基于異脈峰組的饋線故障尋址方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于異脈峰組的饋線故障尋址方法，將故障指示器動作信號的實際狀況與理想狀況的匹配程度定義為故障解釋可信度，將具有局部最大故障解釋可信度的區(qū)段定義為峰，且將不在同一條饋線上峰的組合定義為異脈峰組，所得到的異脈峰組即為要尋找的最大故障解釋可信度區(qū)段組，由此實現(xiàn)饋線故障尋址；并且首次提出了運(yùn)用尾部添峰法快速遞推出所有異脈峰組及其不一致故障指示器數(shù)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，使用本發(fā)明確定單區(qū)段或多區(qū)段故障點時具有求解速度快、容錯能力強(qiáng)的優(yōu)點，確保了配電網(wǎng)故障時能快速準(zhǔn)確的切除故障。
【專利說明】基于異脈峰組的饋線故障尋址方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及配電網(wǎng)自動化【技術(shù)領(lǐng)域】，具體來說是ー種基于異脈峰組的饋線故障尋址新方法。
【背景技術(shù)】
[0002]配電網(wǎng)直接與用戶相連，其覆蓋面積廣，地理情況復(fù)雜多祥。因此，當(dāng)配電網(wǎng)線路出現(xiàn)故障時，如果不能準(zhǔn)確快速地定位故障點，查找起來將會費(fèi)時費(fèi)力。為了能在饋線故障發(fā)生的時候及時準(zhǔn)確地排除故障，實現(xiàn)饋線自動化，需要研究ー種能快速準(zhǔn)確地找到故障發(fā)生點的方法。
[0003]隨著城網(wǎng)、農(nóng)網(wǎng)和配電自動化項目的普遍開展，配電系統(tǒng)中大量應(yīng)用了故障指示器等現(xiàn)場監(jiān)控終端。故障指示器是ー種安裝在配電線路上指示故障電流通路的智能裝置，利用無線通信技術(shù)可把其狀態(tài)傳遞到配電控制中心。目前，基于故障指示器的故障尋址方法主要有矩陣算法和人工智能算法兩大類。
[0004]矩陣算法實現(xiàn)起來并不復(fù)雜。將配電網(wǎng)中裝有故障指示器的斷路器和開關(guān)當(dāng)作節(jié)點進(jìn)行編號。給區(qū)間中的饋線確定ー個正方向:假設(shè)配電網(wǎng)中僅由其中一個電源(該電源可以任意選取)供電，則向全網(wǎng)供電的功率流出方向即為饋線的正方向。根據(jù)各節(jié)點的有向連接關(guān)系構(gòu)造網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渚仃嘍a，假設(shè)節(jié)點i和節(jié)點j是相鄰節(jié)點，且節(jié)點i指向節(jié)點j為正方向，則稱節(jié)點j與節(jié)點i正相鄰，且矩陣Da中元素au = Laji = O。故障發(fā)生時，由安裝在斷路器和開關(guān)上的故障指示器提供故障信息序列F，故障指示器中流過過電流時F中對應(yīng)的值為1，否則為O。將故障信息序列F添加到網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渚仃嘍a的對角線上形成故障判定矩陣P。尋找故障判定矩陣P中對角線為I的元素，即流過過電流的故障指示器，判斷與該故障指示器正相鄰的所有故障指示器動作狀態(tài)，如果都為未動作狀態(tài)，則故障指示器之間的區(qū)段為故障區(qū)段，該判據(jù)稱為故障定位判據(jù)。雖然矩陣算法簡明直觀，但當(dāng)故障指示器拒動或誤動時容易出現(xiàn)錯判或漏判等問題。
[0005]基于人工智能技術(shù)的故障尋址方法主要采用遺傳算法和蟻群算法等，它們都能取得較為滿意的結(jié)果。比如采用遺傳算法實現(xiàn)故障尋址時，可以按照區(qū)段Sb是否發(fā)生故障進(jìn)行0-1編碼，當(dāng)Sb = I時表示區(qū)段發(fā)生故障，當(dāng)Sb = 0時表示區(qū)段沒發(fā)生故障。構(gòu)造的評

N
價函數(shù)為=其中Fit (Sb)為每個可行解對應(yīng)的適應(yīng)度も為故障指示


j
器j的狀態(tài)，Ij = I表示故障指示器j流過過電流，Ij = 0表示故障指示器j未流過過電流；f (?)為故障指示器j的期望狀態(tài)，期望狀態(tài)是實際設(shè)備狀態(tài)的函數(shù)。評價函數(shù)要求
由實際的設(shè)備狀態(tài)Sb所推導(dǎo)出的故障指示器期望狀態(tài)/丨(\)應(yīng)該和實際上傳的測控點狀
態(tài)L相差最小，滿足該要求的全局最優(yōu)解對應(yīng)的設(shè)備故障狀態(tài)具有最高的可信度?；谌衰ㄖ悄芗夹g(shù)的故障尋址方法雖然能有效的應(yīng)對故障指示器發(fā)生信息畸變等問題，具有較好的容錯性，但是初期的迭代計算未充分利用故障指示器的信息，存在著求解效率低，收斂速度慢等缺點。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供了ー種基于異脈峰組的饋線故障尋址方法，將故障指示器動作信號的實際狀況與理想狀況的匹配程度定義為故障解釋可信度，將具有局部最大故障解釋可信度的區(qū)段定義為峰，并且將不在同一條饋線上峰的組合定義為異脈峰組。把尋找最大故障解釋可信度區(qū)段組問題變?yōu)閷ふ易畲蠊收辖忉尶尚哦犬惷}峰組問題。
[0007]本發(fā)明提出了ー種基于異脈峰組的饋線故障尋址方法，該方法包括以下步驟:
[0008]定義電源點至故障點路徑上的所有故障指示器的有序集合為指示樹；如圖1所示，假設(shè)a區(qū)段發(fā)生故障吋，則故障指示器1、2、3、4、5形成的有序集合構(gòu)成了指示樹；
[0009]借助實際故障指示器狀態(tài)和理想故障指示器狀態(tài)相比得到的不一致故障指示數(shù)最少為目標(biāo)尋找最有可能發(fā)生故障的區(qū)段，不一致故障指示器數(shù)和故障區(qū)段數(shù)來描述多區(qū)段故障的故障解釋可信度；不一致故障指示器包括誤動故障指示器和拒動故障指示器；
[0010]將故障解釋可信度比其周邊所有區(qū)段的故障解釋可信度都高的某區(qū)段作為峰；區(qū)段為峰的條件是電源側(cè)的故障指示器為已動作狀態(tài)，而非電源側(cè)的故障指示器為未動作狀態(tài)；如圖1所示，區(qū)段a、b、c即為峰；
[0011]找出對應(yīng)峰1、j的指示樹Ti, Tj滿足Z Cろ或ろc 7；作為同脈峰組，否則作為異
脈峰組，即不在同一條饋線上峰的 組合作為異脈峰組，如圖1所示的{a，c}為同脈峰組，而{a，b}以及{b，c}都為異脈峰組，所得到的異脈峰組即為要尋找的最大故障解釋可信度區(qū)段組，由此實現(xiàn)饋線故障尋址。
[0012]所述異脈峰組及不一致故障指示器數(shù)利用尾部添峰法遞推得到，具體遞推過程包括以下步驟:
[0013]步驟(1)、根據(jù)配電網(wǎng)饋線故障指示器的動作狀態(tài)獲得峰的集合Q1及相應(yīng)不一致故障指示器數(shù)組S1 ;即，區(qū)段為峰的條件是電源側(cè)的故障指示器為已動作狀態(tài)，而非電源側(cè)的故障指示器為未動作狀態(tài)；
[0014]步驟(2)、按順序組合枚舉出所有2-異脈峰組，并且計算其相應(yīng)不一致故障指示器増量，建立Z^y查詢表，作為每次尾部添峰時查表獲得不一致故障指示器増量；
[0015]步驟(3)、在步驟(2)獲得2-異脈峰組的集合中尋找所有第一個峰相同的2-異脈峰組，并將其歸為ー批，按照該方式對所有2-異脈峰組進(jìn)行分批處理；
[0016]步驟(4)、分別對各批2-異脈峰組進(jìn)行深度遞推，假設(shè)有兩個k-異脈峰組為A ={I, x}和B = {I, y}，如果{x, y}是2_異脈峰組,貝丨J形成(k+1)-異脈峰組C = {I, x, y},其中計算不一致故障指示器增量的時候可以通過查詢(2)中建立的Zx —x，y查詢表來確定；
[0017]步驟(5)、枚舉出所有異脈峰組及不一致故障指示器數(shù)，結(jié)束枚挙。
[0018]在使用所述尾部添峰法時是依次對某ー個峰組合形成的異脈峰組進(jìn)行分批添峰。
[0019]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明有以下優(yōu)點:
[0020]該方法能在配電網(wǎng)饋線發(fā)生故障時快速準(zhǔn)確地定位各個故障點位置，并且對故障指示器的拒動或誤動問題有很好的應(yīng)對能力。巧妙地利用了區(qū)段周圍故障指示器的動作狀態(tài)尋找峰。使用本發(fā)明確定單區(qū)段或多區(qū)段故障點時具有求解速度快、容錯能力強(qiáng)的優(yōu)點，確保了配電網(wǎng)故障時能快速準(zhǔn)確的切除故障。
[0021]本發(fā)明論證了靠近電源側(cè)的故障指示器動作，遠(yuǎn)離電源側(cè)的故障指示器未動作的區(qū)段為峰。本發(fā)明還論證了區(qū)段組的故障解釋可信度不會超過其相應(yīng)的異脈峰組的故障解釋可信度。本發(fā)明闡述了如何運(yùn)用尾部添峰法快速遞推出所有異脈峰組及其不一致故障指示器數(shù)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1為本發(fā)明的指示樹、峰以及異脈峰組的示意圖；
[0023]圖2為某饋線故障指示器的動作狀況示意圖。
【具體實施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖和實施例，進(jìn)ー步詳細(xì)說明本發(fā)明的【具體實施方式】。
[0025]為敘述方便，定義電源點至故障點路徑上的所有故障指示器的有序集合為指示樹。由于故障指示器存在拒動或誤動等問題，實際中會出現(xiàn)指示樹上存在未動作的故障指示器，而非指示樹上存在已動作的故障指示器。因此，在饋線故障診斷系統(tǒng)中，通常借助實際故障指示器狀態(tài)和理想故障指示器狀態(tài)相比得到的不一致故障指示數(shù)最少為目標(biāo)尋找最有可能發(fā)生故障的區(qū)段。
[0026]在實際工程中存在著多區(qū)段故障。一般來說，當(dāng)故障區(qū)段數(shù)相同時，不一致故障指示器數(shù)最少的故障區(qū)段組具有最好的故障解釋可信度；當(dāng)不一致故障指示器數(shù)相同時，故障區(qū)段數(shù)最少的故障區(qū)段組具有最好的故障解釋可信度。依照這種想法，本發(fā)明利用不一致故障指示器數(shù)和故障區(qū)段數(shù)來 描述多區(qū)段故障的故障解釋可信度
[0027]Pj.= 1- + W(W)(I)
[0028]其中，N是故障指示器的總數(shù)，Sx是區(qū)段組X發(fā)生故障時的不一致故障指示器數(shù)，w(|X|)是由故障區(qū)段數(shù)|X|到等效的不一致故障指示器數(shù)的折合函數(shù)，且規(guī)定W(I)=O和w(n) < w(n+l) (n 為自然數(shù))。
[0029]不一致故障指示器包括誤動故障指示器和拒動故障指示器。因誤動故障指示器數(shù)可表示為已動作故障指示器總數(shù)減去指示樹上已動作故障指示器數(shù)，所以區(qū)段組X發(fā)生故障時的不一致故障指示器數(shù)可表示為
[0030]Sx = VlTx10-1TxI1(2)
[0031]其中，S。是已動作故障指示器總數(shù)，Tx是區(qū)段組X的指示樹，ITxIci是Tx上未動作故障指示器數(shù)，I Tx Iェ是Tx上已動作故障指示器數(shù)，Zx = I Tx 10-1 Tx Iェ是X的不一致故障指示器增量。
[0032]如果某區(qū)段的故障解釋可信度比其周邊所有區(qū)段的故障解釋可信度都高，則把這區(qū)段稱為峰。
[0033]假設(shè)區(qū)段i為故障區(qū)段，相應(yīng)的誤動故障指示器數(shù)為Hii和拒動故障指示器數(shù)為巧，假設(shè)故障區(qū)段X和故障區(qū)段y都與i相鄰，但X比i更靠近電源側(cè)，而y比i更遠(yuǎn)離電源側(cè)。對于故障區(qū)段X，如果X與i之間的故障指示器為已動作狀態(tài)，X與i之間的故障指示器即為誤動的故障指示器，則誤動故障指示器數(shù)變?yōu)镠ii = mi+1，拒動故障指示器數(shù)仍為rx =巧；相反，如果X與i之間的故障指示器為未動作狀態(tài)則有mx = Hli和rx = r1-l。對于故障區(qū)段y時，如果y與i間的故障指示器為未動作狀態(tài)，y與i間的故障指示器即為拒動故障指示器，則拒動故障指示器數(shù)變?yōu)閞y = ri+l，誤動故障指示器數(shù)仍為my = m,;相反，如果y與i間的故障指示器為已動作狀態(tài)則有ry = r,和my = Hi1-1。因此，區(qū)段為峰的條件是電源側(cè)的故障指示器為已動作狀態(tài)，而非電源側(cè)的故障指示器為未動作狀態(tài)。因此，峰的確定不需要計算各區(qū)段的故障解釋可信度，考察區(qū)段周圍的故障指示器狀態(tài)即可。
[0034]如果在區(qū)段X至峰f的路徑上故障解釋可信度都單調(diào)上升，則稱f是X的峰，且當(dāng)區(qū)段X的峰為f時，區(qū)段X至峰f的路徑上的所有區(qū)段的峰都是f。把區(qū)段與峰的對應(yīng)關(guān)系記為/ = ^(V).區(qū)段x、f的指示樹為Tx和Tf，則Tf-Tx中任何ー個元素都屬于Tf，把Tf-Tx稱
為f — X的減枝；而Tx-Tf中沒有ー個元素屬于Tf,把Tx-Tf稱為f — X的增枝。當(dāng)/ = (PiA成立吋，f-x上的減枝必定全部呈現(xiàn)已動作狀態(tài)，而f — X上的增枝必定全部呈現(xiàn)未動作狀態(tài)。此時，區(qū)段X發(fā)生故障時的不一致故障指示器數(shù)
[0035]Sx = Sf+1 Tf-Tx I +1 Tx-Tf(3)
[0036]其中，Sf是峰f?發(fā)生故障時的不一致故障指示器數(shù)，Tf-Tx是f —X的減枝長度，Tx-TfI是f — X的增枝長度。
[0037]如果區(qū)段1、j滿足{c Tj或ろCl Ti，則稱它們?yōu)橥}區(qū)段組，否則稱為異脈區(qū)段
組；同樣對于峰1、j滿足7:?こ5或7} 則稱它們?yōu)橥}峰組，否則稱為異脈峰組，值得
一提的是，當(dāng)同脈峰組或異脈峰組中峰的個數(shù)為I時，同脈峰組或者異脈峰組等同于峰。
[0038]把區(qū)段組X與異脈區(qū)段組Y的對應(yīng)關(guān)系記為Y = V (X)，峰組I與異脈峰組J的對應(yīng)關(guān)系記為J= ￥(1)。一旦給定了區(qū)段組X，異脈區(qū)組Y= V(X)、峰組./ =爐げ)、異脈峰組J= V(I)都可以確定，且這些都是唯一的。由于Y的指示樹Ty和X的指示MTx相同，J的指示樹h與I的指示樹T1相同，X發(fā)生故障時的不一致故障指示器數(shù)
[0039]Sx = Sj+1 Tj-Ty I +1 Ty-Tj |(4)
[0040]其中，S1是J發(fā)生故障時的不一致故障指示器數(shù)，IT1-TyI是J —Y的減枝長度，Ty-Tj是J —Y的增枝長度。
[0041]若Px、Pj分別是區(qū)段組X、異脈峰組J的故障解釋可信度，根據(jù)公式(I)、(4)可推導(dǎo)出
[0042]
【權(quán)利要求】
1.ー種基于異脈峰組的饋線故障尋址方法，其特征在于，該方法包括以下步驟: 定義電源點至故障點路徑上的所有故障指示器的有序集合為指示樹； 借助實際故障指示器狀態(tài)和理想故障指示器狀態(tài)相比得到的不一致故障指示數(shù)最少為目標(biāo)尋找最有可能發(fā)生故障的區(qū)段，不一致故障指示器數(shù)和故障區(qū)段數(shù)來描述多區(qū)段故障的故障解釋可信度；不一致故障指示器包括誤動故障指示器和拒動故障指示器；將故障解釋可信度比其周邊所有區(qū)段的故障解釋可信度都高的某區(qū)段作為峰；區(qū)段為峰的條件是電源側(cè)的故障指示器為已動作狀態(tài)，而非電源側(cè)的故障指示器為未動作狀態(tài)；找出對應(yīng)峰1、j的指示樹Ti, Tj滿足X c Tj或乙Cr 7；作為同脈峰組，否則作為異脈峰組，即不在同一條饋線上峰的組合作為異脈峰組，所得到的異脈峰組即為要尋找的最大故障解釋可信度區(qū)段組，由此實現(xiàn)饋線故障尋址。
2.如權(quán)利要求1所述的基于異脈峰組的饋線故障尋址方法，其特征在于，所述異脈峰組及不一致故障指示器數(shù)利用尾部添峰法遞推得到，具體遞推過程包括以下步驟: 步驟(1)、根據(jù)配電網(wǎng)饋線故障指示器的動作狀態(tài)獲得峰的集合Q1及相應(yīng)不一致故障指示器數(shù)組S1 ;即，區(qū)段為峰的條件是電源側(cè)的故障指示器為已動作狀態(tài)，而非電源側(cè)的故障指示器為未動作狀態(tài)； 步驟(2)、按順序組合枚舉出所有2-異脈峰組，并且計算其相應(yīng)不一致故障指示器增量Zx —?，建立Z^y查詢表，作為每次尾部添峰時查表獲得不一致故障指示器増量； 步驟(3)、在步驟(2)獲得2-異脈峰組的集合中尋找所有第一個峰相同的2-異脈峰組，并將其歸為ー批，按照該方式對所有2-異脈峰組進(jìn)行分批處理； 步驟(4)、分別對各批2-異脈峰組進(jìn)行深度遞推，假設(shè)有兩個k-異脈峰組為A= {I,x}和B= {I，y}，如果{x，y}是2-異脈峰組，則形成(k+l)_異脈峰組C= {I，x，y}，其中計算不一致故障指示器增量的時候可以通過查詢(2)中建立的Zx — x，y查詢表來確定； 步驟(5)、枚舉出所有異脈峰組及不一致故障指示器數(shù)，結(jié)束枚挙。
3.如權(quán)利要求1所述的基于異脈峰組的饋線故障尋址方法，其特征在于，在使用所述尾部添峰法時是依次對某ー個峰組合形成的異脈峰組進(jìn)行分批添峰。
【文檔編號】G01R31/08GK103592568SQ201310521570
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年10月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月29日
【發(fā)明者】張炳達(dá), 陳雄, 江滔, 徐倩雯 申請人:天津大學(xué)