CN113721106B

CN113721106B - 配电网故障定位方法、装置及设备

Info

Publication number: CN113721106B
Application number: CN202010455852.5A
Authority: CN
Inventors: 王玲; 邓志; 马明; 梁晓兵
Original assignee: Electric Power Research Institute of Guangdong Power Grid Co Ltd
Current assignee: Electric Power Research Institute of Guangdong Power Grid Co Ltd
Priority date: 2020-05-26
Filing date: 2020-05-26
Publication date: 2023-07-14
Anticipated expiration: 2040-05-26
Also published as: CN113721106A

Abstract

本申请属于电力领域，公开了一种配电网故障定位方法、装置及设备。所述方法包括：确定待测时间点，获取在所述待测时间点的电流数据；根据所述电流数据，确定所述待测时间点的故障类型；在预设的不同故障类型的电流数据与线路节点的对应关系中，查找所获取的电流数据对应的线路节点；根据预先确定的线路节点对应的分支曲线函数，对所述故障进行定位。只需要通过电流数据即可对不同线路节点的故障进行定位，与故障指示器相比，可扩大检测范围，因而能够降低配电网故障定位成本。

Description

配电网故障定位方法、装置及设备

技术领域

本申请属于电力领域，尤其涉及配电网故障定位方法、装置及设备。

背景技术

在配电网的用户供电环节，由于分支线路多且供电设备多，如果发生故障而停电维修，会影响停电范围内的设备正常工作，给用户造成较大损失。因此，需要快速、准确的对故障进行定位，提高故障后的供电恢复效率。

为了快速对故障进行定位，通常在配电网的关键线路安装故障指示器，通过故障指示器来定位故障。由于故障指示器的有效范围较小，导致配电网的故障定位成本较高。

发明内容

有鉴于此，本申请实施例提供的配电网故障定位方法、装置及设备，以解决现有技术中故障指示器进行故障定位时，有效范围较小，导致定位成本较高的问题。

本申请实施例的第一方面提供了一种配电网故障定位方法，所述方法包括：

确定待测时间点，获取在所述待测时间点的电流数据；

根据所述电流数据，确定所述待测时间点的故障类型；

在预设的不同故障类型的电流数据与线路节点的对应关系中，查找所获取的电流数据对应的线路节点；

根据预先确定的线路节点对应的分支曲线函数，对所述故障进行定位。

结合第一方面，在第一方面的第一种可能实现方式中，根据所述电流数据，确定所述待测时间点的故障类型，包括：

根据所述电流数据确定在所述待测时间点前后的电流变化数据；

根据所述电流变化数据的大小，确定所述待测时间点的故障类型。

结合第一方面的第一种可能实现方式，在第一方面的第二种可能实现方式中，根据所述电流数据确定在所述待测时间点前后的电流变化数据，包括：

获取在所述待测时间点之前的预定时段内的电流的第一有效值，以及在所述待测时间点之后的预定时段内的电流的第二有效值；

根据所述第一有效值与第二有效值的差值，得到电流变化数据。

结合第一方面，在第一方面的第三种可能实现方式中，在预设的不同故障类型的电流数据与线路节点的对应关系中，查找所获取的电流数据对应的线路节点，包括：

获取所述故障类型对应的故障测试数据；

将所述电流数据与所述故障测试数据中的节点数据的进行比较，确定电流数据与节点数据的差异；

根据所述差异确定电流数据对应的线路节点。

结合第一方面的第三种可能实现方式，在第一方面的第四种可能实现方式中，根据所述差异确定电流数据对应的线路节点，包括：

将所述差异进行排序；

根据排序结果，选择较小的预定数量的差异所对应的线路节点集；

通过故障指示器对所述线路节点集进行筛选，得到电流数据对应的线路节点。

结合第一方面，在第一方面的第五种可能实现方式中，根据预先确定的线路节点对应的分支曲线函数，对所述故障进行定位，包括：

查找所述线路节点对应的分支曲线函数；

根据所查找的分支曲线函数，计算所述电流数据对应的障碍距离。

结合第一方面的第五种可能实现方式，在第一方面的第六种可能实现方式中，在查找所述线路节点对应的分支曲线函数之前，所述方法还包括：

根据历史的障碍位置与电流数据的对应关系，确定所述分支曲线函数中的参数。

本申请实施例的第二方面提供了一种配电网故障定位装置，所述装置包括：

电流数据获取单元，用于确定待测时间点，获取在所述待测时间点的电流数据；

故障类型确定单元，用于根据所述电流数据，确定所述待测时间点的故障类型；

线路节点查找单元，用于在预设的不同故障类型的电流数据与线路节点的对应关系中，查找所获取的电流数据对应的线路节点；

故障定位单元，用于根据预先确定的线路节点对应的分支曲线函数，对所述故障进行定位。

本申请实施例的第三方面提供了一种故障定位设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述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如第一方面任一项所述方法的步骤。

本申请实施例的第四方面提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如第一方面任一项所述方法的步骤。

本申请实施例与现有技术相比存在的有益效果是：通过获取待测试时间点的电流数据，根据电流数据确定待测试时间点的故障类型，根据故障类型查找对应关系，根据所查找的对应关系确定电流数据对应的线路节点，根据查找的线路节点确定分支曲线函数，从而对故障进行定位。由于本申请实施例只需要通过电流数据即可对不同线路节点的故障进行定位，与故障指示器相比，可扩大检测范围，因而能够降低配电网故障定位成本。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，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申请的一些实施例，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他的附图。

图1是本申请实施例提供的一种配电网故障定位方法的实现流程示意图；

图2是本申请实施例提供的一种故障类型查询表；

图3是本申请实施例提供的又一故障类型查询表；

图4是本申请实施例提供的一种数据库结构示意图；

图5是本申请实施例提供的一种配电网故障定位装置的示意图；

图6是本申请实施例提供的故障定位设备的示意图。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本申请实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本申请。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本申请的描述。

为了说明本申请所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

图1为本申请实施例提供的一种配电网故障定位方法的实现流程示意图，详述如下：

在步骤S101中，确定待测时间点，获取在所述待测时间点的电流数据；

具体的，在本申请实施例中，配电网故障定位设备可以实时的采集配电网中的电流数据。当配电网中的线路节点出现故障，包括单相接地故障(如AG、BG、CG)、两相故障(如AB，BC，CA)、两相接地故障(如ABG，BCG，CAG)、三相故障(如ABC)、三相接地故障(如ABCG)，在所采集的电流数据中会有相应的异常波动，本申请实施例可以根据该异常波动，对配电网中的故障进行定位分析。

所述待测时间点，可以通过接收工作人员指定指令的方式，确定所述待测时间点。或者，所述待测时间点，也可以根据预先设定的触发条件来确定。比如，所述触发条件为所采集的电流数据中的波动幅度大于预定的阈值时，则触发对故障进行定位，并根据电流数据波动的位置，来确定待测时间点的位置。比如，当电流数据发生波动时，可以在电流变化过程中选择一个或者多个位置，作为所述待测时间点。

所述电流数据可以包括各相电流、负序电流和零序电流中的一项或者多项。

在一种获取所述待测时间点的电流数据的实现方式中，可以根据预先设定的时长，根据所述预先设定的时长，确定电流数据的采样区间。比如预先设定的时间周期T，在所述待测时间点之前的半个周期中，采集并计算第一有效值，包括电流各相电流有效值Ia(u)、Ib(u)、Ic(u)，零序电流I0(u)，在所述待测试时间点之后的半个周期中，采集并计算第二有效值，包括各相电流有效值Ian、Ibn、Icn。

在步骤S102中，根据所述电流数据，确定所述待测时间点的故障类型；

根据所获取的待测时间点的电流数据，即在所述待测时间点之前的电流有效值、待测时间点之后的电流有效值，可在确定所述待测时间点是否存在故障。当所述待测存在故障时，可以进一步确定待测时间点的故障类型。

在一种实现方式中，可以分别确定三个电流阈值，分别为第一电流阈值ε₁、第一电流阈值ε₂、第三电流阈值ε₃。并且第一电流阈值ε₁可以为第二有效值中的A相电流有效值的预定比例，比如可以为0.3倍的A相电流的有效值。所述第二电流阈值ε₂和第三电流阈值ε₃可以为具体数值，比如第二电流阈值ε₂的取舍范围可以为[1.3，1.5]，第三电流阈值ε₃的取值范围可以为[0.05,0.2]等。

所述电流变化数据，可以包括各相电流的变化数据，比如，可以包括A相电流的变化Da、B相电流的变化Db以及C相电流的变化Dc：

Da＝|Ia(u)-Ian|

Db＝|Ib(u)-Ibn|

Dc＝|Ic(u)-Icn|

在根据所述电流变化确定故障类型的判定方式中，如果Da≥ε₁、Db≥ε₁、Dc≥ε₁都满足时，则可以根据图2所示的分类判断表，确定当前的电流变化数据所对应的故障类型。其中，特征值情况栏中的条件为“与”关系，即需要特征值情况中的条件同时满足，则确定该特征值情况所对应的当前的故障类型。

比如，在电流变化的特征值情况为Da/Db≥ε₂，Da/Dc≥ε₂时，所对应的故障类型为A相接地故障。

在可能的实现方式中，表2的查询条件，即Da≥ε₁、Db≥ε₁、Dc≥ε₁可能不能够同时满足，此时，我们可以根据图3所示的表格，确定电流变化的特征值情况所对应的故障类型。同样，特征值情况栏中的条件为“与”关系，即需要特征值情况中的条件同时满足，则确定该特征值情况所对应的当前的故障类型。

比如，当特征值情况为Da≥ε₁，Db＜ε₁且Dc＜ε₁时，所对应的故障类型为A相接地故障。

在步骤S103中，在预设的不同故障类型的电流数据与线路节点的对应关系中，查找所获取的电流数据对应的线路节点；

在确定了待测时间点所对应的故障类型后，即可根据该故障类型，在预先设定的数据库中，查找该故障类型所对应的节点数据库。所述节点数据库中包括电流数据与线路节点的对应关系。

如图4所示，本申请实施例提供的一种配电网故障定位的数据库的结构示意图中，数据库根据不同的故障类型，包括全部故障类型的故障库，如A相接地故障库、B相接地故障库、C相接地故障库、A相非接地故障库、B相非接地故障库、C相非接地故障库、AB相接地故障库、AC相接地故障库、BC相接地故障库、AB相非接地故障库、AC相非接地故障库、BC相非接地故障库、三相接地故障库及三相非接地故障库等，分别对应有节点数据库和分支曲线函数数据库。其中，所述节点数据库中存储有线路节点与故障数据的对应关系，所述分支曲线函数数据库中存储有分支节点所对应的分支曲线函数。

根据预先存储的节点数据库中存储的故障数据与线路节点的对应关系，可以将当前获取的故障数据，即待测时间点所获取的电流数据，与节点数据库中存储的节点数据进行比较，通过比较确定故障所在的线路节点。

比如，在故障类型数据库中，包括多个节点数据，即不同节点对应的特征数据。故障数据A可以为负序电流有效值或零序电流有效值。II_i表示节点i故障数据库中对应的首端电流有效值，电流数据与故障类型数据库中的故障数据进行比较得到差异：

δ(i)＝|A-II_i|i＝1,2,3,……k

其中，k为线路节点的标号。

可以计算各个节点的节点电流与故障电流之间的差异δ(i)，选择较小的差异δ(i)对应的节点j作为故障所在的节点。可以确定故障发生在节点[j-1，j]，或者发生成[j，j+1]。

在可能的实现方式中，如果线路分支较多，为了避免漏选故障，可以选择多个节点作为备选故障集。比如，可以将所述差异进行排序，选择较小的3个差异较小的节点作为备选故障集，或者也可以通过指示器辅助筛选出伪故障节点。

在步骤S104中，根据预先确定的线路节点对应的分支曲线函数，对所述故障进行定位。

在确定所述线路节点后，可以根据图4所示的数据库，进一步查找线路节点所对应的分支曲线函数，通过所查找的分支曲线函数，对所述故障进行准确的定位。

其中，所述分支曲线函数，可以根据历史记录的故障数据，确定所述分支曲线函数I＝ax²+bx+c中的参数值a、b和c，其中，I为所采集的电流数据，可以为零序电流或负序电流等，x为故障的距离。

在根据历史数据构建所述分支曲线函数时，可以根据维尔斯特拉斯Weierstrass定理，设分支曲线曲线f(x)∈[a,b]，则对于任意ε＞0，总存在一个多项式p(x)，使得||f(x)-p(x)||<ε，在[a,b]上一致成立。因分支线路发生故障时其对应的故障电流总是存在，且在某个区间内，其故障电流的变化与故障距离x有关，因此故障发生时负序或零序电流I曲线可以近似用故障距离x的n次多项式表示：

I(x)＝C₀+C₁x+C₂x²+....C_nxⁿ

在实际情况中，各项系数对于x-I曲线拟合精度的影响权重往往表现为：

C₀≥C₁≥C₂…≥C_n，根据以下关系确定多项式项数。

对于线路阻抗Z，其满足：

其中，L为电感量，C为电容量，j为虚数单位，ω为角频率，R为线路电阻。

而

U为线路电压。

将Z展开后，则有：

假设U为固定值，可以认为I和Z存在二次函数关系，而Z与x距离存在，Z＝x*Z₀，其中Z₀为线路单位阻抗，因此，可以选择n＝2来满足计算要求，即：

I＝ax²+bx+c

为确定其中的参数a，b，c，可以根据各分支线路的历史故障信息进行求解。可以根据所述电流数据，计算正序、负序、零序稳态分量的有效电流，因故障距离x已知,根据I＝ax²+bx+c，求解一个三元一次方程可确定参数a，b，c。

在本申请实施例中，通过在数据库中设置电流数据与故障类型的对应关系，以及故障类型中的线路节点与电流数据的对应关系，来确定电流数据所对应的线路节点，并进一步结合线路节点所对应的分支曲线函数，对故障进行定位，可有效的减少故障指示器的同时，有利于提高故障定位设备的定位精度。

应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。

图5为本申请实施例提供的一种配电网故障定位装置的结构示意图。如图5所示，所述配电网故障定位装置包括：

电流数据获取单元501，用于确定待测时间点，获取在所述待测时间点的电流数据；

故障类型确定单元502，用于根据所述电流数据，确定所述待测时间点的故障类型；

线路节点查找单元503，用于在预设的不同故障类型的电流数据与线路节点的对应关系中，查找所获取的电流数据对应的线路节点；

故障定位单元504，用于根据预先确定的线路节点对应的分支曲线函数，对所述故障进行定位。

图5所示配电网故障定位设备，与图1所示的配电网故障定位方法对应。

图6是本申请一实施例提供的故障定位设备的示意图。如图6所示，该实施例的故障定位设备6包括：处理器60、存储器61以及存储在所述存储器61中并可在所述处理器60上运行的计算机程序62，例如配电网故障定位程序。所述处理器60执行所述计算机程序62时实现上述各个配电网故障定位方法实施例中的步骤。或者，所述处理器60执行所述计算机程序62时实现上述各装置实施例中各模块/单元的功能。

示例性的，所述计算机程序62可以被分割成一个或多个模块/单元，所述一个或者多个模块/单元被存储在所述存储器61中，并由所述处理器60执行，以完成本申请。所述一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述所述计算机程序62在所述故障定位设备6中的执行过程。

所述故障定位设备6可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。所述故障定位设备可包括，但不仅限于，处理器60、存储器61。本领域技术人员可以理解，图6仅仅是故障定位设备6的示例，并不构成对故障定位设备6的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如所述故障定位设备还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。

所称处理器60可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal 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。

所述存储器61可以是所述故障定位设备6的内部存储单元，例如故障定位设备6的硬盘或内存。所述存储器61也可以是所述故障定位设备6的外部存储设备，例如所述故障定位设备6上配备的插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card,SMC)，安全数字(SecureDigital,SD)卡，闪存卡(Flash Card)等。进一步地，所述存储器61还可以既包括所述故障定位设备6的内部存储单元也包括外部存储设备。所述存储器61用于存储所述计算机程序以及所述故障定位设备所需的其他程序和数据。所述存储器61还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置/终端设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置/终端设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括是电载波信号和电信信号。

以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims

1.一种配电网故障定位方法，其特征在于，所述方法包括：

确定待测时间点，获取在所述待测时间点的电流数据；

根据所述电流数据，确定所述待测时间点的故障类型；

根据预先确定的线路节点对应的分支曲线函数，对所述故障进行定位；

根据预先确定的线路节点对应的分支曲线函数，对所述故障进行定位，包括：

查找所述线路节点对应的分支曲线函数；在查找所述线路节点对应的分支曲线函数之前，所述方法还包括：根据历史的障碍位置与电流数据的对应关系，确定所述分支曲线函数中的参数；

根据所查找的分支曲线函数，计算所述电流数据对应的故障距离；所述分支曲线函数为

，其中，a、b和c为根据历史记录的故障数据确定的参数值，I为所采集的电流数据，x为故障距离。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述电流数据，确定所述待测时间点的故障类型，包括：

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据所述电流数据确定在所述待测时间点前后的电流变化数据，包括：

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在预设的不同故障类型的电流数据与线路节点的对应关系中，查找所获取的电流数据对应的线路节点，包括：

获取所述故障类型对应的故障测试数据；

将所述电流数据与所述故障测试数据中的节点数据进行比较，确定电流数据与节点数据的差异；

根据所述差异确定电流数据对应的线路节点。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，根据所述差异确定电流数据对应的线路节点，包括：

将所述差异进行排序；

6.一种配电网故障定位装置，其特征在于，所述装置包括：

故障定位单元，用于根据预先确定的线路节点对应的分支曲线函数，对所述故障进行定位；

7.一种故障定位设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述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如权利要求1至5任一项所述方法的步骤。

8.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至5任一项所述方法的步骤。