CN117310369A - 基于主馈线节点电压差值矩阵的故障区段识别方法及系统 - Google Patents

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王玲
莫新
李玲
何海鹏
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汪进锋
陈奇智
陈凯
朱远哲
李源腾
缪日贤
王英
陶祥海
李知城
陈华颂
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Abstract

本发明涉及电力故障检测技术领域，公开了一种基于主馈线节点电压差值矩阵的故障区段识别方法及系统，本方法通过基于主馈线首、末端的电压参数和电流参数以及负荷参数，采用节点潮流计算模型计算主馈线各节点的电压，从而得到分别以主馈线首、末端的电压参数和电流参数为准的馈线节点电压矩阵，并计算两个馈线节点电压矩阵之间的电压差值矩阵，利用电压差值矩阵确定电压差值最小的节点作为距故障点最近的主馈线节点，将距故障点最近的主馈线节点的前后邻接区段以及其所连接的支路共同构成故障区段。从而仅利用主馈线首末两端节点参数即对故障区段进行定位，降低了分布式量测的定位的成本，还提高了故障区段定位的准确性。

Description

基于主馈线节点电压差值矩阵的故障区段识别方法及系统
技术领域
本发明涉及电力故障检测技术领域，尤其涉及一种基于主馈线节点电压差值矩阵的故障区段识别方法及系统。
背景技术
分布式电源的渗透使传统辐射配电网变为非辐射状且多级电源的系统，这可能会导致继电器的错误动作。因此，在有源配电网中，基于阻抗的传统故障定位方案和基于监测保护装置运行状态的故障定位方案不再适用，分布式量测法为此提供了较好的解决思路。
现有基于分布式量测的定位方法大多需要在所有网络末端配置测点，这在面对大型配网时时所需测点数量多，定位成本较大，难以投入工程实际。其次，各个量测终端间的数据同步也会增加设备和定位的成本。现有分布式量测方法利用有限测量点得到的电压电流信息使用KCL或KVL、压缩感知算法及最小二乘法等对其余节点的电压电流进行计算，需要对建立网络的节点阻抗矩阵，而线路的对地电容往往被忽略。随着城市规模的扩大和能源基础设施的建设，越来越多的城市从环境和安全的角度出发，建设地下电缆来取代架空电缆。因此，在故障条件下，更多的分布式电容电流回流到配电网，影响故障定位的准确性。
发明内容
本发明提供了一种基于主馈线节点电压差值矩阵的故障区段识别方法及系统，解决了目前的基于分布式量测的定位方法的成本较高且故障定位的准确性较差的技术问题。
有鉴于此，本发明第一方面提供了一种基于主馈线节点电压差值矩阵的故障区段识别方法，包括以下步骤：
获取配电网内的主馈线首、末端分别对应的电压参数和电流参数以及负荷参数；
基于主馈线首端的电压参数和电流参数以及负荷参数，采用节点潮流计算模型计算主馈线各节点的电压，构成第一馈线节点电压矩阵；
基于主馈线末端的电压参数和电流参数以及负荷参数，采用节点潮流计算模型计算主馈线各节点的电压，构成第二馈线节点电压矩阵；
将所述第一馈线节点电压矩阵和所述第二馈线节点电压矩阵进行作差处理，得到电压差值矩阵；
根据所述电压差值矩阵确定电压差值最小的节点作为距故障点最近的主馈线节点；
将距故障点最近的主馈线节点的前后邻接区段以及其所连接的支路共同构成故障区段。
优选地，所述负荷参数包括负荷阻抗。
优选地，所述节点潮流计算模型为：
Ii＝I′i-Vi/Zbranch
式中，Vi、Ii分别为节点i的电压与流出节点i的电流，I′i为流入该节点的电流，γ表示传输系数，式中，L为单位长度传输线的电感值，C为单位长度传输线的电容值，R为实部，j为虚部，ω为频率，Zc为特征阻抗，/>xi为节点i与节点i-1间的距离，i表示节点索引，i∈(1,Y)，i＝1时为馈线首端节点，i＝Y时为馈线末端节点，Zbranch为节点所连支路的等效阻抗，Vi-1、Ii-1分别表示节点i-1的电压参数和电流参数。
优选地，所述电压参数和所述电流参数分别为正序电压相量和正序电流相量。
第二方面，本发明还提供了一种基于主馈线节点电压差值矩阵的故障区段识别系统，包括：
参数获取模块，用于获取配电网内的主馈线首、末端分别对应的电压参数和电流参数以及负荷参数；
第一电压矩阵构建模块，用于基于主馈线首端的电压参数和电流参数以及负荷参数，采用节点潮流计算模型计算主馈线各节点的电压，构成第一馈线节点电压矩阵；
第二电压矩阵构建模块，用于基于主馈线末端的电压参数和电流参数以及负荷参数，采用节点潮流计算模型计算主馈线各节点的电压，构成第二馈线节点电压矩阵；
电压矩阵作差模块，用于将所述第一馈线节点电压矩阵和所述第二馈线节点电压矩阵进行作差处理，得到电压差值矩阵；
故障节点确定模块，用于根据所述电压差值矩阵确定电压差值最小的节点作为距故障点最近的主馈线节点；
故障区段确定模块，用于将距故障点最近的主馈线节点的前后邻接区段以及其所连接的支路共同构成故障区段。
优选地，所述负荷参数包括负荷阻抗。
优选地，所述节点潮流计算模型为：
Ii＝I′i-Vi/Zbranch
式中，Vi、Ii分别为节点i的电压与流出节点i的电流，I′i为流入该节点的电流，γ表示传输系数，式中，L为单位长度传输线的电感值，C为单位长度传输线的电容值，R为实部，j为虚部，ω为频率，Zc为特征阻抗，/>xi为节点i与节点i-1间的距离，i表示节点索引，i∈(1,Y)，i＝1时为馈线首端节点，i＝Y时为馈线末端节点，Zbranch为节点所连支路的等效阻抗，Vi-1、Ii-1分别表示节点i-1的电压参数和电流参数。
优选地，所述电压参数和所述电流参数分别为正序电压相量和正序电流相量。
第三方面，本发明还提供了一种电子设备，包括：存储器，用于存储可执行指令；
以及处理器，用于与所述存储器通信以执行所述可执行指令从而完成上述方法的步骤。
第四方面，本发明还提供了一种计算机存储介质，用于存储计算机可读取的指令，所述指令被执行时执行上述方法的步骤。
从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：
本发明通过基于主馈线首、末端的电压参数和电流参数以及负荷参数，采用节点潮流计算模型计算主馈线各节点的电压，从而得到分别以主馈线首、末端的电压参数和电流参数为准的馈线节点电压矩阵，并计算两个馈线节点电压矩阵之间的电压差值矩阵，利用电压差值矩阵确定电压差值最小的节点作为距故障点最近的主馈线节点，将距故障点最近的主馈线节点的前后邻接区段以及其所连接的支路共同构成故障区段。从而仅利用主馈线首末两端节点参数即对故障区段进行定位，极大地减少了测点数量，降低了分布式量测的定位的成本，同时，还减小电容电流给定位带来的误差，提高了故障区段定位的准确性。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种基于主馈线节点电压差值矩阵的故障区段识别方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的双端电源的拓扑结构示意图；
图3为本发明实施例提供的主馈线电压差值矩阵的原理示意图；
图4为本发明实施例提供的一种基于主馈线节点电压差值矩阵的故障区段识别系统的结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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。
为了便于理解，请参阅图1，本发明提供的一种基于主馈线节点电压差值矩阵的故障区段识别方法，包括以下步骤：
S1、获取配电网内的主馈线首、末端分别对应的电压参数和电流参数以及负荷参数。
需要说明的是，在本步骤之前，需要进行测点配置，可以在配网线路的中低压侧安装电压电流量测终端，中压测点配置在变电站母线以及各分布式电源出口处，用于中压侧电压和电流的计算。低压测点配置在各支路末端配电变压器的低压侧，用于负荷参数的计算，来提高故障区段定位的精确性。
其中，负荷参数包括负荷阻抗。
电压参数和电流参数分别为正序电压相量和正序电流相量。
需要说明的是，采用了正序电压相量，即使各量测终端间存在同步误差，也不会对所需特征量造成影响，更不会对定位结果有所影响。
S2、基于主馈线首端的电压参数和电流参数以及负荷参数，采用节点潮流计算模型计算主馈线各节点的电压，构成第一馈线节点电压矩阵。
S3、基于主馈线末端的电压参数和电流参数以及负荷参数，采用节点潮流计算模型计算主馈线各节点的电压，构成第二馈线节点电压矩阵。
其中，第一馈线节点电压矩阵和第二馈线节点电压矩阵中的元素均为各个节点对应的电压。
如图2所示，图2示意了双端电源的拓扑结构，当主馈线或支路发生故障时，不考虑故障电流，根据节点潮流计算模型，通过主馈线首端电压可以获取故障点上游及下游各个节点的电压，并形成以首端电压为基准的馈线节点电压矩阵VS。同样地，通过主馈线末端电压我们可以计算出故障点上游及下游各个节点电压,并形成以末端电压为基准的馈线节点电压矩阵VE。
其中，节点潮流计算模型为：
Ii＝I′i-Vi/Zbranch
式中，Vi、Ii分别为节点i的电压与流出节点i的电流，I′i为流入该节点的电流，γ表示传输系数，式中，L为单位长度传输线的电感值，C为单位长度传输线的电容值，R为实部，j为虚部，ω为频率，Zc为特征阻抗，/>xi为节点i与节点i-1间的距离，i表示节点索引，i∈(1,Y)，i＝1时为馈线首端节点，i＝Y时为馈线末端节点，Zbranch为节点所连支路的等效阻抗，Vi-1、Ii-1分别表示节点i-1的电压参数和电流参数。
在实际应用中，可以分别以主馈线首端和末端的电压相量和电流相量为起始量，利用节点潮流计算模型逐个节点进行推导各个节点的电压，其中，在以主馈线首端的电压相量和电流相量为起始量进行计算主馈线各节点的电压时，其i的初始量为主馈线首端节点，在以主馈线末端的电压相量和电流相量为起始量进行计算主馈线各节点的电压时，其i的初始量为主馈线末端节点。
需要说明的是，传统定位方法大多忽略支路负荷的影响以及线路的分布电容分流效应，为解决负荷和电容给故障定位带来的影响，在本实施例中，在计算主馈线各节点电压时，考虑了支路负荷及电容分流效应。电容的分流效应可采用线路分布参数模型进行解决。
S4、将第一馈线节点电压矩阵和第二馈线节点电压矩阵进行作差处理，得到电压差值矩阵。
其中，ΔV＝VS-VE，ΔV为电压差值矩阵，电压差值矩阵中的各个元素为各个节点对应的电压差值。
S5、根据电压差值矩阵确定电压差值最小的节点作为距故障点最近的主馈线节点。
需要说明的是，受故障点对各节点电压的影响，馈线节点电压矩阵VS和馈线节点电压矩阵VE分别在故障上游和故障下游的各点电压为准确值，两者在故障点的电压相等，但因故障点不在节点处，故最靠近故障点的节点处的两者电压最相近。将电压矩阵做差得到差值矩阵ΔV，其幅值最小值对应的节点即为最靠近故障点的节点，如图3所示，图3示意了主馈线电压差值矩阵的原理。
S6、将距故障点最近的主馈线节点的前后邻接区段以及其所连接的支路共同构成故障区段。
需要说明的是，本实施例提供了一种基于主馈线节点电压差值矩阵的故障区段识别方法，通过基于主馈线首、末端的电压参数和电流参数以及负荷参数，采用节点潮流计算模型计算主馈线各节点的电压，从而得到分别以主馈线首、末端的电压参数和电流参数为准的馈线节点电压矩阵，并计算两个馈线节点电压矩阵之间的电压差值矩阵，利用电压差值矩阵确定电压差值最小的节点作为距故障点最近的主馈线节点，将距故障点最近的主馈线节点的前后邻接区段以及其所连接的支路共同构成故障区段。从而仅利用主馈线首末两端节点参数即对故障区段进行定位，极大地减少了测点数量，降低了分布式量测的定位的成本，同时，还减小电容电流给定位带来的误差，提高了故障区段定位的准确性。
同时，本方法适应于当前分布式电源大量接入电网以及城市大量地下电缆普及的场景，考虑在进行故障区段辨识时，考虑了负荷电流以及电容电流，提高了区段定位精度，还采用中低压侧融合信息的故障定位方法，中压侧只需在主馈线首末端及分布式电源出口配置测点，可结合现有广泛应用于低压侧的用电信息采集系统、智能融合终端及营销管理信息系统等终端获取负荷参数，低压侧无需配置测点，极大减小了测点配置成本，在提高故障区段辨识精度的基础上还减小了定位成本。
以上为本发明提供的一种基于主馈线节点电压差值矩阵的故障区段识别方法的实施例的详细描述，以下为本发明提供的一种基于主馈线节点电压差值矩阵的故障区段识别系统的实施例的详细描述。
为了便于理解，请参阅图4，本发明还提供了一种基于主馈线节点电压差值矩阵的故障区段识别系统，包括：
参数获取模块100，用于获取配电网内的主馈线首、末端分别对应的电压参数和电流参数以及负荷参数；
第一电压矩阵构建模块200，用于基于主馈线首端的电压参数和电流参数以及负荷参数，采用节点潮流计算模型计算主馈线各节点的电压，构成第一馈线节点电压矩阵；
第二电压矩阵构建模块300，用于基于主馈线末端的电压参数和电流参数以及负荷参数，采用节点潮流计算模型计算主馈线各节点的电压，构成第二馈线节点电压矩阵；
电压矩阵作差模块400，用于将第一馈线节点电压矩阵和第二馈线节点电压矩阵进行作差处理，得到电压差值矩阵；
故障节点确定模块500，用于根据电压差值矩阵确定电压差值最小的节点作为距故障点最近的主馈线节点；
故障区段确定模块600，用于将距故障点最近的主馈线节点的前后邻接区段以及其所连接的支路共同构成故障区段。
在一个具体实施例中，负荷参数包括负荷阻抗。
在一个具体实施例中，节点潮流计算模型为：
Ii＝I′i-Vi/Zbranch
式中，Vi、Ii分别为节点i的电压与流出节点i的电流，I′i为流入该节点的电流，γ表示传输系数，式中，L为单位长度传输线的电感值，C为单位长度传输线的电容值，R为实部，j为虚部，ω为频率，Zc为特征阻抗，/>xi为节点i与节点i-1间的距离，i表示节点索引，i∈(1,Y)，i＝1时为馈线首端节点，i＝Y时为馈线末端节点，Zbranch为节点所连支路的等效阻抗，Vi-1、Ii-1分别表示节点i-1的电压参数和电流参数。
在一个具体实施例中，电压参数和电流参数分别为正序电压相量和正序电流相量。
本发明还提供了一种电子设备，包括：存储器，用于存储可执行指令；以及处理器，用于与存储器通信以执行可执行指令从而完成上述方法的步骤。
本发明还提供了一种计算机存储介质，用于存储计算机可读取的指令，指令被执行时执行上述方法的步骤。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，电子设备和计算机存储介质的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，电子设备，计算机存储介质和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，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信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
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，在本发明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，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以通过一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(英文全称：Read-OnlyMemory，英文缩写：ROM)、随机存取存储器(英文全称：Random Access Memory，英文缩写：RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上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精神和范围。

Claims (10)

1.基于主馈线节点电压差值矩阵的故障区段识别方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取配电网内的主馈线首、末端分别对应的电压参数和电流参数以及负荷参数；
基于主馈线首端的电压参数和电流参数以及负荷参数，采用节点潮流计算模型计算主馈线各节点的电压，构成第一馈线节点电压矩阵；
基于主馈线末端的电压参数和电流参数以及负荷参数，采用节点潮流计算模型计算主馈线各节点的电压，构成第二馈线节点电压矩阵；
将所述第一馈线节点电压矩阵和所述第二馈线节点电压矩阵进行作差处理，得到电压差值矩阵；
根据所述电压差值矩阵确定电压差值最小的节点作为距故障点最近的主馈线节点；
将距故障点最近的主馈线节点的前后邻接区段以及其所连接的支路共同构成故障区段。
2.根据权利要求1所述的基于主馈线节点电压差值矩阵的故障区段识别方法，其特征在于，所述负荷参数包括负荷阻抗。
3.根据权利要求1所述的基于主馈线节点电压差值矩阵的故障区段识别方法，其特征在于，所述节点潮流计算模型为：
Ii＝I′i-Vi/Zbranch
式中，Vi、Ii分别为节点i的电压与流出节点i的电流，Ii′为流入该节点的电流，γ表示传输系数，式中，L为单位长度传输线的电感值，C为单位长度传输线的电容值，R为实部，j为虚部，ω为频率，Zc为特征阻抗，/>xi为节点i与节点i-1间的距离，i表示节点索引，i∈(1,Y)，i＝1时为馈线首端节点，i＝Y时为馈线末端节点，Zbranch为节点所连支路的等效阻抗，Vi-1、Ii-1分别表示节点i-1的电压参数和电流参数。
4.根据权利要求1所述的基于主馈线节点电压差值矩阵的故障区段识别方法，其特征在于，所述电压参数和所述电流参数分别为正序电压相量和正序电流相量。
5.基于主馈线节点电压差值矩阵的故障区段识别系统，其特征在于，包括：
参数获取模块，用于获取配电网内的主馈线首、末端分别对应的电压参数和电流参数以及负荷参数；
第一电压矩阵构建模块，用于基于主馈线首端的电压参数和电流参数以及负荷参数，采用节点潮流计算模型计算主馈线各节点的电压，构成第一馈线节点电压矩阵；
第二电压矩阵构建模块，用于基于主馈线末端的电压参数和电流参数以及负荷参数，采用节点潮流计算模型计算主馈线各节点的电压，构成第二馈线节点电压矩阵；
电压矩阵作差模块，用于将所述第一馈线节点电压矩阵和所述第二馈线节点电压矩阵进行作差处理，得到电压差值矩阵；
故障节点确定模块，用于根据所述电压差值矩阵确定电压差值最小的节点作为距故障点最近的主馈线节点；
故障区段确定模块，用于将距故障点最近的主馈线节点的前后邻接区段以及其所连接的支路共同构成故障区段。
6.根据权利要求5所述的基于主馈线节点电压差值矩阵的故障区段识别系统，其特征在于，所述负荷参数包括负荷阻抗。
7.根据权利要求5所述的基于主馈线节点电压差值矩阵的故障区段识别系统，其特征在于，所述节点潮流计算模型为：
Ii＝I′i-Vi/Zbranch
式中，Vi、Ii分别为节点i的电压与流出节点i的电流，I′i为流入该节点的电流，γ表示传输系数，式中，L为单位长度传输线的电感值，C为单位长度传输线的电容值，R为实部，j为虚部，ω为频率，Zc为特征阻抗，/>xi为节点i与节点i-1间的距离，i表示节点索引，i∈(1,Y)，i＝1时为馈线首端节点，i＝Y时为馈线末端节点，Zbranch为节点所连支路的等效阻抗，Vi-1、Ii-1分别表示节点i-1的电压参数和电流参数。
8.根据权利要求5所述的基于主馈线节点电压差值矩阵的故障区段识别系统，其特征在于，所述电压参数和所述电流参数分别为正序电压相量和正序电流相量。
9.一种电子设备，其特征在于，包括：存储器，用于存储可执行指令；以及处理器，用于与所述存储器通信以执行所述可执行指令从而完成权利要求1至4任一项所述方法的步骤。
10.一种计算机存储介质，用于存储计算机可读取的指令，其特征在于，所述指令被执行时执行权利要求1至4任一项所述方法的步骤。
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