一种基于规则库的配电网单相接地故障定位方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种定位方法，具体涉及一种基于规则库的配电网单相接地故障定位 方法。
【背景技术】
[0002] 配电自动化需要在配电系统发生单相接地故障时，快速确定故障位置，执行相应 的操作隔离故障区域，并快速修复故障、恢复配电系统正常运行。配电网单相接地故障的准 确定位是基础和前提。
[0003] 我国的6?35kV中低压配电网主要采用中性点不接地和经消弧线圈接地方式， 少数采用经高电阻接地方式，均属于小电流接地系统。配电网设备繁杂，用户众多，覆盖面 广，地理情况变化多样，且受用户增容等外界条件以及城市建设等因素的影响，配电网中发 生故障的几率相对较高。配电网故障中绝大部分是单相接地故障。由于小电流接地系统发 生单相接地故障不形成短路回路，只有系统分布电容引起的很小的零序电流，三相线间电 压依然对称，不影响系统正常工作。我国电力规程规定，小电流接地系统可以带单相接地故 障继续运行1?2小时，这样能够提高供电的持续性和可靠性。但是，小电流接地系统发生 单相接地故障时，非故障相对地电压升高，如果发生间歇性弧光接地时，能够引起弧光过电 压，系统绝缘收到威胁，容易扩大为相间短路。因此必须尽快找到故障线路，尽快排除故障。
[0004] 关于输电线路的故障定位已经研宄了几十年，提出了很多方法，也取得了相当精 确的定位效果。尽管如此，这些算法仍不能用于配电线路的故障定位中，这是由于配电线路 更加复杂，具有与输电线路不同的特性：电压和电流的量测及配套通信设备少；单相分支 和两相分支的存在；随时变化的分支负载；不同种类的线路参数（不同的导线参数，架空线 和电力电缆综合使用等）；发生故障的电压等级不同，也影响了故障数据的测量。近年来， 人们为寻求精确有效的故障定位方法作出了艰苦努力，提出了很多有建设性的方法。下面 将针对当前主要配电网故障定位方法的原理，以及研宄现状进行简要的阐述。
[0005] (1)监测定位方法
[0006] 监测定位方法是在线路主要分支点以及常发生故障的区段安装探测器，用分支探 测器法实时监测零序电流的定位故障点的方法。该方法理论上相对简单实用，但是在技术 实现上有些问题。从国内配电系统的情况来看，在线路上为定位故障的目的而装设检测装 置，无论是技术方面还是成本方面都存在困难，而且这些装置也需要太多的维护工作。
[0007] (2)被动式定位方法
[0008] 被动式定位方法一般包括区段查找法、阻抗法和行波法。利用配电网自动化设备 (如RTU、FTU和TTU)检测得到的各线段的电气信息判断故障区段，然后执行相应的开断操 作迅速隔离故障区段。该方法的特点是能够确定故障区段，缩小故障范围和缩短查找时间。 但被动式定位方法较多地依赖于算法的实现，表现为有着较多的假设和约束限制，对网络 连接、设备型号、测量设备的数量、位置甚至精度都有一定的要求，
[0009] (3)主动式定位方法
[0010] 常见的主动式定位方法有S注入法、中性点脉宽注入法、交直流综合注入法。在故 障发生后，通过注入设备向接地线路注入特定频率的电流，用信号探测器探测线路进而确 定故障线路。在接地过渡电阻较小的情况下，有较高的定位精度。但注入信号的能量有限， 受导线分布电容影响大，如果故障点经高阻接地，或者故障点距离线路始端很远，那么信号 将很微弱无法准确测量，无法辨别故障方向。
[0011] ⑷智能定位方法
[0012] 近年来，人工智能算法在配电网故障定位中的应用越来越多，各种人工智能技术 依其原理从不同的角度、不同的途径去解决配电系统的故障定位问题，都取得了一定的成 就，但也都存在自身原理难以克服的弊病。
[0013] M. A. Al-shaher利用ANN对环网进行了故障定位研宄，但文中没有分析多故障点 估计问题，另外该方法对于不平衡线路系统定位效果很差。廖大发等人利用神经网络根据 FTU提取的0、1特征量实现故障定位，它建立了带动量阻尼参数和自适应学习速率的新型 网络模型，在同样误差、同样训练样本的情况下，逼近最优解的训练次数少于传统BP网络 模型。D. Thukaram等人综合了 SVM方法和神经网络方法来确定故障点距离测量点的距离， 其中，多故障点估计问题也做了相应的考虑。但这种方法在对获取信号预处理的过程中使 用了 PCA的方法，因此该方法只对线性可分的数据适用。测量数据来自于配电系统中有限 的一些测量点。由于不需要精确的数学模型，并且不受故障类型、过渡电阻以及系统运行方 式的影响，ANN方法受到了广泛的重视，但其本身仍有许多尚需解决的问题，网络训练需要 各种故障情况下的样本，而在电力系统中，样本数据一般不能通过大量的试验获得，只能采 用电网的历史故障数据，加大了网络训练的难度。同时，随着配电自动化水平的提高，故障 线路的允许切除时间大大缩短，而神经网络训练时间较长，同现在配电网自动化的发展不 适应。
[0014] 此外，优化算法也被应用于配电系统的故障定位上。杜红卫等人提出基于遗传算 法的配电网故障定位和隔离，能进行全局寻优求解，并可以对信息中的畸变进行纠错。卫志 农等提出一种新的故障定位数学模型，此模型考虑了电流的方向性，对于单一电源和多电 源情况都是适用的，更适于复杂配网情形。李超文等人论证了 PSO算法在故障定位中的有 效性，对单电源辐射状配电网单点故障、多点故障进行仿真，验证了在故障信号畸变情况下 PSO算法的容错性，选用的权重因子随迭代次数的变化提高了算法的收敛性，在收敛时间上 优于遗传算法。优化算法在配电网定位中的应用越来越多，也体现了 一定的优势，每一种 优化算法都存在一定的优点和缺点。基于优化算法的故障定位虽能有一定的容错性，但在 构造故障定位数学模型及确定交叉和变异等参数方面，还存在受具体问题中研宄深度的影 响。该领域的研宄也在不断发展，各种新的算法不断涌现，这些算法为故障定位问题的解决 提供了广阔思路。
[0015] 另外，基于人工智能算法的故障定位方法还有基于故障投诉信息进行推理的故障 定位方法、基于特征向量融合的故障定位方法及基于Multi-Agent的配电网故障定位方法 等。许多智能化定位方法已经被提出，但目前都处于研宄阶段，同时也存在许多需要解决的 问题，并未大量投入使用。
【发明内容】
[0016] 为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种基于规则库的配电网单相接地故 障定位方法，较少依赖于精确的数学模型，受故障类型、过渡电阻以及系统运行方式的影响 小；适应配电网络结构不断变化的特征，能够有效地利用新增加的量测类型和数据；规则 库能够自适应地进行扩展，以处理小电流故障状况十分复杂的与仿真和简单的现场试验手 段一般不能足够客观真实地反映实际情况的问题。
[0017] 为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：
[0018] 本发明提供一种基于规则库的配电网单相接地故障定位方法，所述方法包括以下 步骤：
[0019] 步骤1 :建立配电网单相接地故障的信息案例库；
[0020] 步骤2 :对信息案例库进行分类，得到子案例库；
[0021] 步骤3 :计算子案例库中故障案例的全局最优位置和案例全局最优位置的适应 度；
[0022] 步骤4 :完成配电网单相接地故障定位。
[0023] 所述步骤1中，信息案例库C用四元组定义，有：
[0024] C = < G, F, J, T >
[0025] 其中，G为非空有限集合，用于表示故障案例编号；F为故障案例征兆集合，用于表 示故障案例的特征信息；J为故障结果结合，用于表示不同的故障原因导致的故障结果，故 障结果包括故障位置和故障类型；T为故障相似度集合，用于表示目标案例与源案例的相 似程度；
[0026] 将信息案例库C中故障案例的数据化表示形式为：
[0027] Xi= [x i (I), Xi (2), . . . , Xi (k), . . . , Xi (η)]
[0028] 上式中，Xi为信息案例库C中第i个故障案例的特征向量，其中i = 1，2,. . .，m，m 为信息案例库C中故障案例的数量；
[0029] Xi (k)为第i个故障案例第k维的特征值，其中k = 1，2,. . .，n，n为故障案例特征 数量；
[0030] XiGO经过无量纲化处理