CN117686846A - 一种配电网故障行波定位方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种配电网故障行波定位方法和系统，方法包括将行波监测传感器作为行波结点，以多个行波结点建立行波双向链表，同步构建多组行波双向链表，当输电线路发生故障时，对每组行波双向链表同步执行双向遍历操作，读取每组行波双向链表中行波结点的行波信息，判断每组行波双向链表中是否存在电流极性相反的相邻两个行波结点，判断相邻两个行波结点的行波幅值差是否超出预设值，判断行波幅值最大的行波结点是否为上游结点，若是，将相邻两个行波结点所在线路作为故障区间；根据行波时间差和行波速度计算故障点的位置。本发明以行波结点作为双向链表和树两种数据结构的链表节点和树节点，快速读取行波信息，快速定位故障区间和故障点的效果。

Description

一种配电网故障行波定位方法和系统

技术领域

本发明属于故障行波定位技术领域，尤其涉及一种配电网故障行波定位方法和系统。

背景技术

目前线路故障行波定位分为行波单端或双端定位法，单端法根据故障点行波第一次到达线路上行波定位装置的时间和反射后到达装置的时间，以及行波在线路上的传播速度来计算故障点到行波定位装置的距离，由于行波在特征阻抗变化处折反射情况比较复杂，在很多线路结构和故障情况下，无法采用；双端法根据线路故障点行波到达故障点两端线路上行波定位装置的时间以及行波在线路上的传播速度来计算故障点位置，由于母线两端都只检测第一个到达的行波，线路过渡电阻、系统运行方式、分布电容等造成的影响较小，因而得到广泛采用。

但双端定位法需要在输电线路上设置很多个行波监测传感器来获取行波波头的信息，然后基于各个行波监测传感器的行波时间差确定故障点，由于行波监测传感器过多，导致基于行波时间差的计算需要很长的时间，无法达到快速定位故障区间和快速定位故障点的效果。

发明内容

针对背景技术提出的问题，本发明提出一种配电网故障行波定位方法和系统，通过将多个行波监测传感器构建成行波结点，以行波结点作为行波双向链表和树两种数据结构中的链表节点和树节点，实现快速遍历读取行波结点的行波信息，实现快速定位故障区间和快速定位故障点的效果。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种配电网故障行波定位方法，步骤A：在配电网输电线路上设置行波监测传感器，将每个行波监测传感器作为一个行波结点，以多个行波结点建立行波双向链表，同步构建多组行波双向链表，行波双向链表的每个节点均存储有对应行波结点所接收到的行波信息；

步骤B：当输电线路发生故障时，对每组行波双向链表同步执行双向遍历操作，遍历读取每组行波双向链表中每个行波结点的行波信息，行波信息包括电流极性、行波幅值和波头抵达时间；

步骤C：判断每组行波双向链表中是否存在电流极性相反的相邻两个行波结点，若是，则判断相邻两个行波结点的行波幅值差是否超出预设值，若是，则判断行波幅值较大的行波结点是否为上游结点，若是，则将相邻两个行波结点所在线路作为故障区间；

步骤D：基于故障发生时间和故障区间的两个行波结点的波头抵达时间获取故障区间的两个行波结点的行波时间差，根据行波时间差和行波速度计算故障点的位置。

优选的，在所述步骤A中，建立行波双向链表包括：

步骤A1：将配电网两端电源所在输电线路作为主干线路，变压器所在输电线路作为分支线路，在端部电源、变压器、分支线路和主干线路的交叉点设置行波监测传感器，每处行波监测传感器均作为一个行波结点；

步骤A2：任意选取主干线路上n个行波结点，将所选取的n个行波结点分别作为一组行波双向链表的n个节点；

同步构建多组行波双向链表；

步骤A3：在一组行波双向链表中，当前链表节点的数据域存储当前行波结点的行波信息，当前链表节点的prev指针的变量定义为上一链表节点所对应的行波监测传感器的实际地址，当前链表节点的next指针的变量定义为下一链表节点所对应的行波监测传感器的实际地址。

优选的，在所述步骤A中，还包括：

步骤a1：若当前链表节点所对应的当前行波结点为分支线路和主干线路的交叉点时，则判断当前行波结点所在分支线路是否存在多个行波结点；

若是，则将当前行波结点所在分支线路上的所有行波结点构建行波树；

步骤a2：构建行波树包括：

将距离当前链表节点所对应的当前行波结点最近的行波结点作为行波树的父节点；

将距离父节点最近的行波结点作为子节点，以此类推，直至分支线路上所有行波结点均作为行波树的节点。

优选的，行波树上所有节点均存储有对应行波结点的行波信息。

优选的，在所述步骤a1中，还包括：

若当前链表节点所对应的当前行波结点所在分支线路仅有一个行波结点时，将仅有的一个行波结点的行波信息存储在当前行波结点对应的当前链表节点中。

优选的，在所述步骤C中，当没有一组行波双向链表中存在电流极性相反的相邻两个行波结点时，还包括：

步骤C1：将每一组存在行波树的行波双向链表的所有行波树进行遍历，读取行波树中节点的行波信息。

优选的，在所述步骤C1中，还包括：

判断行波树中是否存在电流极性相反的相邻两个行波结点，若是，则判断相邻两个行波结点的行波幅值差是否超出预设值，若是，则判断行波幅值较大的行波结点是否为上游结点，若是，则将相邻两个行波结点所在线路作为故障区间。

一种配电网故障行波定位系统，包括行波监测传感器和行波定位模块，所述行波定位模块应用任一项所述一种配电网故障行波定位方法对配电网输电线路进行行波故障定位；

所述行波监测传感器用于向行波定位模块发送行波信息。

与现有技术相比，上述技术方案中的一个技术方案具有以下有益效果：

1、本技术方案通过将主干线路上的行波监测传感器标记为行波结点，将每个行波结点当做链表节点，构建多组行波双向链表，以单个行波双向链表双向遍历的特性和多个行波双向链表同步遍历，快速遍历读取每个行波双向链表的行波信息，实现快速确定故障区间，然后以行波时间差来确定具体故障点；

2、本技术方案通过将分支线路扇给的行波检测传感器标记为行波结点，将每个行波结点当做树的节点，构建分支线路的行波树，将行波树存储于链表节点中，以树和双向链表两种数据结构相互配合，实现分支线路的故障区间判定。

附图说明

图1是本发明的配电网输电线路拓扑图；

图2是本发明的故障行波定位方法的流程图；

图3是本发明的建立行波双向链表的流程图；

图4是本发明的行波双向链表和行波树的数据结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

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作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。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、装置、产品或端没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或端固有的其他步骤或单元。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

本申请提出一种配电网故障行波定位方法，如图2和图3所示，步骤A：在配电网输电线路上设置行波监测传感器，将每个行波监测传感器作为一个行波结点，以多个行波结点建立行波双向链表，同步构建多组行波双向链表，行波双向链表的每个节点均存储有对应行波结点所接收到的行波信息；

优选的，在所述步骤A中，建立行波双向链表包括：

步骤A1：将配电网两端电源所在输电线路作为主干线路，变压器所在输电线路作为分支线路，在端部电源、变压器、分支线路和主干线路的交叉点设置行波监测传感器，每处行波监测传感器均作为一个行波结点；

步骤A2：任意选取主干线路上n个行波结点，将所选取的n个行波结点分别作为一组行波双向链表的n个节点；

同步构建多组行波双向链表；

步骤A3：在一组行波双向链表中，当前链表节点的数据域存储当前行波结点的行波信息，当前链表节点的prev指针的变量定义为上一链表节点所对应的行波监测传感器的实际地址，当前链表节点的next指针的变量定义为下一链表节点所对应的行波监测传感器的实际地址。

配电网的结构一般呈树形辐射，将配电网两端电源所在输电线路作为主干线路，末端变压器所在输电线路作为分支线路，构建配电网的拓扑图，从拓扑图中可以看出，将主干线路和分支线路作为拓扑图的边，在端部电源、变压器、分支线路和主干线路的交叉点设置行波监测传感器，将每处行波监测传感器看做拓扑图边上的一个结点；

那么在主干线路上则存在多个行波结点，自定义选取的行波结点数量，将主干线路划分多个行波结点组，将每组里面的行波结点当做一组行波双向链表的节点，可以建立多组行波双向链表，如图1所示，端部电源A和G均设置有行波监测传感器，即为行波结点a和行波结点g，末端变压器B、C、D、E和F均设置有行波监测传感器，即行波结点B、行波结点C、行波结点D、行波结点E和行波结点F，那么主干线路上的行波结点就包括a、b、c、e、f、g，分支线路上的行波结点就包括B、d、C、D、E、F，假设主干线路上以3个行波结点为一组，共可以构建两组行波双向链表X和Y，行波双向链表X包括链表节点a、链表节点b和链表节点c，行波双向链表Y包括链表节点e、链表节点f和链表节点g；

行波双向链表的每个节点设置有两个指针，分别是prev指针和next指针，prev指针的变量定义为上一链表节点所对应的行波监测传感器的实际地址，next指针的变量定义为下一链表节点所对应的行波监测传感器的实际地址，如图1所示，行波双向链表X的链表节点b的prev指针变量定义为链表节点a所在行波检测传感器的地址，链表节点b的next指针变量定义为链表节点c所在行波检测传感器的地址， 即PB=地址a，NB=地址c；每个链表节点的数据域都存储有当前行波结点的行波信息；

步骤B：当输电线路发生故障时，对每组行波双向链表同步执行双向遍历操作，遍历读取每组行波双向链表中每个行波结点的行波信息，行波信息包括电流极性、行波幅值和波头抵达时间；

在本申请中，当线路发生故障时，以行波双向链表为单位，同步地对每组行波双向链表进行双向遍历，因为链表节点均存在有prev指针和next指针，因此在遍历的时候，可以选取行波双向链表中较为居中的链表节点，以该链表节点的prev指针的指向做反向遍历，以该链表节点的next指针的指向做正向遍历，在本实施例中，朝向上游行波结点的方向为反向，朝向下游行波结点的方向为正向，借助行波双向链表可以双向遍历的特性，可以快速地遍历读取每组行波双向链表中每个行波结点的行波信息，以执行步骤C的判断操作，同步的，可以多组行波双向链表同时进行双向遍历，这样长距离的输电线路可以很快地遍历完，获取到每个行波结点的行波信息，实现快速定位故障区间。

步骤C：判断每组行波双向链表中是否存在电流极性相反的相邻两个行波结点，若是，则判断相邻两个行波结点的行波幅值差是否超出预设值，若是，则判断行波幅值较大的行波结点是否为上游结点，若是，则将相邻两个行波结点所在线路作为故障区间；

当线路发生故障后，故障线及故障相的行波明显大于非故障线及非故障相，且极性相反，因此对于故障线路，故障点左右侧的行波电流极性相反，且一般情况下故障点上游幅值远大于下游幅值，根据此特征可以实现故障区间判断；如附图1中，端部电源A为上游，端部电源G为下游，行波电流方向是从A到G的方向，若行波结点a和行波结点b之间存在故障点O，故障点O到行波结点a的行波电流极性方向为负向，故障点O到行波结点b的行波电流极性方向为正向，接着判断行波结点a的行波幅值是否远大于行波结点b的行波幅值，若是，则判断行波幅值大的行波结点（行波结点a）是否为上游结点，很明显的，行波结点a是上游结点，因此可以认定故障区间是在行波结点a到行波结点b之间；

步骤D：基于故障发生时间和故障区间的两个行波结点的波头抵达时间获取故障区间的两个行波结点的行波时间差，根据行波时间差和行波速度计算故障点的位置。

线路发生故障时，故障点形成瞬间的高频扰动，伴随高频行波的产生，并沿线路向两侧传播。由于行波传播速度恒定，通过高精度对时测量行波达到时差，并结合线路基本参数，可计算故障点精确位置。在本实施例中，当确定了故障区间后，需要精准判定故障点O的具体位置，可以通过如下公式进行判断：

La=(L+(Ta-Tb)× v)/2--公式一；

Lb=(L+(Tb-Ta)× v)/2--公式二；

La表示故障点O到行波结点a的距离；

Lb表示故障点O到行波结点b的距离；

L表示行波结点a到行波结点b的距离；

Ta表示行波结点a接收到波头抵达时，波头抵达时间和故障发生时间的差值；

Tb表示行波结点b接收到波头抵达时，波头抵达时间和故障发生时间的差值；

v表示行波的速度。

优选的，在所述步骤A中，还包括：

步骤a1：若当前链表节点所对应的当前行波结点为分支线路和主干线路的交叉点时，则判断当前行波结点所在分支线路是否存在多个行波结点；

若是，则将当前行波结点所在分支线路上的所有行波结点构建行波树；

步骤a2：如图4所示，构建行波树包括：

将距离当前链表节点所对应的当前行波结点最近的行波结点作为行波树的父节点；

将距离父节点最近的行波结点作为子节点，以此类推，直至分支线路上所有行波结点均作为行波树的节点。

由于配电网输电线路复杂，有很多变压器会通过分支线路接入到主干线路上，例如分支线路与支干线路的交叉点c（行波结点c），行波结点c的分支线路上有行波结点d、行波结点C和行波结点D；

行波结点c在行波双向链表中表示为链表节点c，那么构建行波树，则是将距离行波结点c最近的行波结点d作为行波树的父节点d，将距离父节点d（行波结点b）最近的行波结点作为子节点，即父节点d的子节点为子节点C和子节点D；以此类推，子节点C在其树结构上也以作为父节点，其分支线路上的其他行波结点可以作为其子节点。

优选的，行波树上所有节点均存储有对应行波结点的行波信息。

优选的，在所述步骤a1中，还包括：

若当前链表节点所对应的当前行波结点所在分支线路仅有一个行波结点时，将仅有的一个行波结点的行波信息存储在当前行波结点对应的当前链表节点中。

如附图1所示，行波结点b的分支线路上仅存在一个行波结点B，因此无需为行波结点B所在分支线路构建行波树，直接将行波结点B的行波信息存储到行波结点b所对应的链表节点b的数据域中即可。

优选的，在所述步骤C中，当没有一组行波双向链表中存在电流极性相反的相邻两个行波结点时，还包括：

步骤C1：将每一组存在行波树的行波双向链表的所有行波树进行遍历，读取行波树中节点的行波信息。

当遍历完一组行波双向链表的所有链表节点后，没有存在相邻的两个行波结点之间的电流极性相反，则说明故障点不在主干线路，而是在分支线路上，此时，需要对所有分支线路对应的行波树进行遍历，来确定故障区间是在哪个行波树。如图1中，当行波结点a和行波结点b，行波结点b和行波结点c之间均没有存在极性相反的电流，则说明故障点可能在行波结点b的分支线路或行波结点c的分支线路上；

优选的，在所述步骤C1中，还包括：

判断行波树中是否存在电流极性相反的相邻两个行波结点，若是，则判断相邻两个行波结点的行波幅值差是否超出预设值，若是，则判断行波幅值较大的行波结点是否为上游结点，若是，则将相邻两个行波结点所在线路作为故障区间。

如上文所述，当行波结点a和行波结点b，行波结点b和行波结点c之间均没有存在极性相反的电流，则说明故障点可能在行波结点b的分支线路或行波结点c的分支线路上；若故障点在行波结点b和行波结点B之间，则只需要在遍历读取链表节点b和行波结点B的行波信息，即可确定故障区间是否在行波结点b和行波结点B之间；若故障点在行波结点c的分支线路上，此时需要遍历读取行波树的根节点d和子节点c、根节点d和子节点D以及根节点d和链表节点c的行波信息，然后先判断两两之间的电流极性是否相反，在判断行波幅值差和是否为上游结点，即可确定具体的故障区间，在确定故障区间后，按照公式一和公式二即可明确具体的故障点。

一种配电网故障行波定位系统，包括行波监测传感器和行波定位模块，所述行波定位模块应用任一项所述一种配电网故障行波定位方法对配电网输电线路进行行波故障定位；

所述行波监测传感器用于向行波定位模块发送行波信息。

以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种配电网故障行波定位方法，其特征在于：

步骤A：在配电网输电线路上设置行波监测传感器，将每个行波监测传感器作为一个行波结点，以多个行波结点建立行波双向链表，同步构建多组行波双向链表，行波双向链表的每个节点均存储有对应行波结点所接收到的行波信息；

步骤B：当输电线路发生故障时，对每组行波双向链表同步执行双向遍历操作，遍历读取每组行波双向链表中每个行波结点的行波信息，行波信息包括电流极性、行波幅值和波头抵达时间；

步骤C：判断每组行波双向链表中是否存在电流极性相反的相邻两个行波结点，若是，则判断相邻两个行波结点的行波幅值差是否超出预设值，若是，则判断行波幅值最大的行波结点是否为上游结点，若是，则将相邻两个行波结点所在线路作为故障区间；

步骤D：基于故障发生时间和故障区间的两个行波结点的波头抵达时间获取故障区间的两个行波结点的行波时间差，根据行波时间差和行波速度计算故障点的位置。

2.根据权利要求1所述一种配电网故障行波定位方法，其特征在于：

在所述步骤A中，建立行波双向链表包括：

步骤A1：将配电网两端电源所在输电线路作为主干线路，变压器所在输电线路作为分支线路，在端部电源、变压器、分支线路和主干线路的交叉点设置行波监测传感器，每处行波监测传感器均作为一个行波结点；

步骤A2：任意选取主干线路上n个行波结点，将所选取的n个行波结点分别作为一组行波双向链表的n个节点；

同步构建多组行波双向链表；

步骤A3：在一组行波双向链表中，当前链表节点的数据域存储当前行波结点的行波信息，当前链表节点的prev指针的变量定义为上一链表节点所对应的行波监测传感器的实际地址，当前链表节点的next指针的变量定义为下一链表节点所对应的行波监测传感器的实际地址。

3.根据权利要求2所述一种配电网故障行波定位方法，其特征在于：

在所述步骤A中，还包括：

步骤a1：若当前链表节点所对应的当前行波结点为分支线路和主干线路的交叉点时，则判断当前行波结点所在分支线路是否存在多个行波结点；

若是，则将当前行波结点所在分支线路上的所有行波结点构建行波树；

步骤a2：构建行波树包括：

将距离当前链表节点所对应的当前行波结点最近的行波结点作为行波树的父节点；

将距离父节点最近的行波结点作为子节点，以此类推，直至分支线路上所有行波结点均作为行波树的节点。

4.根据权利要求3所述一种配电网故障行波定位方法，其特征在于：

行波树上所有节点均存储有对应行波结点的行波信息。

5.根据权利要求3所述一种配电网故障行波定位方法，其特征在于：

在所述步骤a1中，还包括：

若当前链表节点所对应的当前行波结点所在分支线路仅有一个行波结点时，将仅有的一个行波结点的行波信息存储在当前行波结点对应的当前链表节点中。

6.根据权利要求5所述一种配电网故障行波定位方法，其特征在于：

在所述步骤C中，当没有一组行波双向链表中存在电流极性相反的相邻两个行波结点时，还包括：

步骤C1：将每一组存在行波树的行波双向链表的所有行波树进行遍历，读取行波树中节点的行波信息。

7.根据权利要求6所述一种配电网故障行波定位方法，其特征在于：

在所述步骤C1中，还包括：

判断行波树中是否存在电流极性相反的相邻两个行波结点，若是，则判断相邻两个行波结点的行波幅值差是否超出预设值，若是，则判断行波幅值最大的行波结点是否为上游结点，若是，则将相邻两个行波结点所在线路作为故障区间。

8.一种配电网故障行波定位系统，其特征在于：包括行波监测传感器和行波定位模块，所述行波定位模块应用权利要求1-7任一项所述一种配电网故障行波定位方法对配电网输电线路进行行波故障定位；

所述行波监测传感器用于向行波定位模块发送行波信息。