基于异脉峰组的馈线故障寻址方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于异脉峰组的馈线故障寻址方法，将故障指示器动作信号的实际状况与理想状况的匹配程度定义为故障解释可信度，将具有局部最大故障解释可信度的区段定义为峰，且将不在同一条馈线上峰的组合定义为异脉峰组，所得到的异脉峰组即为要寻找的最大故障解释可信度区段组，由此实现馈线故障寻址；并且首次提出了运用尾部添峰法快速递推出所有异脉峰组及其不一致故障指示器数。与现有技术相比，使用本发明确定单区段或多区段故障点时具有求解速度快、容错能力强的优点，确保了配电网故障时能快速准确的切除故障。
【专利说明】基于异脉峰组的馈线故障寻址方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及配电网自动化【技术领域】，具体来说是ー种基于异脉峰组的馈线故障寻址新方法。
【背景技术】
[0002]配电网直接与用户相连，其覆盖面积广，地理情况复杂多祥。因此，当配电网线路出现故障时，如果不能准确快速地定位故障点，查找起来将会费时费力。为了能在馈线故障发生的时候及时准确地排除故障，实现馈线自动化，需要研究ー种能快速准确地找到故障发生点的方法。
[0003]随着城网、农网和配电自动化项目的普遍开展，配电系统中大量应用了故障指示器等现场监控终端。故障指示器是ー种安装在配电线路上指示故障电流通路的智能装置，利用无线通信技术可把其状态传递到配电控制中心。目前，基于故障指示器的故障寻址方法主要有矩阵算法和人工智能算法两大类。
[0004]矩阵算法实现起来并不复杂。将配电网中装有故障指示器的断路器和开关当作节点进行编号。给区间中的馈线确定ー个正方向:假设配电网中仅由其中一个电源(该电源可以任意选取)供电，则向全网供电的功率流出方向即为馈线的正方向。根据各节点的有向连接关系构造网络拓扑矩阵Da，假设节点i和节点j是相邻节点，且节点i指向节点j为正方向，则称节点j与节点i正相邻，且矩阵Da中元素au = Laji = O。故障发生时，由安装在断路器和开关上的故障指示器提供故障信息序列F，故障指示器中流过过电流时F中对应的值为1，否则为O。将故障信息序列F添加到网络拓扑矩阵Da的对角线上形成故障判定矩阵P。寻找故障判定矩阵P中对角线为I的元素，即流过过电流的故障指示器，判断与该故障指示器正相邻的所有故障指示器动作状态，如果都为未动作状态，则故障指示器之间的区段为故障区段，该判据称为故障定位判据。虽然矩阵算法简明直观，但当故障指示器拒动或误动时容易出现错判或漏判等问题。
[0005]基于人工智能技术的故障寻址方法主要采用遗传算法和蚁群算法等，它们都能取得较为满意的結果。比如采用遗传算法实现故障寻址时，可以按照区段Sb是否发生故障进行0-1编码，当Sb = I时表示区段发生故障，当Sb = 0时表示区段没发生故障。构造的评
N
价函数为=其中Fit (Sb)为每个可行解对应的适应度も为故障指示
j
器j的状态，Ij = I表示故障指示器j流过过电流，Ij = 0表示故障指示器j未流过过电流；f (?)为故障指示器j的期望状态，期望状态是实际设备状态的函数。评价函数要求
由实际的设备状态Sb所推导出的故障指示器期望状态/丨(\)应该和实际上传的测控点状
态L相差最小，满足该要求的全局最优解对应的设备故障状态具有最高的可信度。基于人エ智能技术的故障寻址方法虽然能有效的应对故障指示器发生信息畸变等问题，具有较好的容错性，但是初期的迭代计算未充分利用故障指示器的信息，存在着求解效率低，收敛速度慢等缺点。
【发明内容】
[0006]为了克服现有技术存在的问题，本发明提供了ー种基于异脉峰组的馈线故障寻址方法，将故障指示器动作信号的实际状况与理想状况的匹配程度定义为故障解释可信度，将具有局部最大故障解释可信度的区段定义为峰，并且将不在同一条馈线上峰的组合定义为异脉峰组。把寻找最大故障解释可信度区段组问题变为寻找最大故障解释可信度异脉峰组问题。
[0007]本发明提出了ー种基于异脉峰组的馈线故障寻址方法，该方法包括以下步骤:
[0008]定义电源点至故障点路径上的所有故障指示器的有序集合为指示树；如图1所示，假设a区段发生故障吋，则故障指示器1、2、3、4、5形成的有序集合构成了指示树；
[0009]借助实际故障指示器状态和理想故障指示器状态相比得到的不一致故障指示数最少为目标寻找最有可能发生故障的区段，不一致故障指示器数和故障区段数来描述多区段故障的故障解释可信度；不一致故障指示器包括误动故障指示器和拒动故障指示器；
[0010]将故障解释可信度比其周边所有区段的故障解释可信度都高的某区段作为峰；区段为峰的条件是电源侧的故障指示器为已动作状态，而非电源侧的故障指示器为未动作状态；如图1所示，区段a、b、c即为峰；
[0011]找出对应峰1、j的指示树Ti, Tj满足Z Cろ或ろc 7；作为同脉峰组，否则作为异
脉峰组，即不在同一条馈线上峰的 组合作为异脉峰组，如图1所示的{a，c}为同脉峰组，而{a，b}以及{b，c}都为异脉峰组，所得到的异脉峰组即为要寻找的最大故障解释可信度区段组，由此实现馈线故障寻址。
[0012]所述异脉峰组及不一致故障指示器数利用尾部添峰法递推得到，具体递推过程包括以下步骤:
[0013]步骤(1)、根据配电网馈线故障指示器的动作状态获得峰的集合Q1及相应不一致故障指示器数组S1 ;即，区段为峰的条件是电源侧的故障指示器为已动作状态，而非电源侧的故障指示器为未动作状态；
[0014]步骤(2)、按顺序组合枚举出所有2-异脉峰组，并且计算其相应不一致故障指示器増量，建立Z^y查询表，作为每次尾部添峰时查表获得不一致故障指示器増量；
[0015]步骤(3)、在步骤(2)获得2-异脉峰组的集合中寻找所有第一个峰相同的2-异脉峰组，并将其归为ー批，按照该方式对所有2-异脉峰组进行分批处理；
[0016]步骤(4)、分别对各批2-异脉峰组进行深度递推，假设有两个k-异脉峰组为A ={I, x}和B = {I, y}，如果{x, y}是2_异脉峰组,贝丨J形成(k+1)-异脉峰组C = {I, x, y},其中计算不一致故障指示器增量的时候可以通过查询(2)中建立的Zx —x，y查询表来确定；
[0017]步骤(5)、枚举出所有异脉峰组及不一致故障指示器数，结束枚挙。
[0018]在使用所述尾部添峰法时是依次对某ー个峰组合形成的异脉峰组进行分批添峰。
[0019]与现有技术相比，本发明有以下优点:
[0020]该方法能在配电网馈线发生故障时快速准确地定位各个故障点位置，并且对故障指示器的拒动或误动问题有很好的应对能力。巧妙地利用了区段周围故障指示器的动作状态寻找峰。使用本发明确定单区段或多区段故障点时具有求解速度快、容错能力强的优点，确保了配电网故障时能快速准确的切除故障。
[0021]本发明论证了靠近电源侧的故障指示器动作，远离电源侧的故障指示器未动作的区段为峰。本发明还论证了区段组的故障解释可信度不会超过其相应的异脉峰组的故障解释可信度。本发明阐述了如何运用尾部添峰法快速递推出所有异脉峰组及其不一致故障指示器数。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1为本发明的指示树、峰以及异脉峰组的示意图；
[0023]图2为某馈线故障指示器的动作状况示意图。
【具体实施方式】
[0024]下面结合附图和实施例，进ー步详细说明本发明的【具体实施方式】。
[0025]为叙述方便，定义电源点至故障点路径上的所有故障指示器的有序集合为指示树。由于故障指示器存在拒动或误动等问题，实际中会出现指示树上存在未动作的故障指示器，而非指示树上存在已动作的故障指示器。因此，在馈线故障诊断系统中，通常借助实际故障指示器状态和理想故障指示器状态相比得到的不一致故障指示数最少为目标寻找最有可能发生故障的区段。
[0026]在实际工程中存在着多区段故障。一般来说，当故障区段数相同时，不一致故障指示器数最少的故障区段组具有最好的故障解释可信度；当不一致故障指示器数相同时，故障区段数最少的故障区段组具有最好的故障解释可信度。依照这种想法，本发明利用不一致故障指示器数和故障区段数来 描述多区段故障的故障解释可信度
[0027]Pj.= 1- + W(W)(I)
[0028]其中，N是故障指示器的总数，Sx是区段组X发生故障时的不一致故障指示器数，w(|X|)是由故障区段数|X|到等效的不一致故障指示器数的折合函数，且规定W(I)=O和w(n) < w(n+l) (n 为自然数)。
[0029]不一致故障指示器包括误动故障指示器和拒动故障指示器。因误动故障指示器数可表示为已动作故障指示器总数减去指示树上已动作故障指示器数，所以区段组X发生故障时的不一致故障指示器数可表示为
[0030]Sx = VlTx10-1TxI1(2)
[0031]其中，S。是已动作故障指示器总数，Tx是区段组X的指示树，ITxIci是Tx上未动作故障指示器数，I Tx Iェ是Tx上已动作故障指示器数，Zx = I Tx 10-1 Tx Iェ是X的不一致故障指示器增量。
[0032]如果某区段的故障解释可信度比其周边所有区段的故障解释可信度都高，则把这区段称为峰。
[0033]假设区段i为故障区段，相应的误动故障指示器数为Hii和拒动故障指示器数为巧，假设故障区段X和故障区段y都与i相邻，但X比i更靠近电源侧，而y比i更远离电源侧。对于故障区段X，如果X与i之间的故障指示器为已动作状态，X与i之间的故障指示器即为误动的故障指示器，则误动故障指示器数变为Hii = mi+1，拒动故障指示器数仍为rx =巧；相反，如果X与i之间的故障指示器为未动作状态则有mx = Hli和rx = r1-l。对于故障区段y时，如果y与i间的故障指示器为未动作状态，y与i间的故障指示器即为拒动故障指示器，则拒动故障指示器数变为ry = ri+l，误动故障指示器数仍为my = m,;相反，如果y与i间的故障指示器为已动作状态则有ry = r,和my = Hi1-1。因此，区段为峰的条件是电源侧的故障指示器为已动作状态，而非电源侧的故障指示器为未动作状态。因此，峰的确定不需要计算各区段的故障解释可信度，考察区段周围的故障指示器状态即可。
[0034]如果在区段X至峰f的路径上故障解释可信度都单调上升，则称f是X的峰，且当区段X的峰为f时，区段X至峰f的路径上的所有区段的峰都是f。把区段与峰的对应关系记为/ = ^(V).区段x、f的指示树为Tx和Tf，则Tf-Tx中任何ー个元素都属于Tf，把Tf-Tx称
为f — X的减枝；而Tx-Tf中没有ー个元素属于Tf,把Tx-Tf称为f — X的增枝。当/ = (PiA成立吋，f-x上的减枝必定全部呈现已动作状态，而f — X上的增枝必定全部呈现未动作状态。此时，区段X发生故障时的不一致故障指示器数
[0035]Sx = Sf+1 Tf-Tx I +1 Tx-Tf(3)
[0036]其中，Sf是峰f?发生故障时的不一致故障指示器数，Tf-Tx是f —X的减枝长度，Tx-TfI是f — X的增枝长度。
[0037]如果区段1、j满足{c Tj或ろCl Ti，则称它们为同脉区段组，否则称为异脉区段
组；同样对于峰1、j满足7:?こ5或7} 则称它们为同脉峰组，否则称为异脉峰组，值得
一提的是，当同脉峰组或异脉峰组中峰的个数为I时，同脉峰组或者异脉峰组等同于峰。
[0038]把区段组X与异脉区段组Y的对应关系记为Y = V (X)，峰组I与异脉峰组J的对应关系记为J= ￥(1)。一旦给定了区段组X，异脉区组Y= V(X)、峰组./ =炉げ)、异脉峰组J= V(I)都可以确定，且这些都是唯一的。由于Y的指示树Ty和X的指示MTx相同，J的指示树h与I的指示树T1相同，X发生故障时的不一致故障指示器数
[0039]Sx = Sj+1 Tj-Ty I +1 Ty-Tj |(4)
[0040]其中，S1是J发生故障时的不一致故障指示器数，IT1-TyI是J —Y的减枝长度，Ty-Tj是J —Y的增枝长度。
[0041]若Px、Pj分别是区段组X、异脉峰组J的故障解释可信度，根据公式(I)、(4)可推导出
[0042]
【权利要求】
1.ー种基于异脉峰组的馈线故障寻址方法，其特征在于，该方法包括以下步骤: 定义电源点至故障点路径上的所有故障指示器的有序集合为指示树； 借助实际故障指示器状态和理想故障指示器状态相比得到的不一致故障指示数最少为目标寻找最有可能发生故障的区段，不一致故障指示器数和故障区段数来描述多区段故障的故障解释可信度；不一致故障指示器包括误动故障指示器和拒动故障指示器；将故障解释可信度比其周边所有区段的故障解释可信度都高的某区段作为峰；区段为峰的条件是电源侧的故障指示器为已动作状态，而非电源侧的故障指示器为未动作状态；找出对应峰1、j的指示树Ti, Tj满足X c Tj或乙Cr 7；作为同脉峰组，否则作为异脉峰组，即不在同一条馈线上峰的组合作为异脉峰组，所得到的异脉峰组即为要寻找的最大故障解释可信度区段组，由此实现馈线故障寻址。
2.如权利要求1所述的基于异脉峰组的馈线故障寻址方法，其特征在于，所述异脉峰组及不一致故障指示器数利用尾部添峰法递推得到，具体递推过程包括以下步骤: 步骤(1)、根据配电网馈线故障指示器的动作状态获得峰的集合Q1及相应不一致故障指示器数组S1 ;即，区段为峰的条件是电源侧的故障指示器为已动作状态，而非电源侧的故障指示器为未动作状态； 步骤(2)、按顺序组合枚举出所有2-异脉峰组，并且计算其相应不一致故障指示器增量Zx —?，建立Z^y查询表，作为每次尾部添峰时查表获得不一致故障指示器増量； 步骤(3)、在步骤(2)获得2-异脉峰组的集合中寻找所有第一个峰相同的2-异脉峰组，并将其归为ー批，按照该方式对所有2-异脉峰组进行分批处理； 步骤(4)、分别对各批2-异脉峰组进行深度递推，假设有两个k-异脉峰组为A= {I,x}和B= {I，y}，如果{x，y}是2-异脉峰组，则形成(k+l)_异脉峰组C= {I，x，y}，其中计算不一致故障指示器增量的时候可以通过查询(2)中建立的Zx — x，y查询表来确定； 步骤(5)、枚举出所有异脉峰组及不一致故障指示器数，结束枚挙。
3.如权利要求1所述的基于异脉峰组的馈线故障寻址方法，其特征在于，在使用所述尾部添峰法时是依次对某ー个峰组合形成的异脉峰组进行分批添峰。
【文档编号】G01R31/08GK103592568SQ201310521570
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2013年10月29日 优先权日:2013年10月29日
【发明者】张炳达, 陈雄, 江滔, 徐倩雯 申请人:天津大学