CN115112997A - 一种配电网故障区间定位方法、装置及终端设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种配电网故障区间定位方法，包括以下步骤：在故障发生后，建立多母线节点和N阶故障信息描述矩阵；对多分支母线节点的故障电流进行判别；确定配电网中每条母线中故障换节点的判断矩阵P；进行判断矩阵P中的每一个P_ij元素和P_ji元素执行逻辑与运算，判断故障发生点；利用多种群遗传算法对故障区间进行进一步确定，对两母线节点之间进行继续拆分为节点；接着构造开关函数和适应度函数，求取最小解，得到最终的故障区间。本发明通过先利用判断矩阵再利用多种群遗传算法对故障区间，不仅能够更精确的判断出故障区域，提高精确度，并能够对单重故障和多重故障都能进行准确判断，具有较好的容错性和准确性。

Description

一种配电网故障区间定位方法、装置及终端设备

技术领域

本发明涉及配电网技术领域，特别涉及一种配电网故障区间定位方法、装置及终端设备。

背景技术

迅速地定位故障区段是配电网发生故障时及时隔离故障并恢复非故障区域供电的关键，这对缩短客户停电时间、减少停电面积和提高供电可靠性有着重要的意义。然而，传统的故障定位方法只适应于单电源的配电网络。随着能源危机的持续加剧，绿色环保的分布式发电技术得到快速的发展和广泛的应用。原来单电源辐射的配电网随着大量分布式电源的接入变为多电源辐射的复杂网络。这导致已有的故障区间定位方法产生误判，需改进以适应多电源复杂网络。

当系统的馈线上发生故障时，按照已有的多电源故障区域判断算法，馈线上接入分布式电源后，馈线上的监测点会出现过电流情况不明，使得整个网络的潮流方向难以确定因此已有的多电源故障定位方法将难以实现。

发明内容

基于上述技术问题，本发明的目的在于提供一种配电网故障区间定位方法、装置及终端设备，使其具有高收敛效率，在故障定位时确定以系统电源指向用户的方向为馈线正方向时，其实用性和准确性更高。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种配电网故障区间定位方法，包括以下步骤：

S1、在故障发生后，建立多母线节点：A₁，A₂，A₃，…，A_i的N阶故障信息描述矩阵A＝[A₁A₂A₃…A_i]；

S2、对多分支母线节点的故障电流进行判别；

S3、确定配电网中每条母线中故障换节点的判断矩阵P；

S4、进行判断矩阵P中的每一个P_ij元素和P_ji元素执行逻辑与运算，判断故障发生点；

S5、如若判断出电路阶段不在任意两母线节点之间，判断故障发生点所在的区域，建立故障发生点所在的区域的判断矩阵B，进行判断矩阵B中的每一个B_ij元素和B_ji元素执行逻辑与运算，判断故障发生点；

S6、当步骤S5完成后，利用多种群遗传算法对故障区间进行进一步确定，对两母线节点之间进行继续拆分为节点：a₁，a₂，a₃，…，a_n；接着构造开关函数和适应度函数，求取最小解，得到最终的故障区间。

优选的，步骤S2中对多分支母线节点的故障电流进行判别时：故障电流为“1”时表示故障电流方向与正方向一致，当故障电流为“0”时便是没有故障电流，当故障电流为“-1”时表示故障电流方向与正方向相反。

优选的，所述步骤S4中进行判断矩阵P中的每一个P_ij元素和P_ji元素执行逻辑与运算，判断故障发生点具体为：

当判断矩阵P中的每一个P_ij元素和P_ji元素执行逻辑与运算，只有P_ij&P_ji＝1，故障发生在节点i和节点j之间；

当判断矩阵P中的每一个P_ij元素和P_ji元素执行逻辑与运算，均有P_ij&P_ji＝0，且P_ii＝1，且P_ii所在的行的其他元素均为“0”，则判断故障区域落在母线节点i的下游线路。

优选的，所述步骤S6所述的开关函数为：

式中：I_j表示第j个分段开关的开关函数，正常使用为“0”，有故障电流时为“1”；M表示为经过判断矩阵P或者判断矩阵B判断后，故障点所在区域的馈线区段总数；x_n表示为经过判断矩阵P或者判断矩阵B判断后，故障点所在区域第n个馈线区段的状态值，正常使用为“0”，有故障电流时为“1”。

优选的，配电网中开关至系统电源方向为上游，与该方向相反的方向为下游。

优选的，所述步骤S6所述的适应性函数为：

式中：ω为是权系数。

一种配电网故障区间定位装置，包括信号发射端和信号接收端，此装置位于整个配电网系统的每个负载中，在进行故障区间定后，启动故障区间两端的负载中的装置，利用其中一个装置的信号发射端通过馈线向另外一个装置发射信号，通过另外一个装置的信号接收端能否接受到信号判断故障区域是否为机械故障。

一种配电网故障区间定位终端，包括：

检测模块，当配电网发生故障时，检测模块会第一时间发现故障并发射指令；

计算模块，接受计算模块的指令，并计算故障区间，进行定位；

信号发射模块，故障区间被定位完毕后，通过信号发射模块将定位完成后的区间位置进行信号发送传输，提醒工作人员进行维修。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.本发明通过先利用判断矩阵判断出故障区间的大致位置，再利用多种群遗传算法对故障区间进行进一步监测，不仅能够更精确的判断出故障区域，提高精确度，并且能够有效避免误判，用多种群遗传算法能够对单重故障和多重故障都能进行准确判断，并且在信息上传产生畸变时，程序依然能够得到正确的定位结果，其具有较好的容错性和准确性。

2.本发明通过设置装置，通过馈线向另外一个装置发射信号，通过另外一个装置的信号接收端能否接受到信号判断故障区域是否为机械故障。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的方法流程图；

图2为本发明的配电网示意图；

图3位本发明的定位终端的示意图。

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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术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，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1至图3，本发明提供一种技术方案：

一种配电网故障区间定位方法，包括以下步骤：

S1、在故障发生后，建立多母线节点：A₁，A₂，A₃，…，A_i的N阶故障信息描述矩阵A＝[A₁A₂A₃…A_i]；

S2、对多分支母线节点的故障电流进行判别；步骤S2中对多分支母线节点的故障电流进行判别时：故障电流为“1”时表示故障电流方向与正方向一致，当故障电流为“0”时便是没有故障电流，当故障电流为“-1”时表示故障电流方向与正方向相反。

S3、根据各母线分支的关联监测点的正方向及最大故障电流综合幅值的指向情况修改信息描述矩阵确定配电网中每条母线中故障换节点的判断矩阵P；

S4、进行判断矩阵P中的每一个P_ij元素和P_ji元素执行逻辑与运算，判断故障发生点；所述步骤S4中进行判断矩阵P中的每一个P_ij元素和P_ji元素执行逻辑与运算，判断故障发生点具体为：

当判断矩阵P中的每一个P_ij元素和P_ji元素执行逻辑与运算，只有P_ij&P_ji＝1，故障发生在节点i和节点j之间；直接转到步骤S6；

当判断矩阵P中的每一个P_ij元素和P_ji元素执行逻辑与运算，均有P_ij&P_ji＝0，且P_ii＝1，且P_ii所在的行的其他元素均为“0”，则判断故障区域落在母线节点i的下游线路，转到步骤S5。

S5、如若判断出电路阶段不在任意两母线节点之间，判断故障发生点所在的区域，建立故障发生点所在的区域的判断矩阵B，进行判断矩阵B中的每一个B_ij元素和B_ji元素执行逻辑与运算，判断故障发生点；

S6、当步骤S5完成后，利用多种群遗传算法对故障区间进行进一步确定，对两母线节点之间进行继续拆分为节点：a₁，a₂，a₃，…，a_n；接着构造开关函数和适应度函数，求取最小解，得到最终的故障区间；所述步骤S6所述的开关函数为：

式中：I_j表示第j个分段开关的开关函数，正常使用为“0”，有故障电流时为“1”；M表示为经过判断矩阵P或者判断矩阵B判断后，故障点所在区域的馈线区段总数；x_n表示为经过判断矩阵P或者判断矩阵B判断后，故障点所在区域第n个馈线区段的状态值，正常使用为“0”，有故障电流时为“1”。配电网中开关至系统电源方向为上游，与该方向相反的方向为下游。

其用于实现故障区段定位，即根据根据配电网络线路上FTU上传的各个分段开关的故障电流信息来确定具体的故障线路，建立一个从开关故障电流越限情况到线路故障状态的转换。这种转换关系定义为开关函数，它反映了各个分段开关与线路区段之间的关联关系。

所述步骤S6所述的适应性函数为：

式中：ω为是权系数。在ω∈(0，1)范围之内，利用适应性函数复合故障诊断理论中的“最小集”概念，在上述矩阵判断诊断结果中选取故障线路数目最小的解，不仅能够更精确的判断出故障区域，提高精确度，并且能够有效避免误判。

接着进行种群初始化，设置种群数目、初始种群个体数目、个体长度等，根据上传故障电流信息及适应度函数计算各个体的适应度，去不同的控制参数来保证各种群的差异进化，主要控制参数为交叉概率和变异概率；

设置移民算子和人工选择算子，达到多种群协同进化的目的，并选出最优个体，并将其放入精华种群中加以保存，保证最优个体不会被破坏；

最后当最优个体数目超出设置值时，算法收敛，判断故障区域。利用多种群遗传算法能够对单重故障和多重故障都能进行准确判断，并且在信息上传产生畸变时，程序依然能够得到正确的定位结果，其具有较好的容错性和准确性。

一种配电网故障区间定位装置，包括信号发射端和信号接收端，此装置位于整个配电网系统的每个负载中，在进行故障区间定后，启动故障区间两端的负载中的装置，利用其中一个装置的信号发射端通过馈线向另外一个装置发射信号，通过另外一个装置的信号接收端能否接受到信号判断故障区域是否为机械故障。

一种配电网故障区间定位终端，包括：

检测模块，当配电网发生故障时，检测模块会第一时间发现故障并发射指令；

计算模块，接受计算模块的指令，并计算故障区间，进行定位；

信号发射模块，故障区间被定位完毕后，通过信号发射模块将定位完成后的区间位置进行信号发送传输，提醒工作人员进行维修。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，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，或者对其中部分或者全部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发明各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种配电网故障区间定位方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、在故障发生后，建立多母线节点：A₁，A₂，A₃，…，A_i的N阶故障信息描述矩阵A＝[A₁A₂A₃…A_i]；

S2、对多分支母线节点的故障电流进行判别；

S3、确定配电网中每条母线中故障换节点的判断矩阵P；

S4、进行判断矩阵P中的每一个P_ij元素和P_ji元素执行逻辑与运算，判断故障发生点；

S5、如若判断出电路阶段不在任意两母线节点之间，判断故障发生点所在的区域，建立故障发生点所在的区域的判断矩阵B，进行判断矩阵B中的每一个B_ij元素和B_ji元素执行逻辑与运算，判断故障发生点；

S6、当S5完成后，利用多种群遗传算法对故障区间进行进一步确定，对两母线节点之间进行继续拆分为节点：a₁，a₂，a₃，…，a_n；接着构造开关函数和适应度函数，求取最小解，得到最终的故障区间。

2.根据权利要求1所述的一种配电网故障区间定位方法，其特征在于，S2中对多分支母线节点的故障电流进行判别时：故障电流为“1”时表示故障电流方向与正方向一致，当故障电流为“0”时便是没有故障电流，当故障电流为“-1”时表示故障电流方向与正方向相反。

3.根据权利要求1所述的一种配电网故障区间定位方法，其特征在于，所述S4中进行判断矩阵P中的每一个P_ij元素和P_ji元素执行逻辑与运算，判断故障发生点具体为：

当判断矩阵P中的每一个P_ij元素和P_ji元素执行逻辑与运算，只有P_ij&P_ji＝1，故障发生在节点i和节点j之间；

当判断矩阵P中的每一个P_ij元素和P_ji元素执行逻辑与运算，均有P_ij&P_ji＝0，且P_ii＝1，且P_ii所在的行的其他元素均为“0”，则判断故障区域落在母线节点i的下游线路。

4.根据权利要求1所述的一种配电网故障区间定位方法，其特征在于，所述S6所述的开关函数为：

式中：I_j表示第j个分段开关的开关函数，正常使用为“0”，有故障电流时为“1”；M表示为经过判断矩阵P或者判断矩阵B判断后，故障点所在区域的馈线区段总数；x_n表示为经过判断矩阵P或者判断矩阵B判断后，故障点所在区域第n个馈线区段的状态值，正常使用为“0”，有故障电流时为“1”。

5.根据权利要求4所述的一种配电网故障区间定位方法，其特征在于，配电网中开关至系统电源方向为上游，与该方向相反的方向为下游。

6.根据权利要求1所述的一种配电网故障区间定位方法，其特征在于，所述S6中的适应性函数为：

式中：ω为是权系数。

7.一种配电网故障区间定位装置，适应于权利要求1-6所述的一种含分布式电源的配电网故障区间定位方法，其特征在于，包括信号发射端和信号接收端，此装置位于整个配电网系统的每个负载中，在进行故障区间定后，启动故障区间两端的负载中的装置，利用其中一个装置的信号发射端通过馈线向另外一个装置发射信号，通过另外一个装置的信号接收端能否接受到信号判断故障区域是否为机械故障。

8.一种配电网故障区间定位终端，其特征在于，包括：

检测模块，当配电网发生故障时，检测模块会第一时间发现故障并发射指令；

计算模块，接受计算模块的指令，并计算故障区间，进行定位；

信号发射模块，故障区间被定位完毕后，通过信号发射模块将定位完成后的区间位置进行信号发送传输，提醒工作人员进行维修。

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