一种农村低压台区剩余电流剪枝定位分段保护方法及系统与流程

本发明属于低压配电网漏电保护，更具体地，涉及一种农村低压台区剩余电流剪枝定位分段保护方法及系统。

背景技术：

1、农村低压台区通常呈现供电半径长、分支级数多、用户接入分散、季节性负荷波动大等特点。若在每一用户支路均安装剩余电流采集终端，设备成本、通信维护和后期校验工作量较高；若仅在总路或少数分支布设保护器，又会因末端信息不足而难以判断故障位于哪个可隔离区段。剩余电流还受线路绝缘老化、潮湿环境、农用设备启停、电容性泄漏以及分布式光伏逆变器并网等因素共同影响，单纯依据幅值阈值进行动作容易造成误动、拒动或定位范围过宽。

2、在上述方式下，若总保护先动作，容易造成整台区停电；若分支保护整定偏高，则可能出现拒动或定位范围过宽；若整定偏低，又容易受到雷击感应、合闸涌流、单相大负荷启停、高次谐波以及光伏逆变器暂态泄漏电流影响而误动。故障后，运维人员往往需要逐分支试送、拉闸排查或到现场逐点测量。

3、综上，亟需一种适用于非全量末端布点农村低压台区的剩余电流故障区段定位与分段保护方法，在可见采集节点有限的情况下仍能快速确定候选故障区段。

技术实现思路

1、为解决现有技术中存在的不足，本发明提供一种农村低压台区剩余电流剪枝定位分段保护方法及系统。系统不以每一用户支路均安装采集终端为前提，而是在配变低压总箱、关键分支出线箱及必要表箱或用户侧选择性安装采集保护终端，通过零序互感器采集剩余电流，通过同相电压基波相量建立相位参照，通过hplc、rs485或无线通信回传节点数据，由台区主控终端依据拓扑图、联合判据、父子差分贡献和层级门控评分定位到可隔离故障区段，并输出分段开关脱扣、闭锁、复归或告警指令。

2、本发明采用如下的技术方案。本发明的第一方面提供了一种农村低压台区剩余电流剪枝定位分段保护方法，包括以下步骤：

3、步骤1，基于布点必要度构建农村低压台区的非全量布点台区拓扑表并生成台区拓扑图；

4、步骤2，计算台区拓扑图中各布点节点的剩余电流有效值、基波幅值、相对电压相位、三次及以上谐波含量、波形突变量和上下级相关度；

5、步骤3，基于步骤2中的数据，依据幅值越限、持续时间、相位一致性、上下级相关度、突变量持续性和短时冲击干扰特征形成联合判据；若所述节点对应数据满足联合判据，则判定该节点所在拓扑路径发生持续性接地漏电故障，否则为暂态扰动；

6、步骤4，以步骤3中判定的拓扑路径存在故障所依据的节点作为父节点，提取其所有子节点，依据所述联合判据进行筛选，通过判据的子节点记为候选子节点；对各候选子节点计算幅值得分、持续时间得分、相位一致性得分、上下级相关度得分及与对应父节点的父子差分贡献，据此得到各候选子节点的综合评分；所述父子差分贡献基于候选子节点与父节点故障前后剩余电流正增量计算得到；按各候选子节点所在层级对应的剪枝门限进行筛选，保留综合评分不小于剪枝门限的候选子节点；基于保留的候选子节点，得到最末级异常节点，基于所述最末级异常节点得到故障区段定位结果；

7、步骤5，基于所述故障区段定位结果，输出分闸或闭锁指令，故障区段分闸后保持非故障区段供电；复归时确认剩余电流低于阈值后允许合闸，试合失败则闭锁。

8、优选地，步骤1中，基于布点必要度构建非全量布点台区拓扑表的具体方法为：以台区变压器作为总路节点，总路节点至各末端用户节点之间供电路径的支路节点依次为一级至级支路节点，其中，为所述对应供电路径的支路数减1；将所述台区的总路节点和一级分支节点作为强制布点位置；各末端用户节点不作为布点位置；将除了总路节点、一级分支节点和末端用户节点的节点作为择优布点位置；

9、对每个择优布点位置进行布点必要度的计算，具体方法为：

10、获取所述择优布点位置所在候选区段的潮湿环境标志、是否接入季节性动力负荷的季节性动力负荷标志以及是否接入分布式光伏或逆变器的分布式光伏标志；所述潮湿环境标志用于表征所述候选区段是否位于潮湿环境，所述季节性动力负荷标志用于表征所述候选区段是否接入季节性动力负荷，所述分布式光伏标志用于表征所述候选区段是否接入分布式光伏或逆变器；各标志均为二元变量，当对应条件满足时取值为1，否则取值为0；

11、计算所述择优布点位置所在候选区段的长度与所有择优布点位置中最长候选区段长度的比值，得到第一比值；计算所述择优布点位置的下游用户数与所有择优布点位置中的最大表箱用户数的比值，得到第二比值；

12、将潮湿环境标志、季节性动力负荷标志、分布式光伏标志、第一比值和第二比值进行加权求和，得到所述择优布点位置的布点必要度；当所述布点必要度不小于设定阈值时进行布点。

13、优选地，步骤2中，所述上下级相关度的计算方法为：节点与其上游相邻父节点之间剩余电流波形的皮尔逊相关系数，作为所述上下级相关度。

14、优选地，步骤3中，所述联合判据包括：

15、总路剩余电流有效值连续n个判定窗口超过总路阈值，且总路剩余电流基波幅值同步超过总路基波阈值；同一路径上的子节点剩余电流有效值超过对应节点阈值，且子节点剩余电流基波幅值同步超过对应节点基波阈值；

16、子节点与父节点的相对电压相位差小于预设相位差阈值；

17、三次及以上谐波含量未呈现雷击脉冲或合闸涌流冲击干扰特征；

18、波形突变量在不少于n个持续时间判定窗口内保持同向或持续高于突变量阈值；

19、子节点与父节点的上下级相关度大于预设相关度阈值；

20、当上述条件同时满足时，判定所述节点所在拓扑路径存在持续性接地漏电故障，否则为暂态扰动。

21、优选地，步骤4中，所述幅值得分的具体计算方法为：

22、计算所述候选子节点的剩余电流有效值和候选子节点的预设节点阈值的差值，作为第一数值；计算所述候选子节点预设节点阈值和历史基线剩余电流的差值，作为第二数值；计算第一数值与第二数值的比值，该比值截断至0至1区间后，得到所述幅值得分；

23、所述持续时间得分的具体计算方法为：

24、计算所述候选子节点的连续越限窗口数与联合判据中规定的持续时间窗口数阈值的比值，该比值与1相比取最小值，得到所述持续时间得分；

25、所述相关一致性得分的具体计算方法为：

26、计算所述候选子节点与对应父节点的相对电压相位差，利用相位卷绕算子将所述相位差映射至预设区间内；将映射后的数值的平方作为第三数值；计算所述候选子节点所在层级的相位差容忍度平方的二倍，作为第四数值，计算第三数值与第四数值的比值，所得比值的相反数作为自然常数e的指数，计算后得到所述相关一致性得分；

27、所述上下级相关度得分的具体计算方法为：

28、计算所述候选子节点与对应父节点之间剩余电流波形的上下级相关度，将所述上下级相关度与所述候选子节点所在层级中预设的相关度门限进行差值计算，作为第五数值；计算1与所述相关度门限的差值，作为第六数值；计算第五数值与第六数值的比值，将所述比值进行截断得到所述上下级相关度得分；

29、所述父子差分贡献的具体计算方法为：

30、计算所述候选子节点的差分不平衡度与所述候选子节点所在层级中预设的差分容差的比值，该比值取负后，作为自然常数e的指数，所得值作为第七数值；计算所述候选子节点的故障前后剩余电流正增量与对应父节点的故障前后剩余电流正增量的比值，将该比值进行截断得到的值作为第八数值；将第七数值与第八数值相乘得到所述父子差分贡献；

31、所述综合评分的具体计算方法为：

32、将所述候选子节点的幅值得分和持续时间得分分别进行幂运算后进行相乘，作为第九数值；将所述候选子节点的相位一致性得分、上下级相关度得分和父子差分贡献进行加权计算，作为第十数值；将所述候选子节点的层级深度与台区拓扑最大层级深度的比值记为归一化层级深度，将设置的层级深度调节系数与所述归一化层级深度的乘积加1，作为第十一数值；求取第九数值、第十数值与第十一数值的积，所得结果为所述候选子节点的综合评分。

33、进一步优选地，所述持续时间得分中持续时间窗口数的具体取值方法为：

34、计算预设的持续时间阈值与判定窗口时长的比值，该比值作为第十二数值，将第十二数值向上取整后限幅在设定范围之间，所得整数为所述持续时间窗口数。

35、进一步优选地，所述相关一致性得分中节点所在层级的相位差容忍度的具体计算方法为：

36、设置基础相位容忍度；计算候选子节点所在层级编号与1的差值，将所述差值与预设的层级增量系数的乘积作为第十三数值；计算所述候选子节点的采样时间戳与对应父节点的采样时间戳的差值绝对值，将所述差值绝对值与预设的时间戳偏差补偿系数的乘积作为第十四数值；将第十三数值、第十四数值与基础相位容忍度相加得到相位差基准值，将所述相位差基准值与设置的相位差容忍度上下限作比较，得到所述候选子节点所在层级的相位差容忍度。

37、进一步优选地，所述父子差分贡献中差分不平衡度的具体计算方法为：

38、对所述候选子节点对应的父节点下所有通过联合判据的子节点的故障前后剩余电流正增量进行求和，得到加和结果；计算父节点的故障前后剩余电流正增量与所述加和结果的差值绝对值，作为第十五数值；在所述父节点的故障前后剩余电流正增量与预设的最小有效增量中取较大值；计算第十五数值与所述较大值的比值，该比值作为所述差分不平衡度。

39、优选地，步骤4中，所述最末级异常节点的判定方法：

40、若保留候选子节点下游仍存在满足联合判据的可见子节点，则以该候选子节点作为新的父节点，重复执行其候选子节点提取、筛选、评分与剪枝步骤，继续向下搜索；若保留候选子节点下游已不存在满足联合判据的可见子节点，则将该候选子节点作为最末级异常节点；

41、所述故障区段定位结果的获取方法为：

42、以所述最末级异常节点作为上游边界，以最接近的下游可见节点、表箱出线或用户接入点作为下游边界，形成可隔离故障区段；若存在多个故障区段，则按层级深度优先、父子差分贡献次之、综合评分再次之的顺序确定优先级。

43、优选地，该方法还包括步骤6，基于所述故障区段定位结果和分段保护动作的执行结果，生成包含故障位置、动作时间及复归状态的故障记录档案，并将所述故障记录档案上传至云端服务器。

44、本发明的第二方面提供了一种农村低压台区剩余电流剪枝定位分段保护系统，运行所述的一种农村低压台区剩余电流剪枝定位分段保护方法，包括：

45、台区拓扑图构建模块：基于布点必要度构建非全量布点台区拓扑表并生成台区拓扑图；

46、同步采样与特征提取模块：计算台区拓扑图中各布点节点的剩余电流有效值、基波幅值、相对电压相位、三次及以上谐波含量、波形突变量和上下级相关度；

47、故障类型联合判据模块：基于同步采样与特征提取模块中计算得到的数据，依据幅值越限、连续窗口数、相位一致性、上下级相关度、突变量持续性和短时冲击干扰形成联合判据，判断所述布点节点所在拓扑路径是否发生持续性接地漏电故障；

48、层级剪枝定位映射模块：以故障类型联合判据模块中判定的拓扑路径存在故障所依据的节点作为父节点，提取其所有候选子节点；计算各候选子节点的综合评分；按各候选子节点所在层级对应的剪枝门限进行筛选，保留综合评分不小于剪枝门限的候选子节点；基于保留的候选子节点，得到最末级异常节点，基于所述最末级异常节点得到故障区段定位结果；

49、分段保护与复归模块：基于故障区段定位结果，输出分闸或闭锁指令，并在故障段分闸后保持非故障区段供电；复归时确认剩余电流低于阈值后允许合闸，试合失败则进入闭锁；

50、事件记录与云端上传模块：基于分段保护与复归模块的执行结果生成故障记录档案，上传云端。

51、本发明的第三方面提供了一种终端，包括处理器及存储介质，所述存储介质用于存储指令；所述处理器用于根据所述指令执行所述的一种农村低压台区剩余电流剪枝定位分段保护方法。

52、本发明的第四方面提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述的一种农村低压台区剩余电流剪枝定位分段保护方法。

53、与现有技术相比，本发明的有益效果至少包括：

54、（1）在非全量布点条件下利用总路、关键分支及必要表箱的可见节点数据进行故障区段定位，降低农村台区全量末端布点的设备成本和运维复杂度。

55、（2）将单点幅值越限判断扩展为幅值、持续时间、相位一致性、上下级相关和波形突变量持续性关系共同约束的判定过程，降低雷击感应、投切冲击和光伏逆变器谐波扰动造成的误动概率。

56、（3）利用台区拓扑图进行层级搜索和剪枝，将故障范围由总路或整台区缩小至最末级异常节点下游的可隔离区段。

57、（4）在定位结果形成后仅对对应分段开关执行跳闸或闭锁，保留非故障分支供电。