本发明涉及电力自动化技术领域，具体涉及一种配电网故障定位方法及装置。
背景技术：
在现代电力系统中,发电厂一般通过高压或者超高压输电网输送电能到负荷中心,然后在负荷中心由电压等级较低的网络把电能分配到不同电压等级的用户,其中配电网是电力系统电能发、变、送、配中最后一个环节,是在电力网中主要起分配电能作用的网络,连接输电系统和广大的电力用户的枢纽,这种在电力网中主要负责分配电能的网络就是配电网。随着城网和农网复杂化以及人民物质生活水平的不断提高,使得电力事业迅速发展,配电网络的建设和改造日益增强,进一步完善了网络结构和硬件设施,不过和发达国家比起来,我国配电网发展水平依然不高。
随着电力用户生活水平的不断提升,用户对供电质量和供电可靠性要求越来越高,配电网作为直接服务于广大用户的电力系统,它能敏锐地反映用户对供电安全、品质等方面的要求,其运行安全性、可靠性和经济性直接关系到社会生产和人们的生活,而据统计电力系统中80％以上的故障来源于配电网,这就对配电网提出了能够实现故障的快速精确的分析、定位、隔离甚至使其恢复正常运行的要求,从而达到最小化或避免用户的供电中断,保障社会经济的发展和人民生活质量的提。在快速定位、隔离故障并恢复非故障区域的同时,确定故障造成的具体停电的区域不仅能使工作人员对于故障造成的影响能粗略了解,同时根据确定的停电区域也能再次确定最终隔离故障的开关状态并验证故障定位结果的准确性。所以在配电网发生故障后随时进行故障元件的定位以及停电区域的确定,能提高工作人员对于故障的掌握程度以及工作效率,从而提高了故障处理中各种操作的准确性并大大缩短了故障处理的时间,整体上提高了配电网供电的可靠性。
目前配电网均采用中性点非直接接地系统，即小电流接地系统。在配电网系统中，出现了既有架空线又有地埋电缆，还存在有架空线和地埋电缆混合敷设的情况。架空线上发生的故障中单相接地故障占80％以上，当小电流接地系统发生单相接地故障时，由于单相接地不形成短路回路，故障线路流过的电流为所有非故障线路对地电容电流之和，故障电流远小于负荷电流，使得故障定位比较困难，不能快速、准确地进行故障定位。虽然由于电力电缆具有比架空线路可靠性高、占用空间少、受恶劣天气影响较小、有利于工厂布局和城市规划等优点，但是由于机械损伤、绝缘受潮、绝缘老化、水树等因素的影响，长时间运行的电力电缆也会发生故障。再加上由于电力电缆多埋于地下或铺设在电缆沟中，故障发生后，很难迅速、准确地测出故障地点的确切位置，不能及时地排除故障恢复供电，往往会造成停电停产的重大经济损失。因此，如何确保配电网的安全可靠运行，快速有效地查出故障线路及故障点位置，具有非常重要的意义。
技术实现要素：
本申请提供一种配电网故障定位方法及装置，快速有效地查出故障线路及故障点位置。
根据第一方面，一种实施例中提供一种配电网故障定位方法,包括：获取用于故障定位的配电网多源信息；根据电力公共信息模型建立电力设备模型和连接关系模型；根据所述配电网多源信息、电力设备模型和连接关系模型对配电网进行全局拓扑分析和局部拓扑分析得到配电网拓扑图；根据历史故障信息和所述配电网拓扑图形成决策表；根据信息熵对所述决策表进行约简；获取配电网实时故障信息；将所述配电网实时故障信息与约减后的决策表进行匹配以得到配电网故障的定位诊断结果。
进一步的，所述配电网多源信息包括：断路器动作信息、重合闸信息、电压电流量信息、过流报警信息、开关状态信息、配变过温报警信息、配变缺相报警信息、配变电压越线报警信息、配变过载报警信息和用户投诉信息。
进一步的，所述电力设备模型为电力网络中的一次元件模型，包括线路、开关和母线的模型；所述连接关系模型包括端点和连接节点的模型。
进一步的，所述全局拓扑分析包括以下步骤：将连接节点归并形成拓扑节点；将所述拓扑节点归并形成拓扑岛。
进一步的，所述将连接节点归并形成拓扑节点的步骤，包括：任意选取一件电力设备模型中的连接节点并将该连接节点设为顶点；以所述顶点与其他连接节点之间的闭合的开关或者母线为边，形成无向连通图；将所述无向连通图中的所有连接节点归并形成拓扑节点；遍历所有电力设备模型中的连接节点。
进一步的，所述将所述拓扑节点归并形成拓扑岛的步骤，包括：任意选取一件导电设备并将该导电设备设为顶点；以所述顶点与其他电力设备之间的拓扑节点为边，形成无向连通图；将所述无向连通图中的所有拓扑节点归并形成拓扑岛；遍历所有导电设备。
进一步的，所述局部拓扑分析包括：当开关状态改变时，更新所述开关两端的连接节点所属的拓扑节点。
进一步的，当开关闭合时更新所述开关两端的连接节点所属的拓扑节点，包括：当所述开关闭合前所述开关两端的连接节点属于同一拓扑节点时，不进行更新；当所述开关闭合前所述开关两端的连接节点分属不同的拓扑节点时，将所述不同的拓扑节点合并。当开关断开时，更新所述开关两端的连接节点所属的拓扑节点，包括：以所述开关一端的连接节点为顶点，以所述顶点与其他连接节点之间的闭合的开关或者母线为边，形成无向连通图；当所述无向连通图中包含所述开关另一端的连接节点时，不进行更新；当所述无向连通图中不包含所述开关另一端的连接节点时，在所述开关一端的连接节点所属的拓扑节点中删除所述开关另一端的连接节点，并且将所述开关另一端的连接节点归并为一个新的拓扑节点。
根据第二方面，一种实施例中提供一种配电网故障定位装置，包括：存储器，用于存储程序；处理器，用于通过执行所述存储器存储的程序以实现如第一方面实施例所述的配电网故障定位方法。
根据第三方面，一种实施例中提供一种计算机可读存储介质，其特征在于，包括程序，所述程序能够被处理器执行以实现如第一方面实施例所述的配电网故障定位方法。
依据上述实施例的配电网故障定位方法及装置，针对目前配电网自动化改造未完全情况下，发生故障无法精确定位，不便于现场运维、检修的弊端，融合多源信息并利用基于电力公共信息模型的拓扑关系建立决策表，然后利用粗糙集理论的强大约简能力对上述原始信息进行简化而得到多个与原来信息等价的约简，接着对约简再进一步化简，找到决策表的最小约简，并且抽取其决策规则，去除故障信息集合存在的冗余性。再由接收来源于95598受理的用户故障报修的电话信息，最后根据报修电话的来源所对应的供电区域就可以快速、准确地确定故障发生区段。并在如下方面实现创新：
1)研究了配电网故障定位的多源数据层次划分，在整个故障定位过程中首要也是主要的问题是如何有效而准确的使用多源故障报警信息确定故障元件粗略位置以及拓扑搜索起点。根据在拓扑搜索中所起的作用确定同一层次中各个报警信息的优先度，从而提高了拓扑搜索的效率。
2)基于粗糙集理论的故障定位模型，对多源数据形成决策表，通过决策表的约简来减少决策表对内存的消耗；最后若判断在台区时，通过智能电表的召测具体定位到楼栋甚至用户。解决了配电网自动化改造未完全区域定位盲区，巡线的盲目性，提高了诊断的效率以及相应的准确率。
附图说明
图1为本发明实施例1的流程图；
图2为本发明实施例2的结构示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。
另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。
随着电力系统规模逐渐加大，网络结构逐渐复杂，且用户对供电稳定的要求也越来越高。这就要求，一方面，在系统正常运行过程中要防止故障的发生；另一方面，在系统发生故障后，要快速、准确地找到故障位置，迅速排除故障，确保电力系统安全运行，提高供电可靠性，将损失最小化。配电网故障区段定位应当最大程度利用现有信息，实现信息融合判断，进而提高故障定位的准确性。
实施例1
实施例1公开了一种配电网故障定位方法,如图1所示，其包括以下步骤：
步骤S101：获取用于故障定位的配电网多源信息。在实际应用中，配电网多源信息包括断路器动作信息、重合闸信息、电压电流量信息、过流报警信息、开关状态信息、配变过温报警信息、配变缺相报警信息、配变电压越线报警信息、配变过载报警信息和用户投诉信息。
步骤S102：根据电力公共信息模型建立电力设备模型和连接关系模型。电力设备模型为电力网络中的一次元件模型，包括线路、开关和母线的模型；连接关系模型包括端点和连接节点的模型。在一具体实施方式中，使用基于IEC61970的电力公共信息模型(简称CIM模型)进行配电网建模。CIM描述了电力系统生产过程涉及到的所有对象的抽象数据模型,用这些对象的共有类、属性及其之间的关系描述电力资源。CIM包括电力设备模型和连接关系模型。电力设备模型是电力网络中所有一次元件的模型,包括导电设备类(ConductEquipment)和电力变压器类(PowerTransformer)；连接关系模型定义了导电设备类的电气端点(Terminal)和包涵一组这类端点的连接节点(ConnectivityNode),电气端点和连接节点共同建立了各个设备之间的电气连接关系。
CIM模型描述了电力系统生产过程涉及到的各类对象，用对象类和属性及其之间的关系来描述电力系统资源，各个类之间通过简单关联、泛化和聚合相互联系在一起。在CIM中，电力设备模型指电力网络中的一次元件模型，例如线路、开关、母线等，在Wires包中定义。每种电力设备模型对应于wires包中的一个类，设备模型之间的继承关系如图1所示。可以发现，设备类是导电设备类和电力变压器类的父类。所有的设备实体类均从设备类(Equipment)继承而来，而导电设备类(ConductingEquipment)基本上是所有导电设备的基类。但是，电力变压器类(PowerTransformer)并非从导电设备类继承而来，不过电力变压器可看作是两个或三个变压器绕组(Transfonllerwinding)的集合，二者之间可以定义为一种整体与部分的关系，具体应用时采用这种过渡关系进行高级应用。这样，网络拓扑时可以只取导电设备，而不必关心设备的具体类型。值得说明的是，各种设备类中只有底层类才能建立实体对象，如断路器类(Breaker)；而导电设备类这种中间过渡类并不能建立实体对象。连接关系模型采用CIM模型中定义的端点(Terminal)和连接点(ConnectivityNode)模型来表示。导电设备具有不同数量的端子，而端子则是导电设备对外的电气接口，如开关具有2个端子，发电机只有1个端子，而母线含有的端子数量不受限制，根据实际电气连接情况而定。连接节点是指在这些节点上导电设备的端子通过零阻抗连接在一起。如果几个端点指向的连接点相同，表示这些端点融合在一起，CIM模型定义了这种导电设备类与端点、端点与连接点之间的关联关系。这样，端点和连接点共同建立了设备之间的电气连接关系。
步骤S103：根据所述配电网多源信息、电力设备模型和连接关系模型对配电网进行全局拓扑分析和局部拓扑分析得到配电网拓扑图。
网络的拓扑模型是所有网络分析应用的基础，一般指的是Bus/Branch模型，是将闭合开关两端的连接节点合并后形成的。根据CIM定义，拓扑分析需要建立连接节点与拓扑节点、拓扑节点与拓扑岛之间的聚集关系。CIM模型在Topology包中已经很完整的定义了拓扑模型以及涉及的类。Bus/Branch模型是基于拓扑节点类(TopologicalNode)的模型，即母线模型，该模型主要提供给网络分析应用(例如状态估计、调度员潮流等等)。当网络拓扑更关心开关状态对网络连通关系的影响或网络拓扑以搜索开关为主时，采用Switch/Node模型更方便、更容易。电网拓扑主要涉及5个类：导电设备类、端子类、连接节点类、拓扑节点类和拓扑岛类。其拓扑节点和拓扑岛是电力网络拓扑分析的结果模型。其中，拓扑节点是通过闭合开关(switch类的子类产生的实体对象)合并的一组连接节点，拓扑岛是电力网络的一个电气连接的子系统，拓扑岛之间不存在电气联系。电网拓扑分析的目的就是将电力网络简化成由拓扑节点和非零阻抗电气元件组成的网络形式，即符合Bus/Branch模型的简化网络。
实施例1的拓扑分析方法采用全局拓扑和局部拓扑相结合的方式以达到高速拓扑的目的。对于全网新输入的数据进行全局拓扑，并且以固定时间间隔定时进行全局拓扑；而当开关变位时，只需采用简便快捷的局部拓扑方法对全局拓扑结果进行修正就可以了，而不必进行费时的全局拓扑。
全局拓扑分析是指对新输入的CIM电网数据进行处理，形成全网的拓扑结构结果。一般通过2个步骤来完成：首先将连接节点归并形成拓扑节点，其次是将拓扑节点归并形成拓扑岛。在根据IEC61970标准搭建的信息平台中，创建每一个实体对象(例如，断路器、变压器等)时在ORACLE数据库中都被分配了一个唯一的主键值以区别与其他实体对象。因此，每个实体对象都有一个唯一的主键值，可以区分各个实体，简化了电力网络拓扑分析的过程。另外，连接节点与拓扑节点、拓扑节点与拓扑岛之间的聚集关系也方便了对电力设备进行遍历，加速了拓扑分析的完成。
在同一个拓扑节点中，以其包含的连接节点为顶点，以连接节点之间的闭合的开关或者母线为边，可以形成一幅树形或带环的无向连通图。而一幅图对应一个拓扑节点。通过对图的遍历能找到基于该图所对应的拓扑节点所属的所有连接节点。现在将这种对无向连通图的遍历方法简称为“单拓扑点形成遍历”，并相应的建立Java类“OneTNodeAnalyser”来完成这项功能，并且返回遍历到的连接节点。因此若在整个电力系统中都采用此种方法形成视图，就会发现整个系统中存在着一个大的非连通的无向图。完成对该图的遍历将得到整个网络的拓扑节点。本项目采用深度优先搜索方法对全网电力设备进行遍历。每一个连接节点都属于一个特定的拓扑节点，而且连接节点类含有TopologicalNode属性，因此遍历到TopologicalNode属性为空的连接节点时，就可以采用前面提到的图的遍历来形成新的拓扑节点，将遍历到的连接节点全部归到这一拓扑节点。在此过程中不会涉及到拓扑节点的分裂以及融合，当全网络遍历完成时，全局拓扑也就随之完成。实现全局拓扑分析的具体步骤是：
(1)以等效电源为基本单位，分别进行拓扑分析，即以未遍历过的电源作为遍历起点，形成拓扑节点。
(2)根据CIM中连接关系模型“导电设备一端点一连接节点”，采用深度优先搜索遍历所有连接节点。
(3)每遍历到一个未标识(未遍历标志)的连接节点的时候，进行“单拓扑点形成遍历”，即可形成新的拓扑节点，并搜索到所有属于此拓扑节点的连接节点。需要指出的是，此时如果遍历到另一电源端点所连接的连接节点，则标识此电源。
(4)查看是否还有未遍历过的电源，若全部标识，则完成全局拓扑；否则，返回步骤(1)。拓扑岛是通过非零阻抗元件(如变压器、线路等)连接在一起的一组拓扑节点。可以在拓扑节点的基础上，以导电设备为顶点，设备之间的拓扑节点为边，遍历所有设备和拓扑节点，形成拓扑岛，其分析算法与拓扑节点的分析算法相似。
开关状态变化时，网络拓扑需要重新划分拓扑节点及拓扑岛，以反映当前的网络状态。但是实际情况上，同时变位的开关往往只有少数几个。如果在这之前已经形成了网络的全局拓扑，那么此时已无须重新生成整个网络的拓扑分析，而只要对变位元件涉及的区域进行局部修正即可。当开关闭合时，局部拓扑较简单，只需要比较开关两端的连接节点所属的拓扑节点即可。如果是同一个拓扑节点，则无需任何处理；如果不是，将这两个拓扑节点合并。当开关断开时，由于开关两端的连接节点在此之前属于同一个拓扑节点，而开关状态的变化有可能需要增加一个新的拓扑节点，因此需要分情况处理。当通过该开关一端的连接节点进行图的遍历时，若遍历到这个开关另一个连接节点，则说明开关两端的电气联系仍然存在，不需要重新拓扑，反之，则需要形成新的拓扑点。局部拓扑分析实施的具体步骤如下：
(1)判断变为开关状态，若闭合，转到步骤(2)；若断开，转到步骤(3)。
(2)取开关两端连接节点，若属于同一拓扑节点，则不需处理；否则，合并两拓扑节点为一个。然后转到步骤(4)。
(3)取开关一边连接节点，根据“导电没备一端点一连接节点”连接关系，进行“单拓扑点形成遍历”，若遍历到开关另一边连接节点，不作处理；否则，将遍历到的连接节点归为一个新的拓扑节点，并在原拓扑节点中删除这些连接节点。然后转到步骤(4)。
(4)若所有变位开关都已处理完毕，则局部拓扑分析完成；否则，转到步骤(1)。
实施例1利用CIM模型进行拓扑分析能在无向图中找到准确的功率方向,而准确的功率方向能为故障定位提供有用的依据,从而帮助更加精确的判断故障元件和停电区域。
步骤S104：根据历史故障信息和所述配电网拓扑图形成决策表。实施例1采用粗糙集理论进行电网故障诊断，大大提高了诊断的容错性。
步骤S105：根据信息熵对所述决策表进行约简。实施例1利用历史故障样本建立决策表后，采用基于可辨识矩阵和信息熵的属性约简算法提取最佳属性约简组合，最后利用最佳属性约简组合形成的约简决策表进行电网的故障诊断，通过决策表的约简来减少决策表对内存的消耗。
步骤S106：获取配电网实时故障信息。在实际应用中，配电网实时故障信息可以是用户通过95598系统进行的电话报修信息。
步骤S107：将配电网实时故障信息与约减后的决策表进行匹配以得到配电网故障的定位诊断结果。若判断在台区时，通过智能电表的召测具体定位到楼栋甚至用户。
本发明实施例1针对目前配电网自动化改造未完全情况下，发生故障无法精确定位，不便于现场运维、检修的弊端，融合多源信息并利用基于电力公共信息模型的拓扑关系建立决策表，然后利用粗糙集理论的强大约简能力对上述原始信息进行简化而得到多个与原来信息等价的约简，接着对约简再进一步化简，找到决策表的最小约简，并且抽取其决策规则，去除故障信息集合存在的冗余性。再由接收来源于95598受理的用户故障报修的电话信息，最后根据报修电话的来源所对应的供电区域就可以快速、准确地确定故障发生区段。
实施例2
本发明实施例2提供一种配电网故障定位装置，请参考图2，其包括存储器1和处理器2。存储器1用于存储程序；处理器2用于通过执行存储器1存储的程序以实现如实施例1所述的配电网故障定位方法。
实施例3
本发明实施例3提供一种计算机可读存储介质，包括程序，所述程序能够被处理器执行以实现如实施例1所述的配电网故障定位方法。
本领域技术人员可以理解，上述实施方式中各种方法的全部或部分功能可以通过硬件的方式实现，也可以通过计算机程序的方式实现。当上述实施方式中全部或部分功能通过计算机程序的方式实现时，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器、随机存储器、磁盘、光盘、硬盘等，通过计算机执行该程序以实现上述功能。例如，将程序存储在设备的存储器中，当通过处理器执行存储器中程序，即可实现上述全部或部分功能。另外，当上述实施方式中全部或部分功能通过计算机程序的方式实现时，该程序也可以存储在服务器、另一计算机、磁盘、光盘、闪存盘或移动硬盘等存储介质中，通过下载或复制保存到本地设备的存储器中，或对本地设备的系统进行版本更新，当通过处理器执行存储器中的程序时，即可实现上述实施方式中全部或部分功能。
以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。