配电网故障定位方法及系统与流程

本发明涉及配电网故障区域定位方法，特别是涉及一种配电网故障定位方法及系统。

背景技术：

目前我国输电线路故障定位技术已取得重大进展，定位效果较好，但是随着各种新型可再生能源发电技术的发展，大量分布式电源接入配电网，配电网潮流分布和短路电流发生了巨大的变化：首先，传统配电网的故障电流只由主变电源提供，为单向流动，分布式电源接入使得故障电流变为双向流动；其次，传统配电网发生故障时，只有主变电源到故障点的路径存在故障电流，多个分布式电源接入后，每个分布式电源都会向故障点提供故障电流，使得存在故障电流的线路数目大为增多。以上变化使得传统配电线路的故障定位技术不再适用，为了在分布式电源接入的情况下准确进行配电网故障定位，必须研究新的故障定位方法，以消除分布式电源接入配电网所带来的影响。

在实现过程中，发明人发现传统技术中至少存在如下问题：传统故障定位算法包括直接算法与间接算法；传统算法的容错性较好，但是运算速度慢，定位模型不够准确，无法高效、准确的解决含分布式电源的配电网故障定位问题。

技术实现要素：

基于此，有必要针对传统故障定位技术无法高效、准确的解决含分布式电源的配电网故障定位问题，提供一种配电网故障定位方法及系统。

为了实现上述目的，本发明技术方案的实施例为：

一方面，提供了一种配电网故障定位方法，包括以下步骤：

在配电网线路发生故障时，获取馈线远方终端的故障信息；

根据配电网线路的运行状态，对故障信息进行编码处理，得到配电网线路中相应的电源支路的编码信息和无源支路的编码信息；

根据预设的特赦规则，剔除编码信息中的无故障区段和冗余故障信息，得到最终故障信息；

根据最终故障信息，基于禁忌搜索算法的初始参数和初始变量进行故障定位，确定配电网线路发生故障的区域位置。

另一方面，提供了一种配电网故障定位系统，包括：

获取故障信息单元，用于在配电网线路发生故障时，获取馈线远方终端的故障信息；

编码单元，用于根据配电网线路的运行状态，对故障信息进行编码处理，得到配电网线路中相应的电源支路的编码信息和无源支路的编码信息；

剔除冗余单元，用于根据预设的特赦规则，剔除编码信息中的无故障区段和冗余故障信息，得到最终故障信息；

故障定位单元，用于根据最终故障信息，基于禁忌搜索算法的初始参数和初始变量进行故障定位，确定配电网线路发生故障的区域位置。

上述技术方案具有如下有益效果：

本发明配电网故障定位方法及系统，在故障发生后，读取馈线远方终端(Feeder Terminal Unit，FTU)的故障信息，对故障信息进行编码处理，根据网络的运行状态，得到相应的电源支路和无源支路的编码信息，根据特赦规则剔除无故障区段，去除冗余故障信息，降低解空间维度；并利用禁忌搜索算法对故障进行定位；对故障定位算法的结果进行解码，确定发生故障的元件的区域位置。本发明通过禁忌搜索实现了故障区域的定位，具有收敛速度快，不易陷入局部最优解，结果准确等优点，能够高效、准确的解决含分布式电源的配电网故障定位问题。

附图说明

图1为本发明配电网故障定位方法实施例1的流程示意图；

图2为本发明配电网故障定位方法实施例2的流程示意图；

图3为本发明配电网故障定位方法各实施例中配电网拓扑模型示意图；

图4为本发明配电网故障定位系统实施例1的结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的首选实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本发明配电网故障定位方法实施例1：

为了解决传统故障定位技术无法高效、准确的解决含分布式电源的配电网故障定位问题，本发明提供了一种配电网故障定位方法实施例1；图1为本发明配电网故障定位方法实施例1的流程示意图；如图1所示，可以包括以下步骤：

步骤S110：在配电网线路发生故障时，获取馈线远方终端的故障信息；

步骤S120：根据配电网线路的运行状态，对故障信息进行编码处理，得到配电网线路中相应的电源支路的编码信息和无源支路的编码信息；

步骤S130：根据预设的特赦规则，剔除编码信息中的无故障区段和冗余故障信息，得到最终故障信息；

步骤S140：根据最终故障信息，基于禁忌搜索算法的初始参数和初始变量进行故障定位，确定配电网线路发生故障的区域位置。

具体而言，本发明提出了一种基于禁忌搜索的含分布式电源的配电线路故障定位方法。可以包含两个阶段：离线阶段和在线阶段。其中，在线阶段步骤包括：(1)故障发生后，读取FTU上的故障信息，对故障信息进行编码处理，根据网络的运行状态，得到相应的电源支路和无源支路的编码信息，根据特赦规则剔除无故障区段，去除冗余故障信息，降低解空间维度；(2)随机生成初始解，利用禁忌搜索算法对故障进行定位；(3)对故障定位算法的结果进行解码，确定发生故障的元件。在线阶段在离线阶段的基础上进行禁忌搜索算法故障定位，减少了故障定位时间。

在一个具体的实施例中，在步骤S110的步骤之前还可以包括步骤：

对配电网线路进行简化处理，获取配电网线路的简化拓扑图，根据拓扑图得到配电网线路的配电网络故障定位模型；

根据配电网络故障定位模型，对配电网线路进行区域划分，得到电源支路和无源支路；配电网线路为含分布式电源的配电网线路；

获取初始参数和初始变量；初始参数包括禁忌表长度、候选解个数和迭代次数；初始变量包括禁忌表、候选解集以及结果集。

具体而言，即离线阶段步骤可以包括：(1)建立配电网络故障定位模型，根据配电开关节点以及线路区段进行区域划分，划分出电源支路和无源支路，并存入本地数据库，供随时调用；(2)给定禁忌搜索算法的初始参数和初始变量。离线阶段步骤为在线阶段的故障定位禁忌搜索算法提供便利，避免每次故障重新设定初始值从而浪费时间的情况，加快故障定位时间。

其中，建立配电网络故障定位模型的规则为：对配电网进行简化处理，形成配电网的简化拓扑图，用节点表示断路器、分段开关或者联络开关，节点之间的线段表示馈线。

其中对于电源支路和无源支路的划分，各个电源点之间的连通路径所包含的节点以及线路构成了有源树，其余为无源支路；对于有源树部分，以电源为起点，直到遇到第一个多分支开关节点，由此形成的支路为电源支路。

而在建立配电网故障定位数学模型的基础上，采用区域划分的方法剔除配电网故障定位冗余信息，降低了解空间的维度，减少了计算量，加快了收敛速度，能够快速定位故障，满足故障定位实时性要求。

在一个具体的实施例中，步骤S140根据最终故障信息，基于禁忌搜索算法的初始参数和初始变量进行故障定位，确定配电网线路发生故障的区域位置的步骤可以包括：

根据初始参数和初始变量，随机生成禁忌搜索算法初始解；

根据初始解对故障进行定位，得到故障定位的目标函数最优解；

对目标函数最优解进行解码，确定配电网线路发生故障的元件。

在一个具体的实施例中，步骤S140还可以包括步骤：

在初始解不符合预设的藐视规则且禁忌搜索算法对应的搜索对象均在初始变量的禁忌表中时，生成禁忌搜索算法随机解；

根据随机解，对故障进行定位。

具体而言，在线阶段中为防止短期内来回搜索，将近期移动的反方向移动放进禁忌表中。禁忌表的作用为了防止迂回搜索，放入禁忌表中对象将不会被搜索，禁忌长度设定为近期的3次移动。同时在在线阶段中，为满足实时性要求，当出现全禁忌的情况(即当候选解中没有解能够通过藐视规则且候选集对应移动全部被禁忌)时，可以重新产生随机解作为下步迭代解，并且清空禁忌表。预设的藐视规则指若禁忌对象对应的适配值优于目前最佳状态，则无视其禁忌属性而仍采纳其为当前选择。

一方面，采用禁忌搜索算法对含分布式电源的配电网进行故障区域定位，通过“禁忌表”方式有效了避免了迂回搜索，并且通过藐视规则来特赦一些被禁忌的优良状态，保证了对不同有效途径的探索，能够满足故障定位有效性要求。另一方面，通过对禁忌搜索算法采用跳出全禁忌的方法，使得禁忌搜索算法不易陷入局部最优解，在寻找全局最优解方面的性能更加突出，满足故障定位容错性、准确性要求。

在一个具体的实施例中，步骤S130根据预设的特赦规则，剔除编码信息中的无故障区段和冗余故障信息，得到最终故障信息的步骤可以包括：

在电源支路的编码信息中的节点处有故障电流时，剔除电源支路的编码信息中的冗余故障信息，保留电源支路中离电源预设距离的开关以及线路参与故障定位；

在无源支路的编码信息中的节点处没有故障电流时，确定无源支路为无故障区段，剔除无故障区段。

具体而言，由于故障电流可能存在双向流动的可能，本发明中实施例中规定由系统电源提供的故障电流方向为正方向，当故障发生后，可能有三种情况：I_j＝1表示该开关流过正方向故障电流。I_j＝-1表示该开关流过负方向故障电流，I_j＝0表示没有故障电流。

其中，1、在线阶段中针对有源支路(即电源支路)的特赦规则为，若读取的FTU故障信息全部为1或者-1，保留离电源最远的开关以及线路参与故障定位。2、在线阶段中针对无源支路的特赦规则为，若读取的FTU故障信息全部为0，则通过特赦规则去掉该无源支路上的开关，认为该段没有发生故障。在线阶段中特赦规则规定：将没有上述1和2情况的节点直接参与下一阶段的故障定位。

本发明配电网故障定位方法实施例1，采用区域划分和禁忌搜索实现了故障区域的定位，具有收敛速度快，不易陷入局部最优解，结果准确等优点，能够高效、准确的解决含分布式电源的配电网故障定位问题。

本发明配电网故障定位方法实施例2：

为了解决传统故障定位技术无法高效、准确的解决含分布式电源的配电网故障定位问题，本发明还提供了一种配电网故障定位方法实施例2；图2为本发明配电网故障定位方法实施例2的流程示意图；如图2所示，可以包含两个阶段：离线阶段和在线阶段，离线阶段主要实现对配电网络的模型建立与区域划分，并根据得到的配电网络模型进行禁忌搜索算法的初值设定，为在线阶段的故障定位提供便利；在线阶段在离线阶段的基础上进行禁忌搜索算法故障定位，减少了故障定位时间。

离线阶段步骤包括：

步骤1：建立配电网络故障定位模型，根据配电开关节点以及线路区段进行区域划分，划分出电源支路和无源支路，并存入本地数据库，供随时调用；

步骤2：给定禁忌搜索算法的初始参数和初始变量。初始参数可以包括：禁忌表长度Tl，候选解个数Xn，迭代次数K；初始变量可以包括：禁忌表vT，候选解集vX，结果集vXs。此步骤为在线阶段的故障定位禁忌搜索算法提供便利，避免每次故障重新设定初始值从而浪费时间的情况，加快故障定位时间。

在线阶段步骤包括：

步骤1：故障发生后，读取FTU上的故障信息，对故障信息进行编码处理，根据网络的运行状态，得到相应的电源支路和无源支路的编码信息，根据特赦规则剔除无故障区段，去除冗余故障信息，降低解空间维度；

步骤2：随机生成禁忌搜索算法初始解，利用禁忌搜索算法对故障进行定位。

步骤3：结果禁忌搜索算法迭代后，求出目标函数最优解，将解码，则其相对应的元件为故障元件。

其中，离线阶段步骤1中建立配电网络故障定位模型的规则为，对配电网进行简化处理，形成配电网的简化拓扑图，用节点表示断路器、分段开关或者联络开关，节点之间的线段表示馈线。

离线阶段步骤1中电源支路和无源支路的划分规则为，根据配电网故障定位模型，各个电源点之间的连通路径所包含的节点以及线路构成了有源树，其余为无源支路；对于有源树部分，以电源为起点，知道遇到第一个多分支开关节点，由此形成的支路为电源支路。

在线阶段步骤1中对开关信息的编码规则为，由于故障电流可能存在双向流动的可能，本发明中实施例中规定由系统电源提供的故障电流方向为正方向，当故障发生后，可能有三种情况：I_j＝1表示该开关流过正方向故障电流。I_j＝-1表示该开关流过负方向故障电流，I_j＝0表示没有故障电流。

在线阶段步骤1中对特赦规则处理方法为，针对有源支路，若读取的FTU故障信息全部为1或者-1，保留离电源最远的开关以及线路参与故障定位。

在线阶段步骤1中对特赦规则处理方法为，针对无源支路，若读取的FTU故障信息全部为0，则通过特赦规则去掉该无源支路上的开关，认为该段没有发生故障。

在线阶段步骤1中对特赦规则处理方法为，若节点没有上述两种的情况，则该节点直接参与下一阶段的故障定位。

在线阶段步骤2中进行禁忌搜索算法求解时，禁忌表设定规则为：为防止短期内来回搜索，将近期移动的反方向(此处反方向是与近期移动方向相关，并不代表特定指定的方向)移动放进禁忌表中。

其中，禁忌表作为禁忌搜索算法的核心也是最为突出的功能，放入禁忌表中的对象将不会被搜索，可以大大减少的搜索时间，从而避免大量的不必要搜索，缩短算法运行时间。禁忌表的作用是为了防止迂回搜索，放入禁忌表中对象将不会被搜索，禁忌长度可以设定为近期的3次移动。

在线阶段步骤2中进行禁忌搜索算法求解时，为满足实时性要求，当出现全禁忌的情况时，即当候选解中没有解能够通过藐视规则且候选集对应移动全部被禁忌，则重新产生随机解作为下步迭代解，并且清空禁忌表。

藐视规则指若禁忌对象对应的适配值优于目前最佳状态，则无视其禁忌属性而仍采纳其为当前选择。

针对目前分布式电源大量接入配电网，导致传统配电线路故障定位方法不再适用于现阶段电网故障区域定位的问题，本发明提供了一种基于禁忌搜索的含分布式电源的配电线路故障定位方法实施例2。本发明的故障定位方法具有如下突出优点：

本发明在建立配电网故障定位数学模型的基础上，采用区域划分的方法剔除配电网故障定位冗余信息，降低了解空间的维度，减少了计算量，加快了收敛速度，能够快速定位故障，满足故障定位实时性要求。采用禁忌搜索算法对含分布式电源的配电网进行故障区域定位，其特有的“禁忌表”方式有效了避免了迂回搜索，并且通过藐视规则来特赦一些被禁忌的优良状态，保证了对不同有效途径的探索，满足故障定位有效性要求。本发明对禁忌搜索算法采用了一个简单的跳出全禁忌的方法，使得该方法不易陷入局部最优解，在寻找全局最优解方面的性能更加突出，满足故障定位容错性、准确性要求。

为了详细阐述本发明的技术方案，下面结合附图3和实例对本发明进一步说明。图3为本发明配电网故障定位方法各实施例中配电网拓扑模型示意图；

如图3所示，图中的配电网线路包含33个开关，29、30、31、32为DG(Distributed Generation：分布式发电)接入配电网的断路器，其余节点均为分段开关；图中含4个分布式发电，用系数矩阵[S₁ S₂ S₃ S₄]表示分布式电源接入配电网的断路器状态；本系统共有32个路段，编号为L1到L32。

离线阶段包括：

步骤1：首先对网络结果进行划分，无源支路有开关12～13、20、21～23、27～28，电源支路为0～1、14～16。

步骤2：给定禁忌搜索算法的初始参数和初始变量。初始参数可以包括：禁忌表长度Tl，候选解个数Xn，迭代次数K；初始变量可以包括：禁忌表vT，候选解集vX，结果集vXs。

在线阶段步骤包括：

步骤1：假设系数矩阵为[1100]，故障位置为区段L5。故障发生后，读取FTU上的故障信息，对故障信息进行编码处理，根据网络的运行状态，得到相应的电源支路和无源支路的编码信息，可以得到开关状态信息[11111，00000，00011，11110，00000，00001，10]，根据特赦规则剔除无故障区段，由于无源支路12～13、20、21～23、27～28没有故障电流流过，可以将其剔除；电源支路1～2保留开关2的信息，电源支路14～16保留开关14的信息，电源支路17～19保留开关17的信息，这样能够去除冗余故障信息，得到最终的开关信息为[11110，0011]，可以降低解空间维度；

步骤2：随机生成禁忌搜索算法初始解，利用禁忌搜索算法对故障进行定位。

步骤3：结果禁忌搜索算法迭代后，求出目标函数最优解X_best，将X_best解码，则最终确定线路区段5发生了故障。

本发明配电网故障定位系统实施例1：

基于以上配电网故障定位方法的技术思想，同时为了解决传统故障定位技术无法高效、准确的解决含分布式电源的配电网故障定位问题，本发明还提供了一种配电网故障定位系统实施例1，图4为本发明配电网故障定位系统实施例1的结构示意图。如图4所示，可以包括：

获取故障信息单元410，用于在配电网线路发生故障时，获取馈线远方终端的故障信息；

编码单元420，用于根据配电网线路的运行状态，对故障信息进行编码处理，得到配电网线路中相应的电源支路的编码信息和无源支路的编码信息；

剔除冗余单元430，用于根据预设的特赦规则，剔除编码信息中的无故障区段和冗余故障信息，得到最终故障信息；

故障定位单元440，用于根据最终故障信息，基于禁忌搜索算法的初始参数和初始变量进行故障定位，确定配电网线路发生故障的区域位置。

在一个具体的实施例中，配电网故障定位系统实施例1还可以包括：

获取模型单元450，用于对配电网线路进行简化处理，获取配电网线路的简化拓扑图，根据拓扑图得到配电网线路的配电网络故障定位模型；

区域划分单元460，用于根据配电网络故障定位模型，对配电网线路进行区域划分，得到电源支路和无源支路；配电网线路为含分布式电源的配电网线路；

获取参量单元470，用于获取初始参数和初始变量；初始参数包括禁忌表长度、候选解个数和迭代次数；初始变量包括禁忌表、候选解集以及结果集。

在一个具体的实施例中，故障定位单元440可以包括：

生成初始解模块442，用于根据随机生成的禁忌搜索算法初始解，对故障进行定位，得到故障定位的目标函数最优解；

解码模块444，用于对目标函数最优解进行解码，确定配电网线路发生故障的元件。

在一个具体的实施例中，故障定位单元440还可以包括：

生成随机解模块446，用于在初始解不符合预设的藐视规则且禁忌搜索算法对应的搜索对象均在初始变量的禁忌表中时，生成禁忌搜索算法随机解；由故障定位单元根据随机解，对故障进行定位。

在一个具体的实施例中，剔除冗余单元430可以包括：

特赦模块432，用于在电源支路的编码信息中的节点处有故障电流时，剔除电源支路的编码信息中的冗余故障信息，保留电源支路中离电源预设距离的开关以及线路参与故障定位；在无源支路的编码信息中的节点处没有故障电流时，确定无源支路为无故障区段，剔除无故障区段。

本发明配电网故障定位系统实施例1，在故障发生后，读取馈线远方终端(Feeder Terminal Unit，FTU)的故障信息，对故障信息进行编码处理，根据网络的运行状态，得到相应的电源支路和无源支路的编码信息，根据特赦规则剔除无故障区段，去除冗余故障信息，降低解空间维度；并利用禁忌搜索算法对故障进行定位；对故障定位算法的结果进行解码，确定发生故障的元件的区域位置。本发明通过禁忌搜索实现了故障区域的定位，具有收敛速度快，不易陷入局部最优解，结果准确等优点，能够高效、准确的解决含分布式电源的配电网故障定位问题。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。