际故障节点确定单元13进一步包括：
序列处理单元130，用于获得配电网中所有节点的残差检测值序列L：
L＝[η1,η2,......ηk-1,ηk.....ηn]
其中，n为配电网总节点数量；
确定单元131，用于将所述序列中具有最大残差检测值的节点确定为实际故障节点F:
F＝max(L)。
更多的细节，可以参考前述对图1的描述，在此不进行详述。
相应地，本发明的再一方面，还提供一种基于状态估计残差比较的配电网故障定位设备，其包括处理器、输入设备、输出设备和存储器，所述处理器、输入设备、输出设备和存储器相互连接，其中，所述存储器用于存储计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述处理器被配置用于调用所述程序指令，执行前述图1中示出的方法。
应当理解，在本发明实施例中，所称处理器可以是中央处理单元(CentralProcessing Unit，CPU)，该处理器还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(DigitalSignal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
输入设备可以包括键盘等，输出设备可以包括显示器(LCD等)、扬声器等。
该存储器可以包括只读存储器和随机存取存储器，并向处理器提供指令和数据。存储器的一部分还可以包括非易失性随机存取存储器。例如，存储器还可以存储设备类型的信息。
具体实现中，本发明实施例中所描述的处理器、输入设备、输出设备可执行本发明方法实施例中所描述的实现方式，在此不再赘述。
实施本发明，具有如下的有益效果：
本发明提供一种基于状态估计残差比较的配电网故障定位方法、设备及系统，通过基于网络中分布的智能量测设备提供的监测信息，实现配电网多端点故障定位，在不同故障类型、故障电阻等工况下均具有良好的定位效果。同时，由于状态估计中考虑了随机变量成分，在一定程度上提高了对数据量测误差的抗干扰能力。
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 (5)

1.一种基于状态估计残差比较的配电网故障定位方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S10，提取配电网络中智能量测终端获得的故障期间的量测信息，所述量测信息包括：节点的电压、电流、功率中任一种；
步骤S11，对配电网中的故障进行模拟，依次从每一个节点开始，通过在该节点处中添加一条故障支路，模拟不同故障节点处的故障网络；并进行该故障节点下的网络状态估计计算，获得对应状态向量的估计值；
步骤S12，根据每个节点下的状态向量的估计值与实际的量测信息，计算获得每个节点下状态估计的残差检测值；
步骤S13，获得包含网络所有节点的残差检测值的序列，将所述序列中具有最大残差检测值的节点确定为实际故障节点；
其中，所述步骤S12进一步包括：
步骤S120，在每一节点k接入故障支路下，以下式来计算的其对应的估计残差rk,i：
rk,i＝zk,i-hk,i(x)，i＝1,...,m
其中，x为状态估计的状态向量，zk,i为节点k至第i个节点之间的状态向量的测量值，hk,i(x)为节点k到第i个节点之间状态向量的估计值；状态向量为电压、电流或功率，对应的状态向量测量值为m个；
步骤S121，根据下式计算在节点k接入故障支路下的总残差值σk：
Figure FDA0004167646270000011
步骤S122，根据所述节点k接入故障支路下的总残差值σk通过下式获得对应的残差检测值ηk：
Figure FDA0004167646270000012
其中，ε为一个极小的固定值。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S13进一步包括：
步骤S130，获得配电网中所有节点的残差检测值序列L：
L＝[η1,η2,......ηk-1,ηk.....ηn]
其中，n为配电网总节点数量；
步骤S131，将所述序列中具有最大残差检测值的节点确定为实际故障节点F:
F＝max(L)。
3.一种基于状态估计残差比较的配电网故障定位系统，其特征在于，包括：
量测信息获得单元，用于提取配电网络中智能量测终端获得的故障期间的量测信息，所述量测信息包括：节点的电压、电流、功率中任一种；
模拟估算单元，用于对配电网中的故障进行模拟，依次从每一个节点开始，通过在该节点处中添加一条故障支路，模拟不同故障节点处的故障网络；并进行该故障节点下的网络状态估计计算，获得对应状态向量的估计值；
残差检测值计算单元，用于根据每个节点下的状态向量的估计值与实际的量测信息，计算获得每个节点下状态估计的残差检测值；
实际故障节点确定单元，用于获得包含网络所有节点的残差检测值的序列，将所述序列中具有最大残差检测值的节点确定为实际故障节点；
其中，所述残差检测值计算单元进一步包括：
估计残差计算单元，用于在每一节点k接入故障支路下，以下式来计算的其对应的估计残差rk,i：
rk,i＝zk,i-hk,i(x)，i＝1,...,m
其中，x为状态估计的状态向量，zk,i为节点k至第i个节点之间的状态向量的测量值，hk,i(x)为节点k到第i个节点之间状态向量的估计值；状态向量为电压、电流或功率，对应的状态向量测量值为m个；
总残差计算单元，用于根据下式计算在节点k接入故障支路下的总残差值σk：
Figure FDA0004167646270000031
残差检测值计算单元，用于根据所述节点k接入故障支路下的总残差值σk通过下式获得对应的残差检测值ηk：
Figure FDA0004167646270000032
其中，ε为一个极小的固定值。
4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述实际故障节点确定单元进一步包括：
序列处理单元，用于获得配电网中所有节点的残差检测值序列L：
L＝[η1,η2,......ηk-1,ηk.....ηn]
其中，n为配电网总节点数量；
确定单元，用于将所述序列中具有最大残差检测值的节点确定为实际故障节点F:
F＝max(L)。
5.一种基于状态估计残差比较的配电网故障定位设备，其包括处理器、输入设备、输出设备和存储器，所述处理器、输入设备、输出设备和存储器相互连接，其特征在于，所述存储器用于存储计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述处理器被配置用于调用所述程序指令，执行如权利要求1或2所述的方法。
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