本发明涉及电力系统配网自动化的技术领域，尤其涉及一种自适应配电网运行方式的故障定位隔离系统及其工作方法。
背景技术：
馈线自动化(FA，FeederAutomation)，是指利用自动化装置或系统监视配电线路的运行状况，及时发现线路故障，迅速诊断出故障区间并将故障区间隔离，并恢复对非故障区间的供电。
配电网线路保护与输电网线路的保护有着较大的区别，尤其是中低压配网线路与输电线路相比，通常两开关之间距离较短（通常不会超过1km），这样不同区段的故障电流差异很小可以忽略不计，按照故障电流的级差来实现线路保护显然不可能；从时间上的配合来说，由于配网一条馈线的开关数量较多，但变电站出口开关通常整定故障出口时间为0，即使将时间加长，为了保护站所内的设备，也不会整定超过500ms，这样在时间上也很难实现多级的配合。
因此，配网的线路保护很难采用线路保护中多级配合的方式完成故障区段的隔离。当前配电自动化中主要采用集中式馈线自动化技术或就地顺序重合馈线自动化技术。集中式馈线自动化技术是将一个区域内的故障相关信息上传至主站或子站，由主站或子站进行故障诊断，进而完成故障处理；就地顺序重合馈线自动化技术是利用电压或电流与时间进行配合，通过多个开关重合的方式完成故障处理。集中式馈线自动化技术受制于区域的规模，实时性随着区域内设备增多而大打折扣，影响供电可靠性；就地顺序重合方式以时间和非故障区域的停电，甚至以多次重合冲击系统为代价完成故障的隔离，同样影响着供电的实时性、安全性和可靠性。
智能分布式馈线自动化技术基于相邻开关的终端之间对等通信实现故障处理，但寻求一种适用于各种运行方式下复杂网架的故障定位，仍是当前要解决的问题。
国家知识产权局2015-2-18公开的一项发明专利申请（申请号：2014106386640，名称：利用方向元件改进含分布式电源的配电网故障区段定位方法）具体公开了一种利用方向元件改进含分布式电源的配电网故障区段定位方法，包括：步骤1：含分布式电源的配电网发生故障后，根据故障点周围开关上报的故障电流方向，判断故障发生在T接区域或者不含T接的其他区域；步骤2：若由主电源提供故障电流一侧的方向元件上报故障方向信息为正方向，而由分布式电源提供故障电流一侧的方向元件上报故障方向信息为反方向，据此判断故障发生在T接区域，从而隔离故障；步骤3：若故障点周围的馈线开关提供的故障电流方向信息相同，则判断故障发生在不含T接的其他区域；由于故障点两侧开关的故障电流幅值不同，而故障点一侧的开关经历的故障电流大小近似相同，据此可以判断出故障发生的具体区段并进行故障隔离。但是这种方式存在如下缺陷：1）网络中只有一个主电源，T节点的引入完全为了帮助判别分布式电源接入后的故障判断，意味着只能处理开环运行+分布式电源的情形；2）明确由主电源提供故障电流为正方向，这种方式在简单拓扑中是可行的，但在较复杂的环网中，无法根据其故障判据判定故障所在。所以，该方案仅能够仅能够应对简单的单主电源+分布式电源模式；无法定位到“环状”网络拓扑的故障，无法适应越来越复杂的电网架构。
国家知识产权局2016-4-20公开的一项发明专利申请（申请号201610021123.2，名称：一种智能配电网分布式故障检测方法）具体公开了一种智能配电网分布式故障检测方法，包括：确定各智能配电终端的保护范围；各智能配电终端与相邻的智能配电终端对等通信，交互各自所在位置处的网络拓扑结构信息；智能配电终端根据获取到的相邻智能配电终端计算得到的故障信息，基于区域纵联比较保护原理判断出故障位置；确定故障位置所在的线路后，根据网络拓扑结构确定与所述线路相对应的开关类型，根据开关类型做出相应的故障隔离策略。本发明有益效果：智能配电终端能够根据当前网络拓扑结构与相邻智能配电终端对等交互故障信息，实现对故障区域的准确有效隔离，满足智能配电网对故障检测与隔离的快速性、灵活性和可靠性要求。但是在定位隔离过程中需要对每个开关进行编号并对其电流方向进行定向，算法复杂响应慢，仅能够应对简单的单主电源+分布式电源模式；无法定位到“环状”网络拓扑的故障，仍然存在无法适应越来越复杂的电网架构的问题。
技术实现要素：
本发明针对以上问题，提供了一种不仅能应对辐射型、手拉手环网等简单网架，还能应对网络状的复杂网架，并自适应网架范围内的所有运行方式的故障处理且响应速度快，稳定性高，定位精准的自适应配电网运行方式的故障定位隔离系统及其工作方法。
本发明的技术方案是：一种自适应配电网运行方式的故障定位隔离系统，包括电网母线，在电网母线上设有若干开关，每个所述开关上设有电压传感器、电流传感器和智能终端，所述电压传感器和电流传感器通过模数转换器与所述智能终端相连；
相邻的所述智能终端间设有信号传输模块，用于相邻的智能模块间的对等通信；
所述开关内还设有隔离开关，所述隔离开关与所述智能终端连接，所述隔离开关用于隔离故障的开关。
所述智能终端包括逻辑运算模块、逻辑判断模块、指令模块和隔离动作模块，所述逻辑运算模块通过模数转换器与电压传感器、电流传感器分别连接，所述逻辑运算模块、逻辑判断模块、指令模块、隔离动作模块依次连接，所述隔离动作模块连接隔离开关。
所述指令模块通过所述信号传输模块与相邻的指令模块连接。
一种自适应配电网运行方式的故障定位隔离系统的工作方法，按如下步骤工作：
1）电压传感器和电流传感器采集开关的电压、电流信号通过模数转换器送至智能终端处理；
2）智能终端判断开关过流信息，功率方向，开关状态，并发送给相邻开关的终端；
3）智能终端判断本开关是否故障，若故障则转步骤5），若不故障则转至步骤4）；
4）判断相邻开关是否故障；
5）进行故障位置判定，若故障位置在本开关与相邻开关之间，则转至步骤6），若故障位置不在本开关与相邻开关之间，则转至步骤7）；
5.1）判断本开关上游相邻区段是否故障，若本开关上游相邻区段有故障，则转至步骤6），若本开关上游相邻区段没有有故障，则转至步骤7）；
5.2）判断本开关下游相邻区段是否故障，若本开关下游相邻区段有故障，则转至步骤6），若本开关下游相邻区段没有有故障，则转至步骤7）；
6）进行故障隔离，断开故障点两侧开关；
7）不做处理，完毕。
所述步骤5.1）中智能终端判断上游故障位置的具体步骤如下：
5.11）检测开关是否合闸，若是，转至步骤5.12），若否，判定无故障；
5.12）检测开关是否故障，若是，转至步骤5.13），若否，转至步骤5.14）；
5.13）检测故障是否为反方向故障，若是，转至步骤5.14），若否，判定无故障；
5.14）检测开关的上游开关是否故障，若是，转至步骤5.15）若否，转至步骤5.17）
5.15）检测故障是否为反方向故障，若是，转至步骤5.16），若否，转至5.17）
5.16）检测本开关的上游开关是否合闸，若是，不动作，若否，转至步骤5.17）
5.17）检测本开关上游相邻开关是否故障，若是，转步骤5.18），若否，转步骤5.19）
5.18）判定故障是否为反方向故障，若是，不动作，若否，转步骤9)
5.19）判定开关上游相应区段故障；
所述步骤5.2）中智能终端判断上游故障位置的具体步骤如下：
5.21）检测开关是否合闸，若是，转至步骤5.22），若否，判定无故障；
5.22）检测开关是否故障，若是，转至步骤5.23），若否，转至步骤5.24）；
5.23）检测故障是否为正方向故障，若是，转至步骤5.24），若否，判定无故障；
5.24）检测开关的下游开关是否故障，若是，转至步骤5.25）若否，转至步骤5.27）
5.25）检测故障是否为正方向故障，若是，转至步骤5.26），若否，转至5.27）
5.26）检测本开关的下游开关是否合闸，若是，不动作，若否，转至步骤5.27）
5.27）检测本开关下游相邻开关是否故障，若是，转步骤5.28），若否，转步骤5.29）
5.28）判定故障是否为正方向故障，若是，不动作，若否，转步骤5.29)
5.29）判定开关上游相应区段故障；完毕。
所述反方向由人工设定，且能随意更换。
所述正方向由人工设定，且能随意更换。
所述开关上游和开关下游由人工设定，且能随意更换。
本发明中相邻的所述智能终端间设有信号传输模块，用于相邻的智能模块间的对等通信；由于仅与相邻的开关进行通信，不依赖整体通信构架，结构简单通信信号稳定。且智能终端可以定义任意的正方向，便于适应不同的电网网架结构，适用范围广。将开关与隔离开关分开设置，在开关故障时也能进行故障区段切除，稳定性高。不会对系统造成多次冲击，提高了配电网供电的可靠性和稳定性。逻辑运算模块通过电压传感器、电流传感器传输的电压电流信息判断开关状态信息并将开关状态信息与相邻的两个逻辑运算模块进行共享，进行小范围的通信，不需要构建大的通信网络，小范围通信稳定，响应速度快且成本低。通过人工制定正反方向来确定上有下游的位置，这种上游或下游的指定可根据实际该开关正方向的需求来确定，但不管怎么指定，对其他开关拓扑配置信息不产生影响。所述开关上游和开关下游由人工设定，且能随意更换。依据人工设定的正方向与反方向确定开关的上游与下游从而使得系统能够精确定位。在判定故障发生区段时，以单开关为对象，判定故障点是否在该开关的上游相邻区段或下游相邻区段。每完成一次故障隔离后可重新任意指定正方向，自由度高，适用范围大。
附图说明
图1是本发明的结构示意框图，
图2是本发明中相邻智能终端连接结构示意框图；
图3是本发明的工作流程图，
图4是本发明中开关上游相邻区段故障判断流程图，
图5是本发明中开关上游相邻区段故障逻辑判断框图，
图6是本发明中开关下游相邻区段故障判断流程图，
图7是本发明中开关下游相邻区段故障逻辑判断框图，
图8是本发明使用状态结构示意框图；
图中00是故障点，01是电网母线一，02是电网母线二，03是电网母线三，1是开关一，2是开关二，3是开关三，4是开关四，5是开关五，6是开关六，7是开关七，8是开关八，9是开关九，10是开关十。
具体实施方式
本发明如图1-2所示，是一种自适应配电网运行方式的故障定位隔离系统，包括电网母线，在电网母线上设有若干开关，每个所述开关上设有电压传感器、电流传感器和智能终端，所述电压传感器和电流传感器通过模数转换器与所述智能终端相连；利用智能终端处理相对应开关的电压电流信息，并且进行故障判定，由于判据简单由于判据简单可靠，不依赖于整体通信，也不会对系统造成多次冲击，提高了配电网供电的可靠性和稳定性。
相邻的所述智能终端间设有信号传输模块，用于相邻的智能模块间的对等通信；仅与相邻的开关进行通信，不依赖整体通信构架，结构简单通信稳定。且智能终端可以定义任意的正方向，便于适应不同的电网网架结构，适用范围广。
所述开关内还设有隔离开关，所述隔离开关与所述智能终端连接，所述隔离开关用于隔离故障的开关。利用隔离开关将故障区段强行切除，不影响开关工作。将开关与隔离开关分开设置，在开关故障时也能进行故障区段切除，稳定性高。不会对系统造成多次冲击，提高了配电网供电的可靠性和稳定性。
所述智能终端包括逻辑运算模块、逻辑判断模块、指令模块和隔离动作模块，所述逻辑运算模块通过模数转换器与电压传感器、电流传感器分别连接，所述逻辑运算模块、逻辑判断模块、指令模块、隔离动作模块依次连接，所述隔离动作模块连接隔离开关。
逻辑运算模块通过电压传感器、电流传感器传输的电压电流信息判断开关状态信息并将开关状态信息与相邻的两个逻辑运算模块进行共享，进行小范围的通信，不需要构建大的通信网络，小范围通信稳定，响应速度快且成本低。
开关状态信息包括拓扑配置信息、故障电流状态信息、功率流向信息、开关分合闸状态信息等。拓扑配置信息是指以单开关为对象，按照网架拓扑指定该开关的上游相邻开关和下游相邻开关。这种上游或下游的指定可根据实际该开关正方向的需求来确定，但不管怎么指定，对其他开关拓扑配置信息不产生影响。故障电流状态：以单开关为对象，若该开关流过的电流超过故障电流定值，则为故障状态，反之为正常状态。
功率流向是以一个开关为对象，若电功率由上游流向下游，即与正方向一致，则为正方向功率；若由下游流向上游，即与反方向一致，则为反方向功率；若没有电流则为无方向。
开关分合闸状态：开关处于分闸状态，则状态记为开关分；开关处于合闸状态，则记为开关合。
在判定故障发生区段时，同样以单开关为对象，判定故障点是否在该开关的上游相邻区段或下游相邻区段。在判定之前人为制定正方向，每完成一次故障隔离后可重新任意指定正方向（即在同一次故障隔离动作完成前，正方向相对固定，不会扰乱系统正常运作），自由度高，适用范围大。指令模块通过所述信号传输模块与相邻的指令模块连接。构筑小型的通信构架，进行小范围通信，不依赖原有通信网络，减轻源有通信网络的负担，且由于距离近，响应速度快，稳定性高。
如图3所示，是一种自适应配电网运行方式的故障定位隔离系统的工作方法，按如下步骤工作：
1）电压传感器和电流传感器采集开关的电压、电流信号通过模数转换器送至智能终端处理；智能终端通过这些信息判断开关状态，并为故障定位提供信息支持。
2）智能终端判断开关过流信息，功率方向，开关状态，并发送给相邻开关的终端；通过相邻两个智能终端的信息交互，实时了解相邻开关的状态，为故障定位提供信息支持。
3）智能终端判断本开关是否故障，若故障则转步骤5），若不故障则转至步骤4）；通过了解电压电流等信息，智能终端可以判断
4）判断相邻开关是否故障；
5）进行故障位置判定，若故障位置在本开关与相邻开关之间，则转至步骤6），若故障位置不在本开关与相邻开关之间，则转至步骤7）；
5.1）判断本开关上游相邻区段是否故障，若本开关上游相邻区段有故障，则转至步骤6），若本开关上游相邻区段没有有故障，则转至步骤7）；
5.2）判断本开关下游相邻区段是否故障，若本开关下游相邻区段有故障，则转至步骤6），若本开关下游相邻区段没有有故障，则转至步骤7）；
6）进行故障隔离，断开故障点两侧开关；
7）不做处理，完毕。
所述步骤5.1）中智能终端判断上游故障位置的具体步骤如下：
5.11）检测开关是否合闸，若是，转至步骤5.12），若否，判定无故障；
5.12）检测开关是否故障，若是，转至步骤5.13），若否，转至步骤4）；
5.13）检测故障是否为反方向故障，若是，转至步骤5.14），若否，判定无故障；
5.14）检测开关的上游开关是否故障，若是，转至步骤5.15）若否，转至步骤7）
5.15）检测故障是否为反方向故障，若是，转至步骤5.16），若否，转至5.17）
5.16）检测本开关的上游开关是否合闸，若是，不动作，若否，转至步骤5.17）
5.17）检测本开关上游相邻开关是否故障，若是，转步骤5.18），若否，转步骤5.19）
5.18）判定故障是否为反方向故障，若是，不动作，若否，转步骤5.19)
5.19）判定开关上游相应区段故障；
所述步骤5.2）中智能终端判断上游故障位置的具体步骤如下：
5.21）检测开关是否合闸，若是，转至步骤5.22），若否，判定无故障；
5.22）检测开关是否故障，若是，转至步骤5.23），若否，转至步骤5.24）；
5.23）检测故障是否为正方向故障，若是，转至步骤5.24），若否，判定无故障；
5.24）检测开关的下游开关是否故障，若是，转至步骤5.25）若否，转至步骤5.27）
5.25）检测故障是否为正方向故障，若是，转至步骤5.26），若否，转至5.27）
5.26）检测本开关的下游开关是否合闸，若是，不动作，若否，转至步骤5.27）
5.27）检测本开关下游相邻开关是否故障，若是，转步骤5.28），若否，转步骤5.29）
5.28）判定故障是否为正方向故障，若是，不动作，若否，转步骤5.29)
5.29）判定开关上游相应区段故障；完毕。
所述正方向、反方向均由人工设定，且能随意更换。通过制定正反方向来确定上有下游的位置，这种上游或下游的指定可根据实际该开关正方向的需求来确定，但不管怎么指定，对其他开关拓扑配置信息不产生影响。所述开关上游和开关下游由人工设定，且能随意更换。依据人工设定的正方向与反方向确定开关的上游与下游从而使得系统能够精确定位。
每次故障隔离以单开关为对象，进行判定隔离，相应的判定逻辑简单，不需要复杂算法，系统响应速度快，对故障判断隔离精确，减少对电网正常运行的冲击维护了电网安全稳定运行，与现有技术中一旦故障需要断开整条母线相比，缩小停电区域面积，保障用户用电稳定。
如图8所示，是本发明的一种具体实施例，采用开环与合环混合运行方式，由三处不同的变电站分别各自引出一条母线形成互不相关的电网母线一01、电网母线二02和电网母线三03，电网母线一01和电网母线二02之间设有依次相连的开关一1、开关二2、开关三3、开关四4、开关五5，开关六6开关七7和开关八8。开关九9的一端连接在开关四4和开关五5之间，开关九9的另一端连接开关十10的一端，开关十10的另一端连接电网母线三03。开关七7是联络开关，当故障点00在开关四4和开关五5之间时，开关一、开关二、开关三、开关四、开关九、开关十检测到故障，开关五、开关六、开关七、开关八未检测到故障，此时人为定义开关一1、开关二2、开关三3、开关九9和开关十10开关的功率为正方向，则开关四4的功率为反方向，即开关九9是开关四4的上游相邻开关，开关五5是开关四4的上游相邻开关。在整个故障定位隔离过程中开关七7始终处于开路（断开）状态，开关七7的作用是在故障定位隔离结束，并有工作人员在现场检修时能够合闸，将故障点与电网母线二02之间的开关转由电网母线二02供电，缩短非故障点用户停电时间。
对开关九9来说，开关九9检测到故障，且功率为正方向。同时由于开关九9与电网母线一01和电网母线二02之间仅有开关四4检测到故障，由于此前定义开关九9是开关四4的上游相邻开关，且开关四4的功率为反方向，开关四4开关满足了特定要求。因此判定故障点发生在开关九9和开关四4之间的区段，即开关九9需要跳闸以隔离故障。
对开关四4来说，开关四4检测到故障，且功率为反方向。考虑开关四4上游只有开关九9检测到故障，由于开关四4为开关九9的下游相邻开关，且开关九9的功率为正方向，开关九9满足了特定要求。因此判定故障点发生在开关九9和开关四4之间的区段，开关四4需要跳闸以隔离故障。
对开关五5开关来说，开关五5未检测到故障。开关五5与电网母线二02之间没有开关检测到故障，因此故障未发生在开关五5与电网母线二02之间；开关五5与电网母线一01之间只有开关四4检测到故障，同时开关五5与电网母线三03之间只有开关九9检测到故障，由于开关五5为开关四4的上游相邻开关，且开关四4功率为反方向；开关五5为开关九9的下游相邻开关，且开关九9功率为正方向。开关四4和开关九9均满足了特定要求。因此判定故障点发生在开关五5与开关四4之间的区段，所以，开关五5需要跳闸以隔离故障。
总之，在判定故障发生区段时，以单开关为对象，判定故障点是否在该开关的上游相邻区段或下游相邻区段。在判定之前人为制定正方向，每完成一次故障隔离后可重新任意指定正方向（即在同一次故障隔离动作完成前，正方向相对固定，不会扰乱系统正常运作），自由度高，适用范围大。指令模块通过所述信号传输模块与相邻的指令模块连接。构筑小型的通信构架，进行小范围通信，不依赖原有通信网络，减轻源有通信网络的负担，且由于距离近，响应速度快，稳定性高。