CN115825656B - 一种新能源光伏电站配电网的故障监测方法、装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及配电网技术领域，解决了故障监测效率低且定位精度差的技术问题，尤其涉及一种新能源光伏电站配电网的故障监测方法、装置及系统，包括：根据供电电源的数量将整个配电网划分为若干个监测区域；根据配电网潮流方向以树的形式将同一监测区域内的节点进行连接以获得监测子树，在每个监测子树的根节点处安装一级监测设备，其余节点处安装二级监测设备；根据一级监测设备采集的一级监测数据，判断配电网是否发生故障。本发明通过根据供电电源的数量将整个配电网划分为若干独立的监测区域，采用两阶段查找定位的方式，能够迅速定位故障出现的位置，为后来系统的维修和恢复打好基础，尽量缩短供电中断时间，以确保供电系统的正常运行。

Description

一种新能源光伏电站配电网的故障监测方法、装置及系统

技术领域

本发明涉及配电网技术领域，尤其涉及一种新能源光伏电站配电网的故障监测方法、装置及系统。

背景技术

新能源光伏电站通过逆变器接入配电网时，能够极大的提高光伏发电的利用率，但由于光伏电站的电源属于分布式电源，因而将光伏电站接入配电网络之后，传统的单一配电网络逐步转变为双端配电网络甚至多端的网络形式，在运行过程中易于发生故障，因而需要对光伏电站配电网进行在线监测。

目前，现有的含有新能源光伏电站的配电网的故障监测方法，通常需要选取两个不同的端作为监测端来计算故障是否出现在选取的两个端之间的线路上，以一种遍历的方式不断选取两个端直到故障被定位，但是，由于新能源光伏电站配电网的拓扑结构非常复杂，因而采用上述方法使得故障监测效率低下，而且在故障被定位时一般只采用两个端点的数据，易于因数据量过少而致使故障定位精度差。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种新能源光伏电站配电网的故障监测方法、装置及系统，解决了故障监测效率低且定位精度差的技术问题，达到了提高监测效率及定位精度的目的。

为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：一种新能源光伏电站配电网的故障监测方法，包括以下步骤：

S11、根据供电电源的数量将整个配电网划分为若干个监测区域，其中，同一个所述监测区域内的节点由同一个电源供电；

S12、根据配电网的潮流方向以树的形式将同一个所述监测区域内的节点进行连接以获得监测子树，并在每个监测子树的根节点处安装一级监测设备，其余节点处安装二级监测设备，同时分别将一级监测设备和二级监测设备按照设定的顺序依次进行编号；

S13、根据所述一级监测设备所采集的一级监测数据，判断所述配电网是否发生故障，如果所述配电网发生故障，则确定故障区域，否则结束本次故障监测；

S14、获取所述故障区域内所述二级监测设备采集的二级监测数据，并根据二级监测数据的流过情况构建监测矩阵；

S15、根据所述监测矩阵构造开关函数和适应度函数，并根据开关函数和适应度函数计算故障区域的最优解，得到所述配电网的故障节点；

S16、获取所述故障节点的相关信息并发送至故障监控中心。

进一步地，所述步骤S14还可设置为：获取故障发生前后周期内所述故障区域对应的所述二级监测设备采集的二级监测数据，并将二级监测数据的特征量进行时序差分处理，获得监测矩阵。

进一步地，所述步骤S13具体包括：

S131、获取带有编号的所述一级监测设备所采集的一级监测数据；

S132、对所述一级监测数据进行最大重叠离散小波变换并提取各个所述一级监测数据对应的某一级的小波细节系数；

S133、判断所述小波细节系数是否大于预设阈值，如果至少存在一个所述小波细节系数大于预设阈值，则证明所述配电网发生故障，并将大于预设阈值的所述小波细节系数对应的监测区域记为故障区域；如果每个所述小波细节系数均小于等于预设阈值，则证明配电网没有发生故障，并结束本次故障监测。

进一步地，所述步骤S15具体包括：

S151、根据从所述故障区域的二级监测数据越限情况到配电网线路故障状态的转换关系，构造开关函数；

S152、根据所述开关函数和故障监测最小集理论，构造适应度函数；

S153、根据所述监测矩阵、开关函数和适应度函数，计算所述故障区域的最优解，得到所述配电网的故障节点。

进一步地，所述开关函数的表达式为：

上式中，表示开关的开关函数，表示期望状态；”表示逻辑或运算，表示监测区域的总数；表示第个新能源光伏电站是否接入配电网运行，若接入配电网运行，则，否则；表示开关上游馈线区段的故障状态值，线路发生故障时其取值为1，否则取值为0；表示开关下游馈线区段的故障状态值，线路发生故障时其取值为1，否则取值为0；表示开关上游馈线区段总数；表示开关下游馈线区段总数。

进一步地，所述适应度函数的表达式为：

上式中，表示第个监测区域的权重系数，表示第个监测区域中的开关总数，表示第个监测区域中开关发生故障后信号，表示开关函数，表示编号为的故障区域中末端节点所关联的开关电流越限信号，表示配电网运行过程中末端设备状态量的值。

本发明还提供一种技术方案：一种新能源光伏电站配电网的故障监测装置，包括：

区域划分模块，所述区域划分模块用于根据供电电源的数量将整个配电网划分为若干个监测区域，其中，同一个所述监测区域内的节点由同一个电源供电；

监测子树生成模块，所述监测子树生成模块用于根据配电网的潮流方向以树的形式将同一个所述监测区域内的节点进行连接以获得监测子树，并在每个监测子树的根节点处安装一级监测设备，其余节点处安装二级监测设备，同时分别将一级监测设备和二级监测设备按照设定的顺序依次进行编号；

故障判断模块，所述故障判断模块用于根据所述一级监测设备所采集的一级监测数据，判断所述配电网是否发生故障，如果所述配电网发生故障，则确定故障区域，否则结束本次故障监测；

监测矩阵生成模块，所述监测矩阵生成模块用于获取所述故障区域内所述二级监测设备采集的二级监测数据，并根据二级监测数据的流过情况构建监测矩阵；

故障定位模块，所述故障定位模块用于根据所述监测矩阵构造开关函数和适应度函数，并根据开关函数和适应度函数计算故障区域的最优解，得到所述配电网的故障节点；

故障信息发送模块，所述获取所述故障节点的相关信息并发送至故障监控中心。

进一步地，所述故障判断模块包括：

数据获取单元，所述数据获取单元用于获取带有编号的所述一级监测设备所采集的一级监测数据；

小波细节系数计算单元，所述小波细节系数计算单元用于对所述一级监测数据进行最大重叠离散小波变换并提取各个所述一级监测数据对应的某一级的小波细节系数；

判断单元，所述判断单元用于判断所述小波细节系数是否大于预设阈值，如果至少存在一个所述小波细节系数大于预设阈值，则证明所述配电网发生故障，并将大于预设阈值的所述小波细节系数对应的监测区域记为故障区域；如果每个所述小波细节系数均小于等于预设阈值，则证明配电网没有发生故障，并结束本次故障监测。

进一步地，所述故障定位模块包括：

开关函数构造单元，所述开关函数构造单元用于根据从所述故障区域的二级监测数据越限情况到配电网线路故障状态的转换关系，构造开关函数；

适应度函数构造单元，所述适应度函数构造单元用于根据所述开关函数和故障监测最小集理论，构造适应度函数；

最优解计算单元，所述最优解计算单元用于根据所述监测矩阵、开关函数和适应度函数，计算所述故障区域的最优解，得到所述配电网的故障节点。

本发明还提供了一种技术方案：一种用于实现上述故障监测方法的系统，包括：一级监测设备、二级监测设备和故障监控中心；

所述一级监测设备通过区域监测站与故障监控中心建立数据通信，且一级监测设备用于采集与供电电源连接的根节点处的数据；

所述二级监测设备通过区域监测站与故障监控中心建立数据通信，且二级监测设备用于采集配电网中各个监测区域除根节点外其他节点处的数据；

所述故障监控中心用于接收一级监测设备和二级监测设备发送的数据，并对接收到的数据进行分析及定位故障点。

借由上述技术方案，本发明提供了一种新能源光伏电站配电网的故障监测方法、装置及系统，至少具备以下有益效果：

1、本发明通过根据供电电源的数量将整个新能源光伏电站配电网划分为若干个监测区域，再根据发生故障时与电源相连的根节点处电流发生突变的特性，初步确定发生故障的监测区域，最后通过构造开关函数和适应度函数计算出故障发生区域的最优解，实现对配电网故障出现位置进行快速精确定位的目的，为后来系统的维修和恢复打好基础，尽量缩短供电中断时间，以确保供电系统的正常运行。

2、本发明在初步确定发生故障的监测区域后，提取故障发生前后监测周期内发生故障的监测区域对应的二级监测数据，并将二级监测数据的特征量进行时序差分处理，获得故障发生时段的监测矩阵，提高了监测数据的可靠性，从而进一步提高了配电网故障定位的准确性。

3、本发明通过根据供电电源的数量将整个配电网划分为若干个独立的监测区域，采用先初步确定故障发生区域，再对故障发生区域进行精准求解的两阶段监测方式，能够迅速定位故障出现的位置，为后来系统的维修和恢复打好基础，尽量缩短供电中断时间，以确保供电系统的正常运行。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本发明故障监测方法的流程图；

图2为本发明故障监测方法中配电网的拓扑结构划分图；

图3为本发明故障监测方法中配电网的监测子树的结构示意图；

图4为本发明故障监测方法中故障区域判断的流程图；

图5为本发明故障监测方法中故障定位的流程图；

图6为本发明故障监测装置的原理框图；

图7为本发明实施例二中故障监测方法的流程图；

图8为本发明故障监测系统的原理框图。

图中：10、区域划分模块；20、监测子树生成模块；30、故障判断模块；301、数据获取单元；302、小波细节系数计算单元；303、判断单元；40、监测矩阵生成模块；50、故障定位模块；501、开关函数构造单元；502、适应度函数构造单元；503、最优解计算单元；60、故障信息发送模块；100、一级监测设备；200、二级监测设备；300、故障监控中心。

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，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。借此对本申请如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

申请概述

当配电网中某一点发生故障时，由于新能源光伏电站配电网具体非常复杂的拓扑结构且数据复杂等原因，会出现故障监测效率低且定位精度差等问题，为此，本申请提出采用两阶段监测方式对故障发生节点进行定位，即首先根据供电电源的数量将整个新能源光伏电站配电网划分为若干个监测区域，并根据发生故障时与电源相连的根节点处电流发生突变并产生短暂瞬态现象的特性，初步确定发生故障的监测区域，然后，针对发生故障的监测区域进行最优解计算，对故障发生节点进行精确定位，为后来系统的维修和恢复打好基础，尽量缩短供电中断时间，以确保供电系统的正常运行。

实施例一

请参照图1-图5，示出了本实施例的一种具体实施方式，本实施例通过采用两阶段查找定位的方式，能够迅速定位故障出现的位置，为后来系统的维修和恢复打好基础，尽量缩短供电中断时间，以确保供电系统的正常运行。

如图1所示，一种新能源光伏电站配电网的故障监测方法，包括以下步骤：

S11、根据供电电源的数量将整个配电网划分为若干个监测区域，其中，同一个监测区域内的节点由同一个电源供电。

通常情况下新能源光伏电站配电网为树形辐射状，在不考虑内部元件信息的情况下，可将配电网的拓扑结构抽象为由顶点和边构成的图，另外，由于配电网的节点多且连接关系复杂，因而可以根据供电电源的数量将整个配电网划分为若干个监测区域。

如图2所示，该配电网中含有A、B和C三个供电电源，还包括开关102和203，本实施例以开关为分界点，将整个配电网划分为三个监测区域，它们分别是监测区域a、监测区域b和监测区域c，对每个监测区域下的节点进行编号，依次分别是11、12、13、14、15、21、22、23、24、25、26、31、32和33，通过对配电网进行约简，可以大大提高配电网故障监测效率。

S12、根据配电网的潮流方向以树的形式将同一个监测区域内的节点进行连接以获得监测子树，并在每个监测子树的根节点处安装一级监测设备，其余节点处安装二级监测设备，同时分别将一级监测设备和二级监测设备按照设定的顺序依次进行编号。

配电网的潮流方向为由供电电源指向连通区域内各个支路的末端，为此，在以树的形式连接同一监测区域的节点时，从与供电电源直接相连的根节点开始，沿着潮流方向递归搜索各节点的子节点，直至配电网末端对应的节点，并对节点进行编号，即可生成与潮流方向一致的监测子树，如图3所示，本实施例的配电网划分为三棵监测子树，图3中（a）所示监测子树对应于监测区域a，（b）所示监测子树对应于监测区域b，（c）所示监测子树对应于监测区域c。

进一步地，在每个监测子树的根节点处安装一级监测设备，其余节点处安装二级监测设备，同时分别将一级监测设备和二级监测设备按照设定的顺序依次进行编号，以便在配电网发生故障时，能够迅速定位故障出现的位置，为配电网络系统的维修和恢复打好基础，尽量缩短供电中断时间，以确保供电系统的正常运行，增强了实用性。

S13、根据一级监测设备所采集的一级监测数据，判断配电网是否发生故障，如果配电网发生故障，则确定故障区域并执行下一步，否则结束本次故障监测。

具体的，当配电网发生故障时，故障点所在的监测区域中，与供电电源相连的根节点处的电流将发生突变并产生短暂的瞬态现象，为此，通过检测各个监测区域的一级监测设备所采集的根节点处的电流数据，可判断新能源光伏电站配电网是否发生故障，同时，若发生故障则还能检测出发生故障的区域，如图4所示，具体包括：

S131、获取带有编号的一级监测设备所采集的一级监测数据。

含有新能源光伏电站的配电网在运行过程中，通过带有编号的一级监测设备采集各个监测区域的根节点处的一级监测数据，即电流数据，并将采集的电流数据传输到故障监测中心。

S132、对一级监测数据进行最大重叠离散小波变换并提取各个一级监测数据对应的某一级的小波细节系数。

通过最大重叠离散小波变换对电流数据进行离散变换后，计算并提取各个电流数据对应的某一级的小波细节系数，则小波细节系数的表达式如下：

上式中，表示第个监测区域的第级的小波细节系数；表示第个监测区域内滤波器的宽度；表示第个监测区域内第级的小波滤波器；表示将信号长度为的电流数据进行分解。本实施例中优选第一级的小波细节系数。

需要说明的是，最大重叠离散小波变换可以在接收到每个电流数据之后立即计算小波细节系数，进一步提高了配电网故障检测效率。

S133、判断小波细节系数是否大于预设阈值，如果至少存在一个小波细节系数大于预设阈值，则证明配电网发生故障，并将大于预设阈值的小波细节系数对应的监测区域记为故障区域；如果每个小波细节系数均小于等于预设阈值，则证明配电网没有发生故障，并结束本次故障监测。

需要说明的是，为了提高故障监测效率，本实施例中采用基于电流信号本身幅值大小的阈值选取方法，即基于相邻系数差的阈值法设置阈值，此阈值法属于本领域技术人员的公知常识，在此不再展开详述。

S14、获取故障区域内二级监测设备采集的二级监测数据，并根据二级监测数据的流过情况构建监测矩阵。

当配电网发生故障时，故障区域中带有编号的二级监测设备采集的二级监测数据为监测电流，并根据编码规则针对故障区域进行编码，得到故障区域对应的监测矩阵。

其中，编码规则指的是：如果监测电流方向与潮流方向一致，则编码为1；如果没有监测电流流过，则编码为0；如果监测电流方向与潮流方向相反，则编码为-1，为此，根据编码规则可得到与故障区域相对应的监测矩阵，便于根据监测电流的过流情况确定故障点。

S15、根据监测矩阵构造开关函数和适应度函数，并根据开关函数和适应度函数计算故障区域的最优解，得到配电网的故障节点。如图5所示，具体步骤包括：

S151、根据从故障区域的二级监测数据越限情况到配电网线路故障状态的转换关系，构造开关函数。

具体的，根据各个故障区域中二级监测设备所采集的监测电流越限情况到配电网线路故障状态的转换关系，构造的开关函数表达式如下：

上式中，表示开关的开关函数，表示期望状态；”表示逻辑或运算，表示监测区域的总数；表示第个新能源光伏电站是否接入配电网运行，若接入配电网运行，则，否则；表示开关上游馈线区段的故障状态值，线路发生故障时其取值为1，否则取值为0；表示开关下游馈线区段的故障状态值，线路发生故障时其取值为1，否则取值为0；表示开关上游馈线区段总数；表示开关下游馈线区段总数。

本实施例中，所构造的开关函数对于含有单个和多个新能源光伏电站的配电网，均具有一定的适应性。

S152、根据开关函数和故障监测最小集理论，构造适应度函数。

需要说明的是，当配电网中发生故障的监测区域有多个时，如果将发生故障的各个故障区域分别进行编码，则致使计算过程太繁琐，从而降低了故障监测效率，为此，本申请提出通过在每个监测区域的适应度函数前面乘以一个权重系数，构造一个能够适应多个故障点的适应度函数，简化编码过程，提高故障监测效率。

因此，根据上述开关函数和故障监测的最小集理论及权重系数，可构造出一个具有容错性的适应度函数，即适应度函数的表达式如下：

上式中，表示第个监测区域的权重系数，表示第个监测区域中的开关总数，表示第个监测区域中开关发生故障后信号，表示开关函数，表示编号为的故障区域中末端节点所关联的开关电流越限信号，表示配电网运行过程中末端设备状态量的值。

进一步地，当某个监测区域发生故障时，权重系数，否则为0，也就是说，当权重系数取值为1时，其对应的表达式存在于上述适应度函数中，该监测区域需要参与故障定位过程，找出发生故障的区段；当权重系数取值为0时，表示该监测区域没有发生故障，不参与故障定位，其对应的表达式也将不在上述适应度函数中出现。

S153、根据监测矩阵、开关函数和适应度函数，计算故障区域的最优解，得到配电网的故障节点。

具体的，根据上述监测矩阵、开关函数和适应度函数依次计算出各个故障区域内每个开关的监测电流函数值，当种群迭代过程中满足终止条件时，即可得到最优解，从而可以确定故障节点位置。

S16、获取故障节点的相关信息并发送至故障监控中心。

将提取的关于故障节点的相关信息发送至配电网故障监控中心，便于工作人员进行故障分析，及时采取相应措施，以使得配电网能够尽快恢复正常运行，增强了实用性。

如图6所示，本发明还提供了一种用于实现上述故障监测方法的故障监测装置，包括：

区域划分模块10，用于根据供电电源的数量将整个配电网划分为若干个监测区域，其中，同一个监测区域内的节点由同一个电源供电。

监测子树生成模块20，用于根据配电网的潮流方向以树的形式将同一个监测区域内的节点进行连接以获得监测子树，并在每个监测子树的根节点处安装一级监测设备，其余节点处安装二级监测设备，同时分别将一级监测设备和二级监测设备按照设定的顺序依次进行编号。

故障判断模块30，用于根据一级监测设备所采集的一级监测数据，判断配电网是否发生故障，如果配电网发生故障，则确定故障区域，否则结束本次故障监测；其中，故障判断模块30包括：

数据获取单元301，用于获取带有编号的一级监测设备所采集的一级监测数据；

小波细节系数计算单元302，用于对一级监测数据进行最大重叠离散小波变换并提取各个一级监测数据对应的某一级的小波细节系数；

判断单元303，用于判断小波细节系数是否大于预设阈值，如果至少存在一个小波细节系数大于预设阈值，则证明配电网发生故障，并将大于预设阈值的小波细节系数对应的监测区域记为故障区域；如果每个小波细节系数均小于等于预设阈值，则证明配电网没有发生故障，并结束本次故障监测。

监测矩阵生成模块40，用于获取故障区域内二级监测设备采集的二级监测数据，并根据二级监测数据的流过情况构建监测矩阵；

故障定位模块50，用于根据监测矩阵构造开关函数和适应度函数，并根据开关函数和适应度函数计算故障区域的最优解，得到配电网的故障节点；其中，故障定位模块50包括：

开关函数构造单元501，用于根据从故障区域的二级监测数据越限情况到配电网线路故障状态的转换关系，构造开关函数；

适应度函数构造单元502，用于根据开关函数和故障监测最小集理论，构造适应度函数；

最优解计算单元503，用于根据监测矩阵、开关函数和适应度函数，计算故障区域的最优解，得到配电网的故障节点。

故障信息发送模块60，用于获取故障节点的相关信息并发送至故障监控中心。

通过本实施例，通过根据供电电源的数量将整个新能源光伏电站配电网划分为若干个监测区域，再根据发生故障时与电源相连的根节点处电流发生突变的特性，初步确定发生故障的监测区域，最后通过构造开关函数和适应度函数计算出故障发生区域的最优解，实现对配电网故障出现位置进行快速精确定位的目的，为后来系统的维修和恢复打好基础，尽量缩短供电中断时间，以确保供电系统的正常运行。

如图8所示，本发明还提供了一种技术方案：一种用于实现上述故障监测方法的系统，包括：一级监测设备100、二级监测设备200和故障监控中心300；

一级监测设备100通过区域监测站与故障监控中心300建立数据通信，且一级监测设备100用于采集与供电电源连接的根节点处的数据；

二级监测设备200通过区域监测站与故障监控中心300建立数据通信，且二级监测设备200用于采集配电网中各个监测区域除根节点外其他节点处的数据；

故障监控中心300用于接收一级监测设备100和二级监测设备200发送的数据，并对接收到的数据进行分析及定位故障点。

通过本实施例所提出的一种新能源光伏电站配电网的故障监测系统，该系统用于对故障监测方法以及装置进行配合完成新能源光伏电站配电网故障的快速精准定位，并通过故障监控中心的通信连接完成对于各项数据的直观显示，并在人机交互界面上进行呈现，由此可便于监控中心工作人员查看故障监测结果，并根据故障节点的相关信息做出有效的分析判断，为系统的维修和恢复打好基础。

实施例二

请参照图2-图5和图7，示出了本实施例的另一种具体实施方式，本实施例是在实施例一所提出的新能源光伏电站配电网的故障监测方法的基础上实现的，相同或相似的部分互相参见即可，并具有相应的方法实施例的有益效果，相同部分在此不再赘述。

如图7所示，一种新能源光伏电站配电网的故障监测方法，在初步确定发生故障的监测区域后，提取故障发生前后监测周期内发生故障的监测区域对应的二级监测数据，并将二级监测数据的特征量进行时序差分处理，获得故障发生时段的监测矩阵，提高了监测数据的可靠性，从而进一步提高了配电网故障定位的准确性，包括以下步骤：

S21、根据供电电源的数量将整个配电网划分为若干个监测区域，其中，同一个监测区域内的节点由同一个电源供电。

S22、根据配电网的潮流方向以树的形式将同一个监测区域内的节点进行连接以获得监测子树，并在每个监测子树的根节点处安装一级监测设备，其余节点处安装二级监测设备，同时分别将一级监测设备和二级监测设备按照设定的顺序依次进行编号。

S23、根据一级监测设备所采集的一级监测数据，判断配电网是否发生故障，如果配电网发生故障，则确定故障区域并执行下一步，否则结束本次故障监测。

S24、获取故障发生前后周期内故障区域对应的二级监测设备采集的二级监测数据，并将二级监测数据的特征量进行时序差分处理，获得监测矩阵。

具体的，根据各个故障区域对应的监测子树，可构建出用于描述节点间连接关系的关联矩阵，并将二级监测数据特征量组成的列矩阵设为，通过对关联矩阵和二级监测数据特征量的列矩阵进行时序差分处理，可得到故障发生时段的监测矩阵，监测矩阵的表达式为：

上式中，表示二级监测数据特征量的时序差分矩阵。

S25、根据监测矩阵构造开关函数和适应度函数，并根据开关函数和适应度函数计算故障区域的最优解，得到配电网的故障节点。

S26、获取故障节点的相关信息并发送至故障监控中心。

区域划分模块10，用于根据供电电源的数量将整个配电网划分为若干个监测区域，其中，同一个监测区域内的节点由同一个电源供电。

监测子树生成模块20，用于根据配电网的潮流方向以树的形式将同一个监测区域内的节点进行连接以获得监测子树，并在每个监测子树的根节点处安装一级监测设备，其余节点处安装二级监测设备，同时分别将一级监测设备和二级监测设备按照设定的顺序依次进行编号。

故障判断模块30，用于根据一级监测设备所采集的一级监测数据，判断配电网是否发生故障，如果配电网发生故障，则确定故障区域，否则结束本次故障监测。

监测矩阵生成模块40，用于获取故障发生前后周期内故障区域对应的二级监测设备采集的二级监测数据，并将二级监测数据的特征量进行时序差分处理，获得监测矩阵；

故障定位模块50，用于根据监测矩阵构造开关函数和适应度函数，并根据开关函数和适应度函数计算故障区域的最优解，得到配电网的故障节点。

故障信息发送模块60，用于获取故障节点的相关信息并发送至故障监控中心。

本实施例的一种新能源光伏电站配电网的故障监测系统用于实现前述多个方法实施例中相应的一种新能源光伏电站配电网的故障监测方法及装置，并具有相应的方法实施例的有益效果，在此不再赘述。

通过本实施例，通过根据供电电源的数量将整个新能源光伏电站配电网划分为若干个监测区域，再根据发生故障时与电源相连的根节点处电流发生突变的特性，初步确定发生故障的监测区域，然后，提取故障发生前后监测周期内发生故障的监测区域对应的二级监测数据，并将二级监测数据的特征量进行时序差分处理，获得故障发生时段的监测矩阵，提高了监测数据的可靠性，从而进一步提高了配电网故障定位的准确性。

本发明通过根据供电电源的数量将整个配电网划分为若干个独立的监测区域，采用两阶段查找定位的方式，能够迅速定位故障出现的位置，为后来系统的维修和恢复打好基础，尽量缩短供电中断时间，以确保供电系统的正常运行。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。对于以上各实施例而言，由于其与方法实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

以上实施方式对本发明进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (4)

1.一种新能源光伏电站配电网的故障监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

S11、根据供电电源的数量将整个配电网划分为若干个监测区域，其中，同一个所述监测区域内的节点由同一个电源供电；

S12、根据配电网的潮流方向以树的形式将同一个所述监测区域内的节点进行连接以获得监测子树，并在每个监测子树的根节点处安装一级监测设备，其余节点处安装二级监测设备，同时分别将一级监测设备和二级监测设备按照设定的顺序依次进行编号；

S13、根据所述一级监测设备所采集的一级监测数据，判断所述配电网是否发生故障，如果所述配电网发生故障，则确定故障区域，否则结束本次故障监测；具体包括以下步骤：

S131、获取带有编号的所述一级监测设备所采集的一级监测数据；

S132、对所述一级监测数据进行最大重叠离散小波变换并提取各个所述一级监测数据对应的某一级的小波细节系数；

S133、判断所述小波细节系数是否大于预设阈值，如果至少存在一个所述小波细节系数大于预设阈值，则证明所述配电网发生故障，并将大于预设阈值的所述小波细节系数对应的监测区域记为故障区域；如果每个所述小波细节系数均小于等于预设阈值，则证明配电网没有发生故障，并结束本次故障监测；

S14、获取所述故障区域内所述二级监测设备采集的二级监测数据，并根据二级监测数据的流过情况构建监测矩阵；

S15、根据所述监测矩阵构造开关函数和适应度函数，并根据开关函数和适应度函数计算故障区域的最优解，得到所述配电网的故障节点；具体包括以下步骤：

S151、根据从所述故障区域的二级监测数据越限情况到配电网线路故障状态的转换关系，构造开关函数，且开关函数的表达式如下所示：

；

上式中，表示开关的开关函数，表示期望状态；“表示逻辑或运算，表示监测区域的总数；表示第个新能源光伏电站是否接入配电网运行，若接入配电网运行，则，否则；表示开关上游馈线区段的故障状态值，线路发生故障时其取值为1，否则取值为0；表示开关下游馈线区段的故障状态值，线路发生故障时其取值为1，否则取值为0；表示开关上游馈线区段总数；表示开关下游馈线区段总数；

S152、根据所述开关函数和故障监测最小集理论，构造适应度函数，且适应度函数的表达式如下所示：

；

上式中，表示第个监测区域的权重系数，表示第个监测区域中的开关总数，表示第个监测区域中开关发生故障后信号，表示开关函数，表示编号为的故障区域中末端节点所关联的开关电流越限信号，表示配电网运行过程中末端设备状态量的值；

S153、根据所述监测矩阵、开关函数和适应度函数，计算所述故障区域的最优解，得到所述配电网的故障节点；

S16、获取所述故障节点的相关信息并发送至故障监控中心。

2.根据权利要求1所述的故障监测方法，其特征在于，所述步骤S14还可设置为：获取故障发生前后周期内所述故障区域对应的所述二级监测设备采集的二级监测数据，并将二级监测数据的特征量进行时序差分处理，获得监测矩阵。

3.一种新能源光伏电站配电网的故障监测装置，其特征在于，包括：

区域划分模块（10），所述区域划分模块（10）用于根据供电电源的数量将整个配电网划分为若干个监测区域，其中，同一个所述监测区域内的节点由同一个电源供电；

监测子树生成模块（20），所述监测子树生成模块（20）用于根据配电网的潮流方向以树的形式将同一个所述监测区域内的节点进行连接以获得监测子树，并在每个监测子树的根节点处安装一级监测设备，其余节点处安装二级监测设备，同时分别将一级监测设备和二级监测设备按照设定的顺序依次进行编号；

故障判断模块（30），所述故障判断模块（30）用于根据所述一级监测设备所采集的一级监测数据，判断所述配电网是否发生故障，如果所述配电网发生故障，则确定故障区域，否则结束本次故障监测；且所述故障判断模块（30）包括：

数据获取单元（301），所述数据获取单元（301）用于获取带有编号的所述一级监测设备所采集的一级监测数据；

小波细节系数计算单元（302），所述小波细节系数计算单元（302）用于对所述一级监测数据进行最大重叠离散小波变换并提取各个所述一级监测数据对应的某一级的小波细节系数；

判断单元（303），所述判断单元（303）用于判断所述小波细节系数是否大于预设阈值，如果至少存在一个所述小波细节系数大于预设阈值，则证明所述配电网发生故障，并将大于预设阈值的所述小波细节系数对应的监测区域记为故障区域；如果每个所述小波细节系数均小于等于预设阈值，则证明配电网没有发生故障，并结束本次故障监测；

监测矩阵生成模块（40），所述监测矩阵生成模块（40）用于获取所述故障区域内所述二级监测设备采集的二级监测数据，并根据二级监测数据的流过情况构建监测矩阵；

故障定位模块（50），所述故障定位模块（50）用于根据所述监测矩阵构造开关函数和适应度函数，并根据开关函数和适应度函数计算故障区域的最优解，得到所述配电网的故障节点；且所述故障定位模块（50）包括：

开关函数构造单元（501），所述开关函数构造单元（501）用于根据从所述故障区域的二级监测数据越限情况到配电网线路故障状态的转换关系，构造开关函数，且开关函数的表达式如下所示：

；

上式中，表示开关的开关函数，表示期望状态；“表示逻辑或运算，表示监测区域的总数；表示第个新能源光伏电站是否接入配电网运行，若接入配电网运行，则，否则；表示开关上游馈线区段的故障状态值，线路发生故障时其取值为1，否则取值为0；表示开关下游馈线区段的故障状态值，线路发生故障时其取值为1，否则取值为0；表示开关上游馈线区段总数；表示开关下游馈线区段总数；

适应度函数构造单元（502），所述适应度函数构造单元（502）用于根据所述开关函数和故障监测最小集理论，构造适应度函数，且适应度函数的表达式如下所示：

；

上式中，表示第个监测区域的权重系数，表示第个监测区域中的开关总数，表示第个监测区域中开关发生故障后信号，表示开关函数，表示编号为的故障区域中末端节点所关联的开关电流越限信号，表示配电网运行过程中末端设备状态量的值；

最优解计算单元（503），所述最优解计算单元（503）用于根据所述监测矩阵、开关函数和适应度函数，计算所述故障区域的最优解，得到所述配电网的故障节点；

故障信息发送模块（60），所述故障信息发送模块（60）用于获取所述故障节点的相关信息并发送至故障监控中心。

4.一种用于实现上述权利要求1-2任一项所述的故障监测方法的系统，其特征在于，包括：一级监测设备（100）、二级监测设备（200）和故障监控中心（300）；

所述一级监测设备（100）通过区域监测站与故障监控中心（300）建立数据通信，一级监测设备（100）用于采集与供电电源连接的根节点处的数据；

所述二级监测设备（200）通过区域监测站与故障监控中心（300）建立数据通信，二级监测设备（200）用于采集配电网中各个监测区域除根节点外其他节点处的数据；

所述故障监控中心（300）用于接收一级监测设备（100）和二级监测设备（200）发送的数据，并对接收到的数据进行分析及定位故障点。

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