CN113484688B - 基于馈线电流骤减度的配电网故障研判方法及系统 - Google Patents

基于馈线电流骤减度的配电网故障研判方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及智能配电技术领域,公开一种基于馈线电流骤减度的配电网故障研判方法及系统,以实现故障研判的自动化。方法包括:馈线发生故障后,记录故障发生时刻,利用调度管理系统中馈线出口电流值计算馈线电流骤减度,并依据故障前一时间段的馈线电流曲线与历史日期的同一时段的馈线电流曲线的相关系数确定历史相似日;从配网计量自动化系统主站中读取故障馈线上各配电变压器在历史相似日的故障对应时刻的有功、无功功率,计算馈线上各开关下游的所有配电变压器的总有功、无功功率,并计算各开关电流占比;计算各开关电流占比与馈线电流骤减度的差值,判定差值绝对值越小的开关越可能为故障跳闸开关,从而确定故障位置和故障停电范围。

Description

基于馈线电流骤减度的配电网故障研判方法及系统
技术领域
本发明涉及智能配电技术领域,尤其涉及一种基于馈线电流骤减度的配电网故障研判方法及系统。
背景技术
我国大部分地区配电网自动化程度和普及度不高,许多地方还未配置馈线自动化系统,或者虽然配置有馈线自动化系统,但智能终端(馈线终端和故障指示器FTU等)的数量较少,且由于配电网所处环境复杂,故障时上传的故障信息常存在延时、错误或缺失。因此仅依赖馈线自动化智能终端进行故障定位存在实时性较差,或者定位范围不够精确的问题。
从配电网调度管理系统或OCS系统(Online Charging System,在线计费系统)可以实时获得每条馈线出口电流的数据,该数据采样频度、准确度和可靠性高;从计量自动化系统中可以获得配电网变压器采集终端每日上传的负荷数据。当馈线发生故障,馈线上保护装置动作,使线路上故障点上游的开关跳闸以切除故障,同时切除故障线路所带的负荷,导致流过馈线首端的电流出现骤减现象。当前对于暂态电流突变量的研究较多,致力于从暂态量中分析得到故障类别、故障距离等信息,但对于电流有效值突变量的研究较少。
目前,配电网调度人员可以在配电网调度管理系统中通过观察馈线电流骤减的幅度,依据经验估计故障停电范围并确定跳闸开关的位置。但该方法需要调度人员具有丰富的调度经验,熟悉配电网的拓扑结构及不同运行方式下配电网的历史运行情况及发展态势,且估计的结果一般准确性不高,只能作为故障定位的初步参考。本发明结合配电网各控制系统的数据,将这一人工经验方法科学化和计算机化。
发明内容
本发明目的在于公开一种基于馈线电流骤减度的配电网故障研判方法及系统,以实现故障研判的自动化。
为达上述目的,本发明公开一种基于馈线电流骤减度的配电网故障研判方法,包括:
步骤S1、馈线发生故障,配电网调度管理系统中馈线出口电流值出现骤减后,记录故障发生时刻,并计算馈线电流的骤减度δ:
Figure BDA0003175563230000021
步骤S2、从所述配电网调度管理系统中读取故障前的馈线电流历史数据,并利用所述馈线电流历史数据确定与本次馈线发生故障前的设定时间段内馈线电流数据序列相关度最大的相似日;
步骤S3、获取故障馈线上各配电变压器在所述相似日与本次馈线故障时刻最接近的采样时刻所对应的有功功率和无功功率,计算馈线上各开关下游的配电变压器在所述最接近采样时刻的总有功功率和总无功功率,并按下式计算各开关电流占比:
Figure BDA0003175563230000022
式中,λk为第k个开关电流占比;Pj、Qj分别为所述最接近采样时刻的第j台配电变压器的有功功率、无功功率;Ω为馈线上所有配电变压器的集合,Ωk为第k个开关下游所接的配电变压器的集合;
步骤S4、计算各开关电流占比与馈线电流的本次故障馈线电流的骤减度的差值:
Δk=|λk-δ|
式中,Δk=|λk-δ|为第k个开关电流占比与本次馈线电流骤减度的差值;
步骤S5、找出差值最小的3个开关,并按Δk从小到大依次排序,研判为是最可能、第二可能、第三可能的故障跳闸开关。
优选地,从配电网计量自动化系统中获取故障馈线上各配电变压器在所述相似日与本次馈线故障时刻最接近的采样时刻所对应的有功功率和无功功率。
优选地,步骤S2确定相似日的步骤为:
步骤S2a、取故障时刻前N点的馈线电流数据,构成长度为N的电流序列
Figure BDA0003175563230000023
其中,i=1, 2,3,…,N;
步骤S2b、取故障时刻前24小时的前面N点的馈线电流数据,构成长度为N的电流序列
Figure BDA0003175563230000024
并计算序列/>
Figure BDA0003175563230000025
与序列/>
Figure BDA0003175563230000026
的相关系数ρ1;计算公式为:
Figure BDA0003175563230000031
步骤S2c、取故障时刻前48小时的前面N点的馈线电流数据,构成长度为N的电流序列
Figure BDA0003175563230000032
并计算序列/>
Figure BDA0003175563230000033
与序列/>
Figure BDA0003175563230000034
的相关系数ρ2
步骤S2d、以此类推,取故障时刻前m×24小时前的N点的馈线电流数据,构成长度为N 的电流序列
Figure BDA0003175563230000035
其中,m=1,2,3,…,M,并计算序列/>
Figure BDA0003175563230000036
与序列/>
Figure BDA0003175563230000037
的相关系数ρm;计算公式为:
Figure BDA0003175563230000038
步骤S2e、确定ρm取最大值对应的日期为相似日;
优选地,步骤S2d中,M取对应14天的值14;N为4小时内馈线电流记录值的个数。如果馈线电流值每隔15分钟记录一次,则N=16。
由于采样时间的离散性,本发明中相似日的故障对应时刻即为相似日中对应的与实际故障时刻最接近的采样时刻。优选地,步骤S3获取最接近的采样时刻所对应的有功功率和无功功率的步骤为:
步骤S3b、判断所述最接近的采样时刻各台变有功和无功功率采样值是否存在丢失或异常情况;
其中,判断数据丢失的方法为:通过检查采样记录中的时间信息,如果相邻两条记录的时间间隔大于一个采样周期,则认为存在数据丢失的情况,并通过相邻两条记录的时间差值与采样间隔的关系,计算采样数据丢失的数量;
判断功率采样数据异常的方法为:首先计算采样序列相邻两个采样间隔下功率采样值之间差值的大小,如果差值大于序列中的最大值,则认为采样数据异常,此时将该采样时刻的数据等同于采样数据丢失;
步骤S3c、若存在采样数据丢失或异常,则取存在丢失或异常的采样时刻之前和之后的各3个数据,按照三次样条函数进行拟合,根据拟合后的曲线,代入所述最接近的采样时刻,计算对应的台变有功和无功功率值;若不存在采样数据丢失或异常,则直接读取所述最接近的采样时刻台变的有功功率和无功功率。
为达上述目的,本发明还公开一种基于馈线电流骤减度的配电网故障研判系统,包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序,所述处理器执行所述计算机程序时实现上述方法所对应的步骤。
综上,本发明首先利用配电变压器的历史负荷信息估算线路故障发生前流过各开关的电流,然后将馈线电流骤减量与各开关估算电流进行比较,将差值最小的开关研判为最可能的故障跳闸开关。具有以下有益效果:
1、本发明提出的基于馈线电流骤减度的配电网故障研判方法及系统,可解决目前由于配电网自动化程度不高、配电终端性能不可靠等原因导致的故障定位研判困难的问题,提高故障检修人员的工作效率,保障配电网安全可靠运行。
2、本发明有效利用现有的数据,目前,各配电变压器采集终端会在每天定时将其电压、电流、有功功率、无功功率等运行数据上传给配电网用电信息采集管理系统;在配电网OCS 系统中可以获得实时的和历史的馈线出口电流数据。有效利用这些数据能够达到无新增设备,投资小的效果。
3、本发明比现有故障研判方法实时性更强。现有故障研判方法一般在故障后召唤各配电变压器及用户电表数据,通过检查用户或配电变压器是否停电,以此进行故障定位研判。这些方法由于需要在故障后读取数据,对通信系统的实时性和可靠性要求高,故障研判时间长,需要几十分钟、几小时甚至更长时间。本方法在故障发生后从用电采集管理系统主站中直接读取各配电变压器已定时上传的数据,对通信系统的实时性和可靠性要求不高,故障研判速度快,在故障后数秒内即可完成。
4、本发明所采用的数据和故障研判方法独立于配电网SCADA(SupervisoryControlAnd DataAcquisition,数据采集与监视控制)系统,能够在无法保证配电网SCADA故障研判效果的情况下提供故障研判结果,或者作为整个故障研判流程的补充和辅助证据,以提高故障研判结果的准确度。
下面将参照附图,对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解,本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
图1(a)和图1(b)分别为本发明实施例中配电网拓扑结构和等值拓扑结构示意图;
图2为本发明实施例中进行故障研判的流程示意图;
图3为本发明实施例的仿真结果。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明,但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
实施例1
本实施例中,基于电流骤降度的配电网故障研判方法的配电网拓扑结构如图1(a)所示;其包含19个断路器,4条支线,12台变压器。其中配电网电压等级为10kV,馈线连接与主网10kV母线上,在馈线出口出装置有出口开关CB1;该馈线共包含4条分支线,其中分支线1、3、4分别连接3台配电变压器,并在分支线出口处装置有断路器;分支线2连接2台配电变压器,分支线出口处无断路器;馈线的主干线末端连接1台配电变压器,装置有断路器 CB5。
该案例对应的配电网等值拓扑结构如图1(b)所示。对于此基于电流骤降度的配电网故障研判方法而言,将馈线主干线CB1、CB2、CB3、CB4、CB5开关作为故障研判的对象,因此可将分支线1、2、3、4上所连接变压器折算为一个等效变压器,从而进行等值简化。
该馈线上所连接的14台配电变压器,其容量和负荷构成如表1所示。
表1:
Figure BDA0003175563230000051
/>
Figure BDA0003175563230000061
本实施例基于电流骤降度的配电网故障研判方法及系统具体的实现流程图如图2所示。在图1(b)得到的配电网等效拓扑结构的基础上进行配电网故障研判流程。首先在配电网调度管理系统中读取馈线出口处的电流值,找到电流值的突变点,与设置的电流骤降阈值做对比,当电路骤降幅度大于电流骤降阈值时启动故障研判流程,本案例中将电流骤减阈值设为 10%。
故障研判首先计算馈线电流骤减度δ,然后根据故障前馈线电流数据确定历史相似日,这里寻找相似日利用的是故障前M天的相同故障时刻前N个采样点的电流数据,运用皮尔逊相关系数来计算得到相似度最高的历史相似日。在确定历史相似日的基础上,计算这一天各个主干线开关CB1至CB5的相同故障时间的开关电流占总馈线电流的比值,根据实际配电网运行的情况,配电网在发生故障时其功率因数并不会发生较大的改变,因此此处可以将不考虑各开关电流值与馈线出口处总电流的相位。
在得到馈线电流骤减后再将各个开关电流占比与馈线故障时的电流骤降率作比较,选取差值最小的前三个线路开关,并按差值从小到大排序,得到最可能、第二可能和第三可能的停电位置定位结果。
为验证本发明的有效性,设置表2所示的仿真参数:1)设置不同的故障日期;2)相同设置日期,设置不同的故障时刻;3)设置不同的故障跳闸开关。充分的反映配电网在多个不同的时刻发生故障后配电网的运行状态,以及计算在这些不同故障条件下馈线出口处的电流骤降率,作为进行配电网故障研判的数据基础。
表2:仿真测试配电网故障设置参数和电力骤降度计算结果
Figure BDA0003175563230000062
Figure BDA0003175563230000071
仿真结果如表3所示。该基于电流骤降度的配电网故障研判方法及系统首先计算得到历史相似日,然后依次是历史相似日的各个开关电流的占比,再计算各开关电流占比与馈线电流骤降度的差值,最后依据差值结果来确定故障研判的结果。
表3:仿真测试基于电流骤降度的故障研判结果
Figure BDA0003175563230000072
由表3所得到的仿真测试数据可以看到,在8次不同故障情况下的故障研判结果表明,基于电流骤降度的配电网故障研判方法及系统得到的最可能结果为实际故障跳闸开关有8次,表明此方法能够在配电网故障研判时得到较为准确的结果。
图3所示为本实例某次运行所得到的的馈线电流数据以及各开关电流数据,图中标注计算得到的馈线电流骤降度以及各开关相似日电流占比,其中实际故障跳闸开关为CB4,计算得到差值最小的线路开关为CB4,结果准确。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于馈线电流骤减度的配电网故障研判方法,其特征在于,包括:
步骤S1、馈线发生故障,配电网调度管理系统中馈线出口电流值出现骤减后,记录故障发生时刻,并计算馈线电流的骤减度δ:
Figure FDA0004006086930000011
步骤S2、从所述配电网调度管理系统中读取故障前的馈线电流历史数据,并利用所述馈线电流历史数据确定与本次馈线发生故障前的设定时间段内馈线电流数据序列相关度最大的相似日;
步骤S3、获取故障馈线上各配电变压器在所述相似日与本次馈线故障时刻最接近的采样时刻所对应的有功功率和无功功率,计算馈线上各开关下游的配电变压器在所述最接近的采样时刻的总有功功率和总无功功率,并按下式计算各开关电流占比:
Figure FDA0004006086930000012
式中,λk为第k个开关电流占比;Pj、Qj分别为所述最接近的采样时刻的第j台配电变压器的有功功率、无功功率;Ω为馈线上所有配电变压器的集合,Ωk为第k个开关下游所接的配电变压器的集合;
步骤S4、计算各开关电流占比与馈线电流的本次故障馈线电流的骤减度的差值:
Δk=|λk-δ|
式中,Δk=|λk-δ|为第k个开关电流占比与本次馈线电流骤减度的差值;
步骤S5、找出差值最小的3个开关,并按Δk从小到大依次排序,研判为是最可能、第二可能、第三可能的故障跳闸开关。
2.根据权利要求1所述的基于馈线电流骤减度的配电网故障研判方法,其特征在于,从配电网计量自动化系统中获取故障馈线上各配电变压器在所述相似日与本次馈线故障时刻最接近的采样时刻所对应的有功功率和无功功率。
3.根据权利要求1或2所述的基于馈线电流骤减度的配电网故障研判方法,其特征在于,步骤S2确定相似日的步骤为:
步骤S2a、取故障时刻前N点的馈线电流数据,构成长度为N的电流序列
Figure FDA0004006086930000013
其中,i=1,2,3,…,N;
步骤S2b、取故障时刻前24小时的前面N点的馈线电流数据,构成长度为N的电流序列
Figure FDA0004006086930000021
并计算序列/>
Figure FDA0004006086930000022
与序列/>
Figure FDA0004006086930000023
的相关系数ρ1
步骤S2c、取故障时刻前48小时的前面N点的馈线电流数据,构成长度为N的电流序列
Figure FDA0004006086930000024
并计算序列/>
Figure FDA0004006086930000025
与序列/>
Figure FDA0004006086930000026
的相关系数ρ2
步骤S2d、以此类推,取故障时刻前m×24小时前的N点的馈线电流数据,构成长度为N的电流序列
Figure FDA0004006086930000027
其中,m=1,2,3,…,M,并计算序列/>
Figure FDA0004006086930000028
与序列/>
Figure FDA0004006086930000029
的相关系数ρm
步骤S2e、确定ρm取最大值对应的日期为相似日。
4.根据权利要求3所述的基于馈线电流骤减度的配电网故障研判方法,其特征在于,以皮尔逊相关系数计算相关系数ρm
5.根据权利要求3所述的基于馈线电流骤减度的配电网故障研判方法,其特征在于,步骤S2d中,M取对应14天的值14;N为4小时内馈线电流记录值的个数。
6.根据权利要求1或2所述的基于馈线电流骤减度的配电网故障研判方法,其特征在于,步骤S3获取最接近的采样时刻所对应的有功功率和无功功率的步骤为:
步骤S3b、判断所述最接近的采样时刻各台变有功和无功功率采样值是否存在丢失或异常情况;
其中,判断数据丢失的方法为:通过检查采样记录中的时间信息,如果相邻两条记录的时间间隔大于一个采样周期,则认为存在数据丢失的情况,并通过相邻两条记录的时间差值与采样间隔的关系,计算采样数据丢失的数量;
判断功率采样数据异常的方法为:首先计算采样序列相邻两个采样间隔下功率采样值之间差值的大小,如果差值大于序列中的最大值,则认为采样数据异常,此时将该采样时刻的数据等同于采样数据丢失;
步骤S3c、若存在采样数据丢失或异常,则取存在丢失或异常的采样时刻之前和之后的各3个数据,按照三次样条函数进行拟合,根据拟合后的曲线,代入所述最接近的采样时刻,计算对应的台变有功和无功功率值;若不存在采样数据丢失或异常,则直接读取所述最接近的采样时刻台变的有功功率和无功功率。
7.一种基于馈线电流骤减度的配电网故障研判系统,包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序,其特征在于,所述处理器执行所述计算机程序时实现上述权利要求1至6任一所述方法的步骤。
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