CN114563660B - 一种配电网故障判定方法、装置及管理系统 - Google Patents

一种配电网故障判定方法、装置及管理系统 Download PDF

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Abstract

本发明实施例提供一种配电网故障判定方法、装置及管理系统，该方法包括：根据断路器将配电网划分为多个故障采集组，每个故障采集组均包括FTU和故障指示器，所述FTU用于采集断路器信息，所述故障指示器用于采集线路信息；如果断路器或线路有故障，则产生故障消息，所述FTU和所述故障指示器通信连接，用于传输故障消息；根据所述故障消息确定故障位置；根据所述故障位置、断路器信息及线路信息，确定故障类型。该判定方法提高了故障判定的准确性和可靠性。

Description

一种配电网故障判定方法、装置及管理系统
技术领域
本发明涉及配电网技术领域，具体地涉及一种配电网故障判定方法、装置及管理系统。
背景技术
随着智能配电网的发展，确保配电网的运行安全，缩短故障停电时间，提高供电可靠性被广泛关注。
馈线自动化是配电网实现故障判定及隔离的有效措施，现有的FA（馈线自动化）方案有两种：一种为主站集中式FA，该方式主要依赖于光纤网络和集中控制器，当集中控制器发生故障时，整个区域的馈线自动化将会退出，致使系统因通讯阻塞而不能快速的进行故障定位隔离；另一种为分布式FA，该方式依靠判别相邻断路器的故障量信息实现快速响应控制及故障定位，但是现有的方案仅仅针对简单的拓扑结构，当多电源合环运行时，则无法实现精确的故障定位，这大大降低了故障处理的效率。
另外故障指示器作为馈线自动化的重要终端设备，以其体积小，价格低，对短路及接地故障有较好的适应性。在实际应用中，由于现场环境多变，例如温度、湿度变化大，沙尘及灰尘多，维护不及时等都会导致采集装置准确度受损，导致电网正常运行时故障指示器误报信号，大量错误信号的引入，导致传统的基于故障指示器的故障判定产生经常性误判，失去了其原本的意义。
发明内容
本发明实施例的目的是提供一种配电网故障判定方法、装置及管理系统，该判定方法提高了故障判定的准确性和可靠性。
为了实现上述目的，本发明实施例提供一种配电网故障判定方法，包括：根据断路器将配电网划分为多个故障采集组，每个故障采集组均包括FTU（配电开关监控终端）和故障指示器，所述FTU用于采集断路器信息，所述故障指示器用于采集线路信息；如果断路器或线路有故障，则产生故障消息，所述FTU和所述故障指示器通信连接，用于传输故障消息；根据所述故障消息确定故障位置；根据所述故障位置、断路器信息及线路信息，确定故障类型。
可选的，所述断路器信息包括断路器的电流、电压及断路器位置信息；所述线路信息包括线路的电流、电压及故障指示器位置信息。
可选的，所述根据所述故障消息，确定故障位置包括：根据故障指示器的状态和FTU的状态确定故障评估值Ei：
Figure 901742DEST_PATH_IMAGE001
其中，Kij为第i组故障采集组中第j个故障指示器的状态，Si（Kij）为第i组故障采集组中故障指示器的总状态，m为所述故障采集组的故障指示器总数，Si为第i组故障采集组中FTU的状态，Ei为第i组故障采集组的故障评估值。
可选的，当故障评估值Ei大于故障阈值时，则第i组故障采集组有故障。
可选的，如果第i组故障采集组有故障，则根据第i-1组故障采集组和第i+1组故障采集组的断路器信息、线路信息及故障消息，确定故障类型：如果Si满足
Figure 738985DEST_PATH_IMAGE002
，
则第i组故障采集组中FTU短路；如果Si满足
Figure DEST_PATH_IMAGE003
，
则第i组故障采集组中FTU断路；其中，Ui为第i组故障采集组的电压，Ii为第i组故障采集组的电流，Kij为第i组故障采集组中第j个故障指示器的状态，Ki-1，j为第i-1组故障采集组中第j个故障指示器的状态，m为所述故障采集组的故障指示器总数，Si为第i组故障采集组中FTU的状态。
可选的，所述FTU和所述故障指示器通信连接包括组内通信相连和组间通信相连。
另一方面，本发明还提供一种配电网故障判定装置，包括：分组模块，用于根据断路器将配电网划分为多个故障采集组，每个故障采集组均包括FTU和故障指示器，所述FTU用于采集断路器信息，所述故障指示器用于采集线路信息；通信模块，如果断路器或线路有故障，则产生故障消息，所述FTU和所述故障指示器通信连接，用于传输故障消息；评估模块，用于根据所述故障消息确定故障位置；判定模块，用于根据所述故障位置、断路器信息及线路信息，确定故障类型。
可选的，所述断路器信息包括断路器的电流、电压及断路器位置信息；所述线路信息包括线路的电流、电压及故障指示器位置信息。
可选的，所述根据所述故障消息确定故障位置包括：根据故障指示器的状态和FTU的状态确定故障评估值Ei：
Figure 102620DEST_PATH_IMAGE004
其中，Kij为第i组故障采集组中第j个故障指示器的状态，Si（Kij）为第i组故障采集组中故障指示器的总状态，m为所述故障采集组的故障指示器总数，Si为第i组故障采集组中FTU的状态，Ei为第i组故障采集组的故障评估值。
可选的，当故障评估值Ei大于故障阈值时，则第i组故障采集组有故障。
可选的，所述根据所述故障位置、断路器信息及线路信息，确定故障类型包括：如果第i组故障采集组有故障，则根据第i-1组故障采集组和第i+1组故障采集组的断路器信息、线路信息及故障消息，确定故障类型：如果Si满足
Figure DEST_PATH_IMAGE005
，
则第i组故障采集组中FTU短路；如果Si满足
Figure 936016DEST_PATH_IMAGE003
，
则第i组故障采集组中FTU断路；其中，Ui为第i组故障采集组的电压，Ii为第i组故障采集组的电流，Kij为第i组故障采集组中第j个故障指示器的状态，Ki-1，j为第i-1组故障采集组中第j个故障指示器的状态，m为所述故障采集组的故障指示器总数，Si为第i组故障采集组中FTU的状态。
可选的，所述FTU和所述故障指示器通信连接包括组内通信相连和组间通信相连。
另一方面，本发明还提供一种配电网的管理系统，其特征在于，该管理系统包括上述所述的配电网故障判定装置及终端，所述配电网故障判定装置设于所述终端的线路上，用于确定该终端的故障位置和故障类型。
通过上述技术方案，本发明的一种配电网故障判定方法，包括：根据断路器将配电网划分为多个故障采集组，每个故障采集组均包括FTU和故障指示器，所述FTU用于采集断路器信息，所述故障指示器用于采集线路信息；如果断路器或线路有故障，则产生故障消息，所述FTU和所述故障指示器通信连接，用于传输故障消息；根据所述故障消息确定故障位置；根据所述故障位置、断路器信息及线路信息，确定故障类型。该方法充分利用FTU与故障指示器的组网通信及定位研判，提高了故障判定的准确性和可靠性。
本发明实施例的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施例，但并不构成对本发明实施例的限制。在附图中：
图1是本发明的一种配电网故障判定方法的流程示意图；
图2是本发明的FTU与故障指示器组网系统结构图；
图3是本发明的分组间状态确认流程示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施例，并不用于限制本发明实施例。
图1是本发明的一种配电网故障判定方法的流程示意图，如图1所示，步骤S101为根据断路器将配电网划分为多个故障采集组，每个故障采集组均包括FTU和故障指示器，所述FTU用于采集断路器信息，所述故障指示器用于采集线路信息。所述断路器信息包括断路器的电流、电压及断路器位置信息；所述线路信息包括线路的电流、电压及故障指示器位置信息。
按照一种优选的实施方式，首先建立FTU（配电开关监控终端）和故障指示器组网架构，以FTU为中心，根据控制线路长度设置多个故障指示器，故障指示器间距根据通信方式最佳距离确定，可采用230M、LoRA（低功耗无线广域网）以及载波通信方式。图2是本发明的FTU与故障指示器组网系统结构图，如图2所示，分组1、分组2及分组n为不同的故障采集组，优选的，每组故障采集组均包括一个断路器、一个FTU及多个故障指示器。所述FTU与断路器通信连接，所述故障指示器与线路通信连接。故障指示器采集电流，电压，有功和无功功率，对线路进行实时监测；FTU采集相应柱上开关的信息，包括负荷、电压、有功功率、无功功率和开关的当前位置等。优选地，所述FTU安装于所述断路器上。
步骤S102为如果断路器或线路有故障，则产生故障消息，所述FTU和所述故障指示器通信连接，用于传输故障消息。所述故障消息包括指示器的故障状态和/或FTU的故障状态。故障指示器间互相通讯，FTU通过故障指示器的接力方式获取分组内的故障指示器的状态，也可以通过故障指示器的接力方式获取相邻FTU的状态。
步骤S103为根据所述故障消息确定故障位置，目的供电电源向外网供电的功率方向为正方向。由此定义，是否有故障电流的编码可表示如下：
Figure 347144DEST_PATH_IMAGE006
其中i表示以第i个FTU为中心的分组，j表示分组内的第j个开关或故障指示器，K表示采集节点故障电流状态。
在发生故障时，采集处的信息超过整定值，采集处的FTU和故障指示器立刻向与之相邻的的节点发送故障编码，同时会收到相邻节点发来的故障信号。
进一步的，如果收不到相邻节点的故障编码信号，向其发送状态确认信号，如果回复故障编码则忽略，如果回复无故障编码，则代表此区间线路或区间线路内的用电设备存在问题，然后以接力的方式将故障编码传递到组内的FTU，同时FTU能够记录下故障前和故障后的重要信息，如最大故障电流和故障前的负荷电流、最大故障功率等，与收到的故障编码信息确认后，进行故障的定位与隔离，提高可靠性。
同时如果FTU检测到故障电流，但是在整定的时间内没有收到组内故障指示器节点发回的故障编码信息，执行相应的速断保护措施，确保系统安全性。
为了能够将FTU测控实际值与组内的个体采集信息的优劣准确程度相联系，找一个或者是一组采集节点的状态，最能解释系统中实际的开关故障的电流信息，所以所述根据所述故障消息，确定故障位置包括：根据故障指示器的状态和FTU的状态确定故障评估值Ei：
Figure DEST_PATH_IMAGE007
其中，Ui为第i组故障采集组的电压，Ii为第i组故障采集组的电流，Kij为第i组故障采集组中第j个故障指示器的状态，Si（Kij）为第i组故障采集组中故障指示器的总状态，Ki-1，j为第i-1组故障采集组中第j个故障指示器的状态，m为所述故障采集组的故障指示器总数，Si为第i组故障采集组中FTU的状态，Ei为第i组故障采集组的故障评估值。Si（Kij）为FTU测控点的期望值即根据故障指示器的状态得到的开关函数值，具体的，Si为FTU测控点的实际值，有故障电流流过时为１，无故障电流流过时为０。m为分组内最后一个出现故障电流的故障指示器采集节点，m≤j。
故障评估值Ei越小，证明分组内测控点的实际值越趋于一致，故障定位准确性越好。即当故障评估值Ei大于故障阈值时，则第i组故障采集组有故障。优选的，所述故障阈值为0.05。
所述FTU和故障指示器通信连接包括组内通信相连和组间通信相连。在实际运行中，避免不了个别采集装置出现信息误报或不报情况，因此需要找出区间内线路状态(故障或者非故障)的最佳评估算法，使之最能解释故障信息，提高系统的准确性和可靠性，结合系统结构和定位方法，提出局部最优判断算法。
在整体框架中，采用分组并行的运算模式，在各个分组内，获得初始故障编码，初始代数，根据FTU采集的状态值与故障指示器得到的实际状态组合值对比，得到分组内的状态。其次分组之间加入状态对比，提高定位准确率。基于上述描述，图3是本发明的分组间状态确认流程示意图，如图3所示，在并行的层次上以FTU为中心划分为若干个分组，各自经过优化后，进行分组之间的对比，实现全局最优，比如1、2、3三个分组（故障采集组），如果第3个分组出现短路，现有技术是1、2、3分组都断电，再进行复电，而该发明则只需单独进行第3个分组的断电，使得影响范围降到最小，全局最优化。分组之间的通信可采用故障指示器的接力方式，或4G，5G进行通信，从而进一步确认分组内的故障信息，为精确断路和重合闸提供基础。
步骤S104为根据所述故障位置、断路器信息及线路信息，确定故障类型。针对是否达到状态进化代数的终止条件，本发明提出潮流算法。沿潮流方向电流，电压，以及故障编码满足以下关系，两种关系算法可分别对应短路和断路。具体的，如果第i组故障采集组有故障，则根据第i-1组故障采集组和第i+1组故障采集组的断路器信息、线路信息及故障消息，确定故障类型：如果Si满足
Figure 317024DEST_PATH_IMAGE008
，
则第i组故障采集组中FTU短路；如果Si满足
Figure 589742DEST_PATH_IMAGE009
，
则第i组故障采集组中FTU断路；其中，Ui为第i组故障采集组的电压，Ii为第i组故障采集组的电流，Kij为第i组故障采集组中第j个故障指示器的状态，Ki-1，j为第i-1组故障采集组中第j个故障指示器的状态，m为所述故障采集组的故障指示器总数，Si为第i组故障采集组中FTU的状态。
本发明还提供了一种配电网故障判定装置，包括：分组模块，用于根据断路器将配电网划分为多个故障采集组；每个故障采集组均包括FTU和故障指示器，所述FTU设于断路器上，用于采集断路器信息，所述故障指示器用于采集线路信息；通信模块，如果断路器或线路有故障，则产生故障消息，所述FTU和所述故障指示器通信连接，用于传输故障消息；评估模块，用于根据所述故障消息确定故障位置；判定模块，用于根据所述故障位置、断路器信息及线路信息，确定故障类型。该装置充分利用FTU与故障指示器的组网通信及定位研判，提高故障判定的准确性和可靠性。
本发明还提供了一种配电网的管理系统，该管理系统上述所述的配电网故障判定装置及终端，所述配电网故障判定装置设于所述终端的线路上，用于确定该终端的故障位置和故障类型。
本发明的一种配电网故障判定方法，包括：根据断路器将配电网划分为多个故障采集组，每个故障采集组均包括FTU和故障指示器，所述FTU用于采集断路器信息，所述故障指示器用于采集线路信息；如果断路器或线路有故障，则产生故障消息，所述FTU和所述故障指示器通信连接，用于传输故障消息；根据所述故障消息确定故障位置；根据所述故障位置、断路器信息及线路信息，确定故障类型。该方法基于FTU和故障指示器的分组控制组网体系架构，当配电线路上发生故障，故障指示器相互通信，故障指示器通过手拉手组网方式将线路状态上传至FTU，通过并行自适应定位与隔离及局部最优控制算法，各自经过优化后，进行分组之间的对比，完成数据同步采集、合并、故障判断，实现全局最优，提高故障判定的准确性和可靠性。
同时，本发明有效的避免了主站集中式FA对光纤网络等低时延通信的依赖，同时减少大量信息对主站的处理压力。
以上结合附图详细描述了本发明实施例的可选实施方式，但是，本发明实施例并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明实施例的技术构思范围内，可以对本发明实施例的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明实施例的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明实施例对各种可能的组合方式不再另行说明。
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (7)

1.一种配电网故障判定方法，其特征在于，包括：
根据断路器将配电网划分为多个故障采集组，每个故障采集组均包括FTU和故障指示器，所述FTU用于采集断路器信息，所述故障指示器用于采集线路信息；
如果断路器或线路有故障，则产生故障消息，所述FTU和所述故障指示器通信连接，用于传输故障消息；
根据所述故障消息确定故障位置，包括：根据故障指示器的状态和FTU的状态确定第i组故障采集组的故障评估值Ei，当故障评估值Ei大于故障阈值时，则第i组故障采集组有故障；
根据所述故障位置、断路器信息及线路信息，确定故障类型；
所述根据故障指示器的状态和FTU的状态确定故障评估值Ei：
Figure 659889DEST_PATH_IMAGE001
其中，Kij为第i组故障采集组中第j个故障指示器的状态，
Si（Kij）为第i组故障采集组中故障指示器的总状态，
m为所述第i组故障采集组的故障指示器总数，
Si为第i组故障采集组中FTU的状态，
Ei为第i组故障采集组的故障评估值；
所述FTU和所述故障指示器通信连接包括组内通信相连和组间通信相连；
所述组间通信采用故障指示器的接力方式，用于进一步确认分组内的故障信息。
2.根据权利要求1所述的故障判定方法，其特征在于，
所述断路器信息包括断路器的电流、电压及断路器位置信息；
所述线路信息包括线路的电流、电压及故障指示器位置信息。
3.根据权利要求1 或2所述的故障判定方法，其特征在于，所述根据所述故障位置、断路器信息及线路信息，确定故障类型包括：
如果第i组故障采集组有故障，则根据第i-1组故障采集组和第i+1组故障采集组的断路器信息、线路信息及故障消息，确定故障类型：
如果Si满足
Figure 951193DEST_PATH_IMAGE002
，
则第i组故障采集组中FTU短路；
如果Si满足
Figure 483805DEST_PATH_IMAGE003
，
则第i组故障采集组中FTU断路；
其中，Ui为第i组故障采集组的电压，Ii为第i组故障采集组的电流， Kij为第i组故障采集组中第j个故障指示器的状态，Ki-1，j为第i-1组故障采集组中第j个故障指示器的状态， m为所述故障采集组的故障指示器总数，Si为第i组故障采集组中FTU的状态。
4.一种配电网故障判定装置，其特征在于，包括：
分组模块，用于根据断路器将配电网划分为多个故障采集组，每个故障采集组均包括FTU和故障指示器，所述FTU用于采集断路器信息，所述故障指示器用于采集线路信息；
通信模块，如果断路器或线路有故障，则产生故障消息，所述FTU和所述故障指示器通信连接，用于传输故障消息；
评估模块，用于根据所述故障消息确定故障位置包括：根据故障指示器的状态和FTU的状态确定第i组故障采集组的故障评估值Ei，当故障评估值Ei大于故障阈值时，则第i组故障采集组有故障；
判定模块，用于根据所述故障位置、断路器信息及线路信息，确定故障类型；
所述根据故障指示器的状态和FTU的状态确定故障评估值Ei：
Figure 10602DEST_PATH_IMAGE004
其中，Kij为第i组故障采集组中第j个故障指示器的状态，
Si（Kij）为第i组故障采集组中故障指示器的总状态，
m为所述第i组故障采集组的故障指示器总数，
Si为第i组故障采集组中FTU的状态，
Ei为第i组故障采集组的故障评估值；
所述FTU和所述故障指示器通信连接包括组内通信相连和组间通信相连；
所述组间通信采用故障指示器的接力方式，用于进一步确认分组内的故障信息。
5.根据权利要求4所述的故障判定装置，其特征在于，
所述断路器信息包括断路器的电流、电压及断路器位置信息；
所述线路信息包括线路的电流、电压及故障指示器位置信息。
6.根据权利要求4 或5所述的故障判定装置，其特征在于，所述根据所述故障位置、断路器信息及线路信息，确定故障类型包括：
如果第i组故障采集组有故障，则根据第i-1组故障采集组和第i+1组故障采集组的断路器信息、线路信息及故障消息，确定故障类型：
如果Si满足
Figure 148322DEST_PATH_IMAGE005
，
则第i组故障采集组中FTU短路；
如果Si满足
Figure 407265DEST_PATH_IMAGE003
，
则第i组故障采集组中FTU断路；
其中，Ui为第i组故障采集组的电压，Ii为第i组故障采集组的电流， Kij为第i组故障采集组中第j个故障指示器的状态，Ki-1，j为第i-1组故障采集组中第j个故障指示器的状态， m为所述故障采集组的故障指示器总数，Si为第i组故障采集组中FTU的状态。
7.一种配电网的管理系统，其特征在于，该管理系统包括权利要求4-6中任意一项所述的配电网故障判定装置及终端，所述配电网故障判定装置设于所述终端的线路上，用于确定该终端的故障位置和故障类型。
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