基于信息补全和校正的配电网故障定位容错方法

基于信息补全和校正的配电网故障定位容错方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于信息补全和校正的配电网故障定位容错方法，步骤1：对配电网区域对应拓扑图中的馈线开关分类，根据终端设备上传的开关状态信息确定馈线开关是否流过过电流；步骤2：判断终端设备上传的开关状态信息是否存在丢失；步骤3：对终端设备上传的存在信息丢失的开关状态信息依据节点开关过电流判定规则进行补全；步骤4：对无丢失或者信息已补全的开关上传状态信息进行畸变分析；若不存在畸变，则结束，否则进入步骤5；步骤5：找出畸变信息并校正。该基于信息补全和校正的配电网故障定位容错方法具有故障定位准确率高，易于实施的特点。
【专利说明】基于信息补全和校正的配电网故障定位容错方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种基于信息补全和校正的配电网故障定位容错方法，是一种考虑终端上传的状态信息畸变、丢失情况的配电网故障定位容错方法，涉及配电网故障定位领域。
【背景技术】
[0002]传统配电网故障定位是在故障发生后派巡线人员沿线寻找故障点，耗时费力导致停电时间长。即便配电管理中心装有地理信息系统，可协助排除故障恢复供电，但是由于存在人工的介入，所需时间仍较长，所以为了提高供电可靠性，必须在配电系统自动化系统中实现故障的自动定位、隔离和恢复，这样可以大大缩短停电时间。配电网故障定位是配电网故障隔离、故障排除和供电恢复的基础和前提，对提高配电网运行效率、改善供电质量、减少停电面积和缩短停电时间等具有重要意义。
[0003]现有基于终端信息的配电网故障定位技术主要分为两类:一类是基于图论的思想，包括:基于矩阵的方法、基于过热弧搜索算法、基于S注入的方法等；一类是基于智能算法的配电网故障定位技术，包括:基于遗传算法、基于粒子群算法、基于蚁群算法等。
[0004]基于图论的方法虽然定位准确率高，但是前提是FTU【馈线自动化测控终端，是一种集测量、保护、监控为一体的综合型自动监控装置】等终端上传的信息准确、无丢失，若终端FTU、RTU等上传的信息有丢失或者畸变现象，尤其是连续的开关状态信息的丢失，将难以用基于图论的方法进行配电网故障定位(或定位不准确)。由于终端长期处于恶劣环境，上传的状态信息容易产生畸变；终端的通信方式不稳定，采用无线通信容易造成连续的开关状态信息的丢失，因此基于图论的方法具有相当的局限性，难以适应复杂的终端环境和无线通信方式。
[0005]基于智能算法的定位方法，通过多次迭代，靠近最优解，其对于个别开关故障信息畸变或者丢失有一定的容错性，但会导致迭代次数过多，定位缓慢。特别是，如果上传的状态信息丢失或者畸变为连续多个开关的错误，则基于智能算法的定位方法容错性将不能满足故障定位要求，导致故障定位准确率较低。
[0006]总的来说，无论是基于图论还是基于智能算法的故障定位方法，在FTU等终端设备上传的状态信息畸变或丢失情况下，正确率都不是很高，因此导致配电网调度人员对于隔离故障区域、恢复非故障区域供电难以抉择。
[0007]上述情况说明解决配电网中连续的开关状态信息丢失、畸变情况的处理问题以提高故障定位方法的容错性极为重要。

【发明内容】

[0008]本发明所要解决的技术问题是提供一种基于信息补全和校正的配电网故障定位容错方法，该基于信息补全和校正的配电网故障定位容错方法具有定位准确率高，易于实施的特点。
[0009]发明的技术解决方案如下:[0010]一种基于信息补全和校正的配电网故障定位容错方法，包括以下步骤:
[0011]步骤1:对配电网区域对应拓扑图中的馈线开关分类，根据终端设备上传的开关状态信息确定馈线开关是否流过过电流，考虑每个馈线开关都装有终端设备FTU或者RTU。
[0012]馈线开关是指分段开关、熔断器和联络开关。
[0013]所述的馈线开关分类是指将馈线开关分为父节点开关、子节点开关和兄弟节点开关。
[0014]父节点开关、子节点开关和兄弟节点开关的定义为:
[0015](a)若馈线从馈线开关A出线，进入馈线开关B，则馈线开关B为A的子节点开关，A为B的父节点开关；
[0016](b)若馈线从馈线开关A引出多条出线分支，则任意两条出线分支上的馈线开关互为兄弟节点开关。
[0017]针对任一个馈线开关的状态信息，用I表示流过过电流，O表示没有流过过电流，每一个馈线开关用一个二进制位表示。
[0018]步骤2:判断终端设备上传的开关状态信息是否存在丢失。
[0019]终端设备上传的 开关状态信息的位数为m，整个拓扑图中馈线开关总数为N ；
[0020]若m=N，则说明终端设备上传的开关状态信息无丢失，转步骤4 ；
[0021]若m〈N，则说明终端设备上传的开关状态信息存在丢失，即存在部分开关的状态信息丢失，转步骤3。
[0022]步骤3:对终端设备上传的存在信息丢失的开关状态信息依据节点开关过电流判定规则进行补全。
[0023]所述的节点开关过电流判定规则是:若子节点开关流过过电流，则父节点开关必定流过过电流；若一个节点开关过流，则对该节点开关的兄弟节点开关无影响。
[0024]步骤4:对无丢失或者信息已补全的开关上传状态信息进行畸变分析，若不存在畸变，则结束，否则进入步骤5。
[0025]步骤5:找出畸变信息并校正。
[0026]步骤4中的畸变分析的过程为:
[0027]从开关总数N中随机选取η个开关，η〈Ν，并以此η个开关为中心，依据开关分类属性及节点开关过电流判定规则，以辐射状对周围开关进行关系推断，推断周围开关的过电流状态；检查推断出的某开关的过电流状态与终端设备上传的过电流状态信息是否存在矛盾；
[0028]若无矛盾，重新随机选取η个开关【此处η依据所有开过总数N选取，一般为I /5Ν-1 / 4Ν】，重复上述过程；设定循环次数X【如X取100】，如此循环X次，仍然无矛盾，则说明无信息畸变直接结束；若任一次判断中存在矛盾，则说明开关上传状态信息存在畸变，进入步骤5。
[0029]开关分类属性是指两个开关之间存在父子节点开关关系或兄弟节点开关关系。
[0030]步骤5中的找出畸变信息并校正的过程为:
[0031]步骤I):在所有开关N中随机选取η个节点开关，η〈Ν;
[0032]步骤2):以此η个开关为中心，依据开关分类属性及节点开关过电流判定规则，推断位于所选开关的前后的开关是否流过过电流，推断完成后各开关的状态信息形成一个推论数串SO【推断过程中，对可以推论的开关进行推论并将推论开关其对应的位数值更新，不能推论的开关所对应的位则保持原数值，即与FTU上传的原信息相同】;将推论数串SO与终端设备上传的开关信息数串逐位对比以查看是否存在矛盾；
[0033]开关信息数串即一串O / I代码，每一位代表对应的开关上传的过电流状态信息，I表示流过过电流，O表示正常；
[0034]步骤3):找出推论数串SO与开关信息数串相矛盾的位t ;把开始随机选定的开关记为选定开关，以此选定开关辐射后得到的相矛盾的位t所对应的开关记为矛盾位开关；则推论数串SO与开关信息数串的矛盾是由于选定开关上传状态信息畸变或者以此选定开关为辐射的矛盾位开关t上传状态信息畸变造成的【t可能为多位】;其中的辐射是指推断位于所选开关的前后的开关是否流过过电流。
[0035]步骤4):判断推论数串SO与开关信息数串矛盾的原因；
[0036]即对任一矛盾，均按以下步骤判断该矛盾是矛盾位开关上传状态信息畸变还是选定开关上传状态信息畸变造成的:
[0037]①假定选定开关上传状态信息畸变，将该选定开关对应的的信息位取反，然后以此取反的开关信息位为中心，以节点开关过电流判定规则为依据，辐射状对该选定开关的前后开关的状态进行推断，将获得的新的推论数串Si，并将SI与终端设备实际上传的开关信息数串进行逐位对比，统计此时的矛盾位的个数，设其为α ;
[0038]②假定矛盾位开关上传状态信息畸变，将矛盾位开关对应的的信息取反，然后以此取反的开关信息位为中心，以节点开关过电流判定规则为依据，辐射状对该选定开关的前后开关的状态进行推断， 将获得的新的推论数串S2，并将S2与终端设备实际上传的开关信息数串进行逐位对比，统计此时的矛盾位的个数，设其为β ;
[0039]③判断α、β大小，若α >β，认为选定开关上传状态信息畸变的概率要小于矛盾位开关上传状态信息畸变的概率，则将矛盾位开关对应的信息位取反，并记录；若α <β，则认为矛盾位开关上传状态信息畸变的概率要小于选定开关上传状态信息畸变的概率，则将选定开关对应的信息位取反，并记录；若α = β，则不做修改；
[0040]将所有的矛盾处理完成后，将记录的数据更新至FTU上传信息串对应开关位置，形成一个校正以后的开关过电流信息串。
[0041 ] 设定循环次数Y (如Υ=200)，将上述步骤I) -4)循环Y次，将得到Y个校正以后的开关过电流信息串，每一串代表一次校正以后的所有开关上传信息；对这Y个开关过电流信息串进行比较分析，从中选出一个开关过电流信息串，该开关过电流信息串在Y个开关过电流信息串中出现次数最多，则该开关过电流信息串即为最终的补全和校正后的开关信息。所述的终端设备为FTU或RTU。
[0042]有益效果:
[0043]本发明的基于信息补全和校正的配电网故障定位容错方法，核心在于基于开关的分类和属性对终端设备上传的信息进行补全和校正，不必引入新的设备和传感器，因而实施成本低。
[0044]本发明通过对畸变信息进行查找和校正、对丢失信息进行补全，从而得到正确概率最闻的完整的开关故障?目息，据此再进行故障定位，可有效提闻故障定位准确率。
[0045]本发明对于丢失信息的补全和畸变信息的校正，可以进一步增强故障定位的容错性和准确率，提高供电可靠性，有利于准确定位故障区域，隔离故障区域，恢复非故障区域的供电，对社会生产和人民群众的生活供电具有明显的益处。
[0046]采用此方法后，对于配电网自动化区域的改造时，通信方式可以采用无线通信，而不必担心不稳定区域FTU上传状态信息的畸变和丢失，从而减少光缆铺设，减少成本。
【专利附图】

【附图说明】
[0047]图1为双电源的配电网拓扑结构图；
[0048]图2为基于FTU的配电网故障定位结构示意图；
[0049]图3为配电网故障定位简单过程示意图；
[0050]图4为节点开关分类示意图
[0051]图5为简单辐射状配电网示意图；
[0052]图6为简单馈线网络图；
[0053]图7为基于信息补全和校正的配电网故障定位流程图；
[0054]图8为 开关数为24的一个拓扑图；
【具体实施方式】
[0055]以下将结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明:
[0056]实施例1:
[0057]在进行配电网故障定位之前，需要将用到的几个关键性概念通过图1进行说明，其中包括馈线开关、开关过流信息、设备状态信息等。
[0058]图1中S1、S2为两个电源，1、6为两个进线断路器，2、3、4、5为馈线分段开关，C为一个联络开关，正常工作的情况下进线断路器和分段开关都闭合运行，联络开关断开运行，F1-F6为6个设备，其中F1-F3由电源SI供电，F4-F6由电源S2供电。
[0059]馈线开关是指断路器、分段开关、联络开关。在图中即1、2、3、4、5、6、C所示。
[0060]开关过流信息:是指各个馈线开关流过电流的情况。分为过流与正常电流，当过流的情况下开关过流信息定义为1，否则为0.[0061]设备:是指配电网拓扑结构中两个节点之间的区段，图中指的就是F1-F6.[0062]设备状态信息:指的就是设备自身的状态信息，设备本身正常的时候约定状态信息为1，否则为0.[0063]联络开关:联络开关指的是配电网拓扑结构中连接不同区域的开关设备，正常运行的情况下处于开断状态。
[0064]在进行配电网故障区段定位的过程中，FTU采集的信息上传给通讯层，实现远程故障定位。对于当故障发生以后，FTU采集到故障状态信息，若此处发生过电流，则故障信息为I ;否则则为O:

[0065]
【权利要求】
1.一种基于信息补全和校正的配电网故障定位容错方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤1:对配电网区域对应拓扑图中的馈线开关分类，根据终端设备上传的开关状态信息确定馈线开关是否流过过电流，每个馈线开关都装有终端设备FTU或者RTU ； 馈线开关是指分段开关、熔断器和联络开关。 所述的馈线开关分类是指将馈线开关分为父节点开关、子节点开关和兄弟节点开关； 父节点开关、子节点开关和兄弟节点开关的定义为: (a)若馈线从馈线开关A出线，进入馈线开关B，则馈线开关B为A的子节点开关，A为B的父节点开关； (b)若馈线从馈线开关A引出多条出线分支，则任意两条出线分支上的馈线开关互为兄弟节点开关； 针对任一个馈线开关的状态信息，用I表示流过过电流，O表示没有流过过电流，每一个馈线开关用一个二进制位表示； 步骤2:判断终端设备上传的开关状态信息是否存在丢失； 终端设备上传的开关状态信息的位数为m，整个拓扑图中馈线开关总数为N ； 若m=N，则说明终端设备上传的开关状态信息无丢失，转步骤4 ； 若m〈N，则说明终端设备上传的开关状态信息存在丢失，即存在部分开关的状态信息丢失，转步骤3 ; 步骤3:对终端设备上传的存在信息丢失的开关状态信息依据节点开关过电流判定规则进行补全； 所述的节点开关过电流判定规则是:若子节点开关流过过电流，则父节点开关必定流过过电流；若一个节点开关过流，则对该节点开关的兄弟节点开关无影响； 步骤4:对无丢失或者信息已补全的开关上传状态信息进行畸变分析，若不存在畸变，则结束，否则进入步骤5; 步骤5:找出畸变信息并校正。
2.根据权利要求1所述的基于信息补全和校正的配电网故障定位容错方法，其特征在于，步骤4中的畸变分析的过程为: 从开关总数N中随机选取η个开关，η〈Ν，并以此η个开关为中心，依据开关分类属性及节点开关过电流判定规则，以辐射状对周围开关进行关系推断，推断周围开关的过电流状态；检查推断出的某开关的过电流状态与终端设备上传的过电流状态信息是否存在矛盾；若无矛盾，重新随机选取η个开关，重复上述过程；设定循环次数X，如此循环X次，仍然无矛盾，则说明无信息畸变直接结束；若任一次判断中存在矛盾，则说明开关上传状态信息存在畸变，进入步骤5 ; 开关分类属性是指两个开关之间存在父子节点开关关系或兄弟节点开关关系。
3.根据权利要求2所述的基于信息补全和校正的配电网故障定位容错方法，其特征在于，步骤5中的找出畸变信息并校正的过程为: 步骤I):在所有开关N中随机选取η个节点开关，η〈Ν ； 步骤2):以此η个开关为中心，依据开关分类属性及节点开关过电流判定规则，推断位于所选开关的前后的开关是否流过过电流，推断完成后各开关的状态信息形成一个推论数串so ;将推论数串SO与终端设备上传的开关信息数串逐位对比以查看是否存在矛盾；开关信息数串即一串0/1代码,每一位代表对应的开关上传的过电流状态信息，I表示流过过电流，O表示正常； 步骤3):找出推论数串SO与开关信息数串相矛盾的位t ;把开始随机选定的开关记为选定开关，以此选定开关辐射后得到的相矛盾的位t所对应的开关记为矛盾位开关； 则推论数串SO与开关信息数串的矛盾是由于选定开关上传状态信息畸变或者以此选定开关为辐射的矛盾位开关t上传状态信息畸变造成的； 步骤4):判断推论数串SO与开关信息数串矛盾的原因； 即对任一矛盾，均按以下步骤判断该矛盾是矛盾位开关上传状态信息畸变还是选定开关上传状态信息畸变造成的: ①假定选定开关上传状态信息畸变，将该选定开关对应的信息位取反，然后以此取反的开关信息位为中心，以节点开关过电流判定规则为依据，辐射状对该选定开关的前后开关的状态进行推断，将获得的新的推论数串SI，并将SI与终端设备实际上传的开关信息数串进行逐位对比，统计此时的矛盾位的个数，设其为α ； ②假定矛盾位开关上传状态信息畸变，将矛盾位开关对应的信息位取反，然后以此取反的开关信息位为中心，以节点开关过电流判定规则为依据，辐射状对该选定开关的前后开关的状态进行推断，将获得的新的推论数串S2，并将S2与终端设备实际上传的开关信息数串进行逐位对比，统计此时的矛盾位的个数，设其为β ； ③判断α、β大小，若α>β，认为选定开关上传状态信息畸变的概率要小于矛盾位开关上传状态信息畸变 的概率，则将矛盾位开关对应的信息位取反，并记录；若α <β，则认为矛盾位开关上传状态信息畸变的概率要小于选定开关上传状态信息畸变的概率，则将选定开关对应的信息位取反，并记录；若α = β，则不做修改； 将所有的矛盾处理完成后，将记录的数据更新至FTU上传信息串对应开关位置，形成一个校正以后的开关过电流信息串； 设定循环次数Y，将上述步骤I) -4)循环Y次，将得到Y个校正以后的开关过电流信息串，每一串代表一次校正以后的所有开关上传信息；对这Y个开关过电流信息串进行比较分析，从中选出一个开关过电流信息串，该开关过电流信息串在Y个开关过电流信息串中出现次数最多，则该开关过电流信息串即为最终的补全和校正后的开关信息数串。
【文档编号】G01R31/08GK103698657SQ201310703928
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2013年12月19日 优先权日:2013年12月19日
【发明者】彭敏放, 苏译, 刘荣胜, 周斌, 朱亮, 车红卫, 刘正宜 申请人:湖南大学, 国网湖南省电力公司长沙供电分公司