一种配电网电压暂降源定位方法和系统与流程

1.本发明属于电能质量技术领域，涉及一种配电网电压暂降源定位方法。


背景技术：

2.目前，电压暂降逐渐成为影响许多用电设备正常运行的最严重的电能质量扰动。准确的电压暂降故障源定位，可以有效的缩短恢复供电的时间，有助于供用电双方区分暂降责任。
3.在引起电压暂降的诸多因素中，短路故障是导致电压暂降的主要原因。由于配电网络拓扑结构复杂、节点数量众多，传统的针对输电系统的故障定位方法往往不能直接进行应用。现有的故障定位方法包括基于馈线终端单元的矩阵算法、基于阻抗变化的方法和基于扰动能量与扰动功率的方法等等，大多同时依赖于电压、电流信息，然而测量得到的故障电流往往误差很大。传统的上下游故障定位方法得到的故障区域大，主要依赖于人工巡线进一步确定故障位置。而基于馈线终端单元的故障区段定位方法，大多同时依赖于电压、电流信息，然而测量得到的故障电流往往误差很大，且需要布置大量的监测节点。


技术实现要素：

4.为克服上述现有技术的不足，本发明提出一种配电网电压暂降源定位方法，包括：
5.实时采集各电能质量监测点的电压数据，当发生电压暂降时，根据暂降深度确定故障相；
6.根据所述故障相的电压信息，计算各电能质量监测点的小波能量熵；
7.确定小波能量熵取得极大值点对应的监测点为故障点。
8.优选的，所述根据所述故障相的电压信息，计算各电能质量监测点的小波能量熵，包括：
9.对从各电能质量监测点获取的故障相电压信号进行小波软阈值降噪处理，得到不同尺度的小波系数；
10.根据小波系数计算各尺度的小波能量和相对小波能量，根据信息熵的定义求取故障相的小波能量熵；
11.取故障相小波能量熵的平均值作为每个监测点的小波能量熵。
12.优选的，所述确定小波能量熵取得极大值点对应的监测点为故障点，包括：
13.对每个监测点的小波能量熵进行排序，取得极大值的监测点为离故障源最近的监测点，完成故障源定位。
14.优选的，所述根据暂降深度确定故障相，包括：
15.三相电压中暂降深度低于预设比例的相，为故障相。
16.优选的，所述暂降深度的确定，包括：
17.计算由监测设备观测到的异常波形的所有预设时间窗口的电压均方根值；
18.选择所有时间窗口中最小的电压均方根值，将所述最小的电压均方根值作为电压
暂降最严重时电压有效值，计算所述有效值与电压额定值的比值，得到暂降深度。
19.优选的，所述电压信号的均方根值的计算式如下：
[0020][0021]
式中，u(t)为t时刻的电压信号，u
rms
为均方根值，t为时间窗口的长度，t0为均方根值计算的开始时间。
[0022]
优选的，所述实时采集各电能质量监测点的电压数据，包括：
[0023]
在配电系统的预设节点上分别安装监测电压信息的电能质量监测设备。
[0024]
优选的，所述发生电压暂降的确定，包括：
[0025]
根据电压信息计算电压有效值，当电压有效值低于电网额定电压的预设比例时，发生电压暂降。
[0026]
基于同一发明构思，本技术还提供了一种配电网电压暂降源定位系统，包括：故障相确定模块，小波能量熵计算模块和故障点定位模块；
[0027]
所述故障相确定模块，用于实时采集各电能质量监测点的电压数据，当发生电压暂降时，根据暂降深度确定故障相；
[0028]
所述小波能量熵计算模块，用于根据所述故障相的电压信息，计算各电能质量监测点的小波能量熵；
[0029]
所述故障点定位模块，用于确定小波能量熵取得极大值点对应的监测点为故障点。
[0030]
优选的，所述小波能量熵计算模块，包括：小波系数单元、故障相小波能量熵单元和监测点小波能量熵单元；
[0031]
所述小波系数单元，用于对从各电能质量监测点获取的故障相电压信号进行小波软阈值降噪处理，得到不同尺度的小波系数；
[0032]
所述故障相小波能量熵单元，用于根据小波系数计算各尺度的小波能量和相对小波能量，根据信息熵的定义求取故障相的小波能量熵；
[0033]
所述监测点小波能量熵取单元，用于故障相小波能量熵的平均值作为每个监测点的小波能量熵。
[0034]
与最接近的现有技术相比，本发明具有的有益效果如下：
[0035]
本发明提供了一种配电网电压暂降源定位方法和系统，包括：实时采集各电能质量监测点的电压数据，当发生电压暂降时，根据暂降深度确定故障相；根据所述故障相的电压信息，计算各电能质量监测点的小波能量熵；确定小波能量熵取得极大值点对应的监测点为故障点；相比目前的故障定位方法，本技术不需要在每个节点安装电能质量监测设备，只需布置若干监测节点使之满足全局电压暂降可监测即可。并且只需要配电网中的电压数据，不需要电流数据，只需要安装电压监测仪，不需要价格昂贵的电能质量监测设备，有更高的经济性。
附图说明
[0036]
图1为本发明提供的一种配电网电压暂降源定位方法流程示意图；
[0037]
图2为本发明提供的一种配电网电压暂降源定位方法实施例的流程图；
[0038]
图3为本发明中小波软阈值降噪流程图；
[0039]
图4为本发明中小波能量熵计算流程图；
[0040]
图5为本发明提供的一种配电网电压暂降源定位基本结构示意图；
[0041]
图6为本发明提供的一种配电网电压暂降源定位详细结构示意图。
具体实施方式
[0042]
本发明的目的是，以准确进行电压暂降故障源定位，避免现有故障定位方法中依赖于电压、电流信息，且测量得到的故障电流误差过大为目标，提出一种配电网电压暂降源定位方法。
[0043]
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的详细说明。
[0044]
实施例1：
[0045]
本发明提供的一种配电网电压暂降源定位方法流程示意图如图1所示，包括：
[0046]
s1：实时采集各电能质量监测点的电压数据，当发生电压暂降时，根据暂降深度确定故障相；
[0047]
s2：根据所述故障相的电压信息，计算各电能质量监测点的小波能量熵；
[0048]
s3：确定小波能量熵取得极大值点对应的监测点为故障点。
[0049]
本发明提供的一种配电网电压暂降源定位方法实施例的流程图如图2所示，具体步骤如下：
[0050]
步骤1：实时采集各电能质量监测点的电压数据。
[0051]
在配电系统的若干节点上安装电能质量监测设备，实时监测这些点的电压信息，为后续工作做准备。
[0052]
步骤2：判断发生电压暂降并确定故障相。
[0053]
步骤2-1：根据电压信息计算电压有效值，定义电压有效值为其均方根值，当三相中有至少一相的电压有效值低于电网额定电压的百分之九十，即认为发生电压暂降。
[0054]
所述电压暂降判断的具体步骤为：
[0055]
步骤2-1-1：设置有效值检测时间窗口t为半个周波。
[0056]
步骤2-1-2：求取该波形半个周波内的电压信号u(t)的有效值，即均方根值u
rms
：
[0057][0058]
式中，t为时间窗口的长度，为半个周波，t0为均方根值计算的开始时间。
[0059]
步骤2-1-3：判断电压有效值是否低于额定电压的90％，若满足，判定为电压暂降，否则，滑动至下一个时间窗口，进行有效值的计算。
[0060]
步骤2-2：某相电压有效值低于电网额定电压的百分之九十，即认定为故障相。
[0061]
所述故障相判断的具体步骤为：
[0062]
步骤2-2-1：按照步骤2-1中的计算方法，计算异常波形所有时间窗口的电压均方根值。
[0063]
步骤2-2-2：选择所有时间窗口中最小的电压均方根值，即为该电压暂降最严重时
电压有效值，将该有效值与电压额定值的比值定义为暂降深度。
[0064]
步骤2-2-3：三相电压中暂降深度低于90％，即认定为故障相。
[0065]
步骤3：根据故障相的电压信息，计算各电能质量监测点的小波能量熵。
[0066]
步骤3-1：对从各电能质量监测点获取的故障相电压信号进行小波软阈值降噪处理，得到不同尺度的小波系数。
[0067]
所述小波软阈值降噪流程如附图3所示，具体步骤为：
[0068]
步骤3-1-1：对原始电压信号进行数据预处理，将各监测点获取的电压信号变成相同维度的序列。
[0069]
步骤3-1-2：对信号序列进行小波分解，得到各尺度小波系数。
[0070]
步骤3-1-3：根据噪声与信号在不同频带上的小波分解系数具有不同强度分布的特点，将各频带上的噪声对应的小波系数去除，保留原始信号的小波分解系数。选择阈值函数为：
[0071][0072]
式中，ω
λ
为阈值处理得到的新的小波系数，当小波系数ω的绝对值小于给定阈值λ时，令其为0；大于阈值时，令其减去阈值λ。
[0073]
阈值λ选择为：
[0074][0075]
对小尺度上的小波分解系数进行标准差估计，定义为s，s＝m/0.6745，m是一尺度分解得到的小波系数的中值，n为信号的长度。
[0076]
对处理后的系数进行小波重构，得到纯净信号，完成信号降噪。
[0077]
步骤3-2：计算各尺度的小波能量、相对小波能量，根据信息熵的定义求取故障相的小波能量熵。
[0078]
所述小波能量熵计算流程如附图4所示，具体步骤为：
[0079]
步骤3-2-1：对信号x(n)进行小波分解，在k时刻第j分解尺度下，x(n)的高频分量相关系数为dj(k)，低频分量相关系数为aj(k)，进行单支重构后获得的高频分量cdj(k)和低频分量caj(k)所包含的信息的频带范围为：
[0080][0081]
其中，fs为信号采样频率，j为最大分解尺度。
[0082]
本发明选用db4小波进行三尺度分解，原始信号序列x(n)可以表示为：
[0083]
x(n)＝cd1(n) cd2(n) cd3(n) ca3(n)
ꢀꢀ
(5)
[0084]
步骤3-2-2：定义单一尺度下的小波能量为该尺度下各时刻小波高频分量的平方和，计算小波能量：
[0085]
[0086]
其中，k为时间序列，k＝1,2,
…
,n，n为所分析的信号的采样点数，cdj(k)为信号x(n)在k时刻第j分解尺度的高频分量。
[0087]
步骤3-2-3：根据总能量与相对小波能量的关系计算相对小波能量。
[0088]
总能量表达式为：
[0089][0090]
求得相对小波能量：
[0091]
pj＝ej/e
tot
ꢀꢀ
(8)
[0092]
步骤3-2-4：根据信息熵理论，计算小波能量熵：
[0093][0094]
步骤3-3：取故障相小波能量熵的平均值作为每个监测点的小波能量熵。
[0095]
步骤4：确定离故障点最近的电能质量监测点，实现故障源定位。
[0096]
小波能量熵结合了小波变换多分辨率分析和局部特性好的优点与信息熵表征系统复杂度的特性，准确的对信号完成特征提取。小波能量熵熵值越大，信号分布越无序，反之亦然。而电压暂降程度与距离相关，距离故障点越近，暂降程度越深。因此，在暂降源节点小波能量熵具有极大值，利用小波能量熵可以识别电压暂降源。对每个监测点的小波能量熵进行排序，取得极大值的监测点为离故障源最近的监测点。
[0097]
实施例2：
[0098]
基于同一发明构思，本发明还提供了一种配电网电压暂降源定位系统，由于这些设备解决技术问题的原理与配电网电压暂降源定位方法相似，重复之处不再赘述。
[0099]
该系统基本结构如图5所示，包括：故障相确定模块、小波能量熵计算模块和故障点定位模块；
[0100]
故障相确定模块，用于实时采集各电能质量监测点的电压数据，当发生电压暂降时，根据暂降深度确定故障相；
[0101]
小波能量熵计算模块，用于根据所述故障相的电压信息，计算各电能质量监测点的小波能量熵；
[0102]
故障点定位模块，用于确定小波能量熵取得极大值点对应的监测点为故障点。
[0103]
配电网电压暂降源定位系统详细结构如图6所示。
[0104]
其中，故障相确定模块包括：电压数据采集单元、电压暂降确定单元和故障相确定单元；
[0105]
电压数据采集单元，用于在配电系统的预设节点上分别安装监测电压信息的电能质量监测设备；
[0106]
电压暂降确定单元，用于根据电压信息计算电压有效值，当电压有效值低于电网额定电压的预设比例时，发生电压暂降；
[0107]
故障相确定单元，用于三相电压中暂降深度低于预设比例的相，为故障相；
[0108]
其中，故障相确定单元包括：暂降深度确定子单元；
[0109]
暂降深度确定子单元，用于计算由监测设备观测到的异常波形的所有预设时间窗口的电压均方根值，选择所有时间窗口中最小的电压均方根值，将所述最小的电压均方根
值作为电压暂降最严重时电压有效值，计算所述有效值与电压额定值的比值，得到暂降深度；
[0110]
其中小波能量熵计算模块包括：小波系数单元、故障相小波能量熵单元和监测点小波能量熵单元；
[0111]
小波系数单元，用于对从各电能质量监测点获取的故障相电压信号进行小波软阈值降噪处理，得到不同尺度的小波系数；
[0112]
故障相小波能量熵单元，用于根据小波系数计算各尺度的小波能量和相对小波能量，根据信息熵的定义求取故障相的小波能量熵；
[0113]
监测点小波能量熵取单元，用于故障相小波能量熵的平均值作为每个监测点的小波能量熵；
[0114]
其中故障点定位模块包括：故障点定位单元；
[0115]
其中故障点定位单元，用于对每个监测点的小波能量熵进行排序，取得极大值的监测点为离故障源最近的监测点，完成故障源定位。