一种多源配电网故障区段定位方法和系统与流程

1.本发明属于配电网故障定位技术领域，特别涉及一种多源配电网故障区段定位方法和系统。


背景技术：

2.随着智慧电网时代的到来，配电网自动化系统发展较快，基于配电网自动化系统的配电网故障定位方法越来越多。配电网故障定位方法需要适应配电网自动化系统的发展进而满足经济社会对电能质量的需求，这也是一直以来人们研究的热点。
3.目前配电网故障定位方法主要有以下几类方法：一类是基于健全的报警信息；另一类是基于人工智能算法的配电网故障定位方法。然而对于某些地区，配电网自动化系统并不完善，并且没有完备的故障信息采集系统，这些地区主要以廉价的故障指示器和配变报警装置作为主要故障报警设备，并以用户停电电话投诉信息辅助进行故障定位。因为无法采集完备的电气量故障信息，因此适用于此情况故障定位方法较少。现有方案存在的缺点包括：第一故障计算量复杂，配电网设备较多，给计算量带来巨大压力，所设计方法与实际应用过于理想化。第二，故障判定数据冗余。故障判定数据量庞大，对原始数据，过程数据，最终数据的存储运算的压力巨大。第三、故障定位数据理想化，某些地区为配置较为全面的监测系统，故障数据较为局限，无法针对此情况进行定位。


技术实现要素：

4.为了解决上述技术问题，本发明提出了一种多源配电网故障区段定位方法和系统，故障区段定位准确，适用于复杂多样的配电网系统。
5.为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
6.一种多源配电网故障区段定位方法，包括以下步骤：
7.建立链表式配电网结构模型；所述链表式配电网结构模型以配电网馈线区段为节点单元或者以母线为节点单元，通过指针按照配电网结构连接，且指针的箭头代表潮流的方向；
8.基于链表式配电网结构模型，以多源故障报警信息为基础建立贝叶斯网络模型，通过所述贝叶斯网络模型进行初步故障判断，确定可疑故障区域中心区段；
9.根据故障的发生位置，确定可疑故障区域中心区段的边界得到可疑故障区域，再通过分析报警信息与可疑故障区域的关联权重离散性确定故障位置。
10.进一步的，所述节点单元的数据域用于存储馈线区段或者母线的配电信息；所述配电信息包括与所述馈线区段或者母线相连的分段开关状态信息、与所述馈线区段或者母线相连的断路器状态信息、馈线区段或者母线所属配电变压器信息及对应的用户区域的负荷信息。
11.进一步的，所述多源故障报警信息包括：通过故障指示器检测故障电流的大小得到的第一报警信息、通过配变报警装置检测配电变压器是否失电得到的第二报警信息、停
电后用户电话投诉得到的第三报警信息。
12.进一步的，所述通过所述贝叶斯网络模型进行初步故障判断，确定可疑故障区域的过程包括：通过贝叶斯网络模型，判断配变发生故障还是线路发生故障；若配变故障，则可直接定位；若线路故障，确定可疑故障区域中心区段，形成可疑故障区域。
13.进一步的，所述根据故障的发生位置，确定可疑故障区域中心区段的边界得到可疑故障区域边界的过程包括：在链表式配电网结构模型中定义箭头末端的节点单元作为箭头始端节点单元的下游节点，始端节点单元作为下游节点单元的上游节点；所述可疑故障区域中心区段的上游节点和下游节点即为可疑故障区域边界。
14.进一步的，在确定可疑故障区域边界之后，还包括建立报警设备与报警设备所对应的故障位置之间的映射关系，并定义为关联关系。
15.进一步的，所述再通过分析报警信息与可疑故障区域的关联权重离散性确定故障位置的过程包括：
16.计算可疑故障区域内各可能故障馈线区段的报警信息关联信息值，根据所述报警信息关联信息值确定关联程度比矩阵；计算所述关联程度比矩阵的最大特征值和对应的特征向量；所述特征向量即为馈线区段与对应报警信息的关联权重；
17.采用关联权重的标准差系数与关联权重的平均值之比作为馈线区段的关联权重离散系数；通过hermite插值，以馈线区段的关联权重离散系数作为已知函数值形成可疑故障区域离散系数变化图；所述可疑故障区域离散系数变化图的极小值点处即为故障馈线位置。
18.本发明还提出了一种多源配电网故障区段定位系统，包括建立模型模块、初步判断模块和确定故障模块；
19.所述建立模型模块用于建立链表式配电网结构模型；所述链表式配电网结构模型以配电网馈线区段为节点单元或者以母线为节点单元，通过指针按照配电网结构连接，且指针的箭头代表潮流的方向；
20.所述初步判断模块用于基于链表式配电网结构模型，以多源故障报警信息为基础建立贝叶斯网络模型，通过所述贝叶斯网络模型进行初步故障判断，确定可疑故障区域中心区段；
21.所述确定故障模块用于根据故障的发生位置，确定可疑故障区域中心区段的边界得到可疑故障区域，再通过分析报警信息与可疑故障区域的关联权重离散性确定故障位置。
22.进一步的，所述初步判断模块执行的过程包括：基于链表式配电网结构模型，以多源故障报警信息为基础建立贝叶斯网络模型，通过贝叶斯网络模型，判断配变发生故障还是线路发生故障；若配变故障，则可直接定位；若线路故障，确定可疑故障区域中心区段，形成可疑故障区域。
23.进一步的，所述确定故障模块执行的过程包括：
24.链表式配电网结构模型中定义箭头末端的节点单元作为箭头始端节点单元的下游节点，始端节点单元作为下游节点单元的上游节点；所述可疑故障区域中心区段的上游节点和下游节点即为可疑故障区域边界。
25.建立报警设备与报警设备所对应的故障位置之间的映射关系，并定义为关联关
系；
26.计算可疑故障区域内各可能故障馈线区段的报警信息关联信息值，根据所述报警信息关联信息值确定关联程度比矩阵；计算所述关联程度比矩阵的最大特征值和对应的特征向量；所述特征向量即为馈线区段与对应报警信息的关联权重；采用关联权重的标准差系数与关联权重的平均值之比作为馈线区段的关联权重离散系数；通过hermite插值，以馈线区段的关联权重离散系数作为已知函数值形成可疑故障区域离散系数变化图；所述可疑故障区域离散系数变化图的极小值点处即为故障馈线位置。
27.发明内容中提供的效果仅仅是实施例的效果，而不是发明所有的全部效果，上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果：
28.本发明提出了一种多源配电网故障区段定位方法和系统，该方法包括以下步骤：建立链表式配电网结构模型；链表式配电网结构模型以配电网馈线区段为节点单元或者以母线为节点单元，通过指针按照配电网结构连接，且指针的箭头代表潮流的方向；基于链表式配电网结构模型，以多源故障报警信息为基础建立贝叶斯网络模型，通过所述贝叶斯网络模型进行初步故障判断，确定可疑故障区域中心区段；根据故障的发生位置，确定可疑故障区域中心区段的边界得到可疑故障区域，再通过分析报警信息与可疑故障区域的关联权重离散性确定故障位置。基于一种多源配电网故障区段定位方法，本发明还提出了一种多源配电网故障区段定位系统。本发明采用配网链表建模方式，原始数据简单，方法可以应用于配网系统不全面地区。以多源故障报警信息为基础建立贝叶斯网络模型，计算量压力较小，缓解配网系统的运算存储压力。报警信息与可疑故障区段间关联权重离散性模型确定故障位置，故障区段定位准确，适用于复杂多样的配电网系统。
附图说明
29.如图1为本发明实施例1一种多源配电网故障区段定位方法流程图；
30.如图2为本发明实施例1贝叶斯模型示意图；
31.如图3为本发明实施例2一种多源配电网故障区段定位系统示意图。
具体实施方式
32.为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本发明省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本发明。
33.实施例1
34.本发明实施例1提出了一种多源配电网故障区段定位方法，用于解决现有技术中故障计算量复杂，故障定位不精确的问题。
35.如图1为本发明实施例1一种多源配电网故障区段定位方法流程图；
36.在步骤s100中，开始处理该流程；
37.在步骤s110中，形成配电网结构图；
38.在步骤s120中，建立链表式配电网结构模型，目前配电网多为闭环结构开环运行，其线路元件多，分支线路复杂，配电网故障定位困难。链表结构简单，能够很好地描述配电网中的元件信息，同时利用链表的指针可以展现配电网各元件之间的连接关系，适应配电网结构复杂的特点。
39.链表式配电网结构模型以配电网馈线区段为节点单元或者以母线为节点单元，通过指针按照配电网结构连接，且指针的箭头代表潮流的方向；
40.节点单元的数据域用于存储馈线区段或者母线的配电信息；配电信息包括与所述馈线区段或者母线相连的分段开关状态信息、与馈线区段或者母线相连的断路器状态信息、馈线区段或者母线所属配电变压器信息及对应的用户区域的负荷信息。如果配电网中有n段配电网馈线区段，就会形成一个具有n个节点单元的链表模型。
41.在步骤s130中，基于链表式配电网结构模型，以多源故障报警信息为基础建立贝叶斯网络模型。
42.当配电网某处发生故障时，故障报警设备会产生报警信息，报警信息一般包括：
43.故障指示器是通过检测故障电流的大小而进行报警。当某处分段开关的故障指示器下游发生故障时，该处分段开关的故障指示器会检测到故障电流而发出报警信息；而故障点下游的故障指示器因并未检测到故障电流的出现，不会发出报警信息。
44.配变报警装置是通过检测配电变压器是否失电而进行报警。故障发生后经倒闸操作，发生故障的馈线区段会被隔离，与故障馈线区段相连的配电变压器失电，从而配电变压器处的配变报警装置发生报警。配变报警信息中含有该配电变压器高压侧熔断开关情况，根据熔断开关的状态可以区分线路故障还是配电变压器本体故障。
45.用户电话投诉信息来源于停电后用户的停电电话投诉。由于用户电话投诉信息具有较强的随机性和不确定性，因此用户电话投诉信息只做其他两种故障报警信息的辅助信息。通过用户电话投诉信息可以先确定停电区域，再通过配电网的结构逻辑关系确定故障点。
46.将可疑故障区域划分为可疑故障中心区段和可疑故障区域边界。通过建立贝叶斯网络模型进行初步故障定位，判断配变发生故障或线路发生故障。若配变故障，则可直接定位；若线路故障，则可同时确定可疑故障区域中心区段，形成可疑故障区域。
47.贝叶斯网络要求构成完备事件组的各个事件相互独立。故障指示器报警信息、配变报警信息分别来自线路分段开关处和配电变压器处不同的故障报警装置，具有相互独立性；同时，用户电话投诉信息与上述两种报警信息相互独立，满足贝叶斯网络应用的条件。如图2为本发明实施例1贝叶斯模型示意图。其中，a1代表配电网馈线区段故障，a2为配电变压器本体故障，b1为节点单元故障指示器报警信息，b2为节点单元配变报警信息，b3为节点单元用户电话投诉信息。
48.在步骤s140中，通过所述贝叶斯网络模型进行初步故障判断，确定可疑故障区域中心区段；如果是线路故障，则执行步骤s150，否则执行步骤s180。
49.在步骤s150中，根据故障的发生位置，确定可疑故障区域中心区段的边界得到可疑故障区域。
50.配电线路故障定位可以分为三个部分，第一部分为基于链表配电网模型和初步故障判定形成可疑故障区域；第二部分为关联关系表征，第三部分为形成故障区域离散系数
变化图，确定故障线路区段。
51.利用贝叶斯网络模型的方法在排除配电变压器故障的同时可以确定可疑故障区域中心。由于存在故障报警信息发生误报和缺失可能性，因此需要通过划定可疑故障区域边界，形成可疑故障区域。在链表结构的配电网模型中定义箭头末端的节点单元作为箭头始端节点单元的下游节点，始端节点单元作为下游节点单元的上游节点。可疑故障区域中心区段的上游节点和下游节点即为可疑故障区域边界。
52.在步骤s160中，再通过分析报警信息与可疑故障区域的关联权重离散性确定故障位置。具体包括：
53.链表式配电网结构模型中定义箭头末端的节点单元作为箭头始端节点单元的下游节点，始端节点单元作为下游节点单元的上游节点；所述可疑故障区域中心区段的上游节点和下游节点即为可疑故障区域边界。
54.建立报警设备与报警设备所对应的故障位置之间的映射关系，并定义为关联关系；
55.计算可疑故障区域内各可能故障馈线区段的报警信息关联信息值，根据所述报警信息关联信息值确定关联程度比矩阵；计算所述关联程度比矩阵的最大特征值和对应的特征向量；所述特征向量即为馈线区段与对应报警信息的关联权重；采用关联权重的标准差系数与关联权重的平均值之比作为馈线区段的关联权重离散系数；通过hermite插值，以馈线区段的关联权重离散系数作为已知函数值形成可疑故障区域离散系数变化图；所述可疑故障区域离散系数变化图的极小值点处即为故障馈线位置。
56.可疑故障区域g中的每一元素gi表示可能故障馈线区段。对各馈线区段gi，报警信息集w都可以分为关联报警信息集wg和非关联的报警信息集同时关联报警信息集wg和非关联的报警信息集又分为3类报警信息，即关联故障指示器报警信息w
g1
，关联配变报警信息w
g2
，关联用户电话投诉信息w
g3
；非关联故障指示器报警信息非关联配变报警信息非关联用户电话投诉信息
57.对于各馈线区段gi，在报警信息集w中任意取出一对报警信息wi和wj，对报警信息wi和wj的关联程度进行比较，设f(wi/wj)表示报警信息wi相对于报警信息wj而言的“关联程度比较”的信息值，f(wi/wj)和f(wj/wi)信息值见下表一。
[0058][0059]
令
[0060]
则馈线区段gi关联程度比矩阵为
[0061][0062]
其中b
ii
＝1,b
ij
·bji
＝1。此关联程度比矩阵最高阶为6阶矩阵，矩阵阶数会随着报警信息的不同而不同。由特征方程式求得关联程度比矩阵bi的最大特征值λ
max
及对应的特征向量。
[0063]
|b-le|x＝0
[0064]
特征向量即为馈线区段gi与所对应报警信息的关联权重，当特征向量出现负值时，对其进行归一化。通过关联关系赋权值将馈线区段gi与报警信息之间关联关系实现定量化。
[0065]
离散系数描述了单位均值上的离散程度，常用在两个总体均值不等的离散程度的比较。通过关联权重离散系数表征不同的馈线区段gi与报警信息的相关性。报警信息与故障馈线区段的相关性高，离散系数小，非故障馈线区段与之相反。本文采用关联权重的标准
差系数与其平均值之比作为馈线区段gi的关联权重离散系数，离散系数的计算公式为
[0066][0067]
lsi是馈线区段gi的关联权重离散系数，s关联权重标准差，关联权重平均值。
[0068]
通过hermite插值，以馈线区段gi的离散系数作为已知函数值，形成可疑故障区域离散系数变化图。可疑故障区域离散系数变化图展示了馈线区段gi的离散系数值变化情况，若报警信息与故障馈线区段的相关性高，则离散系数小，反之则大。因此，在形成的离散系数变化图中，极小值点处即为故障馈线区段。
[0069]
在步骤s170中，确定故障线段区域。
[0070]
在步骤s180中，确定故障线路区段。
[0071]
在步骤s190中，流程结束。
[0072]
本发明实施例1提出的一种多源配电网故障区段定位方法，采用配网链表建模方式，原始数据简单，方法可以应用于配网系统不全面地区。以多源故障报警信息为基础建立贝叶斯网络模型，计算量压力较小，缓解配网系统的运算存储压力。报警信息与可疑故障区段间关联权重离散性模型确定故障位置，故障区段定位准确，适用于复杂多样的配电网系统。
[0073]
实施例2
[0074]
基于本发明实施例1提出的一种多源配电网故障区段定位方法，本发明实施例2还提出了一种多源配电网故障区段定位系统，如图3为本发明实施例2一种多源配电网故障区段定位系统示意图，该系统包括：建立模型模块、初步判断模块和确定故障模块；
[0075]
建立模型模块用于建立链表式配电网结构模型；所述链表式配电网结构模型以配电网馈线区段为节点单元或者以母线为节点单元，通过指针按照配电网结构连接，且指针的箭头代表潮流的方向；
[0076]
初步判断模块用于基于链表式配电网结构模型，以多源故障报警信息为基础建立贝叶斯网络模型，通过所述贝叶斯网络模型进行初步故障判断，确定可疑故障区域中心区段；
[0077]
确定故障模块用于根据故障的发生位置，确定可疑故障区域中心区段的边界得到可疑故障区域，再通过分析报警信息与可疑故障区域的关联权重离散性确定故障位置。
[0078]
建立模型模块中，链表式配电网结构模型以配电网馈线区段为节点单元或者以母线为节点单元，通过指针按照配电网结构连接，且指针的箭头代表潮流的方向；
[0079]
节点单元的数据域用于存储馈线区段或者母线的配电信息；配电信息包括与所述馈线区段或者母线相连的分段开关状态信息、与馈线区段或者母线相连的断路器状态信息、馈线区段或者母线所属配电变压器信息及对应的用户区域的负荷信息。如果配电网中有n段配电网馈线区段，就会形成一个具有n个节点单元的链表模型。
[0080]
初步判断模块执行的过程包括：基于链表式配电网结构模型，以多源故障报警信息为基础建立贝叶斯网络模型，通过贝叶斯网络模型，判断配变发生故障还是线路发生故障；若配变故障，则可直接定位；若线路故障，确定可疑故障区域中心区段，形成可疑故障区域。
[0081]
确定故障模块执行的过程包括：
[0082]
链表式配电网结构模型中定义箭头末端的节点单元作为箭头始端节点单元的下游节点，始端节点单元作为下游节点单元的上游节点；所述可疑故障区域中心区段的上游节点和下游节点即为可疑故障区域边界。
[0083]
建立报警设备与报警设备所对应的故障位置之间的映射关系，并定义为关联关系；
[0084]
计算可疑故障区域内各可能故障馈线区段的报警信息关联信息值，根据所述报警信息关联信息值确定关联程度比矩阵；计算所述关联程度比矩阵的最大特征值和对应的特征向量；所述特征向量即为馈线区段与对应报警信息的关联权重；采用关联权重的标准差系数与关联权重的平均值之比作为馈线区段的关联权重离散系数；通过hermite插值，以馈线区段的关联权重离散系数作为已知函数值形成可疑故障区域离散系数变化图；所述可疑故障区域离散系数变化图的极小值点处即为故障馈线位置。
[0085]
本发明实施例2提出的一种多源配电网故障区段定位系统，采用配网链表建模方式，原始数据简单，方法可以应用于配网系统不全面地区。以多源故障报警信息为基础建立贝叶斯网络模型，计算量压力较小，缓解配网系统的运算存储压力。报警信息与可疑故障区段间关联权重离散性模型确定故障位置，故障区段定位准确，适用于复杂多样的配电网系统。
[0086]
本技术实施例2提供的一种多源配电网故障区段定位系统中相关部分的说明可以参见本技术实施例1提供的一种多源配电网故障区段定位方法中对应部分的详细说明，在此不再赘述。
[0087]
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。另外，本技术实施例提供的上述技术方案中与现有技术中对应技术方案实现原理一致的部分并未详细说明，以免过多赘述。
[0088]
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制。对于所属领域的技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的修改或变形。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。