CN113484683A - 一种基于暂态信息的配电网故障定位系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于暂态信息的配电网故障定位系统及方法，包括，定位主站，定位主站安装于变电站内，汇集各IED所采集到的电气信息，通过故障定位软件进行分析以判断故障所在区段；智能IED设备，智能IED设备安装在配电网内线路各测点处，用于故障检测。本发明由定位主站与智能IED设备组成，通过光线以太网进行通信，当被保护线路发生接地故障时，可由智能IED设备检测暂态电气量并启动定位主站的故障定位程序，从而确定故障所在区段；解决了暂态量特征捕获困难、易受噪声干扰的故障定位难题，可有效识别母线故障与线路故障，提高了故障定位的准确性，实现了快速、可靠地识别配电网接地故障。

Description

一种基于暂态信息的配电网故障定位系统及方法

技术领域

本发明涉及电力设备故障检测的技术领域，尤其涉及一种基于暂态信息的配电网故障定位系统及方法。

背景技术

随着柔性直流、分布式电源等电力电子设备的大量接入，使得现代配网的拓扑结构复杂化，运行方式多变，对供电可靠性提出了更高的要求，给故障定位技术带来较大的困难和挑战，也对电网的故障切除和供电的恢复提出了更高的要求。作为联系输电网和用户的纽带，故障定位技术是提高系统安全稳定运行的重要保证。

目前配网故障定位存在的主要问题是：(1)稳态特征微弱，强背景噪声和消弧线圈的应用加大了故障识别的难度；暂态电流信号捕捉困难，常采用三相CT合成获取的方式获取暂态零模电流，应用电磁式互感器时会增大相对误差，不利于保护动作。(2)数据传输难以精确同步，暂态信号存在时间短，这对各测点采样及传输精确性提出了更高的要求。若非实时上传数据并予以比较，延时0.5ms可能会导致波形方向的不同。(3)部分方法适用性不强，利用稳态量进行定位得方法，由于信号幅值小，基于幅值与相位差异判别可能会失效；对于暂态量定位的方法，幅值变化迅速，采集不易，受数据信号延时影响，容错性不足，可能也存在定位不准确问题。(4)抗干扰能力有待提高，在实际运行中，现场环境中的高次谐波对故障电流的检测产生影响。

发明内容

本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

鉴于上述现有存在的问题，提出了本发明。

因此，本发明提供了一种基于暂态信息的配电网故障定位系统及方法，能够解决配电网故障无法可靠、准确定位故障区段的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：包括，定位主站，所述定位主站安装于变电站内，汇集各IED所采集到的电气信息，通过故障定位软件进行分析以判断故障所在区段；智能IED设备，所述智能IED设备安装在配电网内线路各测点处，用于故障检测。

作为本发明所述的基于暂态信息的配电网故障定位系统的一种优选方案，其中：所述定位主站与所述智能IED设备之间通过光纤以太网实现通信。

作为本发明所述的基于暂态信息的配电网故障定位系统的一种优选方案，其中：所述智能IED设备包括，故障指示模块、高速采样电路、通讯模块、供电模块、中心处理模块、开关状态指示模块及远方操作切换组件。

作为本发明所述的基于暂态信息的配电网故障定位系统的一种优选方案，其中：所述中心处理模块为插箱式结构，包括CPU板、电源板、A/D板、DIO板和通讯板。

作为本发明所述的基于暂态信息的配电网故障定位系统的一种优选方案，其中：所述定位主站包括前置机、工作站和服务器，用于提供数据查看、监视与告警、故障定位和辅助功能。

作为本发明所述的基于暂态信息的配电网故障定位方法的一种优选方案，其中：包括，在配电网各分支线上安装智能IED设备，实时监测暂态电气量信息；若检测到暂态零模电压超过阈值，则通过光纤通信上传至定位主站，启动故障选线程序；利用小波包变换分解各线路暂态零模电流，计算综合小波熵与变异系数，判断故障所在线路，完成故障选线，并启动故障定位程序。

作为本发明所述的基于暂态信息的配电网故障定位方法的一种优选方案，其中：还包括，利用故障线路上各测点相电流与相电压的暂态突变量，结合VMD-TEO算法检测故障电流到达各测点的时间并上传至所述定位主站；所述定位主站选取时间较小的三个值，确定可疑故障点；对所述可疑测点判断暂态电压突变量的导数与暂态电流突变量的相关系数，确定故障所在区段，完成故障定位。

作为本发明所述的基于暂态信息的配电网故障定位方法的一种优选方案，其中：包括，若相关系数ρ_ΔuΔi＞0，则表示相电压突变量的导数与相电流突变量正相关，两测点间未发生接地故障；若相关系数ρ_ΔuΔi＜0，则表示相电压突变量的导数与相电流突变量为负相关，故障发生在当前区段；将判定结果上传至所述定位主站，弹框提示运维值班人员及时处理故障。

本发明的有益效果：本发明提供了一种利用暂态信息的配电网故障定位系统及其方法，该定位系统由定位主站与智能IED设备组成，通过光线以太网进行通信，当被保护线路发生接地故障时，可由智能IED设备检测暂态电气量并启动定位主站的故障定位程序，从而确定故障所在区段；解决了暂态量特征捕获困难、易受噪声干扰的故障定位难题，可有效识别母线故障与线路故障，提高了故障定位的准确性，实现了快速、可靠地识别配电网接地故障。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例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，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：

图1为本发明一个实施例所述的基于暂态信息的配电网故障定位系统及方法的结构示意图；

图2为本发明一个实施例所述的基于暂态信息的配电网故障定位系统及方法的网络示意图；

图3为本发明一个实施例所述的基于暂态信息的配电网故障定位系统及方法的智能IED设备结构示意图；

图4为本发明一个实施例所述的基于暂态信息的配电网故障定位系统及方法的故障选线流程示意图；

图5为本发明一个实施例所述的基于暂态信息的配电网故障定位系统及方法的故障定位流程示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明，显然所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明的保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。

本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

同时在本发明的描述中，需要说明的是，术语中的“上、下、内和外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一、第二或第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本发明中除非另有明确的规定和限定，术语“安装、相连、连接”应做广义理解，例如：可以是固定连接、可拆卸连接或一体式连接；同样可以是机械连接、电连接或直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，也可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

参照图1～图5，为本发明的第一个实施例，提供了一种基于暂态信息的配电网故障定位方法，具体包括：

S1：在配电网各分支线上安装智能IED设备，实时监测暂态电气量信息。

S2：若检测到暂态零模电压超过阈值，则通过光纤通信上传至定位主站，启动故障选线程序。

S3：利用小波包变换分解各线路暂态零模电流，计算综合小波熵与变异系数，判断故障所在线路，完成故障选线，并启动故障定位程序。

S4：利用故障线路上各测点相电流与相电压的暂态突变量，结合VMD-TEO算法检测故障电流到达各测点的时间并上传至定位主站。

S5：定位主站选取时间较小的三个值，确定可疑故障点。

S6：对可疑测点判断暂态电压突变量的导数与暂态电流突变量的相关系数，确定故障所在区段，完成故障定位。

具体的，还包括：

若相关系数ρ_ΔuΔi＞0，则表示相电压突变量的导数与相电流突变量正相关，两测点间未发生接地故障；

若相关系数ρ_ΔuΔi＜0，则表示相电压突变量的导数与相电流突变量为负相关，故障发生在当前区段；

将判定结果上传至定位主站，弹框提示运维值班人员及时处理故障。

优选地，健全线路与故障线路中的零模电流在幅值与极性上存在较大差异，因此若各线路的综合小波熵较小且变异系数未超过阈值，可判定故障发生于母线，若某一线路综合小波熵较其他线路大得多且变异系数超过阈值，可判定故障发生与该线路，从而实现故障选线。

优选的是，为了更好的对本发明方法中采用的技术效果加以验证说明，本实施例选择进行实验测试，以科学论证的手段对比实验结果，验证本发明方法所具有的真实效果。

(1)在电网中布置一定数量的智能IED，图5中各点表示线路所装设智能IED设备，采用高精度和计算速度的设备，保证采样率达到每周波至少80个点，测量单元对互感器采集到的模拟信号进行A/D采样，将数字量在终端内进行处理，最后将处理后的信号通过光纤以太网或无线通信网络传输至定位主站，在传输过程中，保证数据的实时性和准确性。

(2)在线路的某处设置接地故障，由智能IED检测到后，上传至变电站内的定位主站，启动故障选线程序，其程序结构图如图3所示。

(3)利用小波包变换分解各线路暂态零模电流，计算综合小波熵与变异系数，可分别计算获得线路L1～L4对应的小波熵变异系数分别为：16.67、23.98、16.52、75.61，变异系数为73.48％，变异系数大于设置的阈值，且线路L4的综合小波熵明显大于其他线路，可判定故障发生在线路L4上，定位主站向线路L4上的智能IED启动故障定位程序，其程序结构图如图4所示。

(4)利用故障线路上各测点相电流与相电压的暂态突变量，通过VMD-TEO算法检测故障电流到达各测点的时间并上传至定位主站，测点1、2、3、4、5的时间分别188.37ms、188.29ms、188.27ms、188.254ms、188.241ms，经定位主站比较时间可确定可疑故障点为测点3、4、5。

(5)分别计算测点3、4、5的暂态电压突变量的导数与暂态电流突变量的相关系数，计算结果如下表所示：

表1：计算结果对比表。

可疑测点	A相相关系数	B相相关系数	C相相关系数	定位结果
					3	-0.1988	0.4067	0.4012	是
4	0.1021	0.6133	0.6115	否
					5	0.1971	0.5769	0.5752	否

参照表1，能够直观的看出，故障发生于线段[3-4]之间，且故障类型为A相接地故障，智能IED将本次计算结果上传至定位主站，由定位主站将判定结果告知值班工作人员及时处理。

实施例2

参照图1～图3，为本发明的第二个实施例，该实施例不同于第一个实施例的是，提供了一种基于暂态信息的配电网故障定位系统，包括：

定位主站，定位主站安装于变电站内，汇集各IED所采集到的电气信息，通过故障定位软件进行分析以判断故障所在区段。

智能IED设备，智能IED设备安装在配电网内线路各测点处，用于故障检测。

定位主站与智能IED设备之间通过光纤以太网实现通信。

智能IED设备包括，故障指示模块、高速采样电路、通讯模块、供电模块、中心处理模块、开关状态指示模块及远方操作切换组件。

中心处理模块为插箱式结构，包括CPU板、电源板、A/D板、DIO板和通讯板。

定位主站包括前置机、工作站和服务器，用于提供数据查看、监视与告警、故障定位和辅助功能。

故障定位软件主要功能为实时检测到故障，并立即弹出故障告警界面提醒运维人员。

接收各IED上传的故障信息，根据内置的时间比较和定位算法实现故障区段的定位。

应当认识到，本发明的实施例可以由计算机硬件、硬件和软件的组合、或者通过存储在非暂时性计算机可读存储器中的计算机指令来实现或实施。所述方法可以使用标准编程技术-包括配置有计算机程序的非暂时性计算机可读存储介质在计算机程序中实现，其中如此配置的存储介质使得计算机以特定和预定义的方式操作——根据在具体实施例中描述的方法和附图。每个程序可以以高级过程或面向对象的编程语言来实现以与计算机系统通信。然而，若需要，该程序可以以汇编或机器语言实现。在任何情况下，该语言可以是编译或解释的语言。此外，为此目的该程序能够在编程的专用集成电路上运行。

此外，可按任何合适的顺序来执行本文描述的过程的操作，除非本文另外指示或以其他方式明显地与上下文矛盾。本文描述的过程(或变型和/或其组合)可在配置有可执行指令的一个或多个计算机系统的控制下执行，并且可作为共同地在一个或多个处理器上执行的代码(例如，可执行指令、一个或多个计算机程序或一个或多个应用)、由硬件或其组合来实现。所述计算机程序包括可由一个或多个处理器执行的多个指令。

进一步，所述方法可以在可操作地连接至合适的任何类型的计算平台中实现，包括但不限于个人电脑、迷你计算机、主框架、工作站、网络或分布式计算环境、单独的或集成的计算机平台、或者与带电粒子工具或其它成像装置通信等等。本发明的各方面可以以存储在非暂时性存储介质或设备上的机器可读代码来实现，无论是可移动的还是集成至计算平台，如硬盘、光学读取和/或写入存储介质、RAM、ROM等，使得其可由可编程计算机读取，当存储介质或设备由计算机读取时可用于配置和操作计算机以执行在此所描述的过程。此外，机器可读代码，或其部分可以通过有线或无线网络传输。当此类媒体包括结合微处理器或其他数据处理器实现上文所述步骤的指令或程序时，本文所述的发明包括这些和其他不同类型的非暂时性计算机可读存储介质。当根据本发明所述的方法和技术编程时，本发明还包括计算机本身。计算机程序能够应用于输入数据以执行本文所述的功能，从而转换输入数据以生成存储至非易失性存储器的输出数据。输出信息还可以应用于一个或多个输出设备如显示器。在本发明优选的实施例中，转换的数据表示物理和有形的对象，包括显示器上产生的物理和有形对象的特定视觉描绘。

如在本申请所使用的，术语“组件”、“模块”、“系统”等等旨在指代计算机相关实体，该计算机相关实体可以是硬件、固件、硬件和软件的结合、软件或者运行中的软件。例如，组件可以是，但不限于是：在处理器上运行的处理、处理器、对象、可执行文件、执行中的线程、程序和/或计算机。作为示例，在计算设备上运行的应用和该计算设备都可以是组件。一个或多个组件可以存在于执行中的过程和/或线程中，并且组件可以位于一个计算机中以及/或者分布在两个或更多个计算机之间。此外，这些组件能够从在其上具有各种数据结构的各种计算机可读介质中执行。这些组件可以通过诸如根据具有一个或多个数据分组(例如，来自一个组件的数据，该组件与本地系统、分布式系统中的另一个组件进行交互和/或以信号的方式通过诸如互联网之类的网络与其它系统进行交互)的信号，以本地和/或远程过程的方式进行通信。

应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种基于暂态信息的配电网故障定位系统，其特征在于：包括，

定位主站，所述定位主站安装于变电站内，汇集各IED所采集到的电气信息，通过故障定位软件进行分析以判断故障所在区段；

智能IED设备，所述智能IED设备安装在配电网内线路各测点处，用于故障检测。

2.根据权利要求1所述的基于暂态信息的配电网故障定位系统，其特征在于：所述定位主站与所述智能IED设备之间通过光纤以太网实现通信。

3.根据权利要求1或2所述的基于暂态信息的配电网故障定位系统，其特征在于：所述智能IED设备包括，故障指示模块、高速采样电路、通讯模块、供电模块、中心处理模块、开关状态指示模块及远方操作切换组件。

4.根据权利要求3所述的基于暂态信息的配电网故障定位系统，其特征在于：所述中心处理模块为插箱式结构，包括CPU板、电源板、A/D板、DIO板和通讯板。

5.根据权利要求4所述的基于暂态信息的配电网故障定位系统，其特征在于：所述定位主站包括前置机、工作站和服务器，用于提供数据查看、监视与告警、故障定位和辅助功能。

6.一种基于暂态信息的配电网故障定位方法，其特征在于：包括，

在配电网各分支线上安装智能IED设备，实时监测暂态电气量信息；

若检测到暂态零模电压超过阈值，则通过光纤通信上传至定位主站，启动故障选线程序；

利用小波包变换分解各线路暂态零模电流，计算综合小波熵与变异系数，判断故障所在线路，完成故障选线，并启动故障定位程序。

7.根据权利要求6所述的基于暂态信息的配电网故障定位方法，其特征在于：还包括，

利用故障线路上各测点相电流与相电压的暂态突变量，结合VMD-TEO算法检测故障电流到达各测点的时间并上传至所述定位主站；

所述定位主站选取时间较小的三个值，确定可疑故障点；

对所述可疑测点判断暂态电压突变量的导数与暂态电流突变量的相关系数，确定故障所在区段，完成故障定位。

8.根据权利要求7所述的基于暂态信息的配电网故障定位方法，其特征在于：包括，

若相关系数ρ_ΔuΔi＞0，则表示相电压突变量的导数与相电流突变量正相关，两测点间未发生接地故障；

若相关系数ρ_ΔuΔi＜0，则表示相电压突变量的导数与相电流突变量为负相关，故障发生在当前区段；

将判定结果上传至所述定位主站，弹框提示运维值班人员及时处理故障。

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