CN116068333B - 基于模糊理论的多判据融合故障选线装置及选线方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于模糊理论的多判据融合故障选线装置及选线方法，选线装置包括故障线路信息采集模块、单位时间故障选线测评模块、最佳故障选线确定模块、当前故障线获取模块，选线方法包括：步骤S1：对配电网过电压及其主动干预系统设备进行技术升级；步骤S2：利用模糊理论多重判据选线算法对配电网过电压故障线路选取；步骤S3：利用双端行波法对配电网过电压故障进行定位；本发明采用了在弧光接地发生第一个周波内，将弧光接地快速转为金属接地的主动干预策略；采用基于模糊理论高频模态能量的故障选线方法、基于5次谐波分量的故障进线方法和基于衰减直流分量的故障选线方法进行智能融合，实现了基于模糊理论的多判据融合故故障选线装置。

Description

基于模糊理论的多判据融合故障选线装置及选线方法

技术领域

本发明涉及电网故障选线领域，尤其涉及基于模糊理论的多判据融合故障选线装置及选线方法。

背景技术

频繁发生的弧光接地、铁磁谐振等而电网过电压，是引发电力系统区城内变电站发生停电事战、爆炸、开关柜起、电级击穿等严量事故的主要原因之一。传统解决思路是加装消弧线圈(消弧柜)，主要弊端突川表现为2个方面：1故隐线路辨识准确率低，实践证明低于60％；2适应性差，藏置参数离线整定，难于适应系统容量、运行方式的快速变化。

对比文件1：202210729030.0一种双快速开关配合的主动干预式消弧方法；该发明属于电力技术领域，公开了一种双快速开关配合的主动干预式消弧方法。该发明采用具有第一触头开距的快速开关作为前置快速开关，采用具有第二触头开距的快速开关作为接地快速开关，第一触头开距大于第二触头开距，前置快速开关与接地快速开关串联，接地快速开关提供超快的开关动作速度，前置快速开关提供较强的电流开断能力，通过两个快速开关配合可以兼具快速动作性能和大电流开断性能，可以快速熄灭接地电弧，并降低消弧装置成本。

公开专利201811493924.4一种计及选相失败的主动干预式消弧选线方法；该发明的方法通过两相电压之间的差值比较，在小电阻故障时选择电压最小相为故障相，在大电阻故障时选择电压最高相的滞后相为故障相，提高消弧选相的准确率，实现快速准确熄灭故障点电弧，消除弧光接地过电压。该发明的方法选相合闸后根据全部馈线零序电流相位差值判断选相是否失败，若失败立即跳开已合的接地开关，排除该错误相后从剩余两相中重新选相，避免因选相错误导致的短路电流增大对装置和电缆线路绝缘的冲击破坏，以及母线进线端过电流保护动作；同时利用选相失败时系统故障特征进行重新选相，加快处理单相接地故障速率，有效纠正选相错误。

针对配网接地短路故障及过电压问题治理思路仍停留在被动治理、事后处置上，缺少主动干预、快速抑制的方法和技术，目前国内外对配电网的过电压理论研究较多，包括雷电过电压、操作过电压、弧光过电压、谐振过电压，其治理措施多而杂，例如加装避酋器、消弧线圈、压敏型一次消谐器等，治理措施单一、分散，而且都是被动治理、事后处置，因此配电网过电压主要灾破的技术问题有:

1.传统的消谐装置，采用非线性电阻或固定电阻方式，不能适应金属接地故障工况，装置参数离线整定，难以适应系统容量、运行方式的快速变化，故障发生后过电压问题难以得到有效解决。

2.传统消弧装置在实际应用中，存在投入脱谐度，炮弧能力差的问题，故障研判能力差，故障选线准确率低，影响配电网故障的及时处置。

3.现有消谐消弧装置分体设置，不能适应占地面积日益紧缺的紧凑型变电站设计方式。

发明内容

为了克服现有技术存在的缺点与不足，本发明提供基于模糊理论的多判据融合故障选线装置及选线方法。

本发明所采用的技术方案是，

基于模糊理论的多判据融合故障选线装置，该装置包括：

故障线路信息采集模块，用于获取不同传输渠道故障线路的传输电压和电流信息、消弧情况和故障线路发生时的环境情况、地点及频次；

单位时间故障选线测评模块，用于在所述不同传输渠道故障线路接上数据采集传感器，且未向故障线路电压传感器发出采集信息时，单位时间获取所述故障线路灭弧接收通道上的当前故障选线时间与频次信息；

最佳故障选线确定模块，用于根据所述单位时间故障选线时间与频次信息、历史灭弧信息相关标准和当前故障选线时间与频次信息确定所述故障线路电压传感器当前测量到的故障线信息的规范所允许最佳故障选线。

进一步地，所述最佳故障选线确定模块具体用于：

如果所述当前故障选线时间与频次信息位于所述单位时间故障选线时间与频次信息和历史灭弧信息相关标准之间，将所述当前故障选线时间与频次信息作为所述规范所允许最佳故障选线；

如果所述当前故障选线时间与频次信息小于等于所述单位时间故障选线时间与频次信息，将所述单位时间故障选线时间与频次信息作为所述规范所允许最佳故障选线；

如果所述当前故障选线时间与频次信息大于等于所述历史灭弧信息相关标准，将所述历史灭弧信息相关标准减去特定环境下的标准信息冗余剔除后作为所述规范所允许最佳故障选线。

进一步地，还包括：

当前故障线获取模块，用于根据所述规范所允许最佳故障选线和所述故障线路灭弧当前接收到的接收灭弧信息相关标准确定所述故障线路电压传感器当前测量到的故障线信息的故障选线。

进一步地，所述当前故障线获取模块具体用于：

如果所述故障线路灭弧当前接收到的接收灭弧信息相关标准小于所述规范所允许最佳故障选线，信息异常测评失败；

如果所述故障线路灭弧当前接收到的接收灭弧信息相关标准大于等于所述规范所允许最佳故障选线，所述故障线路电压传感器当前测量到的故障线信息的故障选线为所述接收灭弧信息相关标准减去所述规范所允许最佳故障选线。

基于模糊理论的多判据融合故障选线方法，其特征在于，该方法包括：

步骤S1：对配电网过电压及其主动干预系统设备进行技术升级；

步骤S2：利用模糊理论多重判据选线算法对配电网过电压故障线路选取；

步骤S3：利用双端行波法对配电网过电压故障进行定位。

进一步地，所述对配电网过电压及其主动干预系统设备进行技术升级，分析配电网弧光接地、铁碰谐振过电压机理，分析接地故障发生时过电压对配电网的危害研究了不同接地类型过电压仿真分析模型，对单相接地故障发生时消弧线圈投入脱谐度和披司调节问题，根据故障发生时每相电压及零序电压变化情况判定接地故障发生的相别及接地历性的判据，系统发生弧光接地时40ms内将弧光接地转化成金属接地，论证配网不同故障工况下弧光接地故障的判别、快速抑制方法和主动干预策略的可行性。

进一步地，所述利用模糊理论多重判据选线算法对配电网过电压故障线路选取；

利用模糊理论多重判据选线算法，对据高频模态法、衰减直流分量法以及5次谐波分量法三种基本选线方法进行数据融合，根据系统健全线路与故障线路零序电流不同的特性，构造选线的隶属度函数，根据综合判据进行信息融合来实现选线。

进一步地，所述利用双端行波法对配电网过电压故障进行定位；

利用行波到达双端的时何差和波，建通过计算来得到故障距高；

配电线路故障定位包据两个内:一确定应障点到观测点的电气距离，二是确定故障点所在的分支线路，故障电气距离的确定。

有益效果：

(1)针对配网单相接地故障发生时消弧线圈投入脱谐度过大和被动调节问题，采用了在弧光接地发生第一个周波内，将弧光接地快速转为金属接地的主动干预策略；

(2)采用基于模糊理论高频模态能量的故障选线方法、基于5次谐波分量的故障进线方法和基于衰减直流分量的故障选线方法进行智能融合，实现了基于模糊理论的多判据融合故故障选线装置；

(3)采用集消弧、消谐，故障选线、故障定位、故障信息通信和告警反债功能于一体的高精度、高集成度新型主动式消弧消情于预系统，符合现行典型变电站设计要求，适用于35千伏及以下全电压配网运行场景。

附图说明

图1为本发明装置结构图；

图2为本发明融合选线流程图；

图3为本发明线路故障情况分布图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互结合，下面结合附图和有具体实施例对本申请作进一步详细说明。

如图1所示，基于模糊理论的多判据融合故障选线装置及选线方法，

基于模糊理论的多判据融合故障选线装置，该装置包括：

故障线路信息采集模块，用于获取不同传输渠道故障线路的传输电压和电流信息、消弧情况和故障线路发生时的环境情况、地点及频次；

单位时间故障选线测评模块，用于在所述不同传输渠道故障线路接上数据采集传感器，且未向故障线路电压传感器发出采集信息时，单位时间获取所述故障线路灭弧接收通道上的当前故障选线时间与频次信息；

最佳故障选线确定模块，用于根据所述单位时间故障选线时间与频次信息、历史灭弧信息相关标准和当前故障选线时间与频次信息确定所述故障线路电压传感器当前测量到的故障线信息的规范所允许最佳故障选线。

最佳故障选线确定模块具体用于：

如果所述当前故障选线时间与频次信息位于所述单位时间故障选线时间与频次信息和历史灭弧信息相关标准之间，将所述当前故障选线时间与频次信息作为所述规范所允许最佳故障选线；

如果所述当前故障选线时间与频次信息小于等于所述单位时间故障选线时间与频次信息，将所述单位时间故障选线时间与频次信息作为所述规范所允许最佳故障选线；

如果所述当前故障选线时间与频次信息大于等于所述历史灭弧信息相关标准，将所述历史灭弧信息相关标准减去特定环境下的标准信息冗余剔除后作为所述规范所允许最佳故障选线。

基于模糊理论的多判据融合故障选线装置，还包括：

当前故障线获取模块，用于根据所述规范所允许最佳故障选线和所述故障线路灭弧当前接收到的接收灭弧信息相关标准确定所述故障线路电压传感器当前测量到的故障线信息的故障选线。

基于模糊理论的多判据融合故障选线装置，当前故障线获取模块具体用于：

如果所述故障线路灭弧当前接收到的接收灭弧信息相关标准小于所述规范所允许最佳故障选线，信息异常测评失败；

如果所述故障线路灭弧当前接收到的接收灭弧信息相关标准大于等于所述规范所允许最佳故障选线，所述故障线路电压传感器当前测量到的故障线信息的故障选线为所述接收灭弧信息相关标准减去所述规范所允许最佳故障选线。

基于模糊理论的多判据融合故障选线方法该方法包括：

步骤S1：对配电网过电压及其主动干预系统设备进行技术升级；

步骤S2：利用模糊理论多重判据选线算法对配电网过电压故障线路选取；

步骤S3：利用双端行波法对配电网过电压故障进行定位。

对配电网过电压及其主动干预系统设备进行技术升级，分析配电网弧光接地、铁碰谐振等过电压机理，分析接地故障发生时过电压对配电网的危害研究了不同接地类型过电压仿真分析模型，针对单相接地故障发生时消弧线圈投入脱谐度和披司调节问题，提出根据故障发生时每相电压及零序电压变化情况判定接地故障发生的相别及接地历性的判据，提出系统发生弧光接地时40ms内将弧光接地转化成金属接地的方法，从而进一步论证配网不同故障工况下弧光接地故障的判别、快速抑制方法和主动干预策略的可行性。

研究新型消谐策略利用消谐材料的物理特性，将流敏型智能消谐装置串接在PT中性点与地之间。在正常运行情况下，流敏消谐装置为低阻态，不影响系统参数:当系统产生诺振时，流敏淮诺装置突变为高阻态，消耗谐振能量，改变谐振参数，将PT激磁电流抑制在200mA以下。研基于配电网谐振过电压机理的判据，针对非线性电阻消谐装置应用局限问题和谐振类型快速识别的问题，开发配电网过电压监测系统，系统发生放障时可以纪录波形和快速故障类型。基于前述理论依据，采用“电磁斥力技术的分相控制式快速真空断路器”作为中性点不接地系约问敬性弧光接地过电压治理装置的金属接地回路，克服传统的消弧消谐及过电压保护柜、消弧线圈的适用性局限性，研发集消弧、消谐及故障信息通信和反馈功能于一体的主动干预型消弧消谓成套装置。达到配电网过电压主动干预及快速抑制要求，占地面积小，集成度高，能够准确识另各类接地故障，适用于各种类型变电站，并示范推广。

利用模糊理论多重判据选线算法对配电网过电压故障线路选取；

小电流接地系统单相接地故障后的信号中含有各种各样的故障信息，如稳态基波分量，高频暂态分量，现在的各种算法就是利用了各种故障信息构成的故障判据。然而对不同故障条件下的故障信息分析表明，随着故障条件的不同，故障信息也会有变化，有些算法可能会失效，所以相据不同算法作小的判断结果的准确度也往往不同。理论和实践都表明，没有一种选线方法能够保证对所有故障类型都有效，每种选线判据都有一定的适用范围，也都有各自的局限性，需要满足一定的适用条件。所以，仅靠一种判据进行选线是不充分的。

在这种现实状况下，一种可行的办法是使用多重选线判据来构成综合判据，利用各种判据进线性能上的互补性扩大正确选线的成功率，提高选线结果的可靠性。由于小电流接地系统及电网结构的复杂性，很难取得某种选线判据与选线结果皱之间精确的数学模型，而运用模糊理论实现多判据选线信息融合是一个可行的方法。

在模糊理论中利用以下计算故障选线工作信号的实时采集结果与给定值之间的误差信号。

其中r和y分别为参考输入与实际输入，e为误差。将误差信号e作为模糊控制器的输入量，对其进行模糊化处理，得到相应的模糊向量。在模糊控制规则的约束下，得到模糊控制量为:

Δ=e·ψ

上式中,ψ为设置的模糊规则，Δ为模糊控制量，在模糊控制量的计算过程中，需要考虑故障选线的控制周期，若控制量计算结果为负值，则控制器的控制方向为故障方向的反方向，否则与故障方向相同。

该方法不能直接应用于控制目标，必须将其转换为可由执行器完成的准确数量，这一过程为反模糊化过程。反模糊化处理过程可以表示为:

其中，u_i和μ_c（Δ）分别为模糊论域等级对应元素及其对应的隶属度，Δ为控制量的模糊计算结果。为方便对模糊控制器进行灵活调节，改善控制器动态特性和控制精度，在输入-输出关系中加入校正因素，以消除偏差的改变，抑制过调。最终将模糊控制器的输入输出端与故障选线的结果相连，实现实时控制信号的直接输出。

如图2所示，因选线所使用的故障特征量不同，每种单一判据的选线方法都有其适用范围并存在选线死区问题。因此，为了提高故隔选线的准确度和灵敏度，则需综合利用其故障特征，将多种单一判据的选线方法通过信息融合技术进行融合来实现小电流接地系统障远线的可靠性和灵敏性、高频模态能量法在障相角相对较大是准确度高、衰减直流分量法在故障相较小时准确度高和5谐波分量法利用相关分析理论实现选线，受外界干扰影响小，因此这三种单一据的选线方法具有一定的互补性。故通过建立故障测度隶属函数和研究与开发方法权系数来属函数，运用模糊理论将这三种方法进行智能融合，实现多判据融合故原选线。

基于模糊理论多重判据选线算法研究，开发据高频模态法、衰减直流分量法以及5次谐波分量法三种基本选线方法进行数据融合。因三种选线方法在故障初相角不同时对故障选线的灵敏度不同，因此融合后较单一选线有很大的改进。根据系统健全线路与故障线路零序电流不同的特性，构造选线的隶属度函数。根据综合判据进行信息融合来实现选线。通过仿真实验表明该方法受外界干扰的影响小，具有极强的灵敏度和准确性，较单一选线方法有更好的适用范围

利用双端行波法对配电网过电压故障进行定位

线路故障会造成对用户供电的中断，人工查找故障点费时费力。快速准确的故障定位方法可有利于故障线路的及时修复，减少引停电造成的损失，减轻人工巡线的艰辛。电力系统故障定位方法主要有阻抗法、行波法两种。但阻抗法受故障电阻、线路负荷、互感器误差和电源参数等因素的影响较大，实际应用效果不理想。行波法原理简单，准确度高。双端行波法是在线路双端检测故障产生的初始行硬，利用行波到达双端的时何差和波，建通过计算来得到故障距高。

配电线路故障定位包据两个内:一确定应障点到观测点(路始端)的电气距离，二是确定故障点所在的分支线路，故障电气距离的确定，行波在障点之前的节点处发生的反射过与正常情况3下一致，而在故障点处将发生异于正常情况的反射、因此对比正常情况故障情况反射波，第一个极性与注入脉冲相问的波形着异点必然是故障点的反射波，即故障特征波，此敌障点距离观测点的电气距离可以按式下面公式计算

电气距离故障特征波时刻波速故障分支的确定，对比正常情况和障情况的反射波，某一分支发生故障，必然导致该分支及子分支的节点特征波发生变化，而其余的节点特征波不变；如图3所示，F点故障时，节点A、D的特征波不变。如果金属接地，则节点B、C、E的特波消失，如果经电阻接地，则节点B、C、E的幅值减小。因此根据特征波的变化可以确定故发生的分支线路。

本发明针对配网单相接地故障发生时消弧线圈投入脱谐度过大和被动调节问题，采用了在弧光接地发生第一个周波内，将弧光接地快速转为金属接地的主动干预策略；

本发明采用基于模糊理论高频模态能量的故障选线方法、基于5次谐波分量的故障进线方法和基于衰减直流分量的故障选线方法进行智能融合，实现了基于模糊理论的多判据融合故故障选线装置。

本发明采用集消弧、消谐，故障选线、故障定位、故障信息通信和告警反债功能于一体的高精度、高集成度新型主动式消弧消情于预系统，符合现行典型变电站设计要求，适用于35千伏及以下全电压配网运行场景。

在本发明描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解的是，在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种等效的变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同范围限定。

Claims (3)

1.基于模糊理论的多判据融合故障选线装置，其特征在于，该装置包括：

故障线路信息采集模块，用于获取不同传输渠道故障线路的传输电压和电流信息、消弧情况和故障线路发生时的环境情况、地点及频次；

单位时间故障选线测评模块，用于在所述不同传输渠道故障线路接上数据采集传感器，且未向故障线路电压传感器发出采集信息时，单位时间获取所述故障线路灭弧接收通道上的当前故障选线时间与频次信息；

最佳故障选线确定模块，用于根据所述单位时间故障选线时间与频次信息、历史灭弧信息相关标准和当前故障选线时间与频次信息确定所述故障线路电压传感器当前测量到的故障线信息的规范所允许最佳故障选线;

当前故障选线为利用模糊理论多重判据选线算法对配电网过电压故障线路选取；

利用模糊理论多重判据选线算法，对据高频模态法、衰减直流分量法以及5次谐波分量法三种基本选线方法进行数据融合，根据系统健全线路与故障线路零序电流不同的特性，构造选线的隶属度函数，根据综合判据进行信息融合来实现选线；

所述最佳故障选线确定模块具体用于：

如果所述当前故障选线时间与频次信息位于所述单位时间故障选线时间与频次信息和历史灭弧信息相关标准之间，将所述当前故障选线时间与频次信息作为所述规范所允许最佳故障选线；

如果所述当前故障选线时间与频次信息小于等于所述单位时间故障选线时间与频次信息，将所述单位时间故障选线时间与频次信息作为所述规范所允许最佳故障选线；

如果所述当前故障选线时间与频次信息大于等于所述历史灭弧信息相关标准，将所述历史灭弧信息相关标准减去特定环境下的标准信息冗余剔除后作为所述规范所允许最佳故障选线。

2.根据权利要求1所述的基于模糊理论的多判据融合故障选线装置，其特征在于，还包括：

当前故障线获取模块，用于根据所述规范所允许最佳故障选线和所述故障线路灭弧当前接收到的接收灭弧信息相关标准确定所述故障线路电压传感器当前测量到的故障线信息的故障选线。

3.根据权利要求2所述的基于模糊理论的多判据融合故障选线装置，其特征在于，所述当前故障线获取模块具体用于：

如果所述故障线路灭弧当前接收到的接收灭弧信息相关标准小于所述规范所允许最佳故障选线，信息异常测评失败；

如果所述故障线路灭弧当前接收到的接收灭弧信息相关标准大于等于所述规范所允许最佳故障选线，所述故障线路电压传感器当前测量到的故障线信息的故障选线为所述接收灭弧信息相关标准减去所述规范所允许最佳故障选线。